WO2006125525A1 - Abgasanlage für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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WO2006125525A1
WO2006125525A1 PCT/EP2006/004386 EP2006004386W WO2006125525A1 WO 2006125525 A1 WO2006125525 A1 WO 2006125525A1 EP 2006004386 W EP2006004386 W EP 2006004386W WO 2006125525 A1 WO2006125525 A1 WO 2006125525A1
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catalyst
exhaust
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Klaus Rusch
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Emcon Technologies Germany (Augsburg) Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle.
  • particulate filters are used on diesel or lean-burn gasoline engines (e.g., gasoline direct-injection engines) to reduce the particulate emissions of the exhaust gases.
  • Such particulate filters must be regenerated from time to time by burning off the particulates accumulated on the filter surface.
  • the object of the invention is to provide an exhaust system in which at no time high NO x emissions occur and at the same time ammonia emissions are avoided, and also characterized by the simplest possible structure and low space requirement.
  • an exhaust system for an internal combustion engine in particular a motor vehicle, comprising at least one regenerable particulate filter and a downstream of the particulate filter SCR catalyst with ammonia storage capability, wherein no separate NO x storage catalyst is provided.
  • the invention uses an SCR catalyst to specifically trap the NH 3 spikes occurring in the exhaust gas during the regeneration of the particulate filter, for which reason the SCR catalytic converter is connected downstream of the particulate filter.
  • the problem with such regenerable particulate filters is that during the regeneration phases of the particulate filter, due to the then prevailing lack of oxygen, the release of NH 3 occurs at the particulate filter.
  • SCR catalysts are used for selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides produced during combustion in the engine.
  • SCR selective catalytic reduction
  • ammonia is added to the exhaust gas as a selective reducing agent and intermediately stored in an also called denitration catalyst SCR catalyst.
  • This uses the ammonia to catalytically reduce the nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust gas, whereby water and nitrogen are formed.
  • NO x nitrogen oxides
  • Another advantage of the arrangement according to the invention is therefore that the ammonia formed during the regeneration phases of the particulate filter stored in the downstream SCR catalyst and thus removed from the emitted exhaust gas and is then available for the conversion of NO x .
  • the particulate filter may be preceded by an oxidation catalyst unit, wherein of course particulate filter and oxidation catalyst unit can form a combined component with a common insert body (substrate).
  • At least one regeneration device is provided for the particulate filter, by means of which an oxidizable liquid can be introduced into the exhaust gas flow upstream of the particulate filter.
  • This oxidizable liquid which is in particular fuel, is burned in the oxidation catalyst unit in order to increase the temperature of the exhaust gas in the region of the particle filter and thus burn off the accumulated soot particles.
  • the regeneration device comprises an evaporation unit in which the oxidisable liquid is vaporized prior to introduction into the exhaust gas stream.
  • the introduced liquid is fed directly as gas-vapor mixture into the exhaust gas.
  • the evaporation unit as such is e.g. known from EP 1 369 557 A1 and consists of a small container in which the liquid is evaporated, wherein the required heat is generated by an electric heating element arranged in the container.
  • the evaporator requires no pressure difference to atomize the liquid. The gaseous molecules mix very quickly with the exhaust gas, which leads to a more uniform combustion in the immediately downstream oxidation catalyst. At the same time, a point overheating of the oxidation catalyst is avoided.
  • the regeneration device may comprise a sputtering unit for the oxidizable liquid, which can save energy in particular when used in commercial vehicles compared to the evaporation unit.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the particle filter and the SCR catalyst form a common, combined unit with a common insert body, which is usually a monolithic
  • Ceramic substrate is. This allows in particular space-related advantages - A -
  • the SCR catalyst is formed here only by a corresponding coating of the ceramic substrate on the downstream side.
  • the insert body of the particulate filter may have an additional coating with ammonia storage capability.
  • the insert body which is also referred to as the substrate, can also be impregnated with an ammonia-storing material as an alternative to a coating. It is also conceivable to use such a material (for example zeolite) directly as wall material of the substrate body.
  • a further, upstream of the particulate filter SCR catalyst is provided. This is used for the primary reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas, while the other, the particle filter downstream SCR catalyst then reduces only the nitrogen oxides generated in the particulate filter during the regeneration phase. In this way you get an exhaust system that combines particulate reduction with very effective nitrogen oxide reduction.
