DE102020207311A1

DE102020207311A1 - Ammonia barrier catalyst, exhaust aftertreatment system and process for exhaust aftertreatment

Info

Publication number: DE102020207311A1
Application number: DE102020207311.2A
Authority: DE
Inventors: Helge Hübner; Tobias Abraham
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2021-12-16
Anticipated expiration: 2040-06-12
Also published as: DE102020207311B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ammoniak-Sperrkatalysator (40) zur Anordnung in einer Abgasanlage (22) eines Verbrennungsmotors (10), umfassend einer Oxidationszone (42) zur Oxidation von Ammoniak, einen Mischraum (86) zur Vermischung von Ammoniak und einem Oxidationsprodukt des Ammoniaks sowie einem in Strömungsrichtung der Oxidationszone (42) und dem Mischraum (86) nachgeschalteten SCR-Katalysator (44).Die Erfindung betrifft ferner ein Abgasnachbehandlungssystem (20) für einen Verbrennungsmotor (10). Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst eine Abgasanlage (22) mit einem Abgaskanal (24), in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) durch den Abgaskanal (24) ein motornaher erster Katalysator (28), ein Partikelfilter (34) und mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (36, 38) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind. Stromabwärts der letzten Abgasnachbehandlungskomponente (36, 38) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden SCR-Katalysators (36, 38) ist ein solcher Ammoniak-Sperrkatalysator (40) angeordnet. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem (20).The invention relates to an ammonia barrier catalyst (40) for arrangement in an exhaust system (22) of an internal combustion engine (10), comprising an oxidation zone (42) for the oxidation of ammonia, a mixing space (86) for the mixing of ammonia and an oxidation product of the ammonia and an SCR catalytic converter (44) connected downstream in the flow direction of the oxidation zone (42) and the mixing chamber (86). The invention also relates to an exhaust gas aftertreatment system (20) for an internal combustion engine (10). The exhaust gas aftertreatment system comprises an exhaust system (22) with an exhaust gas duct (24) in which, in the flow direction of an exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) through the exhaust gas duct (24), a first catalytic converter (28) close to the engine, a particle filter (34) and at least one exhaust gas aftertreatment component ( 36, 38) are arranged for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. Such an ammonia barrier catalytic converter (40) is arranged downstream of the last exhaust gas aftertreatment component (36, 38) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides SCR catalytic converter (36, 38). The invention also relates to a method for exhaust gas aftertreatment with such an exhaust gas aftertreatment system (20).

Description

Die Erfindung betrifft einen Ammoniak-Sperrkatalysator, ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem solchen Ammoniak-Sperrkatalysator sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to an ammonia barrier catalytic converter, an exhaust gas aftertreatment system with such an ammonia barrier catalytic converter and a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine with such an exhaust gas aftertreatment system according to the preamble of the independent claims.

Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxid-Emissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.The current exhaust gas legislation, and one that will become increasingly strict in the future, place high demands on the engine-related raw emissions and the exhaust gas aftertreatment of internal combustion engines. The demands for a further decrease in consumption and the further tightening of the exhaust gas standards with regard to the permissible nitrogen oxide emissions represent a challenge for the engine developers. Upstream and downstream catalytic converters. Exhaust gas aftertreatment systems are currently used in diesel engines, which have an oxidation catalytic converter, a catalytic converter for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalytic converter) and a particle filter for separating soot particles and, if necessary, further catalytic converters. Ammonia is preferably used as the reducing agent. Because pure ammonia is expensive to deal with, a synthetic, aqueous urea solution is usually used in vehicles, which is mixed with the hot exhaust gas flow in a mixing device upstream of the SCR catalytic converter. As a result of this mixing, the aqueous urea solution is heated, the aqueous urea solution releasing ammonia in the exhaust gas duct. A commercially available, aqueous urea solution generally consists of 32.5% urea and 67.5% water.

Ferner sind Abgasnachbehandlungssystem mit mindestens zwei Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden bekannt, welche sequenziell von einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors durchströmt werden, wobei die erste Abgasnachbehandlungskomponente motornah und die zweite Abgasnachbehandlungskomponente in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, wobei jeder Abgasnachbehandlungskomponente ein Dosierelement zur Eindosierung von wässriger Harnstofflösung zugeordnet ist, um je nach Betriebssituation des Verbrennungsmotors mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente in einem Temperaturbereich betreiben zu können, um in dem eine effiziente Konvertierung der Stickoxidemissionen zu ermöglichen.Furthermore, exhaust aftertreatment systems with at least two exhaust aftertreatment components for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides are known, through which an exhaust gas flow of the internal combustion engine flows sequentially, the first exhaust aftertreatment component being arranged close to the engine and the second exhaust aftertreatment component in the underbody position of a motor vehicle, each exhaust aftertreatment component having a metering element for metering aqueous urea solution is assigned in order to be able to operate at least one exhaust gas aftertreatment component in a temperature range, depending on the operating situation of the internal combustion engine, in order to enable an efficient conversion of the nitrogen oxide emissions.

Jede Vorrichtung zur katalytischen Abgasreinigung benötigt zum Erreichen einer Wirksamkeit das Überschreiten einer Mindesttemperatur, der sogenannten Light-off-Temperatur. Bei einem Kaltstart eines Kraftfahrzeugs liegen der Verbrennungsmotor und die Komponenten zur Abgasnachbehandlung im Temperaturniveau etwa auf Umgebungstemperatur. Auch mit einem hohen Energieeintrag in die Abgasanlage müssen zunächst die thermisch träge Masse der Abgasanlage überwunden und die Strahlungs- beziehungsweise Konvektionsverluste kompensiert werden, um zumindest eine Teilwirksamkeit der Abgasnachbehandlungskomponenten zu erreichen. In dieser Zeit werden die Rohemissionen des Verbrennungsmotors weitgehend ungereinigt emittiert. Abhängig vom Energieeintrag in die Abgasanlage kann dieser Zeitraum verkürzt werden, jedoch niemals auf Null abgesenkt werden.Every device for catalytic exhaust gas cleaning requires that a minimum temperature, the so-called light-off temperature, be exceeded in order to be effective. During a cold start of a motor vehicle, the internal combustion engine and the components for exhaust gas aftertreatment have a temperature level approximately at ambient temperature. Even with a high energy input into the exhaust system, the thermally inert mass of the exhaust system must first be overcome and the radiation or convection losses compensated in order to achieve at least a partial effectiveness of the exhaust gas aftertreatment components. During this time, the raw emissions of the internal combustion engine are largely uncleaned. Depending on the energy input into the exhaust system, this period can be shortened, but never reduced to zero.

Beim Dieselmotor ist bekannt, einem SCR-Abgasreinigungssystem einen NOx-Speicherkatalysator vorzuschalten, der bereits im Bereich 120 - 200°C eine gute Konvertierungsleistung erbringt, während der SCR-Katalysator erst ab ca. 180°C eine Konvertierung von Stickoxid-Emissionen ermöglicht. Die Abgasnachbehandlungskomponenten können einzeln oder insgesamt während ihrer Aufheizphase, insbesondere bis zur jeweiligen Light-off-Temperatur durch elektrische Heizelemente oder thermische Abgasbrenner unterstützt werden. Wird mehr Reduktionsmittel dosiert, als bei der Reduktion mit den Stickoxiden (NOx) umgesetzt wird, kann es zu einem unerwünschten Ammoniakschlupf kommen. Die Entfernung des Ammoniaks wird im Stand der Technik durch einen zusätzlichen Oxidationskatalysator hinter dem SCR-Katalysator erzielt. Dieser Sperrkatalysator oxidiert das gegebenenfalls auftretende Ammoniak zu molekularem Stickstoff (N2) und Wasserdampf (H2O). Darüber hinaus ist eine sorgfältige Applikation der Harnstoffdosierung unerlässlich.In diesel engines, it is known to connect a NOx storage catalytic converter upstream of an SCR exhaust gas cleaning system, which already provides good conversion performance in the 120-200 ° C range, while the SCR catalytic converter only enables nitrogen oxide emissions to be converted from around 180 ° C. The exhaust gas aftertreatment components can be supported individually or in total during their heating phase, in particular up to the respective light-off temperature, by electrical heating elements or thermal exhaust gas burners. If more reducing agent is dosed than is converted with the nitrogen oxides (NOx) during the reduction, an undesirable ammonia slip can occur. In the prior art, the ammonia is removed by an additional oxidation catalytic converter after the SCR catalytic converter. This barrier catalyst oxidizes any ammonia that may occur to form molecular nitrogen (N2) and water vapor (H2O). In addition, careful application of the urea dosage is essential.

