DE19949046B4 - Emission control system with internal generation and intermediate storage of ammonia and operating method for this purpose - Google Patents

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Abstract

Abgasreinigungsanlage zur Reinigung des Abgases einer Verbrennungsquelle, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors, mit
– einem Ammoniakerzeugungskatalysator (1) zur Erzeugung von Ammoniak aus im zu reinigenden Abgas enthaltenen Stickoxiden in Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung und
– einem stromabwärts des Ammoniakerzeugungskatalysators angeordneten Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator (3) zur Zwischenspeicherung von erzeugtem Ammoniak in Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung und zur Reduktion von im zu reinigenden Abgas enthaltenen Stickoxiden unter Verwendung des zwischengespeicherten Ammoniaks als Reduktionsmittel in Betriebsphasen mit magerer Abgaszusammensetzung, gekennzeichnet durch
– einen zu dem Ammoniakerzeugungskatalysator (1) und dem Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator (3) in Reihe geschalteten Sauerstoffspeicherkatalysator (2) zur Zwischenspeicherung von Sauerstoff in Betriebsphasen mit magerer Abgaszusammensetzung und zur Oxidation von oxidierbaren Schadstoffen mit zwischengespeichertem Sauerstoff in Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung, wobei der Sauerstoffspeicherkatalysator (2) zwischen dem Ammoniakerzeugungskatalysator (1) und dem Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator (3) oder stromabwärts des Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysators angeordnet ist und
– eine stromabwärts des Sauerstoffspeicherkatalysators (2) angeordnete...Emission control system for cleaning the exhaust gas of a combustion source, in particular a motor vehicle internal combustion engine, with
- An ammonia generating catalyst (1) for generating ammonia contained in the exhaust gas to be purified nitrogen oxides in operating phases with rich exhaust gas composition and
An ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst (3) arranged downstream of the ammonia generation catalyst for temporarily storing generated ammonia in rich exhaust gas composition operating phases and for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas to be purified using the intermediately stored ammonia as a reducing agent in lean exhaust gas operating phases, characterized by
An oxygen storage catalyst (2) connected in series to the ammonia generation catalyst (1) and the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst (3) for buffering oxygen in lean exhaust gas operating phases and for oxidizing oxidizable pollutants with cached oxygen in rich exhaust gas composition operating phases; Oxygen storage catalyst (2) between the ammonia generation catalyst (1) and the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst (3) or downstream of the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst is arranged and
- a downstream of the oxygen storage catalyst (2) arranged ...

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsanlage zur Reinigung des Abgases einer Verbrennungsquelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein spezielles Betriebsverfahren für eine derartige Abgasreinigungsanlage. Abgasreinigungsanlagen dieser Art werden beispielsweise zur Abgasreinigung bei vorwiegend mager betriebenen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren verwendet.The The invention relates to an exhaust gas purification system for cleaning the exhaust gas of a combustion source according to the preamble of the claim 1 and to a specific operating method for such an emission control system. Exhaust gas purification systems of this type are for example for exhaust gas purification in predominantly lean-burned motor vehicle internal combustion engines used.

Verschiedene Ausprägungen einer solchen Abgasreinigungsanlage für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor sind in der Offenlegungsschrift WO 97/17532 A1 beschrieben. Die dort offenbarten Anlagenvarianten enthalten einen Ammoniakerzeugungskatalysator zur Erzeugung von Ammoniak aus wenigstens einem Teil der in einem zugeführten fetten Abgas enthaltenen Stickoxide und diesem nachgeschaltet einen Adsorptions- und Oxidationskatalysator für Ammoniak und/oder einen Stickoxidspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator. Der Adsorptions- und Oxidationskatalysator für Ammoniak adsorbiert im zugeführten Abgas enthaltenen Ammoniak, der vom stromaufwärtigen Ammoniakerzeugungskatalysator synthetisiert wurde, und desorbiert, wenn die Ammoniakkonzentration im zugeführten Abgas niedriger wird, zuvor adsorbierten Ammoniak und oxidiert diesen unter Stickoxidreduktion. Der Stickoxidadsorptions- und Stickoxidreduktionskatalysator wirkt als Zwischenspeicher für aus einem mageren Abgas aufgenommene Stickoxide, die er dann bei Zufuhr eines fetten Abgases wieder freisetzt und reduziert. Als stromabwärts abschließende Katalysatoreinheit ist ein Oxidationskatalysator für Ammoniak vorgese hen, dem eine Sekundärluftzufuhreinrichtung zugeordnet ist, um eventuell noch im Abgas enthaltenen Ammoniak zuverlässig umzusetzen und nicht an die Umwelt entweichen zu lassen.Various manifestations Such an emission control system for a motor vehicle internal combustion engine are described in the published patent application WO 97/17532 A1. The Plant variants disclosed therein contain an ammonia generation catalyst for producing ammonia from at least a part of the in one supplied rich exhaust gas contained nitrogen oxides and this downstream one Adsorption and oxidation catalyst for ammonia and / or a nitrogen oxide storage and Nitrogen oxide reduction catalyst. The adsorption and oxidation catalyst for ammonia adsorbed in the supplied Exhaust gas contained ammonia from the upstream ammonia generation catalyst was synthesized and desorbed when the ammonia concentration im fed Exhaust gas becomes lower, previously adsorbed ammonia and oxidizes it under nitrogen oxide reduction. The nitrogen oxide adsorption and nitrogen oxide reduction catalyst acts as a buffer for from a lean exhaust gas absorbed nitrogen oxides, which he then at Supply of a rich exhaust gas released again and reduced. As the downstream final catalyst unit is an oxidation catalyst for Vorgese ammonia, which is associated with a secondary air supply, to reliably convert any ammonia still contained in the exhaust gas and not to let the environment escape.

Durch verschiedene, hierfür vorgeschlagene Maßnahmen, wie kurzzeitige Fettbetriebsphasen des hauptsächlich mager betriebenen Verbrennungsmotors, wird bei den Anlagen der WO 97/17532 A1 dafür gesorgt, daß das durch die verschiedenen Katalysatoren hindurchgeleitete Abgas in möglichst langen Zeitintervallen eine aus Kraftstoffeinsparungsgründen magere Zusammensetzung und in dazu abwechselnden, kürzeren Zeitintervallen eine fette Zusammensetzung aufweist. In den meisten der gezeigten Anlagenvarianten wird der als Reduktionsmittel zur Stickoxidreduktion eingesetzte Ammoniak vollständig intern während der Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung erzeugt und zwischengespeichert. In den Betriebsphasen mit magerem Abgas werden dann die Stickoxide, die bei magerer Abgaszusammensetzung in einem normalen Dreiwegekatalysator nicht ausreichend umgesetzt werden können, mit Hilfe des zwischengespeicherten Ammoniaks als Reduktionsmittel reduziert.By different, for this proposed measures, such as short-term rich operating phases of the mainly lean-burned internal combustion engine, is ensured in the systems of WO 97/17532 A1 that by the various catalysts passed exhaust gas as possible long time intervals lean for fuel saving reasons Composition and in alternating, shorter time intervals one having a fat composition. In most of the system variants shown is used as a reducing agent for nitrogen oxide reduction Ammonia completely internally during generated and cached the operating phases with rich exhaust gas composition. In the operating phases with lean exhaust gas then the nitrogen oxides, with lean exhaust gas composition in a normal three-way catalyst can not be sufficiently implemented, with the help of the cached Reducing ammonia as a reducing agent.

