DE102021102926A1 - Catalyst system with radially inhomogeneous oxygen storage capacity - Google Patents

Catalyst system with radially inhomogeneous oxygen storage capacity Download PDF

Info

Publication number
DE102021102926A1
DE102021102926A1 DE102021102926.0A DE102021102926A DE102021102926A1 DE 102021102926 A1 DE102021102926 A1 DE 102021102926A1 DE 102021102926 A DE102021102926 A DE 102021102926A DE 102021102926 A1 DE102021102926 A1 DE 102021102926A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalytic converter
flow cross
oxygen storage
storage capacity
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021102926.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Stefan PAUKNER
Ekkehard Pott
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102021102926.0A priority Critical patent/DE102021102926A1/en
Publication of DE102021102926A1 publication Critical patent/DE102021102926A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0864Oxygen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0093Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are of the same type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0097Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are arranged in a single housing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/101Three-way catalysts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2510/00Surface coverings
    • F01N2510/06Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction
    • F01N2510/068Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction characterised by the distribution of the catalytic coatings
    • F01N2510/0682Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction characterised by the distribution of the catalytic coatings having a discontinuous, uneven or partially overlapping coating of catalytic material, e.g. higher amount of material upstream than downstream or vice versa

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Katalysatorsystem (12) für eine Brennkraftmaschine mit einem ersten Katalysatorabschnitt (14), der eine Sauerstoffspeicherkapazität aufweist, und einem zweiten Katalysatorabschnitt (15), der eine Sauerstoffspeicherkapazität aufweist, sowie mit einer Abgassonde (16), die in einem Übergang zwischen den Katalysatorabschnitten (14, 15) angeordnet ist, wobei die spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit der Sauerstoffspeicherkapazität des ersten Katalysatorabschnitts (14) in einem ersten Strömungsquerschnittsbereich (17) größer als in einem zweiten Strömungsquerschnittsbereich (18) ist.Catalytic converter system (12) for an internal combustion engine with a first catalytic converter section (14) which has an oxygen storage capacity and a second catalytic converter section (15) which has an oxygen storage capacity, and with an exhaust gas probe (16) which is located in a transition between the catalytic converter sections (14 , 15) is arranged, wherein the specific oxygen storage capacity of the oxygen storage capacity of the first catalytic converter section (14) is greater in a first flow cross-sectional area (17) than in a second flow cross-sectional area (18).

Description

Die Erfindung betrifft ein Katalysatorsystem, das für eine Nachbehandlung von Abgas einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist.The invention relates to a catalytic converter system which is provided for after-treatment of exhaust gas from an internal combustion engine.

Die Regelung des Massenverhältnisses der Bestandteile Luft und Brennstoff eines Gemischs, das dem Verbrennungsmotor einer Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugeführt wird, ist nicht nur von zentraler Bedeutung für den Betrieb des Verbrennungsmotors sondern auch für eine Nachbehandlung von Abgas, das von dem Verbrennungsmotor erzeugt wird. Dabei wird dieses Massenverhältnis üblicherweise mit der dimensionslosen Kennzahl Ä (Lambda), die auch als Verbrennungsluftverhältnis bezeichnet wird, beschrieben. Das Verbrennungsluftverhältnis gibt dabei konkret das Massenverhältnis der Gemischbestandteile Luft und Brennstoff relativ zum stöchiometrisch idealen Massenverhältnis für einen theoretisch vollständigen Verbrennungsprozess an.The control of the mass ratio of the air and fuel components of a mixture that is fed to the internal combustion engine of an internal combustion engine for combustion is not only of central importance for the operation of the internal combustion engine but also for after-treatment of exhaust gas generated by the internal combustion engine. This mass ratio is usually described with the dimensionless characteristic number Ä (lambda), which is also referred to as the combustion air ratio. The combustion air ratio specifically indicates the mass ratio of the mixture components air and fuel relative to the stoichiometrically ideal mass ratio for a theoretically complete combustion process.

Ottomotoren, die fremdgezündet und quantitätsgeregelt sind, werden häufig mit einem grundsätzlich stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis, d.h. mit λ ≈ 1, betrieben, wobei zur Realisierung eines solchen stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnisses mittels einer sogenannten Lambdasonde der Restsauerstoffgehalt im Abgas analysiert und zur Regelung des Luft-Brennstoff-Massenverhältnisses für anschließende Verbrennungsprozesse genutzt wird. Eine solche reaktive Regelung führt dazu, dass das tatsächliche Verbrennungsluftverhältnis in einem relativ schmalen Bereich um das stöchiometrische Verbrennungsluftverhältnis schwankt. Bekannt ist diesbezüglich, aktiv eine sogenannte Eigenfrequenzregelung für das Verbrennungsluftverhältnis umzusetzen, bei der der Verbrennungsmotor definiert wechselweise leicht fett, d.h. mit einem geringfügig unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (Ä < 1), sowie leicht mager, d.h. mit einem geringfügig überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (Ä > 1), betrieben wird. Eine Umschaltung zwischen fettem und magerem Betrieb erfolgt dabei bei definierten Abweichungen von dem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis.Gasoline engines that are spark-ignited and quantity-controlled are often operated with a fundamentally stoichiometric air-combustion ratio, i.e. with λ ≈ 1. To realize such a stoichiometric air-combustion ratio, the residual oxygen content in the exhaust gas is analyzed using a so-called lambda probe and the air-fuel mass ratio is controlled for subsequent combustion processes is used. Such a reactive control means that the actual combustion air ratio fluctuates in a relatively narrow range around the stoichiometric combustion air ratio. In this regard, it is known to actively implement a so-called natural frequency control for the combustion air ratio, in which the combustion engine is defined alternately slightly rich, i.e. with a slightly sub-stoichiometric combustion air ratio (Ä < 1), and slightly lean, i.e. with a slightly more than stoichiometric combustion air ratio (Ä > 1), is operated. Switching between rich and lean operation takes place when there are defined deviations from the stoichiometric combustion air ratio.

Eine übliche Ausgestaltung einer in den Abgasstrang eines Ottomotors integrierten Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst in Strömungsrichtung des Abgases gesehen zunächst eine erste Lambdasonde, dann einen ersten Dreiwegekatalysator, anschließend eine zweite Lambdasonde und schließlich einen zweiten Dreiwegekatalysator. Ein Dreiwegekatalysator ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser Kohlenstoffmonoxid (CO), Stickoxide (NOx) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) zu Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) umwandelt. Zudem weist ein solcher Dreiwegekatalysator üblicherweise eine sogenannte Sauerstoffspeicherkapazität auf. Dieser kann folglich Sauerstoff in einem begrenzten Umfang einlagern. In einem mageren Betrieb des Verbrennungsmotors einer Brennkraftmaschine, die eine solche Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst, wird in dem Rohabgas enthaltener überschüssiger Sauerstoff in dem ersten Dreiwegekatalysator eingelagert, während in einem fetten Betrieb der eingelagerte Sauerstoff für die genannten Umwandlungen genutzt wird. Üblicherweise wird zur Ausbildung eines Dreiwegekatalysators ein Katalysatormaterial als Beschichtung auf einem Trägerkörper aufgebracht, der eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweist, um eine Durchströmung mittels des Abgases zu ermöglichen. Die Sauerstoffspeicherkapazität ist dabei häufig in die katalytisch wirksame Beschichtung integriert, beispielsweise dadurch, dass diese ein für eine Speicherung von Sauerstoff geeignetes Material umfasst.A typical configuration of an exhaust gas aftertreatment device integrated into the exhaust line of a spark-ignition engine comprises, viewed in the flow direction of the exhaust gas, first a first lambda probe, then a first three-way catalytic converter, then a second lambda probe and finally a second three-way catalytic converter. A three-way catalytic converter is characterized in that it converts carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx) and unburned hydrocarbons (HC) into carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O). In addition, such a three-way catalytic converter usually has what is known as an oxygen storage capacity. As a result, it can store oxygen to a limited extent. In lean operation of the internal combustion engine of an internal combustion engine that includes such an exhaust gas aftertreatment device, excess oxygen contained in the raw exhaust gas is stored in the first three-way catalytic converter, while in rich operation the stored oxygen is used for the conversions mentioned. To form a three-way catalytic converter, a catalytic converter material is usually applied as a coating to a carrier body which has a large number of through-openings in order to enable the exhaust gas to flow through. The oxygen storage capacity is often integrated into the catalytically active coating, for example in that it comprises a material suitable for storing oxygen.

Bei einem Dreiwegekatalysator ist die katalytisch wirksame und gegebenenfalls auch die Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweisende Beschichtung in der Regel radial homogen, d.h. mit (möglichst) gleicher Zusammensetzung und gleicher Schichtstärke über der gesamten Strömungsquerschnittsfläche des Trägerkörpers verteilt. Bei solchen Dreiwegekatalysatoren kann es vorkommen, dass diese bei dynamischen Gemischwechselvorgängen im Betrieb der Ottomotoren, wie beispielsweise Schaltvorgängen, Einspritzausblendung, und Schubabschaltungen, Stickoxide nicht vollständig beziehungsweise nicht ausreichend konvertieren, obwohl die Signale der Lambdasonde, die jeweils stromab der Dreiwegekatalysatoren angeordnet sind, darauf schließen lassen, dass eine entsprechende Konvertierung möglich sein sollte.In the case of a three-way catalytic converter, the catalytically active coating, which may also have the oxygen storage capacity, is generally radially homogeneous, i.e. distributed with (possibly) the same composition and the same layer thickness over the entire flow cross-sectional area of the carrier body. With such three-way catalytic converters, it can happen that they do not convert nitrogen oxides completely or not sufficiently during dynamic mixture change processes during operation of the gasoline engine, such as switching operations, injection suppression, and overrun fuel cut-offs, although the signals from the lambda probe, which are arranged downstream of the three-way catalytic converters, indicate this leave that a corresponding conversion should be possible.

Die US 2009/0301069 A1 offenbart ein Abgasreinigungsbauteil zur Reinigung von Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einem von einer Vielzahl von Strömungskanälen für das Abgas durchzogenen Trägerkörper, wobei wenigstens ein Teil der Wände der Strömungskanäle eine Beschichtung mit Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweisen. Die Beschichtung mit Sauerstoffspeicherfähigkeit ist für einen ersten abgegrenzten Teilbereich des Trägerkörpers vorgesehen und ein zweiter abgegrenzter Teilbereich des Trägerkörpers ist frei von einer Beschichtung mit Sauerstoffspeicherfähigkeit ausgeführt oder weist eine Beschichtung mit einer gegenüber dem ersten Teilbereich stark verminderten Sauerstoffspeicherfähigkeit auf. Durch diese Ausgestaltung des Abgasreinigungsbauteils soll dessen Alterung verringert und damit eine verbesserte Betriebszuverlässigkeit erreicht werden, weil die aus Redoxreaktionen in Verbindung mit gespeichertem Sauerstoff resultierenden thermischen Belastungen lokal begrenzt sind.the U.S. 2009/0301069 A1 discloses an exhaust gas cleaning component for cleaning exhaust gas from an internal combustion engine, having a support body through which a plurality of flow channels for the exhaust gas pass, wherein at least some of the walls of the flow channels have a coating with oxygen storage capacity. The coating with oxygen storage capacity is provided for a first delimited partial area of the carrier body and a second delimited partial area of the carrier body is designed without a coating with oxygen storage capacity or has a coating with a greatly reduced oxygen storage capacity compared to the first partial area. This configuration of the exhaust gas cleaning component is intended to reduce its aging and thus achieve improved operational reliability, because the thermal loads resulting from redox reactions in connection with stored oxygen are locally limited.

Die US 2011/0237428 A1 offenbart ein Katalysatorsystem für Abgas einer Brennkraftmaschine mit zwei direkt hintereinander angeordneten Katalysatorabschnitten, von denen zumindest ein in Strömungsrichtung des Abgases zuerst gelegener Katalysatorabschnitt eine Sauerstoffspeicherkapazität aufweist. Die spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit der Sauerstoffspeicherkapazität dieses ersten Katalysatorabschnitts ist größer als die spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit der Speicherkapazität, sofern vorhanden, des zweiten Katalysatorabschnitts. Dadurch soll eine Ausbildung von Schwefelwasserstoff (H2S) vermieden oder zumindest gering gehalten werden.the US 2011/0237428 A1 discloses a catalytic converter system for exhaust gas from an internal combustion engine with two catalytic converter sections arranged directly one behind the other, of which at least one catalytic converter section located first in the flow direction of the exhaust gas has an oxygen storage capacity. The specific oxygen storage capacity of the oxygen storage capacity of this first catalyst section is greater than the specific oxygen storage capacity of the storage capacity, if any, of the second catalyst section. This is intended to prevent the formation of hydrogen sulfide (H 2 S) or at least keep it low.

Die US 2016/0288096 A1 offenbart ein Katalysatorsystem für Abgas einer Brennkraftmaschine mit zwei direkt hintereinander angeordneten Katalysatorabschnitten, die jeweils eine Sauerstoffspeicherkapazität aufweisen. Die Sauerstoffspeicherkapazität des in Strömungsrichtung des Abgases zuerst gelegenen Katalysatorabschnitts weist eine Sauerstoffspeicherrate auf, die kleiner als diejenige des nachfolgenden Katalysatorabschnitts ist.the US 2016/0288096 A1 discloses a catalytic converter system for exhaust gas from an internal combustion engine with two catalytic converter sections arranged directly one behind the other, each having an oxygen storage capacity. The oxygen storage capacity of the catalyst portion located first in the flow direction of the exhaust gas has an oxygen storage rate smaller than that of the subsequent catalyst portion.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, bei einem Katalysatorsystem für eine Brennkraftmaschine, das zumindest zwei hintereinander liegende Katalysatorabschnitte, insbesondere jeweils in Form eines Dreiwegekatalysators, sowie eine zwischen den Katalysatorabschnitten angeordnete Abgassonde umfasst, eine ausreichende Konvertierung von Stickoxiden auch während dynamischer Gemischwechselvorgänge zu gewährleisten.The invention was based on the object, in a catalytic converter system for an internal combustion engine, which comprises at least two catalytic converter sections located one behind the other, in particular in the form of a three-way catalytic converter, and an exhaust gas probe arranged between the catalytic converter sections, to ensure sufficient conversion of nitrogen oxides even during dynamic mixture change processes.

Diese Aufgabe ist bei einem Katalysatorsystem gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Katalysatorsystem ist Gegenstand des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Katalysatorsystems und der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is achieved with a catalytic converter system according to patent claim 1 . An internal combustion engine with such a catalytic converter system is the subject of patent claim 10. Advantageous embodiments of the catalytic converter system according to the invention and the internal combustion engine according to the invention are the subject of the further patent claims and result from the following description of the invention.

Erfindungsgemäß ist ein Katalysatorsystem für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, das zumindest einen ersten Katalysatorabschnitt, vorzugsweise in Form eines Dreiwegekatalysators, der eine Sauerstoffspeicherkapazität aufweist, und einen zweiten Katalysatorabschnitt, vorzugsweise in Form eines Dreiwegekatalysators, der ebenfalls eine Sauerstoffspeicherkapazität aufweist, umfasst. Der erste Katalysatorabschnitt liegt in einer vorgesehenen Richtung der Durchströmung des Katalysatorsystems mittels Abgases vor dem zweiten Katalysatorabschnitt. Weiterhin weist das Katalysatorsystem zumindest eine Abgassonde auf, die in einem Übergang zwischen den Katalysatorabschnitten angeordnet ist. Als Anordnung in dem Übergang zwischen den Katalysatorabschnitten wird dabei eine Anordnung verstanden, die derart ist, dass Abgas, das die Abgassonde anströmt, bereits den ersten Katalysatorabschnitt durchströmt hat und erst anschließend in den zweiten Katalysatorabschnitt einströmt. Die spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit des ersten Katalysatorabschnitts ist erfindungsgemäß in einem ersten Strömungsquerschnittsbereich größer als in einem zweiten Strömungsquerschnittsbereich.According to the invention, a catalytic converter system for an internal combustion engine is provided, which comprises at least a first catalytic converter section, preferably in the form of a three-way catalytic converter, which has an oxygen storage capacity, and a second catalytic converter section, preferably in the form of a three-way catalytic converter, which also has an oxygen storage capacity. The first catalytic converter section lies in front of the second catalytic converter section in an intended direction in which the exhaust gas flows through the catalytic converter system. Furthermore, the catalytic converter system has at least one exhaust gas probe, which is arranged in a transition between the catalytic converter sections. An arrangement in the transition between the catalytic converter sections is understood to mean an arrangement which is such that exhaust gas flowing against the exhaust gas probe has already flowed through the first catalytic converter section and only then flows into the second catalytic converter section. According to the invention, the specific oxygen storage capacity of the first catalytic converter section is greater in a first flow cross-sectional area than in a second flow cross-sectional area.

Als „spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit“ wird dabei die Sauerstoffspeicherfähigkeit je Volumeneinheit des entsprechenden Katalysatorabschnitts verstanden. Unterschiedliche spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeiten können beispielsweise dadurch realisiert werden, dass ein mit Durchgangsöffnungen für eine Durchströmung mittels Abgases versehener Trägerkörper (z.B. aus Keramik und/oder Metall) des entsprechenden Katalysatorabschnitts mit einer zur Speicherung von Sauerstoff fähigen Beschichtung versehen ist (die vorzugsweise gleichzeitig katalytisch wirksam ist), wobei die Anteile des konkret zur Speicherung von Sauerstoff fähigen Materials oder der entsprechenden Materialien der Beschichtung in den unterschiedlichen Strömungsquerschnittsbereichen unterschiedlich sind. Ergänzend oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass in den verschiedenen Strömungsquerschnittsbereichen unterschiedliche spezifische, d.h. auf eine Volumeneinheit bezogene Beschichtungsflächengrößen für die Beschichtung vorgesehen sind, beispielsweise indem der Trägerkörper in den verschiedenen Strömungsquerschnittsbereichen unterschiedliche Porositäten des Trägerkörpers aufweist. Auch können in den verschiedenen Strömungsquerschnittsbereichen unterschiedliche Beschichtungsdicken vorgesehen sein.“Specific oxygen storage capacity” is understood to mean the oxygen storage capacity per unit volume of the corresponding catalyst section. Different specific oxygen storage capacities can be realized, for example, by providing a support body (e.g. made of ceramic and/or metal), which is provided with through openings for exhaust gas to flow through, of the corresponding catalytic converter section with a coating capable of storing oxygen (which is preferably catalytically active at the same time). , wherein the proportions of the material specifically capable of storing oxygen or of the corresponding materials of the coating are different in the different flow cross-sectional areas. In addition or as an alternative, it can also be provided that different specific coating surface sizes, i.e. related to a unit volume, are provided for the coating in the different flow cross-sectional areas, for example by the carrier body having different porosities of the carrier body in the different flow cross-sectional areas. Different coating thicknesses can also be provided in the different flow cross-sectional areas.

Als „Strömungsquerschnittsbereich“ wird erfindungsgemäß ein Bereich beziehungsweise Abschnitt einer Strömungsquerschnittsfläche des/eines Katalysatorabschnitts an zumindest einer in Strömungsrichtung des Abgases gelegenen (axialen) Stelle verstanden. Die Unterteilung zumindest des ersten Katalysatorabschnitts in unterschiedliche Strömungsquerschnittsbereiche muss sich demnach nicht über die gesamte Länge (Erstreckung in Richtung der Durchströmung mittels des Abgases) erstrecken, auch wenn dies vorzugsweise vorgesehen ist. Über der Länge oder einer Teillänge des/eines Katalysatorabschnitts kann auch eine variierende Aufteilung beziehungsweise ein sich änderndes Größenverhältnis der Strömungsquerschnittsbereiche vorgesehen sein.According to the invention, a “flow cross-sectional area” is understood to mean an area or section of a flow cross-sectional area of the/a catalytic converter section at at least one (axial) point in the direction of flow of the exhaust gas. The subdivision of at least the first catalytic converter section into different flow cross-sectional areas therefore does not have to extend over the entire length (extension in the direction in which the exhaust gas flows through), even if this is preferably provided. A varying division or a changing size ratio of the flow cross-sectional areas can also be provided over the length or a partial length of the/a catalytic converter section.

Vorgesehen sein kann eine im Wesentlichen strikte Trennung zwischen den Strömungsquerschnittsbereichen mittels einer sprunghaften Änderung hinsichtlich der spezifischen Sauerstoffspeicherfähigkeit im Übergang zwischen den Strömungsquerschnittsbereichen. Möglich sind aber auch fließende Übergänge zwischen den Strömungsquerschnittsbereichen hinsichtlich der spezifischen Sauerstoffspeicherfähigkeit bis hin zu sich über den Strömungsquerschnittsflächen des Katalysatorabschnitts konstant beziehungsweise linear ändernden spezifischen Sauerstoffspeicherfähigkeiten, woraus prinzipiell eine unendliche Anzahl an Strömungsquerschnittsbereichen resultieren, die sich hinsichtlich der spezifischen Sauerstoffspeicherfähigkeiten unterscheiden.An essentially strict separation between the flow cross-sectional areas can be provided by means of a sudden change in terms of the specific oxygen storage capacity in the transition between the flow cross-sectional areas. However, smooth transitions are also possible between the flow cross-section areas with regard to the specific oxygen storage capacity through to specific oxygen storage capacities that change constantly or linearly over the flow cross-section areas of the catalyst section, which in principle results in an infinite number of flow cross-section areas that differ in terms of specific oxygen storage capacities.

Ein erfindungsgemäßes Katalysatorsystem ermöglicht eine ausreichende Konvertierung von Stickoxiden auch während dynamischer Gemischwechselvorgänge der Brennkraftmaschine. Der Grund dafür liegt darin, dass insbesondere während dieser dynamischen Gemischwechselvorgänge eine Anströmung des ersten Katalysatorabschnitts durch das Abgas erfolgen kann, die radial inhomogen ist. Durch die erfindungsgemäße inhomogene Verteilung der Sauerstoffspeicherkapazität des ersten Katalysatorabschnitts kann vermieden werden, dass es infolge der inhomogenen Anströmung des ersten Katalysatorabschnitts zu relevanten Schadstoffdurchbrüchen durch diesen kommt, die von der Abgassonde nicht (schnell genug) erfasst werden. Erfindungsgemäß kann nämlich gewährleisten werden, dass in dem Bereich oder in den Bereichen des ersten Katalysatorabschnitts, in dem/denen (jeweils) ein relativ großer Abgasmassenstrom mit entsprechend großen Mengen an Schadstoffen vorliegt, auch eine entsprechend große spezifische Sauerstoffspeicherkapazität vorgesehen ist, so dass in ausreichendem Maße eine Umwandlung der Schadstoffe erfolgen kann.A catalytic converter system according to the invention enables sufficient conversion of nitrogen oxides even during dynamic mixture change processes in the internal combustion engine. The reason for this is that, in particular during these dynamic mixture change processes, the exhaust gas can flow onto the first catalytic converter section in a radially inhomogeneous manner. The inhomogeneous distribution of the oxygen storage capacity of the first catalytic converter section according to the invention can prevent relevant pollutant breakthroughs from occurring as a result of the inhomogeneous flow onto the first catalytic converter section, which are not (quickly enough) detected by the exhaust gas probe. According to the invention, it can be ensured that in the area or areas of the first catalytic converter section in which (in each case) there is a relatively large exhaust gas mass flow with correspondingly large amounts of pollutants, there is also a correspondingly large specific oxygen storage capacity, so that there is sufficient Measures a conversion of the pollutants can take place.

Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor und einem Abgasstrang, in den ein erfindungsgemäßes Katalysatorsystem integriert ist. Der Verbrennungsmotor kann vorzugsweise zumindest zeitweise fremdgezündet und weiterhin vorzugsweise auch quantitätsgeregelt betreibbar (d.h. dann als Ottomotor) ausgestaltet sein. Im Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor wechselweise (leicht) fett und (leicht) mager (dabei vorzugsweise mit definierten unveränderlichen oder veränderlichen Abweichungen von dem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (Ä = 1), beispielsweise im Bereich λ = 1 ± 0,05 oder λ = 1 ± 0,03 oder λ = 1 ± 0,01) betrieben wird, was insbesondere zur Erzielung eines im Mittel stöchiometrischen Betriebs des Verbrennungsmotors dienen kann. Dabei kann zudem vorgesehen sein, dass zwischen fettem Betrieb und magerem Betrieb bei definierten Abweichungen von dem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis gewechselt wird. Solche Abweichungen können mittels der Abgassonde ermittelt werden, die vorzugsweise in Form einer Lambdasonde ausgestaltet ist. Möglichst ist aber auch eine Ausgestaltung der Abgassonde als NOx-Sensor, insbesondere auch als kombinierter NOx-NH3-Sensor.The invention also relates to an internal combustion engine with an internal combustion engine and an exhaust system in which a catalytic converter system according to the invention is integrated. The internal combustion engine can preferably be externally ignited at least at times and can also be operated with quantity control (ie then as an Otto engine). In the operation of such an internal combustion engine, provision can be made for the internal combustion engine to run alternately (slightly) rich and (slightly) lean (preferably with defined unchangeable or changeable deviations from the stoichiometric combustion air ratio (λ=1), for example in the range λ=1±0, 05 or λ=1±0.03 or λ=1±0.01), which can be used in particular to achieve stoichiometric operation of the internal combustion engine on average. It can also be provided that there is a switch between rich operation and lean operation when there are defined deviations from the stoichiometric combustion air ratio. Such deviations can be determined using the exhaust gas probe, which is preferably designed in the form of a lambda probe. However, it is also possible to configure the exhaust gas probe as an NOx sensor, in particular also as a combined NO x -NH 3 sensor.

Eine Anströmung des ersten Katalysatorabschnitts kann insbesondere derart sein, dass ein zentraler Bereich mit einem größeren Abgasmassenstrom angeströmt wird, als dies für einen randseitig gelegenen Bereich gilt. Dementsprechend kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der erste Strömungsquerschnittsbereich des ersten Katalysatorabschnitts zentral und der zweite Strömungsquerschnittsbereich randseitig gelegen ist, wobei der zweite Strömungsquerschnittsbereich insbesondere randseitig umlaufend beziehungsweise ringförmig ausgestaltet sein kann.Flow onto the first catalytic converter section can in particular be such that a larger exhaust gas mass flow flows onto a central region than applies to a region located at the edge. Accordingly, it can preferably be provided that the first flow cross-sectional area of the first catalytic converter section is located centrally and the second flow cross-sectional area is located at the edge, wherein the second flow cross-sectional area can be designed in particular to run around the edge or be annular.

Die spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit des zweiten Katalysatorabschnitts eines erfindungsgemäßen Katalysatorsystems kann über dem gesamten Strömungsquerschnitt beziehungsweise der gesamten Strömungsquerschnittsfläche des zweiten Katalysatorabschnitts an zumindest einer axialen Stelle, vorzugsweise an allen axialen Stellen gleich beziehungsweise mit einer homogenen Verteilung ausgestaltet sein, woraus relativ geringe Herstellungskosten für diesen zweiten Katalysatorabschnitt resultieren können. Die spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit der Sauerstoffspeicherkapazität des zweiten Katalysatorabschnitts kann dann vorzugsweise größer als die spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit des zweiten Strömungsquerschnittsbereichs des ersten Katalysatorabschnitts sein und insbesondere der spezifischen Sauerstoffspeicherfähigkeit in dem ersten Strömungsquerschnittsbereich des ersten Katalysatorabschnitts im Wesentlichen entsprechenden.The specific oxygen storage capacity of the second catalytic converter section of a catalytic converter system according to the invention can be configured the same or with a homogeneous distribution over the entire flow cross section or the entire flow cross-sectional area of the second catalytic converter section at at least one axial point, preferably at all axial points, resulting in relatively low production costs for this second catalytic converter section be able. The specific oxygen storage capacity of the oxygen storage capacity of the second catalytic converter section can then preferably be greater than the specific oxygen storage capacity of the second flow cross-sectional area of the first catalytic converter section and in particular essentially correspond to the specific oxygen storage capacity in the first flow cross-sectional area of the first catalytic converter section.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass sich die spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit der Sauerstoffspeicherkapazität des zweiten Katalysatorabschnitts ebenfalls in zumindest zwei Strömungsquerschnittsbereichen unterscheidet, was wiederum über einen Abschnitt der Länge oder über die gesamte Länge des zweiten Katalysatorabschnitts vorgesehen sein kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit in einem ersten Strömungsquerschnittsbereich kleiner als in einem zweiten Strömungsquerschnittsbereich ist. Dabei kann zudem vorgesehen sein, dass der erste Strömungsquerschnittsbereich zentral und der zweite Strömungsquerschnittsbereich des zweiten Katalysatorabschnitts randseitig gelegen ist. Bei einer randseitigen Lage des zweiten Strömungsquerschnittsbereichs kann dieser vorzugsweise eine randseitig umlaufende Ausgestaltung aufweisen.Alternatively, it can be provided that the specific oxygen storage capacity of the oxygen storage capacity of the second catalyst section also differs in at least two flow cross-sectional areas, which in turn can be provided over a portion of the length or over the entire length of the second catalyst section. In particular, it can be provided that the specific oxygen storage capacity is smaller in a first flow cross-sectional area than in a second flow cross-sectional area. It can also be provided that the first flow cross-sectional area is located centrally and the second flow cross-sectional area of the second catalytic converter section is located at the edge. If the second flow cross-sectional area is located at the edge, it can preferably have a configuration running all the way around the edge.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung eines solchen erfindungsgemäßen Katalysatorsystems kann vorgesehen sein, dass die ersten Strömungsquerschnittsbereiche der Katalysatorabschnitte zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig überdeckend angeordnet sind und/oder die zweiten Strömungsquerschnittsbereiche der Katalysatorabschnitte zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig überdeckend angeordnet sind, so dass, bezogen auf die (vorgesehene) Strömungsrichtung des Abgases durch das Abgassystem, der erste Strömungsquerschnittsbereich des zweiten Katalysatorabschnitts zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig im Strömungsschatten des ersten Strömungsquerschnittsbereichs des ersten Katalysatorabschnitts liegt und/oder der zweite Strömungsquerschnittsbereich des zweiten Katalysatorabschnitts zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig im Strömungsschatten des zweiten Strömungsquerschnittsbereichs des ersten Katalysatorabschnitts liegt.According to a preferred development of such a catalytic converter system according to the invention, it can be provided that the first flow cross-sectional areas of the catalytic converter sections are arranged to overlap at least partially, preferably completely, and/or the second cross-sectional flow areas of the catalytic converter sections are arranged to overlap at least partially, preferably completely, so that, based on the ( intended) flow direction of the exhaust gas through the exhaust system, the first flow cross-sectional area of the second catalytic converter section is at least partially, preferably completely, in the flow shadow of the first flow cross-sectional area of the first catalytic converter section and/or the second flow cross-sectional area of the second catalytic converter section is at least partially, preferably completely in the flow shadow of the second flow cross-sectional area of the first Catalyst section is located.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Katalysatorsystems kann vorgesehen sein, dass die Abgassonde im Bereich des zweiten Strömungsquerschnittsbereichs des ersten Katalysatorabschnitts angeordnet ist. Demnach ist die Abgassonde insgesamt oder zumindest ein Messfühler von dieser im Strömungsschatten des zweiten Strömungsquerschnittsbereichs des ersten Katalysatorabschnitts angeordnet, so dass diese primär von Abgas angeströmt wird, das zuvor diesen zweiten Strömungsquerschnittsbereich des ersten Katalysatorabschnitts durchströmt hat. Dadurch können mögliche Durchbrüche von Abgasbestandteilen durch den ersten Katalysatorabschnitt, die darauf zurückzuführen sind, dass die Sauerstoffspeicherkapazität des ersten Katalysatorabschnitts lokal im Bereich des zweiten Strömungsquerschnittsbereichs entweder weitestgehend aufgefüllt oder weitestgehend ausgeräumt ist, möglichst schnell detektiert werden. Einem solchen Durchbruch kann dann mittels einer entsprechenden Beeinflussung von Verbrennungsvorgängen in dem Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine, beispielsweise durch einen entsprechenden Wechsel von einem leicht fetten zu einem leicht mageren Betrieb oder andersherum, entgegengewirkt werden.According to a preferred embodiment of a catalytic converter system according to the invention, it can be provided that the exhaust gas probe is arranged in the area of the second flow cross-sectional area of the first catalytic converter section. Accordingly, the exhaust gas probe as a whole or at least one of its sensors is arranged in the flow shadow of the second flow cross-sectional area of the first catalytic converter section, so that exhaust gas that previously flowed through this second flow cross-sectional area of the first catalytic converter section primarily flows against it. As a result, possible breakthroughs of exhaust gas components through the first catalytic converter section, which are due to the fact that the oxygen storage capacity of the first catalytic converter section is either largely filled up or largely emptied locally in the area of the second flow cross-sectional area, can be detected as quickly as possible. Such a breakthrough can then be counteracted by appropriately influencing combustion processes in the internal combustion engine of the internal combustion engine, for example by appropriately changing from slightly rich to slightly lean operation or vice versa.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Katalysatorsystems kann vorgesehen sein, dass die Katalysatorabschnitte strukturell voneinander separiert sind. Dadurch ist deren Herstellung mit sich unterscheidenden Sauerstoffspeicherkapazitäten relativ einfach möglich. Alternativ können die Katalysatorabschnitte aber auch integral ausgestaltet sein und damit insbesondere einen gemeinsamen, vorzugsweise einstückigen Trägerkörper umfassen, wobei die unterschiedlichen Sauerstoffspeicherkapazitäten beispielsweise durch eine entsprechende lokale Variation einer eine Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweisenden Beschichtung des Trägerkörpers realisiert wird.According to a preferred embodiment of a catalyst system according to the invention, it can be provided that the catalyst sections are structurally separated from one another. This makes it relatively easy to produce them with different oxygen storage capacities. Alternatively, the catalyst sections can also be designed integrally and thus in particular comprise a common, preferably one-piece carrier body, the different oxygen storage capacities being realized, for example, by a corresponding local variation of a coating of the carrier body having an oxygen storage capacity.

Bei einer strukturell separierten Ausgestaltung der beiden Katalysatorabschnitte kann vorgesehen sein, dass die Abgassonde in einem Freiraum angeordnet ist, über den die Katalysatorabschnitte vollflächig voneinander beabstandet sind. Möglich ist aber auch eine Ausgestaltung des Freiraums für die Abgassonde derart, dass über diesen die Katalysatorabschnitte nur in jeweils einem Teilbereich der Strömungsquerschnittsfläche voneinander beabstandet sind, ansonsten jedoch direkt aneinander anliegen.In a structurally separate configuration of the two catalytic converter sections, it can be provided that the exhaust gas probe is arranged in a free space over which the catalytic converter sections are spaced apart from one another over their entire surface. However, it is also possible to design the free space for the exhaust gas probe in such a way that the catalytic converter sections are only spaced apart from each other in each case in a partial area of the flow cross-sectional area, but otherwise bear directly against one another.

Bei einer strukturell separierten Ausgestaltung der beiden Katalysatorabschnitte können diese in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Alternativ dazu können diese auch in unterschiedlichen Gehäusen mit dazwischen liegendem Abgasführungsabschnitt, der im Vergleich zu den Gehäusen eine kleinere Umfangsabmessung aufweisen kann, angeordnet sein.In the case of a structurally separate configuration of the two catalytic converter sections, they can be arranged in a common housing. As an alternative to this, they can also be arranged in different housings with an exhaust gas routing section lying in between, which can have a smaller circumferential dimension compared to the housings.

Bei einer integralen Ausgestaltung der beiden Katalysatorabschnitte kann die Abgassonde vorzugsweise in einem Freiraum des gemeinsamen Trägerkörpers positioniert sein, der in dem Übergang zwischen den beiden Katalysatorabschnitten gelegen ist.In the case of an integral design of the two catalytic converter sections, the exhaust gas probe can preferably be positioned in a free space of the common support body, which is located in the transition between the two catalytic converter sections.

Zumindest einer der Katalysatorabschnitte eines erfindungsgemäßen Katalysatorsystems kann auch die Funktion eines Partikelfilters aufweisen. Sofern dieser Katalysatorabschnitt dann zudem die Funktion eines Dreiwegekatalysators aufweist, kann dieser, wie üblich, als Vierwegekatalysator bezeichnet werden. Ein Vierwegekatalysator stellt folglich eine Ausbaustufe eines Dreiwegekatalysators dar.At least one of the catalytic converter sections of a catalytic converter system according to the invention can also have the function of a particle filter. If this catalytic converter section then also has the function of a three-way catalytic converter, it can, as usual, be referred to as a four-way catalytic converter. A four-way catalytic converter is therefore an extension of a three-way catalytic converter.

Bei einer Ausgestaltung der Abgassonde als Lambdasonde kann diese vorzugsweise als Sprunglambdasonde (auch als Zweipunktlambdasonde bekannt) ausgestaltet sein, wodurch eine Abweichung von einem stöchiometrischen Betrieb des Verbrennungsmotors einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine möglichst schnell ermittelt werden kann. Zudem zeichnet sich eine solche Sprunglambdasonde durch relativ geringe Herstellungskosten aus. Möglich ist aber auch eine Ausgestaltung der Lambdasonde als Breitbandlambdasonde.If the exhaust gas probe is configured as a lambda probe, it can preferably be configured as a jump lambda probe (also known as a two-point lambda probe), whereby a deviation from stoichiometric operation of the internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention can be determined as quickly as possible. In addition, such a jump lambda probe is characterized by relatively low production costs. However, an embodiment of the lambda probe as a broadband lambda probe is also possible.

Der Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorzugsweise mit Flüssigkraftstoff (d.h. insbesondere Benzin) betrieben werden. Möglich ist auch ein Betrieb mit einem gasförmigen Kraftstoff (insbesondere Erdgas, LNG oder LPG).The internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention can preferably be operated with liquid fuel (i.e. in particular petrol). Operation with a gaseous fuel (in particular natural gas, LNG or LPG) is also possible.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes und nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW), mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Dabei kann der Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine insbesondere zur (direkten oder indirekten) Bereitstellung der Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein.The invention further relates to a motor vehicle, in particular a wheel-based and non-rail-bound motor vehicle (preferably a car or a truck), with an internal combustion engine according to the invention. The internal combustion engine of the internal combustion engine can be provided in particular for the (direct or indirect) provision of the driving power for the motor vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnung dargestellten Ausgestaltungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:

  • 1: eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine;
  • 2: ein erfindungsgemäßes Katalysatorsystem gemäß einer ersten Ausgestaltungsform;
  • 3: ein erfindungsgemäßes Katalysatorsystem gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform; und
  • 4: ein erfindungsgemäßes Katalysatorsystem gemäß einer dritten Ausgestaltungsform.
The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing. It shows, each in a simplified representation:
  • 1 : an internal combustion engine according to the invention;
  • 2 : a catalyst system according to the invention according to a first embodiment;
  • 3 : a catalyst system according to the invention according to a second embodiment; and
  • 4 : a catalyst system according to the invention according to a third embodiment.

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Diese umfasst einen Verbrennungsmotor 1, der beispielhaft in Form eines Hubkolbenmotors mit vier in Reihe angeordneten Zylinderöffnungen 2 ausgestaltet ist. Die Zylinderöffnungen 2 begrenzen mit darin geführten Hubkolben 3 und einem Zylinderkopf jeweils einen Brennraum 4. Diesen Brennräumen 4 wird im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 und damit der Brennkraftmaschine Frischgas über einen Frischgasstrang 5 zugeführt, wobei die Zufuhr des Frischgases mittels Einlassventilen 6, die den einzelnen Brennräumen 4 zugeordnet sind, gesteuert wird. Bei dem Frischgas handelt es sich ausschließlich oder hauptsächlich um Luft, die aus der Umgebung angesaugt wird. Bei der Verbrennung von Gemischmengen, die aus dem Frischgas sowie aus direkt über Kraftstoffinjektoren 7 in die Brennräume 4 eingespritztem Kraftstoff bestehen, wird Abgas erzeugt. Dieses Abgas wird über einen Abgasstrang 8 der Brennkraftmaschine abgeführt, wobei der Auslass des Abgases aus den einzelnen Brennräumen 4 mittels Auslassventilen 9 gesteuert wird. Ein Entzünden der Gemischmengen in den Brennräumen 4 erfolgt mittels elektrischer Zündvorrichtungen 10, die beispielsweise Zündfunken erzeugen (Zündkerzen). Das Abgas durchströmt eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 11, die dafür vorgesehen ist, Bestandteile des Abgases, die als Schadstoffe angesehen werden, aus dem Abgas zu entfernen oder in unschädliche Bestandteile umzuwandeln. Diese Abgasnachbehandlungseinrichtung 11 besteht aus oder umfasst ein erfindungsgemäßes Katalysatorsystem 12.the 1 shows an internal combustion engine according to the invention for a motor vehicle. This comprises an internal combustion engine 1, which is designed, for example, in the form of a reciprocating piston engine with four cylinder openings 2 arranged in a row. The cylinder openings 2 each delimit a combustion chamber 4 with reciprocating pistons 3 guided therein and a cylinder head. During operation of the internal combustion engine 1 and thus the internal combustion engine, these combustion chambers 4 are supplied with fresh gas via a fresh gas line 5, with the fresh gas being supplied by means of inlet valves 6, which are connected to the individual combustion chambers 4 are assigned is controlled. The fresh gas is exclusively or mainly air that is sucked in from the environment. Exhaust gas is generated during the combustion of mixture quantities consisting of fresh gas and fuel injected directly into combustion chambers 4 via fuel injectors 7 . This exhaust gas is discharged via an exhaust system 8 of the internal combustion engine, the outlet of the exhaust gas from the individual combustion chambers 4 being controlled by means of outlet valves 9 . The quantities of mixture in the combustion chambers 4 are ignited by means of electrical ignition devices 10 which, for example, generate ignition sparks (spark plugs). The exhaust gas flows through an exhaust gas after-treatment device 11, which is intended to remove components of the exhaust gas that are regarded as pollutants from the exhaust gas or to convert them into harmless components. This exhaust gas aftertreatment device 11 consists of or includes a catalytic converter system 12 according to the invention.

Die 2 bis 4 zeigen unterschiedliche Ausgestaltungsformen erfindungsgemäßer Katalysatorsysteme 12, die beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine gemäß der 1 zum Einsatz kommen können.the 2 until 4 show different embodiments of the invention catalytic converter systems 12, for example, in an internal combustion engine according to 1 can be used.

Diese Katalysatorsysteme 12 umfassen jeweils innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 13 zwei Katalysatorabschnitte 14, 15, wobei in Strömungsrichtung des Abgases gesehen zunächst ein erster Katalysatorabschnitt 14 und dann ein zweiter Katalysatorabschnitt 15 vorgesehen sind. Diese beiden Katalysatorabschnitte 14, 15 sind voneinander separiert ausgestaltet und umfassen jeweils einen vorzugsweise zylindrischen Trägerkörper sowie eine als Dreiwegekatalysator wirksame sowie eine Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweisende Beschichtung. Weiterhin umfassen die Katalysatorsysteme 12 jeweils eine Abgassonde 16, beispielsweise in einer Ausgestaltung als Lambdasonde, die in dem Übergang zwischen den Katalysatorabschnitten 14, 15 angeordnet ist. Bei den Katalysatorsystemen 12 gemäß den 2 und 4 ist die Abgassonde 16 dabei jeweils in einem Freiraum angeordnet, über den die beiden Katalysatorabschnitte 14, 15 vollflächig voneinander beabstandet sind. Bei dem Katalysatorsystem 12 gemäß der 3 beabstandet dieser Freiraum dagegen lediglich einen relativ kleinen, randseitigen Abschnitt, so dass die einander zugewandten Grenzflächen der Katalysatorabschnitte 14, 15 größtenteils direkt kontaktieren. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Katalysatorabschnitte 14, 15 integral auszugestalten, so dass insbesondere ein gemeinsamer Trägerkörper für beide Katalysatorabschnitte 14, 15 vorgesehen sein kann, wobei sich die Beschichtungen in den Bereichen des Trägerkörpers, die die verschiedenen Katalysatorabschnitte 14, 15 darstellen, entsprechend unterscheiden. Eine Anordnung der Abgassonde 16 wäre dann insbesondere vergleichbar zu derjenigen gemäß der 3, d.h. in einem von dem einzelnen Trägerkörper ausgebildeten, randseitig gelegenen Freiraum, möglich.These catalytic converter systems 12 each comprise two catalytic converter sections 14, 15 within a common housing 13, first a first catalytic converter section 14 and then a second catalytic converter section 15 being provided, viewed in the flow direction of the exhaust gas. These two catalytic converter sections 14, 15 are designed to be separate from one another and each comprise a preferably cylindrical support body and a coating which acts as a three-way catalytic converter and has an oxygen storage capacity. Furthermore, the catalytic converter systems 12 each include an exhaust gas probe 16 , for example in the form of a lambda probe, which is arranged in the transition between the catalytic converter sections 14 , 15 . In the catalyst systems 12 according to the 2 and 4 the exhaust gas probe 16 is in each case arranged in a free space over which the two catalytic converter sections 14, 15 are spaced apart from one another over the entire surface. In the catalyst system 12 according to the 3 In contrast, this free space only separates a relatively small, edge-side section, so that the mutually facing boundary surfaces of the catalytic converter sections 14, 15 make direct contact for the most part. Alternatively, there is also the possibility of designing the catalyst sections 14, 15 integrally, so that in particular a common carrier body can be provided for both catalyst sections 14, 15, with the coatings in the regions of the carrier body representing the different catalyst sections 14, 15 corresponding differentiate. An arrangement of the exhaust gas probe 16 would then be particularly comparable to that according to FIG 3 , ie in a free space formed by the individual carrier body and located at the edge.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest der erste Katalysatorabschnitt 14 zwei Strömungsquerschnittsbereiche 17, 18 aufweist, die sich hinsichtlich der spezifischen Sauerstoffspeicherfähigkeiten unterscheiden. Konkret ist ein erster, zentral gelegener Strömungsquerschnittsbereich 17 und ein zweiter, randseitig umlaufend beziehungsweise ringförmig ausgestalteter Strömungsquerschnittsbereich 18 vorgesehen. Der erste Strömungsquerschnittsbereich 17 weist dabei im Vergleich zu dem zweiten Strömungsquerschnittsbereich 18 eine größere spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit auf. Die relativ große spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit wird dabei in den 2 bis 4 mit OSC-high und die relativ kleine spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit mit OSC-low bezeichnet.According to the invention, it is provided that at least the first catalytic converter section 14 has two flow cross-sectional areas 17, 18 which differ in terms of their specific oxygen storage capabilities. Specifically, a first, centrally located flow cross-section area 17 and a second, circumferential or ring-shaped flow cross-section area 18 are provided. The first flow cross-sectional area 17 has a greater specific oxygen storage capacity than the second flow cross-sectional area 18 . The relatively large specific oxygen storage capacity is thereby in the 2 until 4 with OSC-high and the relatively small spec Fish oxygen storage capacity labeled OSC-low.

Bei den Katalysatorsystemen 12 gemäß den 2 und 3 ist weiterhin auch der zweite Katalysatorabschnitt 15 in einen ersten, zentral gelegenen Strömungsquerschnittsbereich 19 sowie einen zweiten, randseitig umlaufend beziehungsweise ringförmig ausgestalteten Strömungsquerschnittsbereich 20 aufgeteilt. Dabei weist jedoch der erste Strömungsquerschnittsbereich 19 im Vergleich zu dem zweiten Strömungsquerschnittsbereich 20 eine kleinere spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit auf. Die Verteilung der spezifischen Sauerstoffspeicherfähigkeiten des zweiten Katalysatorabschnitts 15 ist dann folglich entgegengesetzt zu derjenigen des ersten Katalysatorabschnitts 14.In the catalyst systems 12 according to the 2 and 3 Furthermore, the second catalytic converter section 15 is also divided into a first, centrally located flow cross-section area 19 and a second, peripheral or ring-shaped flow cross-section area 20 . In this case, however, the first flow cross-sectional area 19 has a lower specific oxygen storage capacity in comparison to the second flow cross-sectional area 20 . The distribution of the specific oxygen storage capabilities of the second catalyst section 15 is then consequently opposite to that of the first catalyst section 14.

Bei dem Katalysatorsystem 12 gemäß der 4 weist der zweite Katalysatorabschnitt 15 eine homogene Verteilung der Sauerstoffspeicherkapazität auf, wobei die über dem gesamten Volumen des zweiten Katalysatorabschnitts 15 konstante spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit hinsichtlich der Größe vorzugsweise in etwa derjenigen entspricht, die in dem ersten Strömungsquerschnittsbereich 17 des ersten Katalysatorabschnitts 14 vorgesehen ist.In the catalyst system 12 according to the 4 the second catalytic converter section 15 has a homogeneous distribution of the oxygen storage capacity, the specific oxygen storage capacity, which is constant over the entire volume of the second catalytic converter section 15, preferably roughly corresponds in terms of size to that provided in the first flow cross-sectional area 17 of the first catalytic converter section 14.

BezugszeichenlisteReference List

11
Verbrennungsmotorcombustion engine
22
Zylinderöffnungcylinder opening
33
Hubkolbenreciprocating
44
Brennraumcombustion chamber
55
Frischgasstrangfresh gas line
66
Einlassventilintake valve
77
Kraftstoffinjektorfuel injector
88th
Abgasstrangexhaust line
99
Auslassventiloutlet valve
1010
Zündvorrichtungignition device
1111
Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust aftertreatment device
1212
Katalysatorsystemcatalyst system
1313
GehäuseHousing
1414
erster Katalysatorabschnittfirst catalyst section
1515
zweiter Katalysatorabschnittsecond catalyst section
1616
Abgassondeflue gas probe
1717
erster Strömungsquerschnittsbereich des ersten Katalysatorabschnittsfirst flow cross-sectional area of the first catalyst section
1818
zweiter Strömungsquerschnittsbereich des ersten Katalysatorabschnittssecond flow cross-sectional area of the first catalyst section
1919
erster Strömungsquerschnittsbereich des zweiten Katalysatorabschnittsfirst flow cross-sectional area of the second catalyst section
2020
zweiter Strömungsquerschnittsbereich des zweiten Katalysatorabschnittssecond flow cross-sectional area of the second catalyst section

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN 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 documents cited by the applicant was 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.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 2009/0301069 A1 [0006]US 2009/0301069 A1 [0006]
  • US 2011/0237428 A1 [0007]US 2011/0237428 A1 [0007]
  • US 2016/0288096 A1 [0008]US 2016/0288096 A1 [0008]

Claims (10)

Katalysatorsystem (12) für eine Brennkraftmaschine mit einem ersten Katalysatorabschnitt (14), der eine Sauerstoffspeicherkapazität aufweist, und einem zweiten Katalysatorabschnitt (15), der eine Sauerstoffspeicherkapazität aufweist, sowie mit einer Abgassonde (16), die in einem Übergang zwischen den Katalysatorabschnitten (14, 15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Sauerstoffspeicherfähigkeit der Sauerstoffspeicherkapazität des ersten Katalysatorabschnitts (14) in einem ersten Strömungsquerschnittsbereich (17) größer als in einem zweiten Strömungsquerschnittsbereich (18) ist.Catalytic converter system (12) for an internal combustion engine with a first catalytic converter section (14) which has an oxygen storage capacity and a second catalytic converter section (15) which has an oxygen storage capacity, and with an exhaust gas probe (16) which is located in a transition between the catalytic converter sections (14 , 15) is arranged, characterized in that the specific oxygen storage capacity of the oxygen storage capacity of the first catalyst section (14) is greater in a first flow cross-sectional area (17) than in a second flow cross-sectional area (18). Katalysatorsystem (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysatorabschnitt (14) und/oder der zweite Katalysatorabschnitt (15) als Dreiwegekatalysator ausgestaltet ist/sind.Catalyst system (12) according to claim 1 , characterized in that the first catalytic converter section (14) and/or the second catalytic converter section (15) is/are designed as a three-way catalytic converter. Katalysatorsystem (12) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Sauerstoffspeicherkapazität des zweiten Katalysatorabschnitts (15) über dem gesamten Strömungsquerschnitt gleich ist.Catalyst system (12) according to claim 1 or 2 , characterized in that the specific oxygen storage capacity of the second catalyst section (15) is the same over the entire flow cross section. Katalysatorsystem (12) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Sauerstoffspeicherkapazität des zweiten Katalysatorabschnitts (15) in einem ersten Strömungsquerschnittsbereich (19) kleiner als in einem zweiten Strömungsquerschnittsbereich (20) ist.Catalyst system (12) according to any one of Claims 1 or 2 , characterized in that the specific oxygen storage capacity of the second catalyst section (15) in a first flow cross-sectional area (19) is smaller than in a second flow cross-sectional area (20). Katalysatorsystem (12) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Strömungsquerschnittsbereiche (17, 19) und/oder die zweiten Strömungsquerschnittsbereiche (18, 20) der Katalysatorabschnitte (14, 15) einander überdeckend angeordnet sind.Catalyst system (12) according to claim 4 , characterized in that the first flow cross-sectional areas (17, 19) and/or the second flow cross-sectional areas (18, 20) of the catalytic converter sections (14, 15) are arranged to overlap one another. Katalysatorsystem (12) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem ersten Katalysatorabschnitt (14) der erste Strömungsquerschnittsbereich (17) zentral und der zweite Strömungsquerschnittsbereich (18) randseitig gelegen ist.Catalyst system (12) according to one of the preceding claims, characterized in that in the first catalyst section (14) the first flow cross-sectional area (17) is located centrally and the second flow cross-sectional area (18) is located at the edge. Katalysatorsystem (12) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungsquerschnittsbereich (18) randseitig umlaufend ausgestaltet ist.Catalyst system (12) according to claim 6 , characterized in that the second flow cross-sectional area (18) is designed to run around the edge. Katalysatorsystem (12) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgassonde (16) im Bereich des zweiten Strömungsquerschnittsbereichs (18) des ersten Katalysatorabschnitts (14) angeordnet ist.Catalyst system (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas probe (16) is arranged in the region of the second flow cross-sectional region (18) of the first catalyst section (14). Katalysatorsystem (12) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorabschnitte (14, 15) strukturell voneinander separiert sind.Catalyst system (12) according to any one of the preceding claims, characterized in that the catalyst sections (14, 15) are structurally separated from one another. Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor (1) und einem Abgasstrang (8), in den ein Katalysatorsystem (12) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche integriert ist.Internal combustion engine with an internal combustion engine (1) and an exhaust system (8) in which a catalyst system (12) according to one of the preceding claims is integrated.
DE102021102926.0A 2021-02-09 2021-02-09 Catalyst system with radially inhomogeneous oxygen storage capacity Pending DE102021102926A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021102926.0A DE102021102926A1 (en) 2021-02-09 2021-02-09 Catalyst system with radially inhomogeneous oxygen storage capacity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021102926.0A DE102021102926A1 (en) 2021-02-09 2021-02-09 Catalyst system with radially inhomogeneous oxygen storage capacity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021102926A1 true DE102021102926A1 (en) 2022-08-11

Family

ID=82493332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021102926.0A Pending DE102021102926A1 (en) 2021-02-09 2021-02-09 Catalyst system with radially inhomogeneous oxygen storage capacity

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021102926A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090301069A1 (en) 2005-09-17 2009-12-10 Daimler Ag Exhaust Gas Cleaning Component for Cleaning an Internal Combustion Engine Exhaust Gas
EP1989412B1 (en) 2006-02-28 2011-02-02 Johnson Matthey Public Limited Company Exhaust system for a spark-ignited internal combustion engine
US20110237428A1 (en) 2008-09-10 2011-09-29 Cataler Corporation Exhaust gas-purifying catalyst
US20120128558A1 (en) 2010-11-22 2012-05-24 Nunan John G Three-Way Catalyst Having an Upstream Multi-Layer Catalyst
US20160288096A1 (en) 2013-11-14 2016-10-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control catalyst

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090301069A1 (en) 2005-09-17 2009-12-10 Daimler Ag Exhaust Gas Cleaning Component for Cleaning an Internal Combustion Engine Exhaust Gas
EP1989412B1 (en) 2006-02-28 2011-02-02 Johnson Matthey Public Limited Company Exhaust system for a spark-ignited internal combustion engine
US20110237428A1 (en) 2008-09-10 2011-09-29 Cataler Corporation Exhaust gas-purifying catalyst
US20120128558A1 (en) 2010-11-22 2012-05-24 Nunan John G Three-Way Catalyst Having an Upstream Multi-Layer Catalyst
US20160288096A1 (en) 2013-11-14 2016-10-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control catalyst

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69605049T2 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH CYLINDER STOP
DE69526293T2 (en) Internal combustion engine with combustion of a poor mixture for a vehicle
DE102018100240A1 (en) Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine
EP0758714B1 (en) Exhaust line of a spark ignition engine
DE102016202351A1 (en) Method for operating an internal combustion engine and three-cylinder engine for carrying out such a method
DE102019121428A1 (en) Method for heating up a catalytic converter and exhaust aftertreatment system
EP1214505B1 (en) Method for operating an internal combustion engine
DE102018114681A1 (en) Exhaust aftertreatment system and method for regeneration of a particle filter
DE102019134859A1 (en) Secondary air system and exhaust system with such a secondary air system
DE102017115399A1 (en) Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine
WO2008080559A1 (en) Method for desulfurizing nitrogen oxide storage catalysts in the exhaust gas system of a lean mix engine
DE19547916A1 (en) Spark-ignited internal combustion engine with direct injection
DE102021102926A1 (en) Catalyst system with radially inhomogeneous oxygen storage capacity
DE102007039588A1 (en) Apparatus and method for purifying exhaust gases for an internal combustion engine
EP1180586A2 (en) Multi-cylinder internal combustion engine with a catalyst heating device
DE102016210897B4 (en) Control of nitrogen oxide emissions in high-load operating phases
DE102016120846B4 (en) Method for heating up an exhaust gas aftertreatment element and motor vehicle with such an exhaust gas aftertreatment element
DE102021113860B3 (en) Method for operating an internal combustion engine
AT2489U1 (en) PISTON PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE
EP3530339B1 (en) Particle filter for a combustion engine and method for producing same
DE102017101610A1 (en) Method for reducing cold-start emissions in a spark-ignited internal combustion engine
DE10018062B4 (en) Multi-cylinder engine for motor vehicles having a multi-flow exhaust gas purification system and method for controlling operation of the multi-cylinder engine
DE102020214435A1 (en) Reduction process for reducing the oxygen content in the catalytic converter, engine assembly and vehicle
DE102021101244A1 (en) Internal combustion engine with NH3 sensor in the exhaust system
DE102014222419A1 (en) Method for operating a self-igniting internal combustion engine and self-igniting internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R082 Change of representative