Die DE 11 2015 002 186 T5 offenbart einen Ammoniak-Sperrkatalysator mit einem hohe Porosität aufweisenden Substrat, welches Platin, Palladium oder ein Gemisch hiervon in den Wänden des eine hohe Porosität aufweisenden Substrats enthält. Ferner weist der Ammoniak-Sperrkatalysator eine SCR-Katalysatorbeschichtung auf einer Wand des eine hohe Porosität aufweisenden Substrats auf. Das Platin, das Palladium oder das Gemisch hiervon kann in der Wand des eine hohe Porosität aufweisenden Trägers in Form eines Metalls oder in Form von geträgertem Platin, geträgertem Palladium oder einem Gemisch hiervon vorhanden sein. Die katalytischen Artikel eignen sich für die selektive katalytische Reduktion (SCR) von NOX in Abgasen und zum Verringern der Menge des Ammoniakschlupfs.the DE 11 2015 002 186 T5 discloses an ammonia barrier catalyst having a high porosity substrate containing platinum, palladium, or a mixture thereof in the walls of the high porosity substrate. Furthermore, the ammonia barrier catalytic converter has an SCR catalytic converter coating on a wall of the substrate having a high porosity. The platinum, the palladium or the mixture thereof can be present in the wall of the high porosity support in the form of a metal or in the form of supported platinum, supported palladium or a mixture thereof. The catalytic articles are suitable for the selective catalytic reduction (SCR) of NOX in exhaust gases and for reducing the amount of ammonia slip.

Aus der DE 10 2010 050 312 A 1 ist ein Ammoniak-Oxidationskatalysator mit geringer Lachgas (N2O) Nebenproduktbildung bekannt. Das Ziel der Ammoniakoxidation im Sperrkatalysator ist die Oxidation des Ammoniaks zu molekularem Stickstoff. Die Reaktion der überoxidierten Komponenten NOx und N2O mit dem SCR-Katalysator ist dann langsamer und nicht gleichmäßig für NOx und N2O. Es ist daher schwierig, sowohl die NOx-Nachbildung in diesem Katalysator als auch die N2O-Emissionen niedrig zu halten. Dies wird durch eine katalytische Zusammensetzung des Ammoniak-Sperrkatalysators erreicht, welche ein Edelmetall auf einem sauren Wolfram-haltigen Mischoxid umfasst.From the DE 10 2010 050 312 A 1 an ammonia oxidation catalyst with low nitrous oxide (N2O) by-product formation is known. The aim of the ammonia oxidation in the barrier catalytic converter is that Oxidation of ammonia to molecular nitrogen. The reaction of the overoxidized components NOx and N2O with the SCR catalytic converter is then slower and not even for NOx and N2O. It is therefore difficult to keep both the NOx replication in this catalyst and the N2O emissions low. This is achieved by a catalytic composition of the ammonia barrier catalyst, which comprises a noble metal on an acidic tungsten-containing mixed oxide.

Die DE 10 2016 111 148 A1 offenbart einen Ammoniak-Sperrkatalysator mit einem ein Platingruppenmetall umfassenden Ammoniak-Oxidationskatalysator und einen ersten SCR-Katalysator, der ein Metallaustausch-Molekularsieb, Vanadium, ein unedles Metall, ein Oxid eines unedlen Metalls oder ein Mischoxid umfasst. Der Ammoniak-Oxidationskatalysator und der SCR-Katalysator können in einer von vier Konfigurationen vorliegen: in drei Typen von Doppelschichtkonfigurationen und einer Mischung. In der ersten Doppelschichtkonfiguration befindet sich der Ammoniak-Oxidationskatalysator in einer unteren Schicht und ein SCR-Katalysator in der oberen Schicht. Bei der zweiten Doppelschichtkonfiguration befindet sich der SCR-Katalysator in einer Schicht vor einer den Ammoniak-Oxidationskatalysator umfassenden Schicht. Bei der dritten Doppelschichtkonfiguration befindet sich der SCR-Katalysator in einer Schicht vor einer den Ammoniak-Oxidationskatalysator umfassenden Schicht und ein Bereich bzw. Teil des SCR-Katalysators ist auch in einer oberen Schicht über dem Ammoniak-Oxidationskatalysator vorhanden.the DE 10 2016 111 148 A1 discloses an ammonia barrier catalyst with an ammonia oxidation catalyst comprising a platinum group metal and a first SCR catalyst comprising a metal exchange molecular sieve, vanadium, a base metal, an oxide of a base metal or a mixed oxide. The ammonia oxidation catalyst and the SCR catalyst can be in one of four configurations: three types of bilayer configurations and a mixture. In the first double layer configuration, the ammonia oxidation catalyst is in a lower layer and an SCR catalyst is in the upper layer. In the second double-layer configuration, the SCR catalyst is located in a layer in front of a layer comprising the ammonia oxidation catalyst. In the third double-layer configuration, the SCR catalyst is located in a layer in front of a layer comprising the ammonia oxidation catalyst and a region or part of the SCR catalyst is also present in an upper layer above the ammonia oxidation catalyst.

Aus der DE 10 2008 025 761 A1 ist ein metallischer Träger für einen Katalysator oder einen Partikelfilter und die Verwendung eines metallischen Trägers zur Abgasreinigung von Dieselmotoren bekannt. Dabei besteht der metallische Träger im Wesentlichen aus einer Aluminiumlegierung mit einem Aluminiumgehalt von 75 bis 100 Masseprozent. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen metallischen Trägers wird eine vorteilhafte Reduktion von Trägermasse und Wärmekapazität erzielt, wodurch die Anspringtemperatur („Light-Off“) schneller erreicht wird. Die Reduktion von Masse und Wärmekapazität geht nicht zu Lasten einer Verringerung der katalytischen Trägeroberfläche.From the DE 10 2008 025 761 A1 a metallic carrier for a catalytic converter or a particle filter and the use of a metallic carrier for cleaning exhaust gases from diesel engines are known. The metallic carrier consists essentially of an aluminum alloy with an aluminum content of 75 to 100 percent by weight. With the aid of the metallic carrier according to the invention, an advantageous reduction in carrier mass and heat capacity is achieved, as a result of which the light-off temperature is reached more quickly. The reduction in mass and heat capacity is not at the expense of a reduction in the catalytic support surface.

Die DE 10 2016 111 147 A1 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einem SCR-Katalysator und einem Ammoniak-Sperrkatalysator. Dabei weist das Abgasnachbehandlungssystem eine erste Zone mit einem ersten SCR-Katalysator und eine zweite Zone mit einem Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC) auf. Der Ammoniak-Sperrkatalysator enthält einen zweiten SCR-Katalysator und einen Oxidationskatalysator und weist eine Oxidationsfunktion für unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) auf. Dabei ist die erste Zone des Ammoniak-Sperrkatalysators an der Einlassseite des Substrats und die zweite Zone in der Auslassseite des Substrats angeordnet. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst einen Katalysator für eine selektive katalytische Reduktion (SCR) von Stickoxiden, zur Verringerung der Menge von Ammoniakschlupf und zum Oxidieren von organischen Resten (HC, CO) im Abgasstrom des Verbrennungsmotors.the DE 10 2016 111 147 A1 discloses an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine with an SCR catalytic converter and an ammonia barrier catalytic converter. The exhaust gas aftertreatment system has a first zone with a first SCR catalytic converter and a second zone with an ammonia barrier catalytic converter (ASC). The ammonia barrier catalyst contains a second SCR catalyst and an oxidation catalyst and has an oxidation function for unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO). The first zone of the ammonia barrier catalyst is arranged on the inlet side of the substrate and the second zone in the outlet side of the substrate. The exhaust gas aftertreatment system includes a catalytic converter for selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides, to reduce the amount of ammonia slip and to oxidize organic residues (HC, CO) in the exhaust gas flow of the internal combustion engine.