  • the two SCR catalysts can have different catalytic properties.
  • the SCR catalysts have different thermal sensitivities and catalytic activities to achieve optimized nitrogen oxide reduction.
  • the SCR catalyst connected downstream of the particle filter is preferably very temperature-stable. This is important because in the exhaust system after the particulate filter, due to the heating of the same during the regeneration phases, very high temperatures of up to 1000 0 C prevail. Thus it is possible to choose for this position an SCR catalyst which is very temperature resistant but less active in the catalytic reduction of nitrogen oxides.
  • the SCR catalyst upstream of the particle filter is preferably a highly active SCR catalyst which can reduce large amounts of nitrogen oxides. Since this SCR catalyst is arranged in particular close to the engine, but in any case before the particulate filter, it is less high temperatures, typically below 650 0 C, exposed. Therefore, in this upstream SCR catalyst, the main focus on the catalytic At the same time it may be much more sensitive to high temperatures than the other, the particle filter downstream SCR catalyst.
  • the SCR catalyst upstream of the particulate filter is exposed to less high temperatures, it may contain vanadium as a catalytic substance. This is characterized by its high catalytic activity and a relatively low price, but it is relatively sensitive to temperature.
  • the arrangement according to the invention has the further advantage that, if short-term temperature peaks of the engine lead to slight vanadium deposits of the SCR catalyst close to the engine, this vanadium settles on the downstream particle filter and is therefore not released into the environment. In this way, the embodiment of the invention thus facilitates the use of vanadium in an SCR catalyst even with restrictive environmental legislation.
  • FIG. 1 is a schematic view of an exhaust system for an internal combustion engine according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a detail of an insert body of a particulate filter SCR catalyst combination, which is used in an exhaust system according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a detail of an exhaust system 10 for an internal combustion engine, here in particular for a motor vehicle, which can be connected via a first pipe section 12 to a manifold (not shown).
  • the exhaust system 10 has a first SCR catalytic converter 14, which is connected to a particle filter 18 via a second pipe section 16.
  • the particle filter 18 is preceded by an oxidation catalyst unit 20. Downstream of the particulate filter
  • a regeneration device 26 For regeneration of the particulate filter 18, a regeneration device 26 is provided with an evaporation unit, which is arranged substantially outside the exhaust gas flow upstream of the particulate filter 18 (more precisely, the upstream oxidation catalyst unit 20). To initiate the regeneration of the particulate filter 18, the regeneration device is controlled by a known control, whereupon a tuned to the respective operating point of the engine amount of oxidizable liquid, in particular fuel z. B. pumped from the tank of the vehicle in the evaporation unit, there evaporated and then introduced into the exhaust stream in the region of the second pipe section 16.
  • the vaporous fuel is catalytically burned in the oxidation catalyst unit 20, whereby heat is supplied to the exhaust gas, so that its temperature sufficient for burning the accumulated in the downstream particulate filter 18 soot particles.
  • the regeneration device 26 may also comprise a sputtering unit.
  • the resulting in the regeneration due to lack of oxygen in the particulate filter 18 NH 3 is oxidized in the particulate filter 18 downstream SCR catalyst 22 with the aid of NO x emitted by the engine to nitrogen and water, the ammonia required for the reduction, as already explained, at the regeneration of the particulate filter 18 is generated and stored in the SCR catalyst 22. Therefore, in the case of the SCR catalytic converter 22, it is possible to dispense with an ammonia feed, for example in the form of introduced urea, from which ammonia is produced by hydro- or thermolysis.
  • the first, the particulate filter 18 upstream SCR catalyst 14 is used in the usual way to reduce the nitrogen oxides that are produced during combustion in the engine compartment.
  • the SCR catalytic converter 14 requires a supply of reducing agent due to its arrangement (ammonia is only generated downstream of the SCR catalytic converter 14 in the particle filter 18).
  • the SCR catalyst 14 Since the SCR catalyst 14 is disposed in a region close to the engine, in which comparatively low temperatures of below 65O 0 C prevail, is the SCR catalyst 14 a temperature-sensitive, but highly catalytically active catalyst which contains in particular vanadium as a catalytically active substance.
  • the second SCR catalyst 22 may have a significantly lower catalytic activity.
  • the particulate filter 18 upstream SCR catalyst 14 is therefore purely optional.