Ein Problem bei den gattungsgemäßen Abgasreinigungsanlagen besteht darin, daß in den Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung an üblichen Edelmetall-Katalysatormaterialien zwar die Ammoniakerzeugung insbesondere aus im Abgas vorhandenem Wasserstoff und Stickstoffmonoxid abläuft, jedoch die im Abgas enthaltenen oxidierbaren Schadstoffe, insbesondere Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe, dort wegen des fehlenden Sauerstoffs im Abgas nicht ausreichend umgewandelt werden. Zur Bewältigung dieser Schwierigkeit herkömmlicherweise verwendete Sekundärluftzufuhreinrichtungen bedingen einen entsprechenden Aufwand für deren Realisierung und Ansteuerung. Andererseits bietet die interne Ammoniakerzeugung während solcher Fettbetriebsphasen gegenüber Abgasreinigungsanlagen mit externer Reduktionsmittelzudosierung den Vorteil, daß auf die zugehörige Reduktionsmittelzudosiereinrichtung samt Reduktionsmittelspeichertank verzichtet werden kann.One Problem with the generic emission control systems is that in the operating phases with rich exhaust gas composition at usual Although noble metal catalyst materials, in particular the ammonia production from occurring in the exhaust gas hydrogen and nitrogen monoxide expires, however the oxidizable pollutants contained in the exhaust gas, in particular Carbon monoxide and unburned hydrocarbons, there because of lack of oxygen in the exhaust gas can not be converted sufficiently. To cope this difficulty conventionally used secondary air supply require a corresponding effort for their realization and control. On the other hand, internal ammonia production offers during such Fat operating phases opposite Emission control systems with external reducing agent metering the advantage that on the associated Reduktionsmittelzudosiereinrichtung including reducing agent storage tank can be waived.

Aus der Offenlegungsschrift DE 197 14 707 A1 ist es bekannt, in einen Dreiwegekatalysator ein sauerstoffspeicherfähiges Material auf der Basis von Ceroxid einzubringen, um die bei einem Motorabgas in Abhängigkeit von Last und Drehzahl des Motors auftretenden, mehr oder weniger starken periodischen Schwankungen der Luftzahl um den stöchiometrischen Wert eins herum auszugleichen.From the publication DE 197 14 707 A1 It is known to incorporate in a three-way catalyst an oxygen-storing material based on cerium oxide in order to compensate for the more or less pronounced periodic variations in the air number by one stoichiometric value one occurring in an engine exhaust as a function of load and speed of the engine.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Abgasreinigungsanlage der eingangs genannten Art und eines vorteilhaftem Betriebsverfahrens hierfür zugrunde, die mit relativ geringem Aufwand eine zuverlässige Abgasreinigung speziell auch von überwiegend mager betriebenen Verbrennungsquellen, wie entsprechenden Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren, ermöglichen, ohne dass hierfür zwingend eine Sekundärlufteinspeisung, eine externe Reduktionsmittelzufuhr oder ein Stickoxidspeicherkatalysator erforderlich ist.Of the Invention is the technical problem of providing a Emission control system of the type mentioned and an advantageous Operating procedure for this underlying, with relatively little effort, a reliable emission control specifically also of predominantly lean burned combustion sources, such as corresponding motor vehicle internal combustion engines, enable, without that mandatory a secondary air supply, a external reductant supply or a nitrogen oxide storage catalyst is required.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Abgasreinigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eines Betriebsverfahrens hierfür mit den Merkmalen des Anspruchs 4.The Invention solves this problem by providing an emission control system with the features of claim 1 and an operating method therefor with the features of claim 4.

Die Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1 umfaßt charakteristischerweise neben dem Ammoniakerzeugungskatalysator und dem Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator einen dazu in Reihe geschalteten Sauerstoffspeicherkatalysator, der bei Zufuhr von magerem Abgas darin enthaltenen Sauerstoff zwischenspeichert, um diesen bei anschließender Zufuhr von fettem Abgas zur Oxidation von darin enthaltenen oxidierbaren Schadstoffen zu nutzen, insbesondere von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Durch das Vorhandensein des Sauerstoffspeicherkatalysators wird somit der zur oxidativen Umsetzung der oxidierbaren Schadstoffe, die im Abgas während Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung enthalten sind, benötigte Sauerstoff aus zuvor vorliegendem magerem Abgas entnommen, so dass hierfür nicht unbedingt eine Sekundärlufteinspeisung benötigt wird. Andererseits kann während der Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung der zur Stickoxidreduktion erforderliche Ammoniak intern synthetisiert werden, so dass auch keine externe Reduktionsmittelzufuhr zwingend benötigt wird. Da die während der Magerbetriebsphasen anfallenden Stickoxide durch den intern erzeugten und zwischengespeicherten Ammoniak direkt umgesetzt werden können, ist des weiteren auch nicht unbedingt ein Stickoxidspeicherkatalysator nötig.The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1 characteristically includes, in addition to the ammonia generation catalyst and the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst, an oxygen storage catalyst connected in series therewith contained therein upon supply of lean exhaust gas Buffered oxygen to use this with subsequent supply of rich exhaust gas for the oxidation of oxidizable pollutants contained therein, in particular of carbon monoxide and unburned hydrocarbons. Due to the presence of the oxygen storage catalyst, the oxygen required for the oxidative conversion of the oxidizable pollutants, which are contained in the exhaust gas during operating phases with rich exhaust gas composition, is thus taken from previously present lean exhaust gas, so that a secondary air supply is not necessarily required for this purpose. On the other hand, the ammonia required for nitrogen oxide reduction can be synthesized internally during the operating phases with rich exhaust gas composition, so that no external supply of reducing agent is absolutely necessary. Furthermore, since the nitrogen oxides accumulating during the lean operating phases can be directly reacted by the internally generated and temporarily stored ammonia, it is not absolutely necessary to use a nitrogen oxide storage catalyst.

Der Sauerstoffspeicherkatalysator ist zwischen dem Ammoniakerzeugungskatalysator und dem Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator oder stromabwärts des Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysators angeordnet. Er oxidiert dann die im fetten Abgas enthaltenen oxidierbaren Schadstoffe, ohne die in diesen Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung ablaufende Ammoniaksynthesereaktion zu beeinflussen. In Betriebsphasen mit magerer Abgaszusammensetzung oxidiert er im zugeführten Abgas gegebenenfalls noch enthaltene, oxidierbare Schadstoffe, soweit diese noch nicht durch den in dieser Phase eventuell ebenfalls oxidierend wirkenden Ammoniakerzeugungskatalysator umgewandelt wurden. Bei Anordnung des Sauerstoffspeicherkatalysators hinter dem Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator kann letzterer zusätzlich zur Verringerung des Anteils an oxidierbaren Schadstoffen beitragen, wodurch das im Sauerstoffspeicherkatalysator gespeicherte Sauerstoffvolumen länger erhalten bleibt. Außerdem kann in diesem Fall der Sauerstoffspeicherkatalysator einen bei Überdosierung möglichen Ammoniakschlupf stromabwärts des Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysators durch Oxidation des Ammoniaks eliminieren.Of the Oxygen storage catalyst is between the ammonia generation catalyst and the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst or downstream the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst arranged. It then oxidizes the oxidizable pollutants contained in the rich exhaust gas, without those in those operating phases with rich exhaust gas composition to influence the ongoing ammonia synthesis reaction. In operating phases with lean exhaust gas composition it oxidizes in the supplied exhaust gas optionally still contained, oxidizable pollutants, insofar These may not be oxidizing by the phase in this phase acting ammonia generation catalyst were converted. at Arrangement of the oxygen storage catalyst behind the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst may be added to the latter in addition to Reducing the level of oxidizable pollutants, whereby the volume of oxygen stored in the oxygen storage catalyst longer preserved. Furthermore In this case, the oxygen storage catalyst can be overdosed potential Ammonia slip downstream of the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst Eliminate oxidation of ammonia.