Ferner ist aus der DE 10 2008 055 890 A1 ein Partikelfilter mit einem porösen Trägerkörper, einer SCR-aktiven Komponente und einem Oxidationskatalysator bekannt, wobei die SCRaktive Komponente als Beschichtung auf der Abgaseintrittsoberfläche und der inneren Oberfläche des porösen Trägerkörpers und der Oxidationskatalysator als Beschichtung auf der Abgasaustrittsoberfläche des porösen Trägerkörpers vorliegt.Furthermore, from the DE 10 2008 055 890 A1 a particle filter with a porous support body, an SCR-active component and an oxidation catalyst is known, the SCR-active component being present as a coating on the exhaust gas inlet surface and the inner surface of the porous support body and the oxidation catalyst as a coating on the exhaust gas outlet surface of the porous support body.

Nachteilig bei aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist jedoch, dass es bei hohen Abgastemperaturen oberhalb von etwa 380°C dazu kommen kann, dass im SCR-Katalysator eingespeicherter Ammoniak freigesetzt wird. Bei dieser Temperatur ist es nicht oder nicht ausreichend möglich, den freigesetzten Ammoniak in molekularen Stickstoff und Wasserdampf zu konvertieren, sodass bei einer chemischen Reaktion auf dem Sperrkatalysator aus dem Ammoniak Stickoxide und/oder Lachgas gebildet werden. Dadurch können die Endrohremissionen an limitierten Abgaskomponenten ansteigen, sodass die immer strenger werdenden Abgasgesetzgebungen nicht mehr eingehalten werden können.A disadvantage of the solutions known from the prior art, however, is that at high exhaust gas temperatures above about 380 ° C., ammonia stored in the SCR catalytic converter can be released. At this temperature it is not possible or not sufficiently possible to convert the released ammonia into molecular nitrogen and water vapor, so that nitrogen oxides and / or nitrous oxide are formed from the ammonia during a chemical reaction on the barrier catalyst. As a result, the tailpipe emissions of limited exhaust gas components can increase, so that the increasingly strict exhaust gas legislation can no longer be complied with.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Bildung von Sekundäremissionen durch den Ammoniak-Sperrkatalysator zu verringern und somit die Endrohremissionen eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotors zu minimieren.The invention is now based on the object of reducing the formation of secondary emissions by the ammonia barrier catalytic converter and thus minimizing the tailpipe emissions of a motor vehicle with an internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird durch einen Ammoniak-Sperrkatalysator zur Anordnung in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors gelöst, welche eine Oxidationszone zur Oxidation von Ammoniak, einen Mischraum zur Vermischung von Ammoniak und einem Oxidationsprodukt des Ammoniaks sowie einem in Strömungsrichtung der Oxidationszone und dem Mischraum nachgeschalteten SCR-Katalysator umfasst. Dadurch kann in der Abgasnachbehandlung freigesetztes Ammoniak, insbesondere thermisch aus einem SCR-Katalysator ausgetragenes Ammoniak teilweise oxidiert und mit dem restlichen Ammoniak durch einen nachgeschalteten SCR-Katalysator in molekularen Stickstoff und Wasserdampf konvertiert werden. Dabei führt aus einem SCR-Katalysator ausgetragenes Ammoniak nicht dazu, dass dieses Ammoniak bei hohen Temperaturen durch den Ammoniak-Sperrkatalysator zu Stickoxiden konvertiert wird, welche zu einem Anstieg des Stickoxid-Endrohremissionen führt. Somit kann auch bei hohen Lasten und damit verbundenen hohen Abgastemperaturen sichergestellt werden, dass der Ammoniak-Sperrkatalysator sowohl die Ammoniak als auch die Stickoxid-Endrohremissionen unter dem jeweils gültigen Grenzwert hält.This object is achieved by an ammonia barrier catalytic converter for arrangement in an exhaust system of an internal combustion engine, which comprises an oxidation zone for the oxidation of ammonia, a mixing space for mixing ammonia and an oxidation product of the ammonia, and an SCR catalyst downstream in the flow direction of the oxidation zone and the mixing space . As a result, ammonia released in the exhaust gas aftertreatment, in particular ammonia thermally discharged from an SCR catalytic converter, can be partially oxidized and converted with the remaining ammonia by a downstream SCR catalytic converter into molecular nitrogen and water vapor. Ammonia discharged from an SCR catalytic converter does not lead to this ammonia being fed through the ammonia barrier catalytic converter at high temperatures Nitrogen oxides is converted, which leads to an increase in nitrogen oxide tailpipe emissions. In this way, even with high loads and the associated high exhaust gas temperatures, it can be ensured that the ammonia barrier catalytic converter keeps both the ammonia and the nitrogen oxide tailpipe emissions below the applicable limit value.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch aufgeführten Ammoniak-Sperrkatalysators möglich.The features listed in the dependent claims allow advantageous further developments and improvements of the ammonia barrier catalyst listed in the independent claim.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oxidationszone, der Mischraum und der nachgeschaltete SCR-Katalysator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Durch eine Anordnung der Oxidationsstufe, des Mischraums und des SCR-Katalysators in einem gemeinsamen Gehäuse kann die Montage der Abgasanlage vereinfacht werden.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the oxidation zone, the mixing space and the downstream SCR catalytic converter are arranged in a common housing. By arranging the oxidation stage, the mixing chamber and the SCR catalytic converter in a common housing, the assembly of the exhaust system can be simplified.

In einer vorteilhaften Ausführung des Ammoniak-Sperrkatalysators ist vorgesehen, dass der SCR-Katalysator als eine SCR-Scheibe ausgebildet ist. Eine SCR-Scheibe kann einfach und kostengünstig hergestellt und in einen Ammoniak-Sperrkatalysator integriert werden.In an advantageous embodiment of the ammonia barrier catalytic converter, it is provided that the SCR catalytic converter is designed as an SCR disk. An SCR disk can be produced easily and inexpensively and integrated into an ammonia barrier catalytic converter.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Ammoniak-Sperrkatalysators ist vorgesehen, dass die Oxidationszone eine Mehrzahl von ersten Kanälen und eine Mehrzahl von zweiten Kanälen aufweist, wobei die ersten Kanäle mit einer Edelmetallbeschichtung versehen sind und die zweiten Kanäle unbeschichtet ausgeführt sind oder die zweiten Kanäle mit einer Edelmetallbeschichtung versehen sind und die ersten Kanäle unbeschichtet ausgeführt sind. Dadurch wird eine Teilmenge des stromaufwärts des Ammoniak-Sperrkatalysators freigesetzten Ammoniaks in Stickoxide umgewandelt, welche mit dem im Abgasstrom verbleibenden Ammoniak in dem nachgeschalteten SCR-Katalysator in Wasserdampf und molekularen Stickstoff konvertiert werden können. Somit können die Abgasemissionen eines Kraftfahrzeuges auch bei ungünstigen Lastzuständen minimiert werden.In a preferred embodiment of the ammonia barrier catalyst it is provided that the oxidation zone has a plurality of first channels and a plurality of second channels, the first channels being provided with a noble metal coating and the second channels being uncoated or the second channels being provided with a noble metal coating are provided and the first channels are made uncoated. As a result, part of the ammonia released upstream of the ammonia barrier catalytic converter is converted into nitrogen oxides, which can be converted into water vapor and molecular nitrogen with the ammonia remaining in the exhaust gas flow in the downstream SCR catalytic converter. In this way, the exhaust emissions of a motor vehicle can be minimized even under unfavorable load conditions.

Bevorzugt ist dabei, wenn die ersten Kanäle und die zweiten Kanäle im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Dadurch kann erreicht werden, dass die ersten Kanäle und die zweiten Kanäle etwa mit einem gleichen Abgasvolumen durchströmt werden, sodass sich stromaufwärts ein günstiges Verhältnis von Stickoxiden und Ammoniak einstellt, um die Stickoxide und das Ammoniak im Rahmen einer selektiven, katalytischen Reduktion in unlimitierte Abgaskomponenten zu konvertieren.It is preferred here if the first channels and the second channels run essentially parallel to one another. It can thereby be achieved that the first channels and the second channels are traversed by approximately the same exhaust gas volume, so that a favorable ratio of nitrogen oxides and ammonia is established upstream in order to convert the nitrogen oxides and ammonia into unlimited exhaust gas components as part of a selective, catalytic reduction convert.