  • a particularly small space requirement of the exhaust system 10 can be achieved by instead of two separate components for particulate filter 18 and downstream SCR catalyst 22, a common, combined unit with a common insert body 28 is provided.
  • Insert body 28 has an extruded ceramic substrate with a plurality of parallel formed flow channels. These are formed alternately as inlet channels 30 and outlet channels 32 for the exhaust gas flow, by their (seen in the flow direction) rear or front end is closed.
  • the exhaust gas flow enters through the inlet channels 30 in the insert body 28, but can only leave this again, by the (porous) wall material which separates the channels 30, 32 from each other and with an oxidation coating, for example in the form of platinum, flows through becomes.
  • soot particles 36 deposit on the intermediate walls 34 between inlet channels 30 and outlet channels 32.
  • the walls 34 are provided in addition to the oxidation coating on the outlet channel side with a zeolite coating 38 which can store the ammonia formed during the regeneration of the particulate filter 18 by burning off the soot particles 36 and with the engine-emitted NO x oxidized.
  • the insert body 28 thus combines the functions of the particulate filter 18 and the SCR catalyst 22.

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Abstract

Eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein Kraftfahrzeug, umfaßt wenigstens einen regenerierbaren Partikelfilter (18) und einen dem Partikelfilter (18) nachgeschalteten SCR-Katalysator (22) mit Ammoniak-Speicherfähigkeit, wobei kein eigener NO<SUB>x</SUB>-Speicherkatalysator vorgesehen ist.

Description

Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein Kraftfahrzeug.
Zur Einhaltung umweltgesetzlicher Vorgaben müssen die Abgase z.B. von verbrennungsmotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen einer Reinigung unterzogen werden. Namentlich werden bei Kraftfahrzeugen mit Dieselmotor oder mager betriebenem Benzinmotor (z.B. Benzin-Direkteinspritzer) zur Reduktion der partikelförmigen Emissionen der Abgase geeignete Partikelfilter eingesetzt. Derartige Partikelfilter müssen von Zeit zu Zeit regeneriert werden, indem die auf der Filteroberfläche angesammelten Partikel abgebrannt werden. Hierzu ist es bekannt, dem Partikelfilter einen Oxidationskatalysator vorzuschalten, der durch Oxidation einer im Abgasstrom befindlichen oxidierbaren Substanz die zum Abbrennen der Rußpartikel benötigte Wärme erzeugt.
Folglich ist es zur Regeneration des Partikelfilters von Zeit zu Zeit notwendig, das Abgas mit einer oxidierbaren Substanz, üblicherweise Kraftstoff, anzureichern. Zu diesem Zweck sind neben der Nacheinspritzung in den Brennraum des Motors Systeme bekannt, die ein (zusätzliches) Hochdruck- Kraftstoffeinspritzventil verwenden, das im Krümmerbereich der Abgasanlage angeordnet ist und Kraftstoff direkt in den Abgasstrom einspritzt. Ebenso bekannt sind Systeme mit einer Dosierpumpe, die eine bestimmte Kraftstoffmenge aus dem Tank oder aus einer Niederdruck-Kraftstoffleitung in eine Heizkammer eines Verdampfers leitet, wo der Kraftstoff verdampft und anschließend in den Abgasstrom eingebracht wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Abgasanlage zu schaffen, bei der zu keiner Zeit hohe NOx-Emissionen auftreten und gleichzeitig Ammoniakemissionen vermieden werden, und die sich darüber hinaus durch einen möglichst einfachen Aufbau und geringen Bauraumbedarf auszeichnet.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein Kraftfahrzeug, erreicht, umfassend wenigstens einen regenerierbaren Partikelfilter und einen dem Partikelfilter nachgeschalteten SCR-Katalysator mit Ammoniak-Speicherfähigkeit, wobei kein eigener NOx-Speicherkatalysator vorgesehen ist. Die Erfindung nutzt also erstmalig einen SCR-Katalysator dazu, speziell die während der Regeneration des Partikelfilters auftretenden NH3-Spitzen im Abgas abzufangen, weshalb der SCR-Katalysator dem Partikelfilter nachgeschaltet wird. Problematisch bei derartig regenerierbaren Partikelfiltern ist, daß es während der Regenerationsphasen des Partikelfilters, bedingt durch den dann herrschenden Sauerstoffmangel, zur Freisetzung von NH3 am Partikelfilter kommt. Dies ist insbesondere der Fall, da der Partikelfilter für gewöhnlich sehr weit vom Motor entfernt angeordnet ist, weshalb das Abgas, das bereits mehrere Abgasreinigungskomponenten passiert hat, beim Durchströmen des Partikelfilters schon sehr stark abgekühlt ist. Dies wiederum hat zur Folge, daß zur Einleitung der Regeneration eine große Menge Kraftstoff eingebracht werden muß, was zu besonders fetten Bedingungen im Bereich des Partikelfilters und damit zu vergleichsweise starken NH3-Abscheidungen führt. Diese erschweren die Einhaltung umweltgesetzlicher Grenzwerte.