Bei der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage ist ferner stromabwärts des Sauerstoffspeicherkatalysators eine Lambdasonde vorgesehen. Mit dieser kann während Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung festgestellt werden, wann der im Sauerstoffspeicherkatalysator zwischengespeicherte Sauerstoff aufgebraucht ist; da sie ihre Ausgangsspannung mit einem auftretenden Durchbruch von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid ändert. Es kann dann rechtzeitig wieder auf einen Betrieb mit magerer Abgaszusammensetzung umgeschaltet werden.at the emission control system according to the invention is also downstream the oxygen storage catalyst provided a lambda probe. With this can during Operating phases are detected with fat exhaust gas composition when the oxygen stored in the oxygen storage catalyst is used up; as they change their output voltage with a breakthrough of unburned hydrocarbons and carbon monoxide changes. It can then be timely returned to operation with lean exhaust gas composition be switched.

Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Abgasreinigungsanlage beinhalten sowohl der Ammoniakspeicherkatalysator als auch der Sauerstoffspeicherkatalysator ein Edelmetall-Katalysatormaterial aus einem oder mehreren verschiedenen Edelmetallen, wobei der Sauerstoffspeicherkatalysator darüber hinaus einen relativ hohen Gehalt an CeO2 aufweist, während der Ammoniakerzeugungskatalysator demgegenüber kein oder jedenfalls weniger CeO2 enthält. Der vermehrte CeO2-Gehalt ermöglicht eine hohe Sauerstoffspeicherfähigkeit für den Sauerstoffspeicherkatalysator. Das Edelmetall-Katalysatormaterial katalysiert die Ammoniakerzeugung bzw. die Oxidation unverbrannter Kohlenwasserstoffe und von Kohlenmonoxid.In an exhaust gas purification system further developed according to claim 2, both the ammonia storage catalyst and the oxygen storage catalyst include a noble metal catalyst material of one or more different noble metals, wherein the oxygen storage catalyst moreover has a relatively high content of CeO 2 , while the ammonia generation catalyst in contrast no or at least less CeO 2 contains. The increased CeO 2 content allows a high oxygen storage capacity for the oxygen storage catalyst. The noble metal catalyst catalyzes the production of ammonia or the oxidation of unburned hydrocarbons and of carbon monoxide.

Bei einer nach Anspruch 3 weitergebildeten Abgasreinigungsanlage beinhaltet der Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator ein Katalysatormaterial, das eine Mischung aus TiO2, WO3 und V2O5 beinhaltet. Mit einem solchen Katalysatormaterial ist der Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator in der Lage, die an ihn gestellten Anforderungen zu erfüllen, d.h. in Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung den intern erzeugten Ammoniak zwischenzuspeichern und in Betriebsphasen mit magerer Abgaszusammensetzung die im Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem zwischengespeicherten Ammoniak zu reduzieren.In a further developed according to claim 3 emission control system of the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst includes a catalyst material containing a mixture of TiO 2 , WO 3 and V 2 O 5 . With such a catalyst material, the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst is able to meet the demands made on it, ie to temporarily store the internally generated ammonia in operating phases with rich exhaust gas composition and to reduce the nitrogen oxides contained in the exhaust gas with the cached ammonia in operating phases with lean exhaust gas composition ,

Beim Betriebsverfahren nach Anspruch 4 wird die Zusammensetzung des zu reinigenden Abgases abwechselnd fett und mager eingestellt und spätestens dann von einer Betriebsphase mit fetter Abgaszusammensetzung auf eine anschließende Betriebsphase mit magerer Abgaszusammensetzung umgeschaltet, wenn der im Sauer stoffspeicherkatalysator zwischengespeicherte Sauerstoff aufgebraucht ist, was z.B. sensorisch erfaßt oder anhand eines Modells der Abgasemissionen der Verbrennungsquelle und der Funktion der Abgasreinigungsanlage, insbesondere des Sauerstoffspeicherkatalysators, rechnerisch bestimmt werden kann.At the Operating method according to claim 4, the composition of cleaning exhaust gas alternately set rich and lean and no later than then from an operating phase with rich exhaust gas composition a subsequent phase of operation switched with lean exhaust gas composition, when the Sauer in the oxygen storage catalyst cached oxygen is used up, which is e.g. sensory detected or based on a model of the exhaust emissions of the combustion source and the function of the exhaust gas purification system, in particular the oxygen storage catalyst, can be determined by calculation.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:A advantageous embodiment The invention is illustrated in the drawings and will become apparent below described. Hereby show:

1 ein Blockdiagramm einer Abgasreinigungsanlage mit zugehörigen Schadstoff- und Ammoniakdiagrammen für eine Betriebsphase mit fetter Abgaszusammensetzung und 1 a block diagram of an emission control system with associated pollutant and ammonia diagrams for a rich exhaust gas phase operating phase and

2 ein Blockdiagramm der Anlage von 1 mit zugehörigen Schadstoffdiagrammen für eine Betriebsphase mit magerer Abgaszusammensetzung. 2 a block diagram of the plant of 1 with associated pollutant diagrams for an operating phase with lean exhaust gas composition.

Die in den 1 und 2 schematisch dargestellte Abgasreinigungsanlage beinhaltet drei seriell hintereinander geschaltete Katalystoreinheiten, und zwar in Abgasströmungsrichtung zuerst einen Ammoniakerzeugungskatalysator 1, gefolgt von einem Sauerstoffspeicherkatalysator 2, dem ein Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator 3 nachgeschaltet ist. Die drei Katalysatoreinheiten 1, 2, 3 befinden sich in einem unverzweigten Abgasstrangabschnitt 4 eines z.B. in einem Kraftfahrzeug eingebauten Verbrennungsmotors 5. Bei letzterem kann es sich insbesondere um einen Dieselmotor oder um einen nach dem Magermix- und/oder Direkteinspritzprinzip arbeitenden Otto-Motor handeln, die aus Kraftstoffverbrauchsgründen möglichst viel mit magerem Luft/Kraftstoff-Gemisch und folglich magerer Abgaszusammensetzung betrieben werden. Alternativ ist die Abgasreinigungsanlage auch für andere mobile oder stationäre Verbrennungsquellen geeignet, deren Abgas von enthaltenen Schadstoffen gereinigt werden soll, insbesondere von Stickoxiden, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid. Je nach Anwendungsfall können dazu neben den drei erwähnten Katalysatoreinheiten 1, 2, 3 eine oder mehrere weitere Katalysatoreinheiten vorgesehen sein.The in the 1 and 2 schematically illustrated exhaust gas purification system includes three series-connected Katalystoreinheiten, in the exhaust gas flow direction first an ammonia generating catalyst 1 followed by an oxygen storage catalyst 2 which is an ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst 3 is downstream. The three catalyst units 1 . 2 . 3 are located in an unbranched exhaust section 4 an internal combustion engine, for example, installed in a motor vehicle 5 , The latter may in particular be a diesel engine or a gasoline engine operating on the lean-burn and / or direct-injection principle, which are operated for fuel consumption reasons as much as possible with a lean air / fuel mixture and consequently lean exhaust gas composition. Alternatively, the emission control system is also suitable for other mobile or stationary combustion sources whose exhaust gas is to be purified by contained pollutants, in particular nitrogen oxides, unburned hydrocarbons and carbon monoxide. Depending on the application, in addition to the three mentioned catalyst units 1 . 2 . 3 one or more further catalyst units may be provided.