In einer vorteilhaften Verbesserung des Ammoniak-Sperrkatalysators ist vorgesehen, dass der Ammoniak-Sperrkatalysator zumindest im Bereich der Oxidationszone als doppelte Wickelfolie ausgebildet ist, wobei die beiden Wickelfolien die ersten Kanäle und die zweiten Kanäle ausbilden. Durch einen doppelte Wickelfolie ist eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung eines Ammoniak-Sperrkatalysators möglich. Dabei kann durch einen einseitige Beschichtung der Folien sichergestellt werden, dass in etwa das halbe Abgasvolumen durch einen mit einer Edelmetallbeschichtung beschichteten Kanal in der Oxidationszone und die andere Hälfte des Abgasvolumens durch einen unbeschichteten Kanal strömt. Das Verhältnis der unbeschichteten und beschichteten Kanäle kann entsprechend angepasst werden, um eine möglichst effiziente selektive, katalytische Reduktion der Stickoxide durch das verbleibende Ammoniak zu erreichen.In an advantageous improvement of the ammonia barrier catalytic converter, it is provided that the ammonia barrier catalytic converter is designed as a double wrapping foil at least in the area of the oxidation zone, the two wrapping foils forming the first channels and the second channels. A particularly simple and inexpensive production of an ammonia barrier catalytic converter is possible through a double wrapping film. By coating the foils on one side, it can be ensured that roughly half the exhaust gas volume flows through a duct in the oxidation zone coated with a noble metal coating and the other half of the exhaust gas volume flows through an uncoated duct. The ratio of the uncoated and coated channels can be adjusted accordingly in order to achieve the most efficient possible selective, catalytic reduction of the nitrogen oxides by the remaining ammonia.

In einer vorteilhaften Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass die doppelte Wickelfolie als gelochte Wickelfolie ausgebildet ist, welche einen Gasaustausch zwischen den ersten Kanälen und den zweiten Kanälen ermöglicht. Eine gelochte Wickelfolie ermöglicht einen Gasaustausch zwischen den Kanälen, sodass auf einfache Art und Weise ein Mischraum ausgebildet werden kann. Dadurch ist eine besonders kompakte Ausführung des Ammoniak-Sperrkatalysators möglich.In an advantageous improvement of the invention it is provided that the double wrapping foil is designed as a perforated wrapping foil which enables gas exchange between the first channels and the second channels. A perforated wrapping foil enables gas to be exchanged between the channels, so that a mixing space can be formed in a simple manner. This enables a particularly compact design of the ammonia barrier catalytic converter.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Ammoniak-Sperrkatalysators ist vorgesehen, dass der in Strömungsrichtung stromabwärts der Oxidationszone liegende Bereich der doppelten Wickelfolie mit einer SCR-Beschichtung versehen ist und den SCR-Katalysator ausbildet. Dadurch kann der Ammoniak-Sperrkatalysator mit nur einem Monolithen ausgeführt werden, wodurch sich die Herstellkosten reduzieren lassen.In an advantageous embodiment of the ammonia barrier catalytic converter, it is provided that the area of the double wrapping foil located downstream of the oxidation zone in the flow direction is provided with an SCR coating and forms the SCR catalytic converter. As a result, the ammonia barrier catalytic converter can be designed with only one monolith, which means that manufacturing costs can be reduced.

In einer alternativen Ausgestaltung des Ammoniak-Sperrkatalysator ist mit Vorteil vorgesehen, dass die ersten Kanäle und die zweiten Kanäle in den Mischraum münden, wobei der Mischraum eine Vermischung des Oxidationsproduktes mit dem Ammoniak fördert. Dadurch ist eine besonders effiziente Vermischung von Ammoniak und Stickoxiden vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator des Ammoniak-Sperrkatalysators möglich, wodurch eine besonders hohe Effizienz bei der selektiven, katalytischen Reduktion und somit minimale Endrohremissionen erreicht werden.In an alternative embodiment of the ammonia barrier catalytic converter, it is advantageously provided that the first channels and the second channels open into the mixing space, the mixing space promoting mixing of the oxidation product with the ammonia. This enables a particularly efficient mixing of ammonia and nitrogen oxides before entering the SCR catalytic converter of the ammonia barrier catalytic converter, whereby a particularly high level of efficiency in the selective, catalytic reduction and thus minimal tailpipe emissions are achieved.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn in dem Mischraum ein Abgasmischer angeordnet ist. Durch einen Abgasmischer in dem Mischraum kann die Vermischung von Ammoniak und Stickoxiden in dem Mischraum weiter verbessert werden, was die Effizienz des Ammoniak-Sperrkatalysators erhöht.It is particularly preferred if an exhaust gas mixer is arranged in the mixing space. The mixing of ammonia and nitrogen oxides in the mixing chamber can be further improved by an exhaust gas mixer in the mixing chamber, which increases the efficiency of the ammonia barrier catalytic converter.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Ammoniak-Sperrkatalysators ist vorgesehen, dass an dem Gehäuse ein Kühlmittelanschluss für einen Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors ausgebildet ist und das Gehäuse von dem Kühlmittel des Verbrennungsmotors durchströmt wird. Durch einen Kühlmittelanschluss kann die Abgastemperatur beim Durchströmen der Oxidationszone des Ammoniak-Sperrkatalysators verringert werden, sodass die Neigung zur Bildung von Stickoxiden aus dem stromaufwärts des Ammoniak-Sperrkatalysators freigesetzten Ammoniaks verringert wird.In an advantageous embodiment of the ammonia barrier catalytic converter, it is provided that a coolant connection for a cooling circuit of the internal combustion engine is formed on the housing and the coolant of the internal combustion engine flows through the housing. A coolant connection can reduce the exhaust gas temperature when flowing through the oxidation zone of the ammonia barrier catalytic converter, so that the tendency to form nitrogen oxides from the ammonia released upstream of the ammonia barrier catalytic converter is reduced.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Abgasanlage mit einem Abgaskanal, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors durch den Abgaskanal ein motornaher erster Katalysator, ein Partikelfilter und mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind. Dabei ist stromabwärts der letzten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden SCR-Katalysators ein solcher Ammoniak-Sperrkatalysator angeordnet. Bei einem solchen Abgasnachbehandlungssystem wird die Gefahr eines Anstiegs der Stickoxid-Endrohremissionen durch in der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufgrund eines Hochlastbetriebs oder einer Regeneration des Partikelfilters freigesetztem Ammoniak und einer Neubildung von Stickoxiden durch den Ammoniak-Sperrkatalysator verringert.Another aspect of the invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, comprising an exhaust system with an exhaust gas duct, in which a first catalytic converter close to the engine, a particle filter and at least one exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides are arranged in the flow direction of an exhaust gas flow of the internal combustion engine through the exhaust gas duct . In this case, downstream of the last exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides SCR catalytic converter, such an ammonia barrier catalytic converter is arranged. In such an exhaust gas aftertreatment system, the risk of an increase in nitrogen oxide tailpipe emissions is reduced by ammonia released in the exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides due to high-load operation or regeneration of the particle filter and the formation of new nitrogen oxides by the ammonia barrier catalyst.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ammoniak-Sperrkatalysator von der in Strömungsrichtung durch die Abgasanlage letzten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion mindestens 20 cm, vorzugsweise mindestens 30 cm, besonders bevorzugt mindestens 40 cm, beabstandet ist. Durch einen Anordnung des Ammoniak-Sperrkatalysators stromabwärts der letzten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden kann die Abgastemperatur in dem Ammoniak-Sperrkatalysator gegenüber der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden abgesenkt werden, sodass die Tendenz zur Neubildung von Stickoxiden durch den Ammoniak-Sperrkatalysator herabgesetzt wird.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the ammonia barrier catalyst is at least 20 cm, preferably at least 30 cm, particularly preferably at least 40 cm, from the last exhaust gas aftertreatment component in the direction of flow through the exhaust system for selective, catalytic reduction. By arranging the ammonia barrier catalytic converter downstream of the last exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, the exhaust gas temperature in the ammonia barrier catalytic converter can be lowered compared to the exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, so that the tendency for the formation of new nitrogen oxides by the ammonia Slip catalyst is reduced.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage stromabwärts des ersten Katalysators ein Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und stromabwärts des Partikelfilters ein SCR-Katalysator angeordnet sind, wobei stromabwärts des ersten Katalysators und stromaufwärts des Partikelfilters ein erstes Dosierelement zur Eindosierung von Reduktionsmittel und stromabwärts des Partikelfilters und stromaufwärts des SCR-Katalysators ein zweites Dosierelement zur Eindosierung von Reduktionsmittel angeordnet sind, wobei stromabwärts des Partikelfilters und stromaufwärts des zweiten Dosierelements eine Abgasrückführungsleitung einer Niederdruck-Abgasrückführung aus dem Abgaskanal der Abgasanlage abzweigt. Durch ein derartiges Abgasnachbehandlungssystem ist eine besonders effiziente Abgasnachbehandlung des Abgasstroms des Verbrennungsmotors möglich. Dabei können die Stickoxidemissionen durch die beiden Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven, katalytischen Reduktion in allen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors minimiert werden. Ferner kann die Gefahr eines thermischen Austreibens von Ammoniak aus einer der Abgasnachbehandlungskomponenten durch einen entsprechende Beladungsstrategie minimiert werden, wodurch die Gefahr einer Stickoxid-Neubildung aus dem Ammoniak durch den Ammoniak-Sperrkatalysator verringert wird.In a preferred embodiment of the exhaust gas aftertreatment system, provision is made for a particulate filter with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides to be arranged in the exhaust system downstream of the first catalytic converter and an SCR catalytic converter to be arranged downstream of the particulate filter, with a particulate filter downstream of the first catalytic converter and upstream of the particulate filter first metering element for metering in reducing agent and downstream of the particle filter and upstream of the SCR catalytic converter a second metering element for metering in reducing agent is arranged, with an exhaust gas recirculation line branching off from the exhaust gas duct of the exhaust system downstream of the particle filter and upstream of the second metering element. Such an exhaust gas aftertreatment system enables particularly efficient exhaust gas aftertreatment of the exhaust gas flow from the internal combustion engine. The nitrogen oxide emissions can be minimized by the two exhaust gas aftertreatment components for selective, catalytic reduction in all operating points of the internal combustion engine. Furthermore, the risk of ammonia being thermally expelled from one of the exhaust gas aftertreatment components can be minimized by an appropriate loading strategy, which reduces the risk of nitrogen oxide formation from the ammonia by the ammonia barrier catalytic converter.

Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotor mit mindestens einem Brennraum, wobei der Verbrennungsmotor mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, wobei in der Abgasanlage in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors durch einen Abgaskanal der Abgasanlage ein motornaher erster Katalysator, ein Partikelfilter und mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind, wobei stromabwärts der letzten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein erfindungsgemäßer Ammoniak-Sperrkatalysator angeordnet ist, umfassend folgende Schritte:

- Durchleiten eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors durch den Ammoniak-Sperrkatalysator, wobei
- das in einem ersten Abgasteilstrom enthaltene Ammoniak (NH3) in einer Oxidationszone des Ammoniak-Sperrkatalysators zu Stickoxiden (NOx) oxidiert wird, wobei
- das in einem zweiten Abgasteilstrom enthaltene Ammoniak (NH3) die Oxidationszone unverändert durchdringt, wobei
- sich der erste Abgasteilstrom und der zweite Abgasteilstrom in einem Mischraum miteinander vermischen, und wobei
- die im Abgasstrom enthaltenen Stickoxiden (NOx) mit dem Ammoniak (NH3) auf dem SCR-Katalysator des Ammoniak-Sperrkatalysators konvertiert werden.

A further partial aspect of the invention relates to a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine with at least one combustion chamber, the internal combustion engine being connected with its outlet to an exhaust system, with a first catalytic converter close to the engine in the exhaust system in the flow direction of an exhaust gas flow of the internal combustion engine through an exhaust duct of the exhaust system Particle filters and at least one exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides are arranged, an ammonia barrier catalyst according to the invention being arranged downstream of the last exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, comprising the following steps:

- Passing an exhaust gas flow from the internal combustion engine through the ammonia barrier catalyst, wherein
- The ammonia (NH3) contained in a first exhaust gas substream is oxidized to nitrogen oxides (NOx) in an oxidation zone of the ammonia barrier catalyst, wherein
- The ammonia (NH3) contained in a second exhaust gas substream penetrates the oxidation zone unchanged, wherein
- The first exhaust gas partial flow and the second exhaust gas partial flow mix with one another in a mixing space, and wherein
- the nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas flow are converted with the ammonia (NH3) on the SCR catalytic converter of the ammonia barrier catalytic converter.

Zur Abgasnachbehandlung wird ein Reduktionsmittel, insbesondere wässrige Harnstofflösung, in den Abgaskanal des Verbrennungsmotors eindosiert und aus diesem Reduktionsmittel Ammoniak gebildet. Dieses Ammoniak wird in einer Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden eingespeichert, um die Stickoxide in molekularen Stickstoff und Wassersdampf zu konvertieren. Übersteigt die Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente eine Schwellentemperatur von etwa 380°C, so nimmt die Speicherkapazität für Ammoniak stark ab und das Ammoniak wird wieder freigesetzt, sodass es in den stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente befindlichen Teil des Abgasnachbehandlungssystems eingetragen wird. Um bei einem Hochlastbetrieb oder einer Regeneration eines Partikelfilters die Auswirkungen eines solchen Austrags von Ammoniak aus einer Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden zu verringern, ist stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente ein Ammoniak-Sperrkatalysator vorgesehen. Bei niedrigen Temperatur kann das auf den Ammoniak-Sperrkatalysator treffende Ammoniak in molekularen Stickstoff und Wasserdampf konvertiert werden. Dies geschieht beispielsweise bei einer Überdosierung von Reduktionsmittel, wenn also mehr Reduktionsmittel in den Abgaskanal eindosiert wird, als in der nachfolgenden Abgasnachbehandlungskomponenten eingespeichert werden kann. Hohe Temperaturen im Ammoniak-Sperrkatalysator führen jedoch dazu, dass dieses Ammoniak zu Stickoxiden oxidiert wird, sodass es zur Stickoxid-Neubildung auf dem Ammoniak-Sperrkatalysator kommt. Um einen Anstieg der Stickoxid-Endrohremissionen zu vermeiden ist vorgesehen, dass in diesem Falle nur ein Teil des Ammoniaks zu Stickoxiden aufoxidiert wird, sodass diese Stickoxide mit dem im Abgasstrom verbliebenen Ammoniak in einem weiteren SCR-Katalysator zu molekularen Stickstoff und Wasserdampf oxidiert werden können, sodass dieser Betriebszustand zu keinem signifikanten Anstieg der Endrohremissionen führt.For exhaust gas aftertreatment, a reducing agent, in particular aqueous urea solution, is metered into the exhaust gas duct of the internal combustion engine and ammonia is formed from this reducing agent. This ammonia is stored in an exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides in order to convert the nitrogen oxides into molecular nitrogen and water vapor. If the temperature of the exhaust aftertreatment component exceeds a threshold temperature of around 380 ° C, the storage capacity for ammonia decreases sharply and the ammonia is released again so that it is entered into the part of the exhaust aftertreatment system located downstream of the exhaust aftertreatment component. In order to reduce the effects of such a discharge of ammonia from an exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides during high-load operation or a regeneration of a particulate filter, an ammonia barrier catalytic converter is provided downstream of the exhaust gas aftertreatment component. At low temperatures, the ammonia that hits the ammonia barrier catalyst can be converted into molecular nitrogen and water vapor. This happens, for example, in the event of an overdosage of reducing agent, that is to say if more reducing agent is metered into the exhaust gas duct than can be stored in the downstream exhaust gas aftertreatment components. However, high temperatures in the ammonia barrier catalytic converter mean that this ammonia is oxidized to nitrogen oxides, so that new nitrogen oxide formation occurs on the ammonia barrier catalytic converter. In order to avoid an increase in nitrogen oxide tailpipe emissions, it is provided that in this case only part of the ammonia is oxidized to nitrogen oxides, so that these nitrogen oxides can be oxidized with the ammonia remaining in the exhaust gas flow in a further SCR catalytic converter to form molecular nitrogen and water vapor, so that this operating state does not lead to a significant increase in tailpipe emissions.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in the individual case.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 einen Verbrennungsmotor mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem;
3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Ammoniak-Sperrkatalysator;
4 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Ammoniak-Sperrkatalysator;
5 ein weiteres bevorzugte Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Ammoniak-Sperrkatalysator;
6 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors;
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Ammoniak-Sperrkatalysator;
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Ammoniak-Sperrkatalysator;
9 einen Blick auf eine einlassseitige Stirnfläche eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Sperrkatalysators;
10 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Sperrkatalysators, wobei der Ammoniak-Sperrkatalysator als Wickelkatalysator aus zwei metallischen Folien ausgeführt ist; und
11 einen Blick auf eine einlassseitige Stirnfläche eines als Wickelkatalysator ausgeführten Ammoniak-Sperrkatalysators.