Üblicherweise werden SCR-Katalysatoren (vollkommen unabhängig von einer Einrichtung zur Partikelminderung) zur selektiven katalytischen Reduktion (kurz SCR) von bei der Verbrennung im Motor erzeugten Stickoxiden eingesetzt. Zu diesem Zweck wird dem Abgas Ammoniak als selektiv wirkendes Reduktionsmittel zugegeben und in einem auch als Denitrierungskatalysator bezeichneten SCR-Katalysator zwischengespeichert. Dieser verwendet das Ammoniak dazu, die im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) katalytisch zu reduzieren, wobei Wasser und Stickstoff gebildet werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht folglich darin, daß das während der Regenerationsphasen des Partikelfilters gebildete Ammoniak im nachgeschalteten SCR-Katalysator gespeichert und somit aus dem emittierten Abgas entfernt wird und danach zum Umsatz von NOx zur Verfügung steht. Dadurch wird auch die sonst übliche Ammoniakzufuhr zum SCR-Katalysator überflüssig, da Ammoniak in der Abgasanlage selbst durch den Partikelfilter erzeugt wird. Ein eigener, bislang üblicherweise vorgesehener NOx-Speicherkatalysator, der der reinen Speicherung von Stickoxiden dient, ist in der erfindungsgemäßen Anordnung nicht vorgesehen, wodurch sich ein besonders geringer Bauraumbedarf ergibt.
Dem Partikelfilter kann eine Oxidationskatalysatoreinheit vorgeschaltet sein, wobei natürlich Partikelfilter und Oxidationskatalysatoreinheit ein kombiniertes Bauteil mit einem gemeinsamen Einsatzkörper (Substrat) bilden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Regeneriervorrichtung für den Partikelfilter vorgesehen, mittels der eine oxidierbare Flüssigkeit in den Abgasstrom vor dem Partikelfilter eingebracht werden kann. Diese oxidierbare Flüssigkeit, bei der es sich insbesondere um Kraftstoff handelt, wird in der Oxidationskatalysatoreinheit verbrannt, um die Temperatur des Abgases im Bereich des Partikelfilters zu erhöhen und so die angesammelten Rußpartikel abzubrennen.
Vorzugsweise umfaßt die Regeneriervorrichtung eine Verdampfungseinheit, in der die oxidierbare Flüssigkeit vor dem Einbringen in den Abgasstrom verdampft wird. Auf diese Weise wird die eingebrachte Flüssigkeit gleich als Gas- Dampfgemisch ins Abgas eingespeist. Die Verdampfungseinheit als solche ist z.B. aus der EP 1 369 557 A1 bekannt und besteht aus einem kleinen Behälter, in dem die Flüssigkeit verdampft wird, wobei die benötigte Wärme durch ein im Behälter angeordnetes elektrisches Heizelement erzeugt wird. Anders als bei vergleichbaren Konzepten mit Flüssigkeitseindüsung benötigt der Verdampfer keine Druckdifferenz, um die Flüssigkeit zu zerstäuben. Die gasförmigen Moleküle vermischen sich sehr schnell mit dem Abgas, was zu einer gleichmäßigeren Verbrennung im unmittelbar nachgeschalteten Oxidations- katalysator führt. Gleichzeitig wird eine punktuelle Überhitzung des Oxidations- katalysators vermieden.