Der Ammoniakerzeugungskatalysator 1 dient dazu, in Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung aus Wasserstoff und Stickstoffmonoxid, die in fettem Abgas vorliegen, Ammoniak unter Bildung von Wasser als Nebenprodukt zu synthetisieren. Um diese Ammoniaksynthese zu katalysieren, enthält der Ammoniakerzeugungskatalysator 1 ein geeignetes Katalysatormaterial, insbesondere ein einziges Edelmetall, wie Platin, oder eine Kombination mehrerer Edelmetalle, z.B. Platin, Rhodium und/oder Palladium. Die ses Edelmetall-Katalysatormaterial kann z.B. wie üblich als aktive Beschichtung auf einer Washcoat-Trägerstruktur aufgebracht sein. Der Ammoniakerzeugungskatalysator 1 ist so ausgelegt, daß seine Speicherfähigkeit für Sauerstoff sehr gering ist, wozu er z.B. nur einen vergleichsweise niedrigen Gehalt an CeO2 im Washcoat enthält. Dadurch ist er in der Lage, beim Wechsel vom Magerbetrieb auf Fettbetrieb sehr rasch Ammoniak zu bilden.The ammonia generation catalyst 1 serves to synthesize ammonia to produce by-product water in rich exhaust gas composition operating phases of hydrogen and nitrogen monoxide present in rich exhaust gas. To catalyze this ammonia synthesis, the ammonia generation catalyst contains 1 a suitable catalyst material, in particular a single noble metal, such as platinum, or a combination of several noble metals, for example platinum, rhodium and / or palladium. The noble metal catalyst material may, for example, be applied, as usual, as an active coating on a washcoat carrier structure. The ammonia generation catalyst 1 is designed so that its storage capacity for oxygen is very low, for which he contains, for example, only a relatively low content of CeO 2 in the washcoat. As a result, he is able to rapidly form ammonia when switching from lean operation to rich operation.

Der Sauerstoffspeicherkatalysator 2 dient dazu, in Betriebsphasen mit magerer Abgaszusammensetzung den dann im Abgas enthaltenen Sauerstoff wenigstens teilweise aufzunehmen und zwischenzuspeichern, um mit ihm in Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung die im fetten Abgas enthaltenen, oxidierbaren Schadstoffe, insbesondere Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe, zu oxidieren. Dazu enthält der Sauerstoffspeicherkatalysator 2 ebenfalls ein Edelmetall-Katalysatormaterial aus einem einzigen oder einer Kombination mehrerer Edelmetalle, wie Platin, Rhodium und/oder Palladium. Im Gegensatz zum Ammoniakerzeugungskatalysator 1 enthält der Sauerstoffspeicherkatalysator 2 darüber hinaus eine sauerstoffspeichernde Substanz, z.B. einen relativ hohen Gehalt an CeO2 in einer das Edelmetall-Katalysatormaterial tragenden Washcoat-Struktur. Ein hoher CeO2-Gehalt ermöglicht eine entsprechend hohe Speicherfähigkeit für Sauerstoff.The oxygen storage catalyst 2 is used in operating phases with lean exhaust gas composition then at least partially absorb the oxygen contained in the exhaust gas and to oxidize it in operating phases with rich exhaust gas composition contained in the rich exhaust gas, oxidizable pollutants, especially carbon monoxide and unburned hydrocarbons. For this purpose contains the oxygen storage catalyst 2 also a noble metal catalyst material from a single or a combination of several noble metals, such as platinum, rhodium and / or palladium. Unlike the ammonia generation catalyst 1 contains the oxygen storage catalyst 2 in addition, an oxygen-storing substance, for example a relatively high content of CeO 2 in a washcoat structure carrying the noble metal catalyst material. A high CeO 2 content allows a correspondingly high storage capacity for oxygen.

Der Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator 3 bildet einen sogenannten SCR(Selective Catalytic Reduction)-Katalysator und beinhaltet als aktives Katalysatormaterial beispielsweise eine Mischung aus TiO2, WO3 und V2O5. Andere für diesen Zweck wirksame, herkömmliche Katalysatormaterialien sind ebenfalls verwendbar. Derartige SCR-Katalysatoren sind an sich bekannt und ermöglichen einerseits eine Ammoniakzwischenspeicherung und andererseits eine selektive katalytische Reduktion von im zugeführten Abgas enthaltenen Stickoxiden unter der Wirkung des zwischengespeicherten Ammoniaks als Reduktionsmittel unter Bildung von Stickstoff und Wasser.The ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst 3 forms a so-called SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst and contains as active catalyst material, for example, a mixture of TiO 2 , WO 3 and V 2 O 5 . Other conventional catalyst materials effective for this purpose are also useful. Such SCR catalysts are known per se and on the one hand permit intermediate storage of ammonia and, on the other hand, selective catalytic reduction of nitrogen oxides contained in the supplied exhaust gas under the action of the cached ammonia as reducing agent to form nitrogen and water.

Mit dem geschilderten Aufbau ist die Abgasreinigungsanlage in der Lage, eine unerwünschte Emission von Stickoxiden, Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen sowohl im Magerbetrieb als auch im Fettbetrieb des Verbrennungsmotors 5 zu verhindern. Dazu wird für das zu reinigende, im Abgasstrang 4 durch die drei hintereinandergeschalteten Katalysatoreinheiten 1, 2, 3 hindurchgeführte Abgas alternierend für einen jeweils längeren Zeitraum eine magere Abgaszusammensetzung und für einen jeweils kürzeren Zeitraum eine fette Abgaszusammensetzung eingestellt, vorzugsweise durch entsprechenden alternierenden Mager- und Fettbetrieb des Verbrennungsmotors 5, alternativ durch andere, hierzu bekannte Maßnahmen.With the described structure, the exhaust gas purification system is capable of undesirable emission of nitrogen oxides, carbon monoxide and unburned hydrocarbons both in lean operation and in rich operation of the internal combustion engine 5 to prevent. This is for the to be cleaned, in the exhaust system 4 through the three series-connected catalyst units 1 . 2 . 3 passed exhaust gas alternately set for a respective longer period of lean exhaust gas composition and for a respective shorter period of time a rich exhaust gas composition, preferably by appropriate alternating lean and rich operation of the internal combustion engine 5 , alternatively by other measures known thereto.