The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 an internal combustion engine with a preferred exemplary embodiment for an exhaust gas aftertreatment system according to the invention;
2 a further exemplary embodiment for an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention;
3 a preferred embodiment of an ammonia barrier catalyst according to the invention;
4th another preferred embodiment of an ammonia barrier catalyst according to the invention;
5 another preferred embodiment of an ammonia barrier catalyst according to the invention;
6th a flowchart for performing a method according to the invention for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine;
7th another embodiment of an ammonia barrier catalyst according to the invention;
8th another embodiment of an ammonia barrier catalyst according to the invention;
9 a view of an inlet-side end face of an ammonia barrier catalyst according to the invention;
10 a preferred embodiment of an ammonia barrier catalyst according to the invention, wherein the ammonia barrier catalyst is designed as a wound catalyst made of two metallic foils; and
11th a view of an inlet-side end face of an ammonia barrier catalytic converter designed as a wound catalytic converter.

1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10, dessen Auslass 16 mit einer Abgasanlage 22 eines Abgasnachbehandlungssystems 20 des Verbrennungsmotors 10 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 10 ist als selbstzündenden Kompressionsmotor nach dem Dieselprinzip ausgeführt. Der Verbrennungsmotor 10 weist mehrere Brennräume 12 auf, in welchen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Dazu ist an den Brennräumen 12 jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 vorgesehen, um einen Kraftstoff in die Brennräume 12 einzuspritzen. 1 shows an internal combustion engine 10 , its outlet 16 with an exhaust system 22nd an exhaust aftertreatment system 20th of the internal combustion engine 10 connected is. The internal combustion engine 10 is designed as a compression ignition engine based on the diesel principle. The internal combustion engine 10 has several combustion chambers 12th in which a fuel-air mixture is burned. This is on the combustion chambers 12th one fuel injector each 14th provided to a fuel in the combustion chambers 12th inject.

Der Verbrennungsmotor 10 ist vorzugsweise als mittels eines Abgasturboladers 18 aufgeladener Verbrennungsmotor 10 ausgeführt, wobei eine Turbine 26 des Abgasturboladers 26 stromabwärts des Auslasses 18 und stromaufwärts der ersten emissionsmindernden Abgasnachbehandlungskomponente 28 angeordnet ist. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 100 verbunden, über welches u.a. die Einspritzmenge und der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffes in die Brennräume 12 gesteuert werden.The internal combustion engine 10 is preferably than by means of an exhaust gas turbocharger 18th supercharged combustion engine 10 running with a turbine 26th of the exhaust gas turbocharger 26th downstream of the outlet 18th and upstream of the first exhaust aftertreatment emission control component 28 is arranged. The internal combustion engine 10 is with an engine control unit 100 connected, via which, among other things, the injection quantity and the injection time of the fuel into the combustion chambers 12th being controlled.

Die Abgasanlage 22 umfasst einen Abgaskanal 24, in dem in Strömungsrichtung eines Abgases durch den Abgaskanal 24 stromabwärts der Turbine 28 des Abgasturboladers 26 als erste Abgasnachbehandlungskomponente ein motornaher erster Katalysator 28 angeordnet ist. Der ersten Katalysator 28 ist vorzugsweise als Oxidationskatalysator 30 oder als NOx-Speicherkatalysator 32 ausgeführt ist. Stromabwärts des motornahen ersten Katalysators 28 sind ein Partikelfilter 34 mit einer Beschichtung 36 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und stromabwärts des Partikelfilters 34, 36 ein SCR-Katalysator 38 angeordnet.The exhaust system 22nd includes an exhaust duct 24 , in which in the flow direction of an exhaust gas through the exhaust gas duct 24 downstream of the turbine 28 of the exhaust gas turbocharger 26th the first exhaust gas aftertreatment component is a first catalytic converter close to the engine 28 is arranged. The first catalyst 28 is preferred as an oxidation catalyst 30th or is designed as a NOx storage catalytic converter 32. Downstream of the first catalytic converter close to the engine 28 are a particulate filter 34 with a coating 36 for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides and downstream of the particle filter 34 , 36 an SCR catalytic converter 38 arranged.

Stromabwärts des SCR-Katalysators 38 ist ein Ammoniak-Sperrkatalysator 40 angeordnet, um den Austritt von Ammoniak aus einem Endrohr der Abgasanlage 22 zu verhindern. Der Ammoniak-Sperrkatalysator 40 ist von dem SCR-Katalysator um mindestens 20 cm beabstandet, sodass der Abgasstrom bei Eintreten in den Ammoniak-Sperrkatalysator 40 kühler als beim Verlassen des SCR-Katalysators 38 ist. Stromabwärts des motornahen ersten Katalysators 28 und stromaufwärts des Partikelfilters 34 ist ein erstes Dosierelement 50 zur Eindosierung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in den Abgaskanal 24 der Abgasanlage 22 vorgesehen. Dem ersten Dosierelement 50 ist ein erster Abgasmischer 52 nachgeschaltet, um eine verbesserte Gleichverteilung zwischen dem Abgasstrom und dem eindosiertem Reduktionsmittel vor dem Eintritt in den Partikelfilter 34 mit der SCR-Beschichtung 36 zu erreichen. Stromabwärts des Partikelfilters 34 zweigt an einer Verzweigung 66 eine Abgasrückführungsleitung 76 einer Niederdruck-Abgasrückführung 70 aus dem Abgaskanal 24 der Abgasanlage 22 ab, welche die Abgasanlage 22 mit einem nicht dargestellten Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters des Abgasturboladers 18 verbindet. In der Abgasrückführungsleitung 76 sind ein Abgasrückführungsventil 74 und ein Abgasrückführungskühler 72 angeordnet.Downstream of the SCR catalyst 38 is an ammonia barrier catalyst 40 arranged to prevent ammonia from escaping from a tailpipe of the exhaust system 22nd to prevent. The ammonia barrier catalyst 40 is at a distance of at least 20 cm from the SCR catalytic converter, so that the exhaust gas flow when entering the ammonia barrier catalytic converter 40 cooler than when exiting the SCR catalytic converter 38 is. Downstream of the first catalytic converter close to the engine 28 and upstream of the particulate filter 34 is a first metering element 50 for metering a reducing agent, in particular an aqueous urea solution, into the exhaust gas duct 24 the exhaust system 22nd intended. The first metering element 50 is a first exhaust mixer 52 downstream in order to achieve an improved uniform distribution between the exhaust gas flow and the reducing agent metered in before it enters the particle filter 34 with the SCR coating 36 to reach. Downstream of the particulate filter 34 branches at a branch 66 an exhaust gas recirculation line 76 a low pressure exhaust gas recirculation 70 from the exhaust duct 24 the exhaust system 22nd from which the exhaust system 22nd with an intake duct, not shown, upstream of a compressor of the exhaust gas turbocharger 18th connects. In the exhaust gas recirculation line 76 are an exhaust gas recirculation valve 74 and an exhaust gas recirculation cooler 72 arranged.