Alternativ kann die Regeneriervorrichtung eine Zerstäubungseinheit für die oxidierbare Flüssigkeit umfassen, wodurch sich insbesondere bei einem Einsatz in Nutzfahrzeugen gegenüber der Verdampfungseinheit Energie sparen läßt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Partikel- filter und der SCR-Katalysator eine gemeinsame, kombinierte Einheit mit einem gemeinsamen Einsatzkörper bilden, der üblicherweise ein monolithisches
Keramiksubstrat ist. Dadurch lassen sich insbesondere bauraumbedingte Vorteile - A -
erzielen. Der SCR-Katalysator wird hier nur durch eine entsprechende Beschichtung des Keramiksubstrats auf der Abströmseite gebildet.
Der Einsatzkörper des Partikelfilters kann eine zusätzliche Beschichtung mit Ammoniakspeicherfähigkeit aufweisen. Der auch als Substrat bezeichnete Einsatzkörper kann alternativ zu einer Beschichtung natürlich auch mit einem ammoniakspeichernden Material getränkt sein. Ebenso denkbar ist es, ein solches Material (beispielsweise Zeolith) direkt als Wandmaterial des Substratkörpers einzusetzen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein weiterer, dem Partikelfilter vorgeschalteter SCR-Katalysator vorgesehen. Dieser dient der primären Reduktion von im Abgas befindlichen Stickoxiden, während der andere, dem Partikelfilter nachgeschaltete SCR-Katalysator dann lediglich die im Partikelfilter während der Regenerationsphase erzeugten Stickoxide reduziert. Auf diese Weise erhält man eine Abgasanlage, die Partikelminderung mit sehr effektiver Stickoxidminderung kombiniert.
Die beiden SCR-Katalysatoren können unterschiedliche katalytische Eigenschaften haben. Insbesondere weisen die SCR-Katalysatoren verschiedene thermische Empfindlichkeiten und katalytische Aktivitäten auf, um zu einer optimierten Stickoxidreduktion zu gelangen.
So ist der dem Partikelfilter nachgeschaltete SCR-Katalysator vorzugsweise sehr temperaturstabil. Dies ist wichtig, da im Bereich der Abgasanlage nach dem Partikelfilter, bedingt durch die Aufheizung desselben während der Regenerationsphasen, sehr hohe Temperaturen von bis zu 10000C herrschen. Somit ist es möglich, für diese Position einen SCR-Katalysator zu wählen, der sehr temperaturbeständig, jedoch bezüglich der katalytischen Reduktion von Stickoxiden weniger aktiv ist.
Der dem Partikelfilter vorgeschaltete SCR-Katalysator hingegen ist vorzugsweise ein hochaktiver SCR-Katalysator, der große Mengen von Stickoxiden reduzieren kann. Da dieser SCR-Katalysator insbesondere in Motornähe angeordnet ist, in jedem Fall jedoch vor dem Partikelfilter, ist er weniger hohen Temperaturen, typischerweise unter 6500C, ausgesetzt. Daher kann bei diesem vorgeschalteten SCR-Katalysator das Hauptaugenmerk auf der katalytischen Aktivität liegen, wobei er gleichzeitig deutlich empfindlicher gegenüber hohen Temperaturen sein kann als der andere, dem Partikelfilter nachgeschaltete SCR- Katalysator.
Da, wie soeben ausgeführt, der dem Partikelfilter vorgeschaltete SCR- Katalysator weniger hohen Temperaturen ausgesetzt ist, kann er Vanadin als katalytische Substanz enthalten. Dieses zeichnet sich durch seine hohe katalytische Aktivität und einen vergleichsweise geringen Preis aus, es ist jedoch vergleichsweise temperaturempfindlich. Die erfindungsgemäße Anordnung bietet jedoch den weiteren Vorteil, daß, sollte es durch kurzzeitige Temperaturspitzen des Motors zu geringfügigen Vanadiumabscheidungen des motornahen SCR- Katalysators kommen, sich dieses Vanadium auf dem nachgeschalteten Partikelfilter absetzt und daher nicht in die Umgebung abgegeben wird. Auf diese Weise erleichtert die erfindungsgemäße Ausgestaltung also den Einsatz von Vanadin in einem SCR-Katalysator auch bei restriktiven umweltgesetzlichen Vorgaben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:
- Figur 1 eine schematische Ansicht einer Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
- Figur 2 einen Ausschnitt aus einem Einsatzkörper einer Partikelfilter-SCR- Katalysator-Kombination, der bei einer Abgasanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zum Einsatz kommt.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Abgasanlage 10 für eine Verbrennungskraftmaschine, hier insbesondere für ein Kraftfahrzeug, die über einen ersten Rohrabschnitt 12 an einen nicht gezeigten Krümmer anschließbar ist. Die Abgasanlage 10 weist in Strömungsrichtung des Abgases gesehen einen ersten SCR-Katalysator 14 auf, der über einen zweiten Rohrabschnitt 16 mit einem Partikelfilter 18 in Verbindung steht. Dem Partikelfilter 18 ist eine Oxidationskatalysatoreinheit 20 vorgeschaltet. Stromabwärts des Partikelfilters
18 schließ sich ein zweiter SCR-Katalysator 22 an, der über einen dritten Rohrabschnitt 24 mit einem nicht gezeigten Endbereich der Abgasanlage 10 verbunden ist.
Zur Regeneration des Partikelfilters 18 ist eine Regeneriervorrichtung 26 mit einer Verdampfungseinheit vorgesehen, die im wesentlichen außerhalb des Abgasstroms stromaufwärts des Partikelfilters 18 (genauer: der vorgeschalteten Oxidationskatalysatoreinheit 20) angeordnet ist. Zur Einleitung der Regeneration des Partikelfilters 18 wird die Regeneriervorrichtung durch eine an sich bekannte Steuerung angesteuert, worauf eine auf den jeweiligen Betriebspunkt des Motors abgestimmte Menge oxidierbarer Flüssigkeit, insbesondere Kraftstoff z. B. aus dem Tank des Fahrzeugs in die Verdampfungseinheit gepumpt, dort verdampft und anschließend in den Abgasstrom im Bereich des zweiten Rohrabschnitts 16 eingebracht wird. Der dampfförmige Kraftstoff wird in der Oxidationskatalysatoreinheit 20 katalytisch verbrannt, wodurch dem Abgas Wärme zugeführt wird, so daß seine Temperatur zum Abbrennen der im nachgeschalteten Partikelfilter 18 angesammelten Rußpartikel ausreicht. Anstelle der Verdampfungseinheit kann die Regeneriervorrichtung 26 auch eine Zerstäubungseinheit umfassen.
Das bei der Regeneration aufgrund Sauerstoffmangels im Partikelfilter 18 entstehende NH3 wird in dem dem Partikelfilter 18 nachgeschalteten SCR- Katalysator 22 unter Zuhilfenahme von vom Motor emittierten NOx zu Stickstoff und Wasser oxidiert, das für die Reduktion benötigte Ammoniak wird, wie bereits erläutert, bei der Regeneration des Partikelfilters 18 erzeugt und im SCR- Katalysator 22 zwischengespeichert. Daher kann beim SCR-Katalysator 22 auf eine Ammoniakzufuhr, beispielsweise in Form von eingebrachtem Harnstoff, aus dem durch Hydro- bzw. Thermolyse Ammoniak entsteht, verzichtet werden.
Der erste, dem Partikelfilter 18 vorgeschaltete SCR-Katalysator 14 dient in gewohnter Weise dazu, die Stickoxide zu reduzieren, die bei der Verbrennung im Motorraum entstehen. Im Gegensatz zum SCR-Katalysator 22 benötigt der SCR- Katalysator 14 aufgrund seiner Anordnung jedoch eine Reduktionsmittelzufuhr (Ammoniak wird ja erst stromabwärts des SCR-Katalysators 14 im Partikelfilter 18 erzeugt).
Da der SCR-Katalysator 14 in einem motornahen Bereich angeordnet ist, in dem vergleichsweise niedrige Temperaturen von unter 65O0C herrschen, ist der SCR-Katalysator 14 ein temperaturempfindlicher, dafür jedoch hochgradig katalytisch aktiver Katalysator, der insbesondere Vanadin als katalytisch aktive Substanz enthält. Der zweite SCR-Katalysator 22, der unmittelbar stromabwärts des Partikelfilters 18 angeordnet ist, ist hingegen ein temperaturbeständiger SCR-Katalysator, da in diesem Bereich der Abgasanlage deutlich höhere Temperaturen von bis zu 10000C vorherrschen. Da jedoch im Partikelfilter 18 während der Regenerationsphasen vergleichsweise wenig NOx erzeugt wird und das zuvor im Abgas enthaltene NOx ja bereits durch den SCR-Katalysator 14 reduziert wurde, kann der zweite SCR-Katalysator 22 eine deutlich niedrigere katalytische Aktivität aufweisen.
Alternativ zu der in Figur 1 gezeigten Ausführung mit zwei SCR-Katalysatoren
14, 22 ist es ebenfalls möglich, nur einen SCR-Katalysator 22 zur Oxidation des bei der Regeneration des Partikelfilters 18 entstehenden NH3 vorzusehen. Der erste, dem Partikelfilter 18 vorgeschaltete SCR-Katalysator 14 ist also rein optional.
Ein besonders geringer Bauraumbedarf der Abgasanlage 10 läßt sich erreichen, indem anstelle zweier getrennter Komponenten für Partikelfilter 18 und nachgeschalteten SCR-Katalysator 22 eine gemeinsame, kombinierte Einheit mit einem gemeinsamen Einsatzkörper 28 vorgesehen wird.
Ein solcher Einsatzkörper (oder Substratkörper) ist in Figur 2 gezeigt. Der
Einsatzkörper 28 weist ein extrudiertes keramisches Substrat mit einer Vielzahl parallel ausgebildeter Strömungskanäle auf. Diese sind abwechselnd als Eintrittskanäle 30 und Austrittskanäle 32 für den Abgasstrom ausgebildet, indem ihr (in Strömungsrichtung gesehen) hinteres bzw. vorderes Ende verschlossen ist. Der Abgasstrom tritt über die Eintrittskanäle 30 in den Einsatzkörper 28 ein, kann diesen jedoch nur wieder verlassen, indem das (poröse) Wandmaterial, das die Kanäle 30, 32 voneinander trennt und mit einer Oxidationsbeschichtung, z.B. in Form von Platin, versehen ist, durchströmt wird. Dabei lagern sich Rußpartikel 36 an den Zwischenwänden 34 zwischen Eintrittskanälen 30 und Austrittskanälen 32 ab. Die Wände 34 sind zusätzlich zu der Oxidationsbeschichtung austrittskanalseitig mit einer Zeolithbeschichtung 38 versehen, die das beim Regenerieren des Partikelfilters 18 durch Abbrennen der Rußpartikel 36 entstehende Ammoniak speichern kann und mit vom Motor emittierten NOx oxidiert. Der Einsatzkörper 28 kombiniert also die Funktionen des Partikelfilters 18 und des SCR-Katalysators 22.

Claims

Patentansprüche
1. Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen regenerierbaren Partikelfilter (18) und einen dem Partikelfilter (18) nachgeschalteten SCR-Katalysator (22) mit
Ammoniak-Speicherfähigkeit, wobei kein eigener NOx-Speicherkatalysator vorgesehen ist.
2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Partikelfilter (18) eine Oxidationskatalysatoreinheit (20) vorgeschaltet ist.
3. Abgasanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Regeneriervorrichtung (26) für den Partikelfilter (18) vorgesehen ist, mittels der eine oxidierbare Flüssigkeit in den Abgasstrom vor dem Partikelfilter (18) eingebracht werden kann.
4. Abgasanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneriervorrichtung (26) eine Verdampfungseinheit umfaßt, in der die oxidierbare Flüssigkeit vor dem Einbringen in den Abgasstrom verdampft wird.
5. Abgasanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneriervorrichtung (26) eine Zerstäubungseinheit für die oxidierbare Flüssigkeit umfaßt.
6. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der oxidierbaren Flüssigkeit um Kraftstoff handelt.
7. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelfilter (18) und der SCR-Katalysator (22) eine gemeinsame, kombinierte Einheit mit einem gemeinsamen Einsatzkörper (28) bilden.
8. Abgasanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzkörper (28) des Partikelfilters (18) eine zusätzliche Beschichtung (38) mit Ammoniak-Speicherfähigkeit aufweist.
9. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer, dem Partikelfilter (18) vorgeschalteter SCR- Katalysator (14) vorgesehen ist.
10. Abgasanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden SCR-Katalysatoren (14, 22) unterschiedliche katalytische Eigenschaften haben.
11. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Partikelfilter (18) nachgeschaltete SCR-Katalysator (22) sehr temperaturstabil ist.
12. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der dem Partikelfilter (18) vorgeschaltete SCR-Katalysator
(14) ein hochaktiver SCR-Katalysator ist.
13. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Partikelfilter (18) vorgeschaltete SCR-Katalysator (14) Vanadin als katalytische Substanz enthält.
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