In 1 ist unterhalb des Blockdiagramms der Abgasreinigungsanlage deren Betriebsweise in den Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung in Form von drei untereinanderliegenden Diagrammen veranschaulicht, welche schematisch den Gehalt des Abgases an Stickoxiden (NOx), Ammoniak (NH3) sowie den oxidierbaren Schadstoffen, d.h. insbesondere an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO), im zu reinigenden Abgas entlang des Abgasströmungsweges x im Abgasstrang 4 wiedergeben. Der Abgasströmungsweg x ist dabei als Abszisse der Diagramme positionsrichtig zu den drei Katalysatoreinheiten 1, 2, 3 ausgerichtet, wie durch die gepunkteten vertikalen Linien angedeutet.In 1 is below the block diagram of the emission control system whose operation in the operating phases with rich exhaust gas composition in the form of three diagrams below shows schematically the content of the exhaust gas to nitrogen oxides (NO x ), ammonia (NH 3 ) and the oxidizable pollutants, ie in particular unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO), in the exhaust gas to be cleaned along the exhaust gas flow path x in the exhaust line 4 play. The exhaust gas flow path x is as the abscissa of the diagrams in the correct position to the three catalyst units 1 . 2 . 3 aligned, as indicated by the dotted vertical lines.

Wie aus den Diagrammen von 1 ersichtlich, erzeugt der Ammoniakerzeugungskatalysator 1 während einer derartigen Betriebsphase mit fetter Abgaszusammensetzung Ammoniak, und zwar aus im Abgas enthaltenem Wasserstoff und Stickstoffmonoxid, und entfernt dabei gleichzeitig im Abgas enthaltene Stickoxide praktisch vollständig. Das aus dem Ammoniakerzeugungskatalysator 1 austretende Abgas ist somit praktisch frei von Stickoxiden und enthält den synthetisierten Ammoniak. Der Gehalt an Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen nimmt über den Ammoniakerzeugungskatalysator 1 hinweg nur geringfügig ab, da der Ammoniakerzeugungskatalysator 1 nur eine allenfalls geringe Sauerstoffspeicherfähigkeit besitzt und im fetten Abgas keine nen nenswerte Sauerstoffmenge zur Oxidation dieser Schadstoffe vorhanden ist.As from the diagrams of 1 As can be seen, the ammonia generation catalyst produces 1 during such an operating phase with a rich exhaust gas composition ammonia, namely from the hydrogen contained in the exhaust gas and nitrogen monoxide, while removing virtually simultaneously contained in the exhaust gas nitrogen oxides. That from the ammonia generation catalyst 1 Exiting exhaust gas is thus virtually free of nitrogen oxides and contains the synthesized ammonia. The content of carbon monoxide and unburned hydrocarbons increases over the ammonia generation catalyst 1 only slightly since the ammonia generation catalyst 1 has only a possibly low oxygen storage capacity and in the rich exhaust no Nenswerte amount of oxygen for the oxidation of these pollutants is present.

Das aus dem Ammoniakerzeugungskatalysator 1 austretende, die oxidierbaren Schadstoffe und den Ammoniak enthaltende. Abgas gelangt dann in den Sauerstoffspeicherkatalysator 2, wo die oxidierbaren Schadstoffe, d.h. insbesondere die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und das Kohlenmonoxid, unter Freisetzung des zwischengespeicherten Sauerstoffs vollständig oxidiert und damit konvertiert werden, d.h. ihr Anteil am durchströmenden Abgas nimmt über den Sauerstoffspeicherkatalysator 2 hinweg bis praktisch auf null ab.That from the ammonia generation catalyst 1 emerging, the oxidizable pollutants and the ammonia-containing. Exhaust gas then enters the oxygen storage catalyst 2 where the oxidizable pollutants, ie in particular the unburned hydrocarbons and the carbon monoxide, are completely oxidized with the release of the cached oxygen and thus converted, ie their share of the flowing exhaust gas takes over the oxygen storage catalyst 2 away to practically zero.

Das aus dem Sauerstoffspeicherkatalysator 2 austretende Abgas gelangt in den Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator 3, wo der im Abgas enthaltene, im vorgeschalteten Ammoniakerzeugungskatalysator 1 synthetisierte Ammoniak aufgenommen und zwischengespeichert wird, so daß letztlich ein im wesentlichen von Ammoniak, Stickoxiden und oxidierbaren Schadstoffen, wie unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid, freies Abgas abgegeben wird.That from the oxygen storage catalyst 2 exiting exhaust gas enters the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst 3 , where the contained in the exhaust, in the upstream ammonia generation catalyst 1 synthesized ammonia is added and cached, so that ultimately a substantially of ammonia, nitrogen oxides and oxidizable pollutants, such as unburned hydrocarbons and carbon monoxide, free exhaust gas is discharged.

2 veranschaulicht mit zwei wiederum positionsrichtig unterhalb des Blockdiagramms der Abgasreinigungsanlage angeordneten Schadstoffdiagrammen die Betriebsweise der Anlage in Betriebsphasen mit magerer Abgaszusammensetzung. Dabei sind in Diagrammform schematisch die Gehalte an Stickoxiden (NOx) einerseits und an oxidierbaren Schadstoffen, insbesondere unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO), andererseits im durch den Abgasstrang 4 geführten Abgas in Abhängigkeit vom Abgasströmungsweg x wiedergegeben. 2 FIG. 2 illustrates, with two pollutant diagrams arranged in the correct position below the block diagram of the emission control system, the operation of the plant in lean exhaust gas operating phases. The contents of nitrogen oxides (NO x ) on the one hand and of oxidizable pollutants, in particular unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO), on the other hand, are schematically shown in diagram form by the exhaust gas line 4 guided exhaust gas as a function of the exhaust gas flow path x reproduced.

Wie aus den Diagrammen von 2 deutlich wird, enthält in diesen Betriebsphasen das magere Abgas ausreichend Sauerstoff, um die oxidierbaren Schadstoffe, d.h. die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und das Kohlenmonoxid, vollständig mit diesem zu oxidieren, wobei die oxidierbaren Schadstoffe im mageren Abgas oh nehin nur in deutlich niedrigerer Konzentration vorliegen als im fetten Abgas. Die Oxidation der oxidierbaren Schadstoffe erfolgt hierbei zunächst wenigstens teilweise im Ammoniakerzeugungskatalysator 1, dessen Edelmetall-Katalysatormaterial hierfür ebenso wie dasjenige des Sauerstoffspeicherkatalysators 2 geeignet ist, wobei der Ammoniakerzeugungskatalysator 1 in dieser Betriebsphase den benötigten Sauerstoff dem Abgas selbst entnehmen kann. Soweit die oxidierbaren Schadstoffe im Ammoniakerzeugungskatalysator 1 noch nicht umgesetzt wurden, vervollständigt dies der nachgeschaltete Sauerstoffspeicherkatalysator 2. Gleichzeitig nimmt der Sauerstoffspeicherkatalysator 2 in dieser Betriebsphase mit magerer Abgaszusammensetzung nicht benötigten Sauerstoff aus dem Abgas zwecks Zwischenspeicherung auf, um damit die oxidierbaren Schadstoffe in einer anschließenden Betriebsphase mit fetter Abgaszusammensetzung oxidieren zu können.As from the diagrams of 2 becomes clear, in these operating phases, the lean exhaust gas contains sufficient oxygen to completely oxidize the oxidizable pollutants, ie the unburned hydrocarbons and the carbon monoxide, the oxidizable pollutants in the lean exhaust gas oh nehin only be present in much lower concentration than in the rich exhaust. The oxidation of the oxidizable pollutants takes place here at least partially in the ammonia generating catalyst 1 Its noble metal catalyst material for this as well as that of the oxygen storage catalyst 2 is suitable, wherein the ammonia generating catalyst 1 In this phase of operation, the required oxygen can be taken from the exhaust gas itself. As far as the oxidizable pollutants in the ammonia generation catalyst 1 not yet implemented, this completes the downstream oxygen storage catalyst 2 , At the same time, the oxygen storage catalyst decreases 2 In this phase of operation with lean exhaust gas composition not needed oxygen from the exhaust gas for the purpose of intermediate storage, so as to be able to oxidize the oxidizable pollutants in a subsequent phase of operation with rich exhaust gas composition.