Stromabwärts der Verzeigung 66 ist in dem Abgaskanal 24 eine Abgasklappe 68 angeordnet, mit welcher der Abgaskanal 24 zumindest teilweise versperrt werden kann und somit der Abgasgegendruck in dem Abgaskanal 24 erhöht wird, um die Menge des über die Niederdruck-Abgasrückführung 70 zurückgeführten Abgases zu steuern.Downstream of the branch 66 is in the exhaust duct 24 an exhaust flap 68 arranged with which the exhaust duct 24 can be at least partially blocked and thus the exhaust gas back pressure in the exhaust duct 24 is increased to the amount of over the low pressure exhaust gas recirculation 70 to control recirculated exhaust gas.

Stromabwärts der Verzweigung 66 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 38 ist ein zweites Dosierelement 54 vorgesehen, welchem ein zweiter Abgasmischer 56 nachgeschaltet ist, um eine verbesserte Gleichverteilung zwischen dem Abgasstrom und dem eindosiertem Reduktionsmittel vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator 38 zu erreichen.Downstream of the branch 66 and upstream of the SCR catalyst 38 is a second metering element 54 provided, which a second exhaust mixer 56 is connected downstream in order to achieve an improved uniform distribution between the exhaust gas flow and the reducing agent metered in before it enters the SCR catalytic converter 38 to reach.

Stromaufwärts und stromabwärts des Partikelfilters 34 ist ein Differenzdrucksensor 62 angeordnet, um die Druckdifferenz über den Partikelfilter 34 zu ermitteln und somit die Beladung des Partikelfilters 34 abzuschätzen. Ferner ist in der Abgasanlage 22 mindestens ein Temperatursensor 60 vorgesehen, um die Abgastemperatur des Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 zu erfassen. Stromabwärts des Partikelfilters 34 mit der SCR-Beschichtung 36 ist ein NOx-Sensor 64 vorgesehen, um die Wirkung der Abgasnachbehandlungskomponente in Bezug auf die Reduktion von Stickoxiden zu kontrollieren. Stromabwärts des SCR-Katalysators 38 und stromaufwärts des Ammoniak-Sperrkatalysators 40 kann ein weiteren NOx-Sensor 64 angeordnet sein, um die Stickoxidkonzentration stromabwärts des SCR-Katalysators 38 zu ermitteln und somit die Wirkung des Abgasnachbehandlungssystems 20 zu überprüfen.Upstream and downstream of the particulate filter 34 is a differential pressure sensor 62 arranged to reduce the pressure difference across the particulate filter 34 to determine and thus the loading of the particle filter 34 to estimate. It is also in the exhaust system 22nd at least one temperature sensor 60 provided to the exhaust gas temperature of the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 capture. Downstream of the particulate filter 34 with the SCR coating 36 a NOx sensor 64 is provided in order to control the effect of the exhaust gas aftertreatment component with regard to the reduction of nitrogen oxides. Downstream of the SCR catalyst 38 and upstream of the ammonia barrier catalyst 40 A further NOx sensor 64 can be arranged to measure the nitrogen oxide concentration downstream of the SCR catalytic converter 38 to determine and thus the effect of the exhaust aftertreatment system 20th to check.

Der Ammoniak-Sperrkatalysator 40 kann einen Kühlmittelanschluss 92 und einen Kühlmittelrücklauf 94 zum Anschluss an einen Kühlmittelkreislauf 90 des Verbrennungsmotors 10 aufweisen. Der Kühlmittelkreislauf 90 weist zumindest eine Kühlmittelpumpe 98 auf, mit welcher das Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf 90 gefördert wird. Der Kühlmittelkreislauf 90 weist ferner mindestens einen Kühler 96 auf, mit welchem die Temperatur des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf 90 reduziert werden kann.The ammonia barrier catalyst 40 can have a coolant connection 92 and a coolant return 94 for connection to a coolant circuit 90 of the internal combustion engine 10 exhibit. The coolant circuit 90 has at least one coolant pump 98 on, with which the coolant passes through the coolant circuit 90 is promoted. The coolant circuit 90 furthermore has at least one cooler 96 on, with which the temperature of the coolant in the coolant circuit 90 can be reduced.

In 2 ist ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors 10 mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems 20 dargestellt. Die Abgasanlage 22 des Abgasnachbehandlungssystems umfasst einen Abgaskanal 24, in dem in Strömungsrichtung eines Abgases durch den Abgaskanal 24 als erste Abgasnachbehandlungskomponente ein motornaher erster Katalysator 28 angeordnet ist. Der ersten Katalysator 28 ist vorzugsweise als Oxidationskatalysator 30 oder als NOx-Speicherkatalysator 32 ausgeführt ist. Stromabwärts des motornahen ersten Katalysators 28 sind ein Partikelfilter 34 und ein SCR-Katalysator 38 angeordnet. Der Partikelfilter 34 und der SCR-Katalysator 38 können auch in einem Bauteil kombiniert sein, wobei der Partikelfilter 34 in diesem Fall mit einer Beschichtung 36 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung) ausgeführt ist. Stromabwärts des SCR-Katalysators 38 oder des Partikelfilters 34 mit der SCR-Beschichtung 36 ist ein Ammoniak-Sperrkatalysator 40 angeordnet.In 2 is a simplified embodiment of an internal combustion engine 10 with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention 20th shown. The exhaust system 22nd of the exhaust gas aftertreatment system comprises an exhaust duct 24 , in which in the flow direction of an exhaust gas through the exhaust gas duct 24 the first exhaust gas aftertreatment component is a first catalytic converter close to the engine 28 is arranged. The first catalyst 28 is preferred as an oxidation catalyst 30th or is designed as a NOx storage catalytic converter 32. Downstream of the first catalytic converter close to the engine 28 are a particulate filter 34 and an SCR catalyst 38 arranged. The particle filter 34 and the SCR catalytic converter 38 can also be combined in one component, with the particle filter 34 in this case with a coating 36 is designed for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR coating). Downstream of the SCR catalyst 38 or the particle filter 34 with the SCR coating 36 is an ammonia barrier catalyst 40 arranged.

In 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Ammoniak-Sperrkatalysators 40 dargestellt. Der Ammoniak-Sperrkatalysator 40 weist ein Gehäuse 48 auf, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgasstroms durch das Gehäuse 48 eine Oxidationszone 42, ein Mischraum 86 und ein SCR-Katalysator 46 angeordnet oder ausgebildet sind. Der Ammoniak-Sperrkatalysator 40 weist dabei eine doppelte, gelochte Wickelfolie 78, 88, 102 auf. Die doppelte, gelochte Wickelfolie 78, 88, 102 bildet dabei eine Mehrzahl von ersten Kanälen 80 und von zweiten Kanälen 82 auf, welche parallel zueinander verlaufen. Durch einen einseitige Beschichtung der Wickelfolie 78 mit einer Edelmetallbeschichtung 84 in einem einlassseitigen Abschnitt des Ammoniak-Sperrkatalysators 40 sind die ersten Kanäle 80 dazu eingerichtet, Ammoniak in ein Stickoxid zu oxidieren. Die zweiten Kanäle 82 sind unbeschichtet ausgeführt, sodass das Ammoniak die zweiten Kanäle 82 durchdringt. Durch die Löcher in der gelochten Wickelfolie 102 ist ein Gasaustausch zwischen den beiden Kanälen 80, 82 möglich, sodass ein Mischraum 86 ausgebildet wird. Ein auslassseitiger Abschnitt des Ammoniak-Sperrkatalysators 40 ist mit einer SCR-Beschichtung 104 versehen, wobei vorzugsweise sowohl die ersten Kanäle 80 als auch die zweiten Kanäle 82 in diesem auslassseitigen Abschnitt mit einer SCR-Beschichtung 104 versehen sind. Auf dem auslassseitigen Abschnitt des Ammoniak-Sperrkatalysators 40 werden die Stickoxide mit dem Ammoniak umgesetzt und in molekularen Stickstoff und Wasserdampf konvertiert.In 3 is a preferred embodiment of an ammonia barrier catalyst 40 shown. The ammonia barrier catalyst 40 has a housing 48 on, in which in the flow direction of an exhaust gas flow through the housing 48 an oxidation zone 42 , a mixing room 86 and an SCR catalyst 46 are arranged or formed. The ammonia barrier catalyst 40 has a double, perforated wrapping foil 78 , 88 , 102 on. The double, perforated wrapping foil 78 , 88 , 102 forms a plurality of first channels 80 and from second channels 82 which run parallel to each other. By coating the wrapping film on one side 78 with a precious metal coating 84 in an inlet-side section of the ammonia barrier catalyst 40 are the first channels 80 set up to oxidize ammonia into a nitric oxide. The second channels 82 are made uncoated, so that the ammonia the second channels 82 penetrates. Through the holes in the perforated wrapping film 102 is a gas exchange between the two channels 80 , 82 possible so that a mixing room 86 is trained. An outlet-side section of the ammonia barrier catalyst 40 is with an SCR coating 104 provided, preferably both the first channels 80 as well as the second channels 82 in this outlet-side section with an SCR coating 104 are provided. On the outlet-side section of the ammonia barrier catalyst 40 the nitrogen oxides are reacted with the ammonia and converted into molecular nitrogen and water vapor.

In 4 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Sperrkatalysators 40 dargestellt. Der Ammoniak-Sperrkatalysator 40 weist dabei einen ersten Monolithen 106 und einen zweiten Monolithen 108 auf, welche durch einen Mischraum 86 voneinander beabstandet sind. Der erste Monolith 106 bildet dabei eine Oxidationszone 42 für das Ammoniak. Dazu sind in dem ersten Monolithen 106 eine Vielzahl von ersten Kanälen 80 und parallel zu den ersten Kanälen 80 verlaufenden zweiten Kanälen 82 vorgesehen, wobei das Verhältnis der ersten Kanäle 80 zu den zweiten Kanälen 82 vorzugsweise etwa 1:1 beträgt. Die ersten Kanäle 80 sind mit einer Edelmetallbeschichtung 84, vorzugsweise mit einer Platin-, Palladium- oder Rhodium-Beschichtung versehen, um das in die ersten Kanäle 80 eintretende Ammoniak zu konvertieren. Dabei werden in den Kanälen 80 Stickoxide gebildet. Die zweiten Kanäle 82 sind unbeschichtet ausgeführt und ermöglichen ein Durchströmen des Ammoniaks ohne eine Konvertierung. In dem Mischraum 86 vermischen sich das Ammoniak und die Stickoxide, wobei zur verbesserten Durchmischung in dem Mischraum 86 ein Abgasmischer 58 vorgesehen sein kann. Der zweite Monolith 108 weist eine Beschichtung 104 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden auf und bildet einen SCR-Katalysator 44 in Form einer SCR-Scheibe 46 aus. Auf dem zweiten Monolithen 108 werden die Stickoxiden durch das Ammoniak zu molekularem Stickstoff und Wasserdampf konvertiert.In 4th is an alternative embodiment of an ammonia barrier catalyst according to the invention 40 shown. The ammonia barrier catalyst 40 exhibits a first monolith 106 and a second monolith 108 on which through a mixing room 86 are spaced from each other. The first monolith 106 forms an oxidation zone 42 for the ammonia. These are in the first monolith 106 a variety of first channels 80 and parallel to the first channels 80 running second channels 82 provided, the ratio of the first channels 80 to the second channels 82 is preferably about 1: 1. The first channels 80 are with a precious metal coating 84 , preferably provided with a platinum, palladium or rhodium coating to get into the first channels 80 convert incoming ammonia. Doing so in the channels 80 Nitrogen oxides formed. The second channels 82 are uncoated and allow the ammonia to flow through without conversion. In the mixing room 86 the ammonia and nitrogen oxides mix, for improved mixing in the mixing chamber 86 an exhaust mixer 58 can be provided. The second monolith 108 has a coating 104 for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides and forms an SCR catalytic converter 44 in the form of an SCR disk 46 out. On the second monolith 108 the nitrogen oxides are converted by the ammonia to molecular nitrogen and water vapor.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ammoniak-Sperrkatalysators 40. Bei einem Aufbau wie zu 3 oder 4 ausgeführt, ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich ein Wärmetauscher 110 in das Gehäuse 48 des Ammoniak-Sperrkatalysators 40 integriert, welches einen Kühlmittelanschluss 92 zum Anschluss an einen Kühlmittelkreislauf 90 des Verbrennungsmotors 10 aufweist. Dadurch kann die Temperatur in dem Ammoniak-Sperrkatalysator 40 verringert werden, was die Bildung von Stickoxiden in der Oxidationszone 42 des Ammoniak-Sperrkatalysators 40 verringert. 5 shows a further embodiment of an ammonia barrier catalyst 40 . With a structure like to 3 or 4th executed, in this embodiment is also a heat exchanger 110 in the housing 48 the ammonia barrier catalyst 40 integrated, which has a coolant connection 92 for connection to a coolant circuit 90 of the internal combustion engine 10 having. This can reduce the temperature in the ammonia barrier catalyst 40 can be reduced, resulting in the formation of nitrogen oxides in the oxidation zone 42 the ammonia barrier catalyst 40 decreased.

In 6 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Der Verbrennungsmotor 10 weist mindestens einen Brennraum 12 auf und ist mit seinem Auslass 16 mit einer Abgasanlage 22 verbunden. In der Abgasanlage 22 sind in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 durch die Abgasanlage 22 ein motornaher erster Katalysator 28, insbesondere ein Oxidationskatalysator 30 oder ein NOx-Speicherkatalysator 32, ein Partikelfilter 34 und mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente 36, 38 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Dabei ist stromabwärts der letzten Abgasnachbehandlungskomponente 36, 38 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein Ammoniak-Sperrkatalysator 40 angeordnet. In einem Verfahrensschritt <100> wird ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 durch den Ammoniak-Sperrkatalysator 40 geleitet. In einem Verfahrensschritt <110> wird das in einem ersten Abgasteilstrom enthaltene Ammoniak in einer Oxidationszone 42 des Ammoniak-Sperrkatalysators 40 zu Stickoxiden (NOx) oxidiert. In einem Verfahrensschritt <120> wird in das einem zweiten Abgasteilstrom enthaltene Ammoniak durch die Oxidationszone 42 geleitet, wobei das Ammoniak die Oxidationszone 42 unverändert durchdringt. In einem Verfahrensschritt <130> vermischen sich der erste Abgasteilstrom und der zweite Abgasteilstrom in einem Mischraum 86 miteinander. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt <140> werden die im ersten Abgasteilstrom enthaltenen Stickoxide mit den im zweiten Abgasteilstrom enthaltenen Ammoniak auf dem SCR-Katalysator 44 des Ammoniak-Sperrkatalysators 40 in molekularen Stickstoff (N2) und Wasserdampf (H20) konvertiert.In 6th FIG. 3 is a flow chart for performing a method according to the invention for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine 10 shown. The internal combustion engine 10 has at least one combustion chamber 12th on and is with its outlet 16 with an exhaust system 22nd connected. In the exhaust system 22nd are in the flow direction of an exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 through the exhaust system 22nd a first catalytic converter close to the engine 28 , especially an oxidation catalyst 30th or a NOx storage catalytic converter 32, a particle filter 34 and at least one exhaust aftertreatment component 36 , 38 arranged for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. This is downstream of the last exhaust gas aftertreatment component 36 , 38 an ammonia barrier catalyst for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides 40 arranged. In a method step <100>, an exhaust gas flow from the internal combustion engine 10 through the ammonia barrier catalyst 40 directed. In a method step <110>, the ammonia contained in a first partial exhaust gas stream is in an oxidation zone 42 the ammonia barrier catalyst 40 oxidized to nitrogen oxides (NOx). In a method step <120>, the ammonia contained in a second exhaust gas substream is passed through the oxidation zone 42 passed, with the ammonia entering the oxidation zone 42 penetrates unchanged. In a method step <130>, the first partial exhaust gas flow and the second partial exhaust gas flow mix in a mixing space 86 together. In a subsequent method step <140>, the nitrogen oxides contained in the first