DE102022004159A1 - Exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle and motor vehicles with such an exhaust system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (12) eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten, von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (12) durchströmbaren SCR-Katalysator (20) zum Entsticken des Abgases, mit einem in Strömungsrichtung des die Abgasanlage (10) durchströmenden Abgases stromab des ersten SCR-Katalysators (20) angeordneten, von dem ersten SCR-Katalysator (20) beabstandeten und von dem Abgas durchströmbaren zweiten Abgasnachbehandlungselement (22), welches einen zweiten SCR-Katalysator (24) zum Entsticken des Abgases aufweist, und mit einer Dosiereinrichtung (26), mittels welcher an einer stromauf des ersten SCR-Katalysators (20) angeordneten Stelle (S1) ein zum Bereitstellen von Ammoniak zum Entsticken des Abgases ausgebildetes Reduktionsmittel in das Abgas einbringbar ist, wobei das zweite Abgasnachbehandlungselement (22) einen Stickoxid-Speicherkatalysator (28) aufweist.The invention relates to an exhaust system (10) for an internal combustion engine (12) of a motor vehicle, with a first SCR catalyst (20) through which exhaust gas from the internal combustion engine (12) can flow for denitrifying the exhaust gas, with a second exhaust aftertreatment element (22) arranged downstream of the first SCR catalyst (20) in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust system (10), spaced from the first SCR catalyst (20) and through which the exhaust gas can flow, which has a second SCR catalyst (24) for denitrifying the exhaust gas, and with a metering device (26) by means of which a reducing agent designed to provide ammonia for denitrifying the exhaust gas can be introduced into the exhaust gas at a point (S1) arranged upstream of the first SCR catalyst (20), wherein the second exhaust aftertreatment element (22) has a nitrogen oxide storage catalyst (28) having.
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff vom Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftwagen mit einer solchen Abgasanlage.The invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with such an exhaust system.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Abgasanlage zu schaffen, sodass sich eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung realisieren lässt.The object of the present invention is to provide an exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle and a motor vehicle with such an exhaust system, so that a particularly advantageous exhaust gas aftertreatment can be realized.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1 sowie durch einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an exhaust system having the features of patent claim 1 and by a motor vehicle having the features of patent claim 10. Advantageous embodiments with expedient further developments of the invention are specified in the remaining claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine auch als Abgastrakt bezeichnete Abgasanlage für eine vorzugsweise als Hubkolbenmaschine bzw. Hubkolbenmotor ausgebildete und auch als Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine aufweist mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. In ihrem befeuerten Betrieb stellt die Verbrennungskraftmaschine Abgas bereit, welches in dem befeuerten Betrieb aus in der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in wenigstens an einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, ablaufenden Verbrennungsvorgängen resultiert. Bei dem jeweiligen Verbrennungsvorgang wird ein einfach auch als Gemisch bezeichnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt, welches Luft und einen insbesondere flüssigen Kraftstoff umfasst.A first aspect of the invention relates to an exhaust system, also referred to as an exhaust tract, for an internal combustion engine of a motor vehicle, preferably designed as a reciprocating piston machine or reciprocating piston engine and also referred to as an internal combustion engine. This means that the motor vehicle, preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, in its fully manufactured state has the internal combustion engine and can be driven by means of the internal combustion engine. In its fired operation, the internal combustion engine provides exhaust gas, which in the fired operation results from combustion processes taking place in the internal combustion engine, in particular in at least one combustion chamber of the internal combustion engine. During the respective combustion process, a fuel-air mixture, also simply referred to as a mixture, is burned, which comprises air and a particularly liquid fuel.
Die von dem Abgas durchströmbare Abgasanlage weist einen von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren, ersten SCR-Katalysator zum Entsticken des Abgases auf. Der erste SCR-Katalysator ist ein erstes Abgasnachbehandlungselement beziehungsweise wird auch als erstes Abgasnachbehandlungselement der Abgasanlage bezeichnet. Unter dem Entsticken des Abgases ist zu verstehen, dass im Abgas enthaltene Stickoxide zumindest teilweise aus dem Abgas entfernt werden, insbesondere durch eine selektive katalytische Reduktion (SCR), in deren Rahmen im Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser reagieren. Dabei ist der erste SCR-Katalysator für die selektive katalytische Reduktion katalytisch aktiv beziehungsweise wirksam. Dies bedeutet, dass der erste SCR-Katalysator die beispielsweise in dem ersten SCR-Katalysator ablaufende selektive katalytische Reduktion, durch welche das Abgas entstickt wird, katalytisch bewirkt und/oder unterstützt.The exhaust system through which the exhaust gas can flow has a first SCR catalyst through which the exhaust gas from the internal combustion engine can flow for denitrifying the exhaust gas. The first SCR catalyst is a first exhaust aftertreatment element or is also referred to as the first exhaust aftertreatment element of the exhaust system. Denitrifying the exhaust gas means that nitrogen oxides contained in the exhaust gas are at least partially removed from the exhaust gas, in particular by selective catalytic reduction (SCR), in the course of which nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas react with ammonia to form nitrogen and water. The first SCR catalyst is catalytically active or effective for the selective catalytic reduction. This means that the first SCR catalyst catalytically causes and/or supports the selective catalytic reduction, which takes place, for example, in the first SCR catalyst and by means of which the exhaust gas is denitrified.
Die Abgasanlage weist außerdem ein in Strömungsrichtung des die Abgasanlage durchströmenden Abgases stromab des ersten SCR-Katalysator angeordnetes, von dem ersten SCR-Katalysator beabstandetes und von dem Abgas durchströmbares, zweites Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases auf. Unter dem Merkmal, dass das zweite Abgasnachbehandlungselement von dem ersten SCR-Katalysator beabstandet ist, ist insbesondere zu verstehen, dass in Strömungsrichtung des die Abgasanlage durchströmende Abgases zwischen dem ersten SCR-Katalysator und dem zweiten Abgasnachbehandlungselement zumindest ein von dem Abgas durchströmbarer Längenbereich der Abgasanlage angeordnet ist, wobei der Längenbereich vollständig frei von einem Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases ist. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Abgasanlage frei von einem von dem ersten SCR-Katalysator und von dem zweiten Abgasnachbehandlungselement beabstandeten und stromab des ersten SCR-Katalysators und stromauf des zweiten Abgasnachbehandlungselements angeordneten SCR-Katalysator ist, sodass vorzugsweise zwischen dem ersten SCR-Katalysator und dem zweiten Abgasnachbehandlungselement, das heißt stromab des ersten SCR-Katalysators und stromauf des zweiten Abgasnachbehandlungselements kein SCR-Katalysator angeordnet ist, welcher von dem ersten SCR-Katalysator und von dem zweiten Abgasnachbehandlungselement beabstandet ist.The exhaust system also has a second exhaust aftertreatment element for aftertreating the exhaust gas, which is arranged downstream of the first SCR catalyst in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust system, is spaced from the first SCR catalyst and through which the exhaust gas can flow. The feature that the second exhaust aftertreatment element is spaced from the first SCR catalyst is to be understood in particular that at least one length of the exhaust system through which the exhaust gas can flow is arranged between the first SCR catalyst and the second exhaust aftertreatment element in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust system, wherein the length is completely free of an exhaust aftertreatment element for aftertreating the exhaust gas. Furthermore, it is preferably provided that the exhaust system is free of an SCR catalyst that is spaced apart from the first SCR catalyst and from the second exhaust gas aftertreatment element and arranged downstream of the first SCR catalyst and upstream of the second exhaust gas aftertreatment element, so that preferably no SCR catalyst that is spaced apart from the first SCR catalyst and from the second exhaust gas aftertreatment element is arranged between the first SCR catalyst and the second exhaust gas aftertreatment element, that is to say downstream of the first SCR catalyst and upstream of the second exhaust gas aftertreatment element.
Das zweite Abgasnachbehandlungselement weist einen zweiten SCR-Katalysator zum Entsticken des Abgases auf. Wie bereits zuvor bezüglich des ersten SCR-Katalysators beschrieben, ist auch der zweite SCR-Katalysator für eine beziehungsweise die selektive katalytische Reduktion (SCR) katalytisch aktiv beziehungsweise wirksam, in deren Rahmen im Abgas enthaltene Stickoxide mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser reagieren.The second exhaust aftertreatment element has a second SCR catalyst for denitrifying the exhaust gas. As already described above with regard to the first SCR catalyst, the second SCR catalyst is also catalytically active or effective for selective catalytic reduction (SCR), in the context of which nitrogen oxides contained in the exhaust gas react with ammonia to form nitrogen and water.
Die Abgasanlage weist ferner, insbesondere genau, eine Dosiereinrichtung auf, mittels welcher an einer stromauf des ersten SCR-Katalysators angeordneten Stelle ein zum Bereitstellen von Ammoniak im Abgas zum Entsticken des Abgases ausgebildetes, insbesondere flüssiges, Reduktionsmittel in das Abgas einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist. Insbesondere kann die Dosiereinrichtung das Reduktionsmittel in das Abgas eindosieren. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass mittels der Dosiereinrichtung eine Menge des in das Abgas einzubringenden Reduktionsmittels einstellbar ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Reduktionsmittel um eine wässrige Harnstofflösung, welche auch als AdBlue bezeichnet wird. Das Reduktionsmittel ist dazu ausgebildet, das Ammoniak im Abgas bereitzustellen, welches bei der selektiven katalytischen Reduktion mit im Abgas enthaltenen Stickoxiden im SCR-Katalysator zu Stickstoff und Wasser reagiert. Bekanntermaßen entsteht Ammoniak (NH3) aus der in das Abgas eingespritzten wässrige, Harnstofflösung mittels Thermolyse und Hydrolyse.The exhaust system further comprises, in particular, a metering device by means of which a reducing agent, in particular a liquid one, designed to provide ammonia in the exhaust gas for denitrification of the exhaust gas can be introduced, in particular injected, into the exhaust gas at a point arranged upstream of the first SCR catalyst. In particular, the metering device can meter the reducing agent into the exhaust gas. This is to be understood in particular that an amount of the reducing agent to be introduced into the exhaust gas can be adjusted by means of the metering device. The reducing agent is preferably an aqueous urea solution, which is also referred to as AdBlue. The reducing agent is designed to provide the ammonia in the exhaust gas, which reacts with nitrogen oxides contained in the exhaust gas in the SCR catalyst to form nitrogen and water during the selective catalytic reduction. As is known, ammonia (NH 3 ) is formed from the aqueous urea solution injected into the exhaust gas by means of thermolysis and hydrolysis.
Um nun eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung und somit einen besonders emissionsarmen Betrieb realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zweite Abgasnachbehandlungselement einen Stickoxid-Speicherkatalysator (NSK - NOx-Speicher-Katalysator) aufweist.In order to be able to realize a particularly advantageous exhaust gas aftertreatment and thus a particularly low-emission operation, it is provided according to the invention that the second exhaust gas aftertreatment element has a nitrogen oxide storage catalyst (NSK - NOx storage catalyst).
In vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs weist dieses einen vorzugsweise als selbsttragende Karosserie ausgebildeten Aufbau auf, durch welchen ein auch als Fahrgastraum oder Fahrgastzelle bezeichneter Innenraum des Kraftfahrzeugs gebildet beziehungsweise begrenzt ist. Dabei können sich während einer jeweiligen Fahrt des Kraftfahrzeugs Personen wie beispielsweise der Fahrer des Kraftfahrzeugs im Innenraum aufhalten. Der Innenraum ist in Fahrzeughochrichtung zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch einen Boden des Aufbaus, insbesondere der selbsttragenden Karosserie, begrenzt, wobei der Boden auch als Unterboden bezeichnet wird. Des Weiteren weist das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand einen Motorraum auf, in welchem die Verbrennungskraftmaschine zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, angeordnet ist. Beispielsweise ist der Motorraum in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten durch eine Fahrzeuglängsrichtung zwischen dem Motorraum und dem Innenraum angeordnete Trennwand getrennt, wobei die auch als Stirnwand oder Spritzwand bezeichnete Trennwand ein Bestandteil des Aufbaus, insbesondere der selbsttragenden Karosserie, sein kann. Beispielsweise erstreckt sich die Trennwand in Fahrzeugquerrichtung zwischen zwei in Fahrzeugquerrichtung beidseitig an die Trennwand anschließenden und beispielsweise als A-Säulen ausgebildeten Fahrzeugsäulen des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Aufbaus und ganz insbesondere der selbsttragenden Karosserie.When the motor vehicle is fully manufactured, it has a structure preferably designed as a self-supporting body, through which an interior of the motor vehicle, also referred to as the passenger compartment or passenger cell, is formed or delimited. During a respective journey of the motor vehicle, people such as the driver of the motor vehicle can be in the interior. The interior is delimited in the vertical direction of the vehicle at least partially, in particular at least predominantly or completely, by a floor of the structure, in particular the self-supporting body, wherein the floor is also referred to as the underbody. Furthermore, in its fully manufactured state, the motor vehicle has an engine compartment in which the internal combustion engine is at least partially, in particular at least predominantly or completely, arranged. For example, the engine compartment is separated to the rear in the longitudinal direction of the vehicle by a partition arranged between the engine compartment and the interior, wherein the partition, also referred to as the front wall or bulkhead, can be a component of the structure, in particular the self-supporting body. For example, the partition wall extends in the transverse direction of the vehicle between two vehicle pillars of the motor vehicle, in particular of the superstructure and especially of the self-supporting body, which adjoin the partition wall on both sides in the transverse direction of the vehicle and are designed, for example, as A-pillars.
Da der erste SCR-Katalysator in Strömungsrichtung des die Abgasanlage durchströmenden Abgases stromauf des zweiten Abgasnachbehandlungselements und somit stromauf des zweiten SCR-Katalysators und stromauf des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordnet ist, ist der erste SCR-Katalysator vorzugsweise ein motornaher SCR-Katalysator, mithin ein motornahes Abgasnachbehandlungselement. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der erste SCR-Katalysator zumindest teilweise, insbesondere oder zumindest überwiegend vollständig, in dem Motorraum angeordnet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das zweite Abgasnachbehandlungselement und somit der zweite SCR-Katalysator und der Stickoxid-Speicherkatalysator, welcher im Folgenden einfach auch als Speicherkatalysator bezeichnet wird, vorzugsweise vollständig, außerhalb des Motorraums und dabei in Fahrzeughochrichtung unterhalb des Bodens (Unterboden) angeordnet sind, insbesondere derart, dass das zweite Abgasnachbehandlungselement in Fahrzeughochrichtung nach oben hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als zur Hälfte und ganz vorzugsweise vollständig, durch den Boden überdeckt ist. Das zweite Abgasnachbehandlungselement ist somit beispielsweise ein Unterboden-Abgasnachbehandlungselement (UB-Abgasnachbehandlungselement), und beispielsweise ist oder bildet das Unterboden-Abgasnachbehandlungselement ein Unterboden-Abgasnachbehandlungssystem (UB-Abgasnachbehandlungssystem), oder das zweite Abgasnachbehandlungselement ist Bestandteil eines solchen Unterboden-Abgasnachbehandlungssystems. Ferner ist es denkbar, dass der erste SCR-Katalysator und die Dosiereinrichtung ein motornahes Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere ein motornahes SCR-System, bilden oder Bestandteile eines solchen, motornahen SCR-Systems sind. Da das zweite Abgasnachbehandlungselement den zweiten SCR-Katalysator aufweist, kann das Unterboden-Abgasnachbehandlungssystem ein Unterboden-SCR-System sein, bilden oder aufweisen.Since the first SCR catalyst is arranged upstream of the second exhaust gas aftertreatment element in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust system and thus upstream of the second SCR catalyst and upstream of the nitrogen oxide storage catalyst, the first SCR catalyst is preferably an SCR catalyst close to the engine, and thus an exhaust gas aftertreatment element close to the engine. It is preferably provided that the first SCR catalyst is arranged at least partially, in particular or at least predominantly completely, in the engine compartment. It can be provided that the second exhaust gas aftertreatment element and thus the second SCR catalyst and the nitrogen oxide storage catalyst, which is also referred to below simply as the storage catalyst, are preferably arranged completely outside the engine compartment and in the vertical direction of the vehicle below the floor (underbody), in particular in such a way that the second exhaust gas aftertreatment element is at least partially, in particular at least predominantly and thus at least more than half and very preferably completely, covered by the floor in the vertical direction of the vehicle. The second exhaust aftertreatment element is thus, for example, an underbody exhaust aftertreatment element (UB exhaust aftertreatment element), and for example the underbody exhaust aftertreatment element is or forms an underbody exhaust aftertreatment system (UB exhaust aftertreatment system), or the second exhaust aftertreatment element is part of such an underbody exhaust aftertreatment system. It is also conceivable that the first SCR catalyst and the metering device form an exhaust aftertreatment system close to the engine, in particular an SCR system close to the engine, or are parts of such an SCR system close to the engine. Since the second exhaust aftertreatment element has the second SCR catalyst, the underbody exhaust aftertreatment system can be, form or have an underbody SCR system.
Die Erfindung basiert insbesondere auf folgenden Erkenntnissen und Überlegungen: Bekannte SCR-Systeme zum Entsticken von Abgas, das heißt zur Stickoxid-Entfernung aus dem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine können ein motornahes SCR-System und ein motorfernes Unterboden-SCR-System aufweisen, welches stromab des motornahen SCR-Systems angeordnet und von dem motornahen SCR-System beabstandet ist. Während üblicherweise das motornahe SCR-System im Motorraum angeordnet ist, ist das motorferne Unterboden-SCR-System außerhalb des Motorraums und dabei unter dem Unterboden angeordnet. Das motornahe SCR-System kann - wie zuvor beschrieben - den ersten SCR-Katalysator und die Dosiereinrichtung aufweisen. Es ist denkbar, dass in Strömungsrichtung des die Abgasanlage durchströmenden Abgases stromauf des ersten SCR-Katalysators ein Partikelfilter, insbesondere ein Dieselpartikelfilter (DPF), angeordnet ist, mittels welchem Partikel, insbesondere Rußpartikel, aus dem Abgas herausgefiltert werden können. Der Partikelfilter kann Bestandteil des motornahen SCR-Systems sein. Dabei ist es denkbar, dass der Partikelfilter eine für die selektive katalytische Reduktion katalytisch wirksame beziehungsweise aktive Beschichtung aufweist, sodass dann der beispielsweise als Dieselpartikelfilter ausgebildete Partikelfilter auch als SDPF bezeichnet wird. Somit ist insbesondere denkbar, dass die Verbrennungskraftmaschine als ein Dieselmotor ausgebildet ist.The invention is based in particular on the following findings and considerations: Known SCR systems for denitrification of exhaust gases, i.e. for removing nitrogen oxides from the exhaust gases of an internal combustion engine, can have an SCR system close to the engine and an underbody SCR system remote from the engine, which is arranged downstream of the SCR system close to the engine and spaced apart from the SCR system close to the engine. While the SCR system close to the engine is usually arranged in the engine compartment, the underbody SCR system remote from the engine is arranged outside the engine compartment and under the underbody. The engine-mounted SCR system can - as described above - have the first SCR catalyst and the metering device. It is conceivable that a particle filter, in particular a diesel particle filter (DPF), is arranged upstream of the first SCR catalyst in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust system, by means of which particles, in particular soot particles, can be filtered out of the exhaust gas. The particle filter can be part of the engine-mounted SCR system. It is conceivable that the particle filter has a catalytically effective or active coating for the selective catalytic reduction, so that the particle filter designed as a diesel particle filter, for example, is then also referred to as an SDPF. It is therefore particularly conceivable that the internal combustion engine is designed as a diesel engine.
Üblicherweise umfasst das Unterboden-SCR-System eine zweite Eindosierung, das heißt eine zweite Dosiereinrichtung, mittels welcher an einer zweiten Einbringstelle das beziehungsweise ein Reduktionsmittel zum Bereitstellen von Ammoniak zum Entsticken des Abgases in das Abgas einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist. Die zweite Einbringstelle ist dabei üblicherweise in Strömungsrichtung des die Abgasanlage durchströmende Abgases stromab des ersten SCR-Katalysators und stromauf des zweiten SCR-Katalysators angeordnet. Dabei ist eine hinreichend hohe, auch als Abgastemperatur bezeichnete Temperatur des Abgases vorteilhaft, um beispielsweise aus dem in das die Abgastemperatur aufweisende Abgas eingebrachte Reduktionsmittel mit dem Abgas mittels Thermolyse und Hydrolyse Ammoniak zu bilden, wodurch das Reduktionsmittel den Ammoniak im Abgas für die selektive katalytische Reduktion im SCR-Katalysator bereitstellt. Da jedoch die normalen Abgastemperaturen im Bereich des Unterbodens für ein Einbringen des Reduktionsmittels zumindest weitestgehend zu gering ausfallen, da sie üblicherweise weniger als 170 Grad Celsius (°C) betragen, erfolgt ein hauptsächlicher Stickoxid-Umsatz am beziehungsweise im motornahen SCR-System. Unter dem Stickoxid-Umsatz beziehungsweise unter dem hauptsächlichen Stickoxid-Umsatz ist zu verstehen, dass das Abgas entstickt wird, wobei bezogen auf das motornahe SCR-System und das motorferne Unterboden-SCR-System das motornahe SCR-System wesentlich effektiver und/oder innerhalb einer Zeitspanne eine größere Menge an Stickoxiden aus dem Abgas entfernt als das Unterboden-SCR-System. In besonderen Zuständen wie beispielsweise bei einer Regeneration des Partikelfilters, bei starken Beschleunigungen und bei einem Dauer-Hochlast-Motorbetrieb der Verbrennungskraftmaschine und mit vor allem dann, wenn die Abgastemperatur an beziehungsweise im motornahen SCR-System und/oder eine Temperatur des motornahen SCR-Systems selbst auf mehr als 500 Grad Celsius ansteigt und Raumgeschwindigkeiten stark zunehmen, kann das motorferne Unterboden-SCR-System aktiviert werden. Unter der Aktivierung des motorfernen Unterboden-SCR-System ist insbesondere zu verstehen, dass an der zweiten Eindringstelle mittels der zweiten Dosiereinrichtung das Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht wird, sofern eine ausreichende Temperatur des Abgases erreicht wird. Unterbleibt ein Einbringen des Reduktionsmittels an der zweiten Einbringstelle, so ist das Unterboden-SCR-System deaktiviert, das heißt insbesondere im Hinblick auf das Entsticken des Abgases inaktiv.The underbody SCR system usually comprises a second metering device, i.e. a second metering device, by means of which the or a reducing agent for providing ammonia for denitrification of the exhaust gas can be introduced, in particular injected, into the exhaust gas at a second introduction point. The second introduction point is usually arranged in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust system downstream of the first SCR catalyst and upstream of the second SCR catalyst. A sufficiently high temperature of the exhaust gas, also referred to as the exhaust gas temperature, is advantageous in order to form ammonia with the exhaust gas by means of thermolysis and hydrolysis, for example from the reducing agent introduced into the exhaust gas at the exhaust gas temperature, whereby the reducing agent provides the ammonia in the exhaust gas for the selective catalytic reduction in the SCR catalyst. However, since the normal exhaust gas temperatures in the area of the underbody are at least largely too low for the introduction of the reducing agent, as they are usually less than 170 degrees Celsius (°C), the main nitrogen oxide conversion takes place on or in the SCR system close to the engine. The nitrogen oxide conversion or the main nitrogen oxide conversion means that the exhaust gas is denitrified, whereby with regard to the SCR system close to the engine and the underbody SCR system remote from the engine, the SCR system close to the engine removes a larger amount of nitrogen oxides from the exhaust gas much more effectively and/or within a period of time than the underbody SCR system. In special conditions such as during regeneration of the particle filter, during strong acceleration and during continuous high-load operation of the internal combustion engine and especially when the exhaust gas temperature at or in the SCR system close to the engine and/or a temperature of the SCR system close to the engine itself rises to more than 500 degrees Celsius and spatial velocities increase sharply, the underbody SCR system located away from the engine can be activated. Activation of the underbody SCR system located away from the engine means in particular that the reducing agent is introduced into the exhaust gas at the second penetration point using the second metering device, provided that a sufficient temperature of the exhaust gas is reached. If the reducing agent is not introduced at the second introduction point, the underbody SCR system is deactivated, i.e. inactive, particularly with regard to denitrification of the exhaust gas.
Eine Abgasanlage mit den zwei aufeinanderfolgenden SCR-Katalysatoren, das heißt beispielsweise mit dem zuvor beschriebenen, motornahen SCR-System und mit dem zuvor beschriebenen Unterboden-SCR-System sowie mit den beiden Dosiereinrichtungen, der ersten Einbringstelle und der zweiten Einbringstelle sowie ohne stromab des ersten SCR-Katalysators angeordnetem Stickoxid-Speicherkatalysator, mag zwar einen hinreichend hohen Stickoxidumsatz in allen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine ermöglichen, kann jedoch auch einige Nachteile aufweisen. Eine erster der Nachteile ist, dass die beispielsweise unter dem Unterboden angeordnete und beispielsweise auch als Unterboden-Einspritzinjektor bezeichnete, zweite Dosiereinrichtung aufgrund sehr seltener Aktivierung des Unterboden-SCR-Systems und somit der zweiten Dosiereinrichtung ein hohes Risiko zur Verklebung beziehungsweise Verstopfung mit Harnstoff beziehungsweise Harnstofffolgeprodukten hat. Ein zweiter der Nachteile ist, dass eine regelmäßige, notwendige Befüllung und Entleerung, insbesondere des Unterboden-SCR-Systems, nicht immer sicher gewährleistet werden kann. Ein dritter der Nachteile ist, dass bei großen Stickoxid-Rohemissionsspitzen, zum Beispiel im Zuge von starken Beschleunigungsgradienten, die Temperatur des Abgases im Bereich des Unterbodens beziehungsweise die Temperatur des Unterboden-SCR-Systems geringer als 170 Grad Celsius betragen kann, sodass dann ein Einbringen des Reduktionsmittels an der zweiten Einbringstelle nicht möglich ist. Ein vierter der Nachteile ist, dass ein Steuerungs-und/oder Regelungsaufwand für die zusätzlich zu der ersten Dosiereinrichtung vorgesehene, zweite Dosiereinrichtung inklusive einer dann vorteilhaften und gegebenenfalls erforderlichen An-Bord-Diagnose-Überwachung erforderlich ist, und es kann wenigstens eine beheizte, von Reduktionsmittel durchströmbaren Medienleitung zum Führen des Reduktionsmittels nötig und hochkomplex sein, was Zusatzkosten verursacht. Ein fünfter der Nachteile ist, dass aufgrund der zuvor beschriebenen Verklebungs- und Verstopfungsproblematik der zweiten Dosiereinrichtung sowie im Falle von lokal auftretenden hohen Temperaturen von beispielsweise mehr als 250° Celsius an der zweiten Dosiereinrichtung am beziehungsweise im Unterboden regelmäßig oder im Bedarfsfall eine Mindestmenge des Reduktionsmittels auch ohne Stickoxid-bedingte Anforderungen, das heißt auch dann an der zweiten Einbringstelle in der Abgas eingebracht wird beziehungsweise eingebracht werden muss, wenn dies eigentlich zur Entstickung des Abgases nicht erforderlich wäre. Dieses Einbringen des Reduktionsmittels wird auch als Bauteilschutzdosierung bezeichnet, da hierdurch zwar Bauteile der Abgasanlage vor übermäßigem Verschleiß und/oder Schäden und/oder einem Ausfall geschützt werden können, jedoch könnte dies zu unerwünschtem Ammoniak beziehungsweise, nach dessen Oxidation in oder an einem üblicherweise vorgesehenen Ammoniak-Schlupfkatalysator (ASC), zu einem unerwünschten Stickoxidschlupf in die Umgebungsluft führen. Ein sechster der Nachteile ist, dass eine hinreichende Aufbereitung des beispielsweise als wässrige Harnstofflösung ausgebildeten Reduktionsmittels in Bereich des Unterbodens, das heißt unter dem Unterboden ein komplexes Mischungs- und Verdampfungssystem im Abgasanlagen erforderlich machen kann. Dies erhöht den Druckverlust der Abgasanlage beziehungsweise dies erhöht einen durch die Abgasanlage ohnehin verursachten Druckverlust des Abgases, was zu einer Verringerung der Spitzenleistung und zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine führen kann.An exhaust system with two consecutive SCR catalysts, i.e. for example with the previously described close-coupled SCR system and with the previously described underbody SCR system as well as with the two metering devices, the first introduction point and the second introduction point, and without a nitrogen oxide storage catalyst arranged downstream of the first SCR catalyst, may enable a sufficiently high nitrogen oxide conversion in all operating states of the internal combustion engine, but can also have some disadvantages. A first of the disadvantages is that the second metering device, which is arranged for example under the underbody and also referred to as an underbody injection injector, has a high risk of sticking or clogging with urea or urea byproducts due to very rare activation of the underbody SCR system and thus of the second metering device. A second of the disadvantages is that regular, necessary filling and emptying, in particular of the underbody SCR system, cannot always be reliably guaranteed. A third disadvantage is that in the case of large nitrogen oxide raw emission peaks, for example in the course of strong acceleration gradients, the temperature of the exhaust gas in the area of the underbody or the temperature of the underbody SCR system can be less than 170 degrees Celsius, so that it is then not possible to introduce the reducing agent at the second introduction point. A fourth disadvantage is that a control and/or regulation effort is required for the second dosing device provided in addition to the first dosing device, including an on-board diagnostic monitoring system that is then advantageous and may be required, and at least one heated media line through which reducing agent can flow for guiding the reducing agent can be necessary and highly complex, which causes additional costs. A fifth disadvantage is that due to the previously described sticking and clogging problems of the second dosing device and in the case of locally occurring high temperatures temperatures of, for example, more than 250° Celsius, a minimum amount of the reducing agent is introduced regularly or when required at the second dosing device on or in the underbody even without nitrogen oxide-related requirements, i.e. even at the second introduction point in the exhaust gas when this is not actually necessary to denitrify the exhaust gas. This introduction of the reducing agent is also referred to as component protection dosing, since although it can protect components of the exhaust system from excessive wear and/or damage and/or failure, this could lead to unwanted ammonia or, after its oxidation in or on a normally provided ammonia slip catalyst (ASC), to unwanted nitrogen oxide slip into the ambient air. A sixth disadvantage is that sufficient preparation of the reducing agent, which is formed, for example, as an aqueous urea solution, in the area of the underbody, i.e. beneath the underbody, can require a complex mixing and evaporation system in the exhaust system. This increases the pressure loss of the exhaust system or increases the pressure loss of the exhaust gases already caused by the exhaust system, which can lead to a reduction in peak power and increased fuel consumption of the internal combustion engine.
Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch die Erfindung vermieden werden. Hierzu wird, insbesondere anstelle eines Ammoniak-Schlupfkatalysators des zweiten Abgasnachbehandlungselements in bekannten Abgasanlagen, der Stickoxid-Speicherkatalysator verwendet, welcher vorzugsweise unter dem Unterboden und außerhalb des Motorraums angeordnet ist. Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das zweite Abgasnachbehandlungselement, insbesondere die Abgasanlage insgesamt und ganz insbesondere das Kraftfahrzeug insgesamt, frei von einem Ammoniak-Schlupfkatalysator (ASC) ist.The problems and disadvantages mentioned above can now be avoided by the invention. For this purpose, in particular instead of an ammonia slip catalyst of the second exhaust gas aftertreatment element in known exhaust systems, the nitrogen oxide storage catalyst is used, which is preferably arranged under the underbody and outside the engine compartment. It has proven to be advantageous if the second exhaust gas aftertreatment element, in particular the exhaust system as a whole and especially the motor vehicle as a whole, is free of an ammonia slip catalyst (ASC).
Vorzugsweise liegt ein Stickoxid-Einspeicherfenster des Speicherkatalysators in einem Temperaturbereich von einschließlich 150° Celsius bis einschließlich 600° Celsius. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass in dem genannten Temperaturbereich Stickoxide aus dem Abgas in dem beziehungsweise durch den Speicherkatalysator gespeichert werden können. Der Stickoxid-Speicherkatalysator weist, insbesondere katalytisch, aktive Bestandteile, insbesondere Edelmetallbestandteile, auf, mittels welchen Stickoxide aus dem Abgas gespeichert werden können. Dabei ist es denkbar, dass aufgrund der insbesondere für die Speicherung von Stickoxiden aus dem Abgas, insbesondere katalytisch, aktiven Bestandteile des Speicherkatalysators der Speicherkatalysator, insbesondere mittels der Bestandteile, ebenfalls Ammoniak oxidieren und somit einen etwaigen Ammoniak-Schlupf oxidativ aus dem Abgas entfernen kann. Unter dem Ammoniak-Schlupf ist insbesondere zu verstehen, dass in das Abgas eingebrachtes Reduktionsmittel beziehungsweise von dem in das Abgas eingebrachten Reduktionsmittel bereitgestelltes Ammoniak ungenutzt den zweiten SCR-Katalysator durchströmt und verlässt, das heißt in dem zweiten SCR-Katalysator nicht umgesetzt wird, das heißt nicht mit Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser reagiert, und somit zum Beispiel stromab des zweiten SCR-Katalysators noch in elementarer Form vorliegt.Preferably, a nitrogen oxide storage window of the storage catalyst is in a temperature range of 150° Celsius up to and including 600° Celsius. This is to be understood in particular that in the temperature range mentioned, nitrogen oxides from the exhaust gas can be stored in or by the storage catalyst. The nitrogen oxide storage catalyst has, in particular catalytically active components, in particular precious metal components, by means of which nitrogen oxides from the exhaust gas can be stored. It is conceivable that due to the components of the storage catalyst that are particularly catalytically active for the storage of nitrogen oxides from the exhaust gas, the storage catalyst, in particular by means of the components, can also oxidize ammonia and thus oxidatively remove any ammonia slip from the exhaust gas. The term ammonia slip is to be understood in particular as meaning that the reducing agent introduced into the exhaust gas or the ammonia provided by the reducing agent introduced into the exhaust gas flows through the second SCR catalyst and leaves it unused, i.e. is not converted in the second SCR catalyst, i.e. does not react with nitrogen oxides to form nitrogen and water, and is thus still present in elemental form, for example, downstream of the second SCR catalyst.
Dabei ist es denkbar, dass stromauf des ersten SCR-Katalysators, insbesondere stromauf des Partikelfilters, ein zweiter Stickoxid-Speicherkatalysator angeordnet ist. Insbesondere ist es vorgesehen einen Stickoxid-Speicherkatalysator (NSK), der schon bei relativ tiefen Temperaturen Stockoxide (NOx) des Abgases einspeichern kann. Solche Stickoxid-Speicherkatalysatoren sind auch als NSKlight bekannt. Vorteilhafterweis kann so bereits bei tiefen Temperaturen, beispielsweise bei einem Kaltstart, schädliche Stickoxide aus dem Abgas zumindest teilweise aus dem Abgas entfernt werden bevor das SCR-System seine Betriebstemperatur erreicht hat. Vorzugsweise ist der zweite Stickoxid-Speicherkatalysator von dem ersten SCR-Katalysator, insbesondere von dem Partikelfilter, beabstandet. Somit ist vorzugsweise zwischen dem zweiten Stickoxid-Speicherkatalysator und dem SCR-Katalysator, insbesondere zwischen dem zweiten Stickoxid-Speicherkatalysator und dem Partikelfilter, ein weiterer Längenbereich der Abgasanlage angeordnet, deren weiterer Längenbereich vollständig frei von einem Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases ist. Vorteilhaft hierbei ist, dass auf Brennverfahren zum Regenerieren beziehungsweise Entschwefeln des zweiten Stickoxid-Speicherkatalysators rückgegriffen werden kann, um beispielsweise auch den ersten Stickoxid-Speicherkatalysator entsprechend zu regenerieren beziehungsweise zu entschwefeln. Diese sogenannte Desulfatisierung (Schwefelregenerierung) des Katalysators muss in bestimmten Abständen erfolgen, da Schwefel die Funktion des Stickoxid-Speicherkatalysator Stickoxide (NOx) aufzunehmen einschränkt. Zur Desulfatisierung wird das Abgas kurzzeitig auf mehr als 650° Celsius erhitzt und die Verbrennungskraftmaschine mit einem fetten Gemisch betrieben (Lambda < 1), um möglichst wenig Sauerstoff (O2) im Abgas bereit zu stellen. Vorzugsweise ist der zweite Stickoxid-Speicherkatalysator motornah angeordnet beziehungsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Motorraum angeordnet.It is conceivable that a second nitrogen oxide storage catalyst is arranged upstream of the first SCR catalyst, in particular upstream of the particle filter. In particular, a nitrogen oxide storage catalyst (NSK) is provided which can store nitrogen oxides (NOx) from the exhaust gas even at relatively low temperatures. Such nitrogen oxide storage catalysts are also known as NSKlight. Advantageously, harmful nitrogen oxides can be at least partially removed from the exhaust gas even at low temperatures, for example during a cold start, before the SCR system has reached its operating temperature. The second nitrogen oxide storage catalyst is preferably spaced apart from the first SCR catalyst, in particular from the particle filter. Thus, a further length region of the exhaust system is preferably arranged between the second nitrogen oxide storage catalyst and the SCR catalyst, in particular between the second nitrogen oxide storage catalyst and the particle filter, the further length region of which is completely free of an exhaust gas aftertreatment element for aftertreating the exhaust gas. The advantage here is that combustion processes for regenerating or desulfurizing the second nitrogen oxide storage catalyst can be used, for example to also regenerate or desulfurize the first nitrogen oxide storage catalyst accordingly. This so-called desulfurization (sulfur regeneration) of the catalyst must take place at certain intervals, since sulfur limits the ability of the nitrogen oxide storage catalyst to absorb nitrogen oxides (NOx). For desulfurization, the exhaust gas is briefly heated to more than 650° Celsius and the internal combustion engine is operated with a rich mixture (lambda < 1) in order to provide as little oxygen (O 2 ) as possible in the exhaust gas. The second nitrogen oxide storage catalyst is preferably arranged close to the engine or at least partially, in particular at least predominantly or completely, arranged in the engine compartment.
Durch die Erfindung können insbesondere die folgenden Vorteile realisiert werden: Entsteht beispielsweise am motornahen SCR-System, insbesondere am ersten SCR-Katalysator, ein Stickoxid-Schlupf (NOx-Schlupf), beispielsweise wegen zu hohen lokalen Temperaturen im Rahmen einer Regeneration des Partikelfilters beziehungsweise im Rahmen einer starken Beschleunigung, so kann dieser Stickoxid-Schlupf, das heißt den Stickoxid-Schlupf bildende Stickoxide, die nicht mittels des ersten SCR-Katalysators und beispielsweise auch nicht mittels des zweiten SCR-Katalysators aus dem Abgas entfernt wurden, in den ersten Stickoxid-Speicherkatalysator eingespeichert, mithin in dem ersten Stickoxid-Speicherkatalysator gespeichert werden. Wenn im Vorigen und im Folgenden die Rede von dem Stickoxid-Speicherkatalysator ist, so ist darunter - falls nicht anderes angegeben ist - der erste Stickoxid-Speicherkatalysator des zweiten Abgasnachbehandlungselements zu verstehen. Da das zweite Abgasnachbehandlungselement den Stickoxid-Speicherkatalysator aufweist, und da beispielsweise das zweite Abgasnachbehandlungselement ein Unterboden-Abgasnachbehandlungselement ist, mithin unter dem Unterboden angeordnet ist, ist beispielsweise der Stickoxid-Speicherkatalysator ein Unterboden-Speicherkatalysator (UB-NSK), welcher unter dem Unterboden angeordnet ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Verschwefelung des Stickoxid-Speicherkatalysators beispielsweise dann, wenn der zweite, motornahe Stickoxid-Speicherkatalysator verwendet wird, der die komplette Schwefelbeladung einspeichert und daher regelmäßig regeneriert werden sollte, so gut wie nicht stattfindet. Daher kann eine regelmäßige Entschwefelung (Desulfatisierung) des ersten Stickoxid-Speicherkatalysators des zweiten Abgasnachbehandlungselements vermieden werden. Darüber hinaus kann gegebenenfalls auf die Verwendung der zuvor beschriebenen, zweiten Einbringstelle und somit auf die Verwendung der zweiten Dosiereinrichtung stromab des ersten SCR-Katalysators und stromauf des zweiten SCR-Katalysators verzichtet werden. Sofern entsprechende Voraussetzungen vorliegen, insbesondere eine ausreichende hohe Abgastemperatur vor dem zweiten SCR-Katalysator, kann mittels der vorgesehenen ersten Dosiereinrichtung eine entsprechende Menge an wässriger Harnstofflösung eingespritzt werden, so dass eine zur Entstickung der Stickoxide vor dem zweite SCR-Katalysator im zweiten SCR-Katalysator eine ausreichende Menge an Ammoniak vorliegt. Somit können auch alle notwendigen Maßnahmen in Verbindung mit der zweiten Dosiereinrichtung und der zweiten Einbringstelle wie Mischungs- und Aufbereitungs-Bauteile vermieden werden. Dadurch entfallen auch die oben beschriebenen Einschränkungen in Bezug auf Spitzenleistung und Kraftstoffverbrauch.The invention can be used to achieve the following advantages in particular: If, for example, a nitrogen oxide slip (NOx slip) occurs in the SCR system close to the engine, in particular in the first SCR catalyst, for example due to excessively high local temperatures during regeneration of the particle filter or during strong acceleration, this nitrogen oxide slip, i.e. nitrogen oxides forming the nitrogen oxide slip, which were not removed from the exhaust gas by means of the first SCR catalyst and, for example, also not by means of the second SCR catalyst, can be stored in the first nitrogen oxide storage catalyst, and thus stored in the first nitrogen oxide storage catalyst. When the nitrogen oxide storage catalyst is mentioned above and below, this is to be understood - unless otherwise stated - as the first nitrogen oxide storage catalyst of the second exhaust gas aftertreatment element. Since the second exhaust aftertreatment element has the nitrogen oxide storage catalyst, and since, for example, the second exhaust aftertreatment element is an underfloor exhaust aftertreatment element, and is therefore arranged under the underfloor, the nitrogen oxide storage catalyst is, for example, an underfloor storage catalyst (UB-NSK), which is arranged under the underfloor. A further advantage is that sulfurization of the nitrogen oxide storage catalyst hardly ever occurs, for example when the second, close-to-the-engine nitrogen oxide storage catalyst is used, which stores the entire sulfur load and should therefore be regularly regenerated. Regular desulfurization (desulfatization) of the first nitrogen oxide storage catalyst of the second exhaust aftertreatment element can therefore be avoided. In addition, the use of the previously described second introduction point and thus the use of the second metering device downstream of the first SCR catalyst and upstream of the second SCR catalyst can be dispensed with if necessary. If the appropriate conditions are met, in particular a sufficiently high exhaust gas temperature upstream of the second SCR catalyst, an appropriate amount of aqueous urea solution can be injected using the first metering device provided, so that a sufficient amount of ammonia is present in the second SCR catalyst to denitrify the nitrogen oxides upstream of the second SCR catalyst. This also means that all the necessary measures in connection with the second metering device and the second introduction point, such as mixing and preparation components, can be avoided. This also eliminates the restrictions described above in terms of peak performance and fuel consumption.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Stickoxid-Speicherkatalysator stromab des zweiten SCR-Katalysators angeordnet. Dadurch können ein übermäßiger Stickoxid-Schlupf und ein übermäßiger Ammoniak-Schlupf effektiv und effizient vermieden werden.In an advantageous embodiment of the invention, the nitrogen oxide storage catalyst is arranged downstream of the second SCR catalyst. As a result, excessive nitrogen oxide slip and excessive ammonia slip can be effectively and efficiently avoided.
Um einen besonders emissionsarmen Betrieb realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der zweite SCR-Katalysator durch einen SCR-Katalysatorbereich, insbesondere des zweiten Abgasnachbehandlungselements, gebildet ist, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass der zweite SCR-Katalysator beziehungsweise der SCR-Katalysatorbereich frei von einem Stickoxid-Speicherkatalysator, das heißt frei von als Stickoxid-Speicherkatalysator wirkenden, katalytisch aktiven Substanzen ist. Dadurch kann das Abgas besonders vorteilhaft nachbehandelt werden, und ein übermäßiger Stickoxid-Schlupf kann effektiv und effizient vermieden werden.In order to be able to achieve particularly low-emission operation, it is provided in a further embodiment of the invention that the second SCR catalyst is formed by an SCR catalyst region, in particular of the second exhaust gas aftertreatment element, wherein it is preferably provided that the second SCR catalyst or the SCR catalyst region is free of a nitrogen oxide storage catalyst, i.e. free of catalytically active substances that act as a nitrogen oxide storage catalyst. As a result, the exhaust gas can be aftertreated particularly advantageously and excessive nitrogen oxide slip can be effectively and efficiently avoided.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn in Strömungsrichtung des Abgases stromab des SCR-Katalysatorbereiches ein den Stickoxid-Speicherkatalysator bildender Speicherbereich angeordnet ist, welcher sich vorzugsweise unmittelbar beziehungsweise direkt an den SCR-Katalysatorbereich anschließt. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass in Strömungsrichtung des Abgases zwischen dem SCR-Katalysatorbereich und dem Speicherbereich kein anderer, weiterer, katalytisch aktiver beziehungsweise wirksamer Bereich angeordnet ist. Hierdurch kann das Abgas auf besonders bauraumgünstige Weise vorteilhaft nachbehandelt werden.It has proven to be particularly advantageous if a storage area forming the nitrogen oxide storage catalyst is arranged downstream of the SCR catalyst area in the flow direction of the exhaust gas, which storage area preferably immediately or directly adjoins the SCR catalyst area. This is to be understood in particular that no other, further, catalytically active or effective area is arranged between the SCR catalyst area and the storage area in the flow direction of the exhaust gas. This allows the exhaust gas to be advantageously aftertreated in a particularly space-saving manner.
Der Speicherbereich kann frei von einem SCR-Katalysator, das heißt frei von für die SCR katalytisch wirksamen Substanzen sein, sodass mittels des Speicherbereiches auf bauraumgünstige Weise effektiv und effizient eine große Menge an Stickoxiden aus dem Abgas gespeichert werden kann.The storage area can be free of an SCR catalyst, i.e. free of substances that are catalytically active for the SCR, so that a large amount of nitrogen oxides from the exhaust gas can be stored effectively and efficiently by means of the storage area in a space-saving manner.
Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn der Speicherbereich des ersten Stickoxid-Speicherkatalysators wenigstens eine als der Stickoxid-Speicherkatalysator wirkende erste Beschichtung und wenigstens eine auch im SCR-Katalysatorbereich angeordnete und dadurch als der zweite SCR-Katalysator wirkende, von der ersten Beschichtung getrennte, zweite Beschichtung aufweist. Unter dem Merkmal, dass die zweite Beschichtung von der ersten Beschichtung getrennt ist beziehungsweise umgekehrt, ist zu verstehen, dass die Beschichtungen nicht miteinander gemischt, sondern räumlich beziehungsweise örtlich voneinander getrennt sind und daher nebeneinander und/oder aufeinander angeordnet sind. Somit ist vorzugsweise eine Zonierung der Beschichtungen vorgesehen, sodass beispielsweise die erste Beschichtung eine zonierte NSK-Beschichtung ist, die beispielsweise in einem Auslassbereich des SCR-Katalysators angeordnet ist und sich in Strömungsrichtung des Abgases an den SCR-Katalysatorbereich anschließt, in welchem die auch als SCR-Beschichtung bezeichnet, zweite Beschichtung angeordnet ist, wobei jedoch der SCR-Katalysatorbereich frei von der ersten Beschichtung und frei von einem Stickoxid-Speicherkatalysator ist. Die zonierte NSK-Beschichtung kann, ins als Zonierung beziehungsweise als Schicht beispielsweise entweder auf oder unter der SCR-Beschichtung angeordnet beziehungsweise aufgebracht sein. Dadurch kann auf bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Nachbehandlung des Abgases dargestellt werden.However, it has been shown to be particularly advantageous if the storage area of the first nitrogen oxide storage catalyst has at least one first coating acting as the nitrogen oxide storage catalyst and at least one second coating, which is also arranged in the SCR catalyst area and thus acts as the second SCR catalyst and is separate from the first coating. The feature that the second coating is separate from the first coating or vice versa is to be understood as meaning that the coatings are not mixed with one another, but are spatially or locally separated from one another and are therefore arranged next to one another and/or on top of one another. Preferably, a zoning of the coatings is provided, so that, for example, the first coating is a zoned NSK coating, which is arranged, for example, in an outlet region of the SCR catalyst and adjoins the SCR catalyst region in the flow direction of the exhaust gas, in which the second coating, also referred to as SCR coating, is arranged, but the SCR catalyst region is free of the first coating and free of a nitrogen oxide storage catalyst. The zoned NSK coating can be arranged or applied, for example, as a zoning or as a layer, either on or under the SCR coating. This makes it possible to achieve particularly advantageous aftertreatment of the exhaust gas in a space-saving manner.
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Speicherbereich wenigstens eine Beschichtung aufweist, welche auch als gemischte Beschichtung oder gemischter Washcoat bezeichnet wird und als ein Gemisch aus ersten, als der Stickoxid-Speicherkatalysator wirkenden, katalytisch aktiven Substanzen und zweiten, auch im SCR-Katalysatorbereich vorgesehenen und im SCR-Katalysatorbereich als der zweite SCR-Katalysator wirkenden, katalytisch aktiven Substanzen ausgebildet ist. Die jeweilige Beschichtung ist beispielsweise auf einem Träger angeordnet durch den Träger getragen. Durch Verwendung des gemischten Washcoats kann auf bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung dargestellt werden.It has also been shown to be particularly advantageous if the storage area has at least one coating, which is also referred to as a mixed coating or mixed washcoat and is designed as a mixture of first catalytically active substances that act as the nitrogen oxide storage catalyst and second catalytically active substances that are also provided in the SCR catalyst area and act as the second SCR catalyst in the SCR catalyst area. The respective coating is arranged on a carrier, for example, and carried by the carrier. By using the mixed washcoat, a particularly advantageous exhaust gas aftertreatment can be achieved in a space-saving manner.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Abgasanlage, insbesondere mit Ausnahme des Stickoxid-Speicherkatalysators des zweiten Abgasnachbehandlungselements, frei von einem stromab des ersten SCR-Katalysators angeordneten Ammoniak Schlupf-Katalysator (SCR). Vorzugsweise ist die gesamte Abgasanlage, insbesondere das gesamte Kraftfahrzeug, insbesondere mit Ausnahme des Stickoxid-Speicherkatalysators des zweiten Abgasnachbehandlungselements, frei von einem Ammoniak Schlupf-Katalysator (SCR). In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, the exhaust system, in particular with the exception of the nitrogen oxide storage catalyst of the second exhaust gas aftertreatment element, is free of an ammonia slip catalyst (SCR) arranged downstream of the first SCR catalyst. Preferably, the entire exhaust system, in particular the entire motor vehicle, in particular with the exception of the nitrogen oxide storage catalyst of the second exhaust gas aftertreatment element, is free of an ammonia slip catalyst (SCR).
Hierdurch kann auf Gewichts-, bauraumgünstige Weise das Abgas besonders vorteilhaft nachbehandelt werden.This allows the exhaust gas to be treated particularly advantageously in a way that is weight- and installation space-efficient.
In weiterer, besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Abgasanlage frei von einer stromab des ersten SCR-Katalysators und stromauf des zweiten Abgasnachbehandlungselements angeordneten Einbringstelle, an welcher ein zum Bereitstellen von Ammoniak ausgebildetes Reduktionsmittel in das Abgas einbringbar ist. Dadurch können die zuvor beschriebenen Verklebungs- und Verstopfungsprobleme sowie ein zusätzlicher Regel- und/oder Steueraufwand vermieden werden, sodass das Abgas auf besonders vorteilhafte und kostengünstige Weise nachbehandelt werden kann.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, the exhaust system is free of an introduction point arranged downstream of the first SCR catalyst and upstream of the second exhaust gas aftertreatment element, at which a reducing agent designed to provide ammonia can be introduced into the exhaust gas. This makes it possible to avoid the previously described problems of sticking and clogging as well as additional regulation and/or control expenditure, so that the exhaust gas can be aftertreated in a particularly advantageous and cost-effective manner.
Alternativ ist es vorgesehen, dass zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Abgasnachbehandlung eine beziehungsweise die zweite Dosiereinrichtung aufweist, mittels welcher an einer stromab des ersten Abgasnachbehandlungselements (erster SCR-Katalysator) und stromauf des zweiten Abgasnachbehandlungselements angeordneten, zweiten Stelle ein zum Bereitstellen von Ammoniak zum Entsticken des Abgases ausgebildetes Reduktionsmittel, insbesondere das zuvor genannte Reduktionsmittel, in das Abgas einbringbar ist. Die zweite Stelle ist vorzugsweise die zuvor genannte, zweite Einbringstelle.Alternatively, it is provided that, in order to implement a particularly advantageous exhaust gas aftertreatment, a or the second metering device is provided, by means of which a reducing agent designed to provide ammonia for denitrification of the exhaust gas, in particular the aforementioned reducing agent, can be introduced into the exhaust gas at a second location arranged downstream of the first exhaust gas aftertreatment element (first SCR catalyst) and upstream of the second exhaust gas aftertreatment element. The second location is preferably the aforementioned second introduction location.
Weiterhin denkbar ist es, den Stickoxid-Speicherkatalysator besonders motorfern anzuordnen, insbesondere derart, dass in Strömungsrichtung des die Abgasanlage durchströmendes Abgases zwischen dem zweiten SCR-Katalysator und dem stromab des zweiten SCR-Katalysators angeordneten Stickoxid-Speicherkatalysator wenigstens ein dritter Längenbereich der Abgasanlage angeordnet ist, wobei der dritte Längenbereich vollständig frei von einem Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases ist. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator des zweiten Abgasnachbehandlungselements in einen Endtopf oder Endschalltopf der Abgasanlage integriert ist. Dadurch verschiebt sich ein Temperaturfenster hin zu niedrigeren Temperaturen am Stickoxid-Speicherkatalysator.It is also conceivable to arrange the nitrogen oxide storage catalyst particularly far away from the engine, in particular such that at least a third length region of the exhaust system is arranged between the second SCR catalyst and the nitrogen oxide storage catalyst arranged downstream of the second SCR catalyst in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust system, the third length region being completely free of an exhaust aftertreatment element for aftertreating the exhaust gas. In this case, it is particularly conceivable that the nitrogen oxide storage catalyst of the second exhaust aftertreatment element is integrated into a muffler or rear silencer of the exhaust system. This shifts a temperature window towards lower temperatures on the nitrogen oxide storage catalyst.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen, welcher eine beziehungsweise die zuvor genannte Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftwagens aufweist. Außerdem umfasst der Kraftwagen eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbare Abgasanlage gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A second aspect of the invention relates to a motor vehicle, preferably designed as a passenger car, which has an internal combustion engine or the aforementioned internal combustion engine for driving the motor vehicle. In addition, the motor vehicle comprises an exhaust system through which exhaust gas from the internal combustion engine can flow, according to the first aspect of the invention. Advantages and advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the second aspect of the invention, and vice versa.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown in the single figure alone Combinations can be used not only in the combination specified, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the invention.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens.The drawing shows in the only figure a schematic representation of an exhaust system according to the invention for an internal combustion engine of a motor vehicle preferably designed as a passenger car.
Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine auch als Abgastrakt bezeichnete Abgasanlage 10 für eine Verbrennungskraftmaschine 12 eines vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens. Dies bedeutet, dass der Kraftwagen in seinem vollständig hergestellten Zustand die Abgasanlage 10 und die Verbrennungskraftmaschine 12 aufweist und mittels der auch als Verbrennungsmotor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine 12 antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 12 ist als eine Hubkolbenmaschine ausgebildet und weist Zylinder 14 auf, welche jeweilige Brennräume 16 der Verbrennungskraftmaschine 12 teilweise begrenzen. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 12 laufen in den Brennräumen 16 Verbrennungsvorgänge ab, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12 resultiert. Die Verbrennungskraftmaschine 12 kann das Abgas bereitstellen. Mit anderen Worten kann das Abgas aus den Brennräumen 16 abgeführt und - wie in der Fig. durch einen Pfeil 18 veranschaulicht ist - in die Abgasanlage 10 eingeleitet werden. Somit ist die Abgasanlage 10 von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12 durchströmbar. Die Abgasanlage 10 weist ein von dem Abgas durchströmbares, erstes Abgasnachbehandlungselement in Form eines ersten SCR-Katalysators 20 zum Entsticken und somit zum Nachbehandeln des Abgases auf. Die Abgasanlage 10 umfasst ferner ein in Strömungsrichtung des die Abgasanlage 10 durchströmenden Abgases stromab des ersten SCR-Katalysators 20 angeordnetes und von dem Abgas durchströmbares, zweites Abgasnachbehandlungselement 22, welches beispielsweise an sich, das heißt für sich alleine betrachtet ein selbstständig zusammengebautes Modul, mithin eine Einheit oder Baueinheit sein kann. Das zweite Abgasnachbehandlungselement 22 weist einen zweiten SCR-Katalysator 24 zum Entsticken des Abgases auf. Das zweite Abgasnachbehandlungselement 22 und somit der zweite SCR-Katalysator 24 sind von dem ersten SCR-Katalysator 20 beabstandet. Dies bedeutet, dass die Abgasanlage 10 in Strömungsrichtung des die Abgasanlage 10 des strömenden Abgases zwischen dem SCR-Katalysator 20 und dem Abgasnachbehandlungselement 22 und somit dem SCR-Katalysator 24 wenigstens einen Längenbereich L1 aufweist, welcher vollständig frei von einem Abgasnachbehandlungselement zum, insbesondere aktiven, Nachbehandeln des Abgases ist. Insbesondere ist es denkbar, dass in dem Längenbereich L1 lediglich ein von dem Abgas durchströmbares Abgasrohr angeordnet ist, durch welches das Abgas hindurchströmt ohne nachbehandelt zu werden.The only figure shows a schematic representation of an exhaust system 10, also referred to as an exhaust tract, for an internal combustion engine 12 of a motor vehicle, preferably designed as a passenger car. This means that the motor vehicle, in its fully manufactured state, has the exhaust system 10 and the internal combustion engine 12 and can be driven by means of the internal combustion engine 12, also referred to as an internal combustion engine. The internal combustion engine 12 is designed as a reciprocating piston machine and has cylinders 14, which partially delimit respective combustion chambers 16 of the internal combustion engine 12. During fired operation of the internal combustion engine 12, combustion processes take place in the combustion chambers 16, resulting in exhaust gas from the internal combustion engine 12. The internal combustion engine 12 can provide the exhaust gas. In other words, the exhaust gas can be discharged from the combustion chambers 16 and - as illustrated in the figure by an arrow 18 - introduced into the exhaust system 10. The exhaust system 10 can thus be flowed through by the exhaust gas of the internal combustion engine 12. The exhaust system 10 has a first exhaust gas aftertreatment element in the form of a first SCR catalyst 20 through which the exhaust gas can flow for denitrification and thus for aftertreating the exhaust gas. The exhaust system 10 also comprises a second exhaust gas aftertreatment element 22 which is arranged downstream of the first SCR catalyst 20 in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust system 10 and through which the exhaust gas can flow, which second exhaust gas aftertreatment element 22 can be an independently assembled module, i.e. considered on its own, and thus a unit or structural unit. The second exhaust gas aftertreatment element 22 has a second SCR catalyst 24 for denitrification of the exhaust gas. The second exhaust gas aftertreatment element 22 and thus the second SCR catalyst 24 are spaced apart from the first SCR catalyst 20. This means that the exhaust system 10 has at least one length region L1 in the flow direction of the flowing exhaust gas between the SCR catalyst 20 and the exhaust aftertreatment element 22 and thus the SCR catalyst 24, which is completely free of an exhaust aftertreatment element for, in particular, active, aftertreatment of the exhaust gas. In particular, it is conceivable that only one exhaust pipe through which the exhaust gas can flow is arranged in the length region L1, through which the exhaust gas flows without being aftertreated.
Die Abgasanlage 10 umfasst ferner eine Dosiereinrichtung 26, mittels welcher an einer stromauf des SCR-Katalysators 20 angeordneten und auch als Einbringstelle bezeichnenden Stelle S1 ein insbesondere flüssiges Reduktionsmittel in das Abgas eindringbar, insbesondere einspritzbar, ist. Das Reduktionsmittel ist beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung und zum Bereitstellen von Ammoniak im Abgas ausgebildet, welches bei einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) mit im Abgas enthaltenen Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser reagiert. Die selektive katalytische Reduktion kann in dem jeweiligen SCR-Katalysator 20 bzw. 24 ablaufen und wird insbesondere durch den jeweiligen SCR-Katalysator 20 bzw. 24 katalytisch unterstützt und/oder bewirkt. Dadurch, dass im Rahmen der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) das Ammoniak aus dem Reduktionsmittel mit im Abgas enthaltenen Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser reagiert, werden die mit dem Ammoniak aus dem Reduktionsmittel zu Stickstoff und Wasser reagierenden Stickoxide aus dem Abgas entfernt. Dies bedeutet, dass das Abgas entstickt wird.The exhaust system 10 further comprises a metering device 26, by means of which a reducing agent, in particular a liquid one, can penetrate, in particular be injected, into the exhaust gas at a point S1 arranged upstream of the SCR catalyst 20 and also referred to as the introduction point. The reducing agent is, for example, an aqueous urea solution and is designed to provide ammonia in the exhaust gas, which reacts with nitrogen oxides contained in the exhaust gas to form nitrogen and water during selective catalytic reduction (SCR). The selective catalytic reduction can take place in the respective SCR catalyst 20 or 24 and is catalytically supported and/or brought about in particular by the respective SCR catalyst 20 or 24. As a result of the selective catalytic reduction (SCR) process, the ammonia from the reducing agent reacts with the nitrogen oxides contained in the exhaust gas to form nitrogen and water, and the nitrogen oxides that react with the ammonia from the reducing agent to form nitrogen and water are removed from the exhaust gas. This means that the exhaust gas is denitrified.
Um nun das Abgas besonders vorteilhaft nachbehandeln und in der Folge einen besonders emissionsarmen Betrieb realisieren zu können, weist das zweite Abgasnachbehandlungselement 22 einen Stickoxid-Speicherkatalysator 28 auf. Der Stickoxid-Speicherkatalysator 28 wird auch als NSK (NOx-Speicher-Katalysator) bezeichnet.In order to be able to aftertreat the exhaust gas particularly advantageously and subsequently achieve particularly low-emission operation, the second exhaust gas aftertreatment element 22 has a nitrogen oxide storage catalyst 28. The nitrogen oxide storage catalyst 28 is also referred to as an NSK (NOx storage catalyst).
Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stickoxid-Speicherkatalysator 28 stromab des zweiten SCR-Katalysators 24 angeordnet, wobei es denkbar ist, dass der SCR-Katalysator 24 und der Stickoxid-Speicherkatalysator 28 die zuvor genannte Baueinheit bilden beziehungsweise Bestandteil der Baueinheit sind. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass der SCR-Katalysator 24 und der Stickoxid-Speicherkatalysator 28 in einem gemeinsamen Gehäuse des zweiten Abgasnachbehandlungselements 22 angeordnet sind. Insbesondere ist es denkbar, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator 28 unmittelbar beziehungsweise direkt an den zweiten SCR-Katalysator 24 anschließt, sodass zwischen dem Stickoxid-Speicherkatalysator 28 und dem SCR-Katalysator 24 kein anderes, weiteres Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet ist, und vorzugsweise ist zwischen dem SCR-Katalysator 24 und dem Stickoxid-Speicherkatalysator 28 auch kein Längenbereich angeordnet, welcher frei von einem Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases ist.In the embodiment shown in the figure, the nitrogen oxide storage catalyst 28 is arranged downstream of the second SCR catalyst 24, wherein it is conceivable that the SCR catalyst 24 and the nitrogen oxide storage catalyst 28 form the aforementioned structural unit or are part of the structural unit. In particular, it is conceivable that the SCR catalyst 24 and the nitrogen oxide storage catalyst 28 are arranged in a common housing of the second exhaust gas aftertreatment element 22. In particular, it is conceivable that the nitrogen oxide storage catalyst 28 is immediately or directly connected to the second SCR catalyst 24, so that no other, further exhaust gas aftertreatment element for aftertreating the exhaust gas is arranged between the nitrogen oxide storage catalyst 28 and the SCR catalyst 24, and preferably no length region is arranged between the SCR catalyst 24 and the nitrogen oxide storage catalyst 28, which is free of an exhaust gas aftertreatment element for aftertreating the exhaust gas.
Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Abgasanlage 10 frei von einem stromab des zweiten SCR-Katalysators 24, insbesondere stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators 28, angeordneten Ammoniakschlupf-Katalysator ist. Ferner ist es vorliegend vorgesehen, dass die Abgasanlage 10, insbesondere bis auf den Stickoxid-Speicherkatalysator 28, frei von einem stromab des ersten SCR-Katalysators 20 angeordneten Ammoniakschlupf-Katalysator ist. Darüber hinaus ist die Abgasanlage 10 frei von einer stromab des ersten SCR-Katalysators 20 und stromauf des zweiten Abgasnachbehandlungselements 22 angeordneten Einbringstelle, an welcher ein zum Bereitstellen von Ammoniak ausgebildetes Reduktionsmittel in das Abgas eindringbar ist.Furthermore, it is preferably provided that the exhaust system 10 is free of an ammonia slip catalyst arranged downstream of the second SCR catalyst 24, in particular downstream of the nitrogen oxide storage catalyst 28. Furthermore, it is provided here that the exhaust system 10, in particular with the exception of the nitrogen oxide storage catalyst 28, is free of an ammonia slip catalyst arranged downstream of the first SCR catalyst 20. In addition, the exhaust system 10 is free of an introduction point arranged downstream of the first SCR catalyst 20 and upstream of the second exhaust gas aftertreatment element 22, at which a reducing agent designed to provide ammonia can penetrate into the exhaust gas.
Die Abgasanlage 10 weist gemäß dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel einen Partikelfilter 30 auf, der stromauf des ersten SCR-Katalysators in der Abgasanlage 10 angeordnet ist. Die Verbrennungskraftmaschine 12 kann als Dieselmotor ausgebildet sein, sodass der Partikelfilter 30 beispielsweise als Dieselpartikelfilter (DPF) ausgebildet ist. Mittels des Partikelfilters 30 können Partikel, insbesondere Rußpartikel, aus dem Abgas herausgefiltert werden. Vorzugsweise weist der Partikelfilter 30 eine für die selektive katalytische Reduktion katalytisch wirksame beziehungsweise aktive Beschichtung auf, sodass der Partikelfilter 30 vorzugsweise als SDPF ausgebildet sein kann. Beispielsweise bilden der SCR-Katalysator 20 und der Partikelfilter 30 eine an sich beziehungsweise für sich alleine betrachtet selbstständige, zusammengebaute, weitere Baueinheit. Dabei ist es denkbar, dass der Partikelfilter 30 und der SCR-Katalysator 20 in einem gemeinsamen Gehäuse, insbesondere der weiteren Baueinheit, angeordnet sind.According to the embodiment shown in the figure, the exhaust system 10 has a particle filter 30, which is arranged upstream of the first SCR catalyst in the exhaust system 10. The internal combustion engine 12 can be designed as a diesel engine, so that the particle filter 30 is designed, for example, as a diesel particle filter (DPF). By means of the particle filter 30, particles, in particular soot particles, can be filtered out of the exhaust gas. The particle filter 30 preferably has a coating that is catalytically effective or active for the selective catalytic reduction, so that the particle filter 30 can preferably be designed as an SDPF. For example, the SCR catalyst 20 and the particle filter 30 form an independent, assembled, further structural unit. It is conceivable that the particle filter 30 and the SCR catalyst 20 are arranged in a common housing, in particular the further structural unit.
Die Abgasanlage 10 umfasst außerdem einen zweiten Stickoxid-Speicherkatalysator 32, welcher stromauf des SCR-Katalysators 20 und dabei stromauf des Partikelfilters 30 und insbesondere stromauf der Stelle S1 angeordnet ist. Dabei ist der zweite Stickoxid-Speicherkatalysator 32 von dem Partikelfilter 30 derart beabstandet, dass zwischen dem Partikelfilter 30 und dem zweiten Stickoxid-Speicherkatalysator 32 ein zweiter Längenbereich L2 der Abgasanlage 10 angeordnet. Der zweite Längenbereich L2 kann, insbesondere bis auf die Stelle S1 beziehungsweise die Dosiereinrichtung 26, frei von einem Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases sein. Insbesondere kann zumindest ein Teil des zweiten Längenbereichs L2 vollständig frei von einem Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases sein. Der SCR-Katalysator 20, der Partikelfilter 30 und der zweite Stickoxid-Speicherkatalysator 32 sind vorzugsweise motornahe Komponenten, die in einem Motorraum des Kraftwagens angeordnet sind. Dabei ist auch die Verbrennungskraftmaschine 12 in dem Motorraum angeordnet. Dabei ist beispielsweise auch die Dosiereinrichtung 26 in dem Motorraum angeordnet, sodass auch die Stelle S1 in dem Motorraum angeordnet ist. Das Abgasnachbehandlungselement 22 und somit der zweite SCR-Katalysator 24 und der erste Stickoxid-Katalysator 28 sind motorferne Komponenten, die beispielsweise unterhalb eines Unterbodens einer selbsttragenden Karosserie des Kraftwagens angeordnet sind. Dabei sind die motorfernen Komponenten vollständig außerhalb des Motorraums angeordnet.The exhaust system 10 also includes a second nitrogen oxide storage catalyst 32, which is arranged upstream of the SCR catalyst 20 and thus upstream of the particle filter 30 and in particular upstream of the point S1. The second nitrogen oxide storage catalyst 32 is spaced from the particle filter 30 in such a way that a second length range L2 of the exhaust system 10 is arranged between the particle filter 30 and the second nitrogen oxide storage catalyst 32. The second length range L2 can be free of an exhaust gas aftertreatment element for aftertreating the exhaust gas, in particular except for the point S1 or the metering device 26. In particular, at least part of the second length range L2 can be completely free of an exhaust gas aftertreatment element for aftertreating the exhaust gas. The SCR catalyst 20, the particle filter 30 and the second nitrogen oxide storage catalyst 32 are preferably components close to the engine that are arranged in an engine compartment of the motor vehicle. The internal combustion engine 12 is also arranged in the engine compartment. For example, the metering device 26 is also arranged in the engine compartment, so that the point S1 is also arranged in the engine compartment. The exhaust gas aftertreatment element 22 and thus the second SCR catalyst 24 and the first nitrogen oxide catalyst 28 are components remote from the engine that are arranged, for example, beneath an underbody of a self-supporting body of the motor vehicle. The components remote from the engine are arranged completely outside the engine compartment.
Als Alternative zu dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist es möglich, den Stickoxid-Speicherkatalysator 28 derart motorfern und somit derart weit weg von der Verbrennungskraftmaschine 12 und insbesondere von dem SCR-Katalysator 24 anzuordnen, dass beispielsweise in Strömungsrichtung des die Abgasanlage 10 durchströmenden Abgases zwischen dem zweiten SCR-Katalysator 24 und dem stromab des zweiten SCR-Katalysators 24 angeordneten Stickoxid-Speicherkatalysator 28 ein dritter Längenbereich der Abgasanlage 10 angeordnet ist, wobei der dritte Längenbereich vollständig frei von einem Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases ist. Ferner ist es denkbar, dass in dem dritten Längenbereich lediglich ein von dem Abgas durchströmbares Abgasrohr der Abgasanlage 10 angeordnet ist. Somit ist der Stickoxid-Speicherkatalysator 28 von dem SCR-Katalysator 24 beabstandet. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Abgasanlage 10 frei von einem in Strömungsrichtung des die Abgasanlage 10 durchströmenden Abgases zwischen dem SCR-Katalysator 24 und dem Stickoxid-Speicherkatalysator 28 angeordneten Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases ist.As an alternative to the embodiment shown in the figure, it is possible to arrange the nitrogen oxide storage catalyst 28 so far away from the engine and thus so far away from the internal combustion engine 12 and in particular from the SCR catalyst 24 that, for example, in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust system 10, a third length region of the exhaust system 10 is arranged between the second SCR catalyst 24 and the nitrogen oxide storage catalyst 28 arranged downstream of the second SCR catalyst 24, wherein the third length region is completely free of an exhaust gas aftertreatment element for aftertreating the exhaust gas. It is also conceivable that only an exhaust pipe of the exhaust system 10 through which the exhaust gas can flow is arranged in the third length region. The nitrogen oxide storage catalyst 28 is thus spaced apart from the SCR catalyst 24. In particular, it is provided that the exhaust system 10 is free of an exhaust gas aftertreatment element for aftertreating the exhaust gas, which is arranged in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust system 10 between the SCR catalyst 24 and the nitrogen oxide storage catalyst 28.
Des Weiteren ist eine in der Fig. ausschnittsweise erkennbare Abgasrückführeinrichtung 34 vorgesehen, mittels welcher eine Abgasrückführung, insbesondere eine Niederdruck-Abgasrückführung (ND-ADR), durchgeführt werden kann. Die an sich bekannte Niederdruck-Abgasrückführung (ND-ADR) ist auf einer Niederdruckseite eines (in der Fig. nicht näher gezeigten) Abgasturboladers der Verbrennungskraftmaschine 12 vorgesehen und damit stromab eines Verdichters des Abgasturboladers und stromauf einer Turbine des Abgasturboladers. Neben der Niederdruck-Abgasrückführung (ND-ADR) kann auch eine an sich bekannte Hochdruck-Abgasrückführung (HD-ADR) vorgesehen werden. Die Niederdruck-Abgasrückführeinrichtung 34 umfasst eine Rückführleitung 36, welche an einer Abzweigstelle A fluidisch mit der Abgasanlage 10 verbunden ist. Des Weiteren ist die Rückführleitung 36 fluidisch mit einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine 12 verbunden. Der Ansaugtrakt ist von Luft durchströmbar, die mittels des Ansaugtrakts zu dem und in den jeweiligen Brennraum 16 geführt wird. An der Abzweigstelle A kann mittels der Rückführleitung 36 zumindest ein Teil des die Abgasanlage 10 durchströmenden Abgases aus der Abgasanlage 10 abgezweigt und in die Rückführleitung 36 eingeleitet werden. Das in die Rückführleitung 36 eingeleitete Abgas kann die Rückführleitung 36 durchströmen und wird mittels der Rückführleitung 36 zu dem Ansaugtrakt rückgeführt und in den Ansaugtrakt eingeleitet. Dabei umfasst die Abgasrückführeinrichtung 34 ein beispielsweise in der Rückführleitung 36 angeordnetes und auch als AGR-Ventil bezeichnetes Ventilelement 38, welches beispielsweise vorliegend als verschwenkbare Klappe ausgebildet ist. Mittels des Ventilelements 38 kann eine Menge des rückzuführenden Abgases eingestellt werden. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Abzweigstelle A in Strömungsrichtung des die Abgasanlage 10 durchströmenden Abgases stromab des SCR-Katalysators 20 und stromauf des Abgasnachbehandlungselements 22 und somit stromauf des zweiten SCR-Katalysators 24 angeordnet ist. Furthermore, an exhaust gas recirculation device 34 is provided, which can be partially seen in the figure, by means of which an exhaust gas recirculation, in particular a low-pressure exhaust gas recirculation (LP-ADR), can be carried out. The low-pressure exhaust gas recirculation (LP-ADR), which is known per se, is provided on a low-pressure side of an exhaust gas turbocharger (not shown in detail in the figure) of the internal combustion engine 12 and thus downstream of a compressor of the exhaust gas turbocharger and upstream of a turbine of the exhaust gas turbocharger. In addition to the low-pressure exhaust gas recirculation (LP-ADR), a high-pressure exhaust gas recirculation (HD-ADR), which is known per se, can also be provided. The low-pressure exhaust gas recirculation device 34 comprises a return line 36, which is fluidically connected to the exhaust system 10 at a branch point A. Furthermore, the return line 36 fluidically connected to an intake tract of the internal combustion engine 12. Air can flow through the intake tract, which is guided to and into the respective combustion chamber 16 by means of the intake tract. At the branch point A, at least part of the exhaust gas flowing through the exhaust system 10 can be branched off from the exhaust system 10 by means of the return line 36 and introduced into the return line 36. The exhaust gas introduced into the return line 36 can flow through the return line 36 and is returned to the intake tract by means of the return line 36 and introduced into the intake tract. The exhaust gas recirculation device 34 comprises a valve element 38, which is arranged, for example, in the return line 36 and is also referred to as an EGR valve and which is designed, for example, as a pivotable flap. The amount of exhaust gas to be recirculated can be adjusted by means of the valve element 38. From the figure it can be seen that the branch point A is arranged in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust system 10 downstream of the SCR catalyst 20 and upstream of the exhaust gas aftertreatment element 22 and thus upstream of the second SCR catalyst 24.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- AbgasanlageExhaust system
- 1212
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 1414
- Zylindercylinder
- 1616
- BrennraumCombustion chamber
- 1818
- PfeilArrow
- 2020
- SCR-KatalysatorSCR catalyst
- 2222
- zweites Nachbehandlungselementsecond post-treatment element
- 2424
- zweiter SCR-Katalysatorsecond SCR catalyst
- 2626
- DosiereinrichtungDosing device
- 2828
- Stickoxid-SpeicherkatalysatorNitrogen oxide storage catalyst
- 3030
- PartikelfilterParticle filter
- 3232
- zweiter Stickoxid-Speicherkatalysatorsecond nitrogen oxide storage catalyst
- 3434
- AbgasrückführeinrichtungExhaust gas recirculation system
- 3636
- RückführeinleitungReturn initiation
- 3838
- VentilelementValve element
- AA
- AbzweigstelleJunction point
- L1L1
- LängenbereichLength range
- L2L2
- LängenbereichLength range
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102016202235 A1 [0002]DE 102016202235 A1 [0002]
- DE 102017009612 A1 [0002]DE 102017009612 A1 [0002]
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-
2022
- 2022-11-09 DE DE102022004159.6A patent/DE102022004159A1/en active Pending
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