Die im mageren Abgas enthaltenen Stickoxide können vom Ammoniakerzeugungskatalysator 1 und vom Sauerstoffspeicherkatalysator 2 in der sauerstoffreichen Abgasatmoshäre des mageren Abgases nicht umgesetzt werden und gelangen in den Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator. Dort werden sie unter Freisetzung des zuvor zwischengespeicherten Ammoniaks praktisch vollständig zu Stickstoff und Wasser reduziert. Insgesamt verläßt damit wiederum ein sowohl von Stickoxiden als auch von den oxidierbaren Schadstoffen, wie Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen, freies Abgas die Abgasreinigungsanlage mit den drei seriell hintereinandergeschalteten Katalysatoreinheiten 1, 2, 3.The nitrogen oxides contained in the lean exhaust gas can be generated by the ammonia generation catalyst 1 and the oxygen storage catalyst 2 are not reacted in the oxygen-rich Abgasatmoshäre the lean exhaust gas and enter the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst. There, they are almost completely reduced to nitrogen and water with release of the previously cached ammonia. Overall, thus leaving both a nitrogen oxides and the oxidizable pollutants, such as carbon monoxide and unburned hydrocarbons, free exhaust emission control system with the three series-connected catalyst units 1 . 2 . 3 ,

Zur Steuerung des Betriebs der Abgasreinigungsanlage und des Verbrennungsmotors 5, insbesondere zur Durchführung der alternierenden Betriebsphasen mit fetter und magerer Abgaszusammensetzung, dient eine Anlagensteuereinheit 6, die z.B. von einem geeignet ausgelegten Motorsteuergerät gebildet sein kann.To control the operation of the exhaust gas purification system and the internal combustion engine 5 In particular for carrying out the alternating operating phases with rich and lean exhaust gas composition, a plant control unit is used 6 , which may be formed for example by a suitably designed engine control unit.

Die Anlagensteuerung durch die Steuereinheit 6 erfolgt hierbei entsprechend dem Wunsch, den Verbrennungsmotor 5 möglichst lange im Magerbetrieb zu fahren und diesen nur durch verhältnismäßig kurze Fettbetriebsphasen zu unterbrechen. Die Dauer einer Betriebsphase mit fetter Abgaszusammensetzung ist bei der vorliegenden Systemauslegung im allgemeinen durch den Verbrauch an zwischengespeichertem Sauerstoff im Sauerstoffspeicherkatalysator 2 zur Oxidation der oxidierbaren Schadstoffe bestimmt. Mit anderen Worten wird eine jeweilige Betriebsphase mit fetter Abgaszusammensetzung so lange beibehalten, bis der im Sauerstoffspeicherkatalysator 2 zwischengespeicherte Sauerstoff aufgebraucht ist. Um diesen Zeitpunkt zu erkennen, ist stromabwärts des Sauerstoffspeicherkatalysators 2 eine Lambdasonde 7 angeordnet, deren Ausgangssignal der Steuereinheit 6 zugeführt ist. Sobald gegen Ende einer Fettbetriebsphase der zwischengespeicherte Sauerstoff im Sauerstoffspeicher zur Neige geht, tritt ein Durchbruch von oxidierbaren Schadstoffen an der Austrittsseite des Sauerstoffspeicherkatalysators 2 auf, der von der Lambdasonde 7 erfaßt wird und sich in einer entsprechenden Änderung ihrer Ausgangsspannung äußert. Alternativ kann der Zeitpunkt, zu dem der zwischengespeicherte Sauerstoff aufgebraucht ist, von der Steuereinheit 6 auch rechnerisch anhand eines Modells der Emissionen des Verbrennungsmotors 5 und der Funktion der einzelnen Katalysatoreinheiten, insbesondere des Sauerstoffspeicherkatalysators 2, ermittelt werden.The plant control by the control unit 6 takes place here according to the desire, the internal combustion engine 5 to run as long as possible in lean operation and to interrupt this only by relatively short rich operating phases. The duration of a rich exhaust gas phase of operation in the present system design is generally dictated by the consumption of cached oxygen in the oxygen storage catalyst 2 intended for the oxidation of oxidizable pollutants. In other words, a respective operating phase with rich exhaust gas composition is maintained until in the oxygen storage catalyst 2 cached oxygen is used up. To detect this point in time is downstream of the oxygen storage catalyst 2 a lambda probe 7 arranged, whose Ausgangssi gnal of the control unit 6 is supplied. As soon as towards the end of a rich operation phase, the cached oxygen in the oxygen storage is running low, a breakthrough of oxidizable pollutants occurs at the exit side of the oxygen storage catalyst 2 on, by the lambda probe 7 is detected and expressed in a corresponding change in their output voltage. Alternatively, the time at which the cached oxygen is depleted may be from the control unit 6 also mathematically based on a model of the emissions of the internal combustion engine 5 and the function of the individual catalyst units, in particular the oxygen storage catalyst 2 , be determined.

Um den geeigneten Zeitpunkt zur Umschaltung von einer momentanen Betriebsphase mit magerer Abgaszusammensetzung auf eine anschließende Betriebsphase mit fetter Abgaszusammensetzung zu bestimmen, werden von der Steuereinheit 6 die während einer jeweiligen vorausgegangenen Fettbetriebsphase erzeugte Ammoniakmenge und die in der momentanen Magerbetriebsphase emittierte Stickoxidmenge durch entsprechende Sensoren meßtechnisch erfaßt oder durch eine entsprechende Systemmodellierung rechentechnisch ermittelt. Die Steuereinheit 6 summiert die in der Fettbetriebsphase erzeugte Ammoniakmenge auf und zieht von dieser erzeugten und zwischengespeicherten Ammoniakmenge die zur Stickoxidreduktion in der momentanen Magerbetriebsphase laufend benötigte Ammoniakmenge ab, d.h. die Ammoniakmenge zur Reduktion von Stick stoffdioxid zuzüglich der Ammoniakmenge zur Reduktion von Stickstoffmonoxid unter Sauerstoffeinwirkung, jeweils unter Bildung von Stickstoff und Wasser. Sobald die auf diese Weise ermittelte Restmenge an im SCR-Katalysator 3 verbliebenem Ammoniak einen unteren Schwellwert unterschreitet, wird auf eine neuerliche Fettbetriebsphase umgeschaltet, um wieder Ammoniak zu erzeugen. Die Umschaltung zwischen Mager- und Fettbetrieb erfolgt vorzugsweise durch entsprechende Umstellung des Betriebs des Verbrennungsmotors 5 durch die Steuereinheit 6.To determine the appropriate time to switch from a current lean exhaust gas phase of operation to a subsequent rich exhaust gas phase of operation, the control unit will determine 6 the amount of ammonia generated during a respective preceding rich operating phase and the amount of nitrogen oxide emitted in the instantaneous lean operating phase are detected by appropriate sensors or computationally determined by a corresponding system modeling. The control unit 6 sums up the amount of ammonia generated in the rich operating phase and subtracts from this generated and cached amount of ammonia from nitrogen oxide reduction in the current lean operating phase continuously required amount of ammonia, ie the amount of ammonia for the reduction of nitrogen dioxide plus the amount of ammonia for reducing nitric oxide under the action of oxygen, each with the formation of Nitrogen and water. Once the determined in this way residual amount in the SCR catalyst 3 remaining ammonia falls below a lower threshold, is switched to a new rich operating phase to produce ammonia again. The switchover between lean and rich operation is preferably carried out by corresponding conversion of the operation of the internal combustion engine 5 through the control unit 6 ,

Die Menge an Ammoniak, die im SCR-Katalysator 3 zwischengespeichert werden kann, ohne daß ein Durchbruch von Ammoniak auftritt, ist im wesentlichen von der Größe dieser Katalysatoreinheit 3 und von der momentanen Katalysatortemperatur abhängig. Mit steigender Katalysatorgröße nimmt die speicherbare Ammoniakmenge zu, während sie mit steigender Temperatur abnimmt. Durch ein entsprechendes Modell kann das Ammoniak-Speicherverhalten des SCR-Katalysators 3 in der Steuereinheit 6 ermittelt werden. Als Eingangsgröße dieses Modells für das Ammoniak-Speicherverhalten dient die Temperatur des SCR-Katalysators 3, die wiederum sensorisch oder rechentechnisch durch Modellierung bestimmt werden kann. Als Ausgangsgröße liefert das Modell des Ammoniak-Speicherverhaltens einen oberen Schwellwert für die im SCR-Katalysator 3 einspeicherbare Ammoniakmenge. Überschreitet die erzeugte Ammoniakmenge während einer Fettbetriebsphase diesen oberen Schwellwert, bevor der im Sauerstoffspeicherkatalysator 2 enthaltene Sauerstoff aufgebraucht ist, wird schon vor dem vollständigen Verbrauch des zwischengespeicherten Sauerstoffs wieder auf Magerbetrieb umgeschaltet, oder es wird durch eine nachgeschaltete Ammoniak-Abgasreinigungsstufe dafür gesorgt, daß überschüssiger, nicht mehr im SCR-Katalysator 3 einspeicherbarer Ammoniak konvertiert wird und nicht mit dem Abgas in die Umgebung gelangt.The amount of ammonia in the SCR catalyst 3 can be stored without a breakthrough of ammonia occurs, is essentially the size of this catalyst unit 3 and dependent on the instantaneous catalyst temperature. As the catalyst size increases, the amount of ammonia that can be stored increases while it decreases with increasing temperature. By an appropriate model, the ammonia storage behavior of the SCR catalyst 3 in the control unit 6 be determined. The input of this model for ammonia storage behavior is the temperature of the SCR catalyst 3 which, in turn, can be determined by modeling, either sensory or computationally. As an output, the ammonia storage behavior model provides an upper threshold for that in the SCR catalyst 3 storable amount of ammonia. During a rich operation phase, the amount of ammonia produced exceeds this upper threshold value, before that in the oxygen storage catalyst 2 contained oxygen is used, is switched back to lean mode before the full consumption of cached oxygen, or it is ensured by a downstream ammonia emission control stage that excess, no longer in the SCR catalyst 3 storable ammonia is converted and does not get into the environment with the exhaust gas.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage zusätzlich zum gezeigten und oben beschriebenen Ausführungsbeispiel bei Bedarf eine unterstützende externe Reduktionsmittelzu dosierung und/oder eine unterstützende Sekundärluftzuführung beinhalten kann, so daß dann nur ein Teil des für die Stickoxidreduktion benötigten Ammoniaks intern erzeugt bzw. nur ein Teil des für die Oxidation von oxidierbaren Schadstoffen benötigten Sauerstoffs vom Magerbetrieb der Verbrennungsquelle geliefert werden braucht.It understands that the Emission control system according to the invention additionally to the embodiment shown and described above, if necessary supportive external Reduktionsmittelzu dosage and / or supportive secondary air supply include can, so that then only part of the for needed the nitrogen oxide reduction Ammonia produced internally or only part of the oxidation of oxidizable Pollutants needed oxygen needs to be supplied from the lean operation of the combustion source.

Während im gezeigten Ausführungsbeispiel die drei Katalysatoreinheiten 1, 2, 3 als separate Katalysatorkörper mit jeweils eigenem Katalysatorgehäuse realisiert sind, können alternativ zwei von ihnen oder alle drei in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Des weiteren kann das jeweilige Katalysatormaterial als Beschichtung auf einem einzelnen oder auf mehreren Trägern aufgebracht sein. Außerdem können für den Fall, daß die Verbrennungsquelle von einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor gebildet ist, die Abgasrohre der einzelnen Motorzylinder wie gezeigt in einen gemeinsamen Abgasstrang einmünden, in welchem die drei Katalysatoreinheiten 1, 2, 3 in Reihe geschaltet sind, sie können alternativ aber auch einzeln verlegt oder in Zylindergruppen zusammengefaßt sein. Dabei können zur Realisierung des Fett- bzw. Magerbetriebs alle Zylinder gleichzeitig periodisch fett bzw. mager betrieben werden, oder einzelne Zylinder oder Zylindergruppen getrennt. Weiter alternativ kann der Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator 3 nicht nur wie gezeigt in einer kombinierten Einheit integriert sein, sondern meinen Ammoniakspeicherkatalysator und einen nachgeschalteten Stickoxidreduktionskatalysator als getrennte Einheiten umfassen.While in the illustrated embodiment, the three catalyst units 1 . 2 . 3 As separate catalyst bodies are realized, each with its own catalyst housing, alternatively, two of them or all three may be arranged in a common housing. Furthermore, the respective catalyst material may be applied as a coating on a single or on several carriers. In addition, in the event that the combustion source is formed by a multi-cylinder internal combustion engine, the exhaust pipes of the individual engine cylinders can open as shown in a common exhaust system, in which the three catalyst units 1 . 2 . 3 connected in series, but they can alternatively be laid individually or combined in cylinder groups. In this case, to realize the rich or lean operation, all cylinders are simultaneously operated periodically rich or lean, or individual cylinders or cylinder groups separated. Further alternatively, the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst 3 not only be integrated as shown in a combined unit, but include my ammonia storage catalyst and a downstream nitrogen oxide reduction catalyst as separate units.

Als weitere Alternative zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Sauerstoffspeicherkatalysator 2 stromabwärts statt stromaufwärts des Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysators 3 im Abgasstrang 4 angeordnet sein. Die Funktion der Abgasreinigungsanlage bleibt dadurch erhalten oder kann sich sogar noch dadurch verbessern, daß auch der SCR-Katalysator 3 zur Verringerung der oxidierbaren Schadstoffe geeignet ist und beitragen kann, so daß das im nachgeschalteten Sauerstoffspeicherkatalysator 2 gespeicherte Sauerstoffvolumen länger erhalten bleibt. Zu dem kann in diesem Fall der nachgeschaltete Sauerstoffspeicherkatalysator 3 einen Durchbruch bzw. Schlupf von Ammoniak im aus dem SCR-Katalysator 3 austretenden Abgas bei einer Ammoniaküberdosierung durch Oxidation eliminieren. Die Lambdasonde 7 wird, wenn sie in diesem modifizierten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, wiederum stromabwärts des Sauerstoffspeicherkatalysators 2 positioniert.As a further alternative to the embodiment shown, the oxygen storage catalyst 2 downstream instead of upstream of the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst 3 in the exhaust system 4 be arranged. The function of the emission control system is retained or may even improve by the fact that the SCR catalyst 3 is suitable for reducing the oxidizable pollutants and can contribute, so that in the downstream oxygen storage catalyst 2 stored oxygen volume is retained longer. In addition to this, in the case of the downstream oxygen storage catalyst 3 a breakthrough or slippage of ammonia from the SCR catalyst 3 Eliminate exiting exhaust gas in an ammonia overdose by oxidation. The lambda probe 7 when provided in this modified embodiment, again downstream of the oxygen storage catalyst 2 positioned.

Wesentlich ist jeweils, daß im Fettbetrieb das Abgas, welches den im Ammoniakerzeugungskatalysator synthetisierten Ammoniak enthält, durch den Sauerstoffspeicherkatalysator und den Ammoniakspeicherkatalysator hindurchgeleitet wird und daß im Magerbetrieb das Abgas einerseits durch den Ammoniakerzeugungskatalysator und/oder den Sauerstoffspeicherkatalysator zwecks Oxidation der oxidierbaren Schadstoffe und andererseits durch den Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator zur Reduktion der in ihm enthaltenen Stickoxide hindurchgeleitet wird.Essential is in each case that in the Grease the exhaust, which in the ammonia generation catalyst contains synthesized ammonia, through the oxygen storage catalyst and the ammonia storage catalyst is passed through and that in lean operation the exhaust gas on the one hand by the ammonia generation catalyst and / or the oxygen storage catalyst for the oxidation of the oxidizable Pollutants and on the other hand by the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst passed to reduce the nitrogen oxides contained in it becomes.

Claims (4)

Abgasreinigungsanlage zur Reinigung des Abgases einer Verbrennungsquelle, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors, mit – einem Ammoniakerzeugungskatalysator (1) zur Erzeugung von Ammoniak aus im zu reinigenden Abgas enthaltenen Stickoxiden in Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung und – einem stromabwärts des Ammoniakerzeugungskatalysators angeordneten Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator (3) zur Zwischenspeicherung von erzeugtem Ammoniak in Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung und zur Reduktion von im zu reinigenden Abgas enthaltenen Stickoxiden unter Verwendung des zwischengespeicherten Ammoniaks als Reduktionsmittel in Betriebsphasen mit magerer Abgaszusammensetzung, gekennzeichnet durch – einen zu dem Ammoniakerzeugungskatalysator (1) und dem Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator (3) in Reihe geschalteten Sauerstoffspeicherkatalysator (2) zur Zwischenspeicherung von Sauerstoff in Betriebsphasen mit magerer Abgaszusammensetzung und zur Oxidation von oxidierbaren Schadstoffen mit zwischengespeichertem Sauerstoff in Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung, wobei der Sauerstoffspeicherkatalysator (2) zwischen dem Ammoniakerzeugungskatalysator (1) und dem Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator (3) oder stromabwärts des Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysators angeordnet ist und – eine stromabwärts des Sauerstoffspeicherkatalysators (2) angeordnete Lambdasonde (7) zur Erkennung eines Durchbruchs an oxidierbaren Schadstoffen während Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung.Exhaust gas purification system for purifying the exhaust gas of a combustion source, in particular of a motor vehicle internal combustion engine, having - an ammonia generation catalyst ( 1 ) for producing ammonia from nitrogen oxides contained in the exhaust gas to be purified in operating phases with rich exhaust gas composition and - an ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst arranged downstream of the ammonia generation catalyst ( 3 ) for buffering generated ammonia in rich exhaust gas composition operating phases and for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas to be purified using the cached ammonia as a reductant in lean exhaust gas operating phases, characterized by - one to the ammonia generation catalyst ( 1 ) and the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst ( 3 ) in series oxygen storage catalyst ( 2 ) for temporarily storing oxygen in lean exhaust gas operating phases and for oxidizing oxidizable pollutants with cached oxygen in rich exhaust gas operating phases, said oxygen storage catalyst ( 2 ) between the ammonia generation catalyst ( 1 ) and the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst ( 3 ) or downstream of the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst, and - a downstream of the oxygen storage catalyst ( 2 ) arranged lambda probe ( 7 ) for detecting a breakthrough of oxidizable pollutants during rich exhaust gas operating phases. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch .1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Ammoniakerzeugungskatalysator (1) und der Sauerstoffspeicherkatalysator (2) beide ein Edelmetall-Katalysatormaterial aus einem oder mehreren verschiedenen Edelmetallen aufweisen und der Sauerstoffspeicherkatalysator CeO2 in einem höheren Gehalt als der Ammoniakerzeugungskatalysator enthält.Emission control system according to claim 1, further characterized in that the ammonia generating catalyst ( 1 ) and the oxygen storage catalyst ( 2 ) both comprise a noble metal catalyst material of one or more different noble metals and the oxygen storage catalyst contains CeO 2 in a higher content than the ammonia generation catalyst. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator (3) ein Katalysatormaterial mit einer Mischung aus TiO2, WO3 und V2O5 aufweist.Emission control system according to claim 1 or 2, further characterized in that the ammonia storage and nitrogen oxide reduction catalyst ( 3 ) has a catalyst material with a mixture of TiO 2 , WO 3 and V 2 O 5 . Verfahren zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alternierend zwischen Betriebsphasen mit fetter Abgaszusammensetzung und Betriebsphasen mit magerer Abgaszusammensetzung umgeschaltet wird, wobei auf eine Betriebsphase mit magerer Abgaszusammensetzung jeweils spätestens dann umgeschaltet wird, wenn der im Sauerstoffspeicherkatalysator (2) zwischengespeicherte Sauerstoff zur Oxidation der im fetten Abgas enthaltenen oxidierbaren Schadstoffe verbraucht ist.Method for operating an exhaust gas purification system according to one of claims 1 to 3, characterized in that alternately switched between operating phases with rich exhaust gas composition and operating phases with lean exhaust gas composition, being switched to an operating phase with lean exhaust gas composition at the latest when the oxygen storage in the catalyst ( 2 ) Cached oxygen is consumed for the oxidation of the oxidizable pollutants contained in the rich exhaust gas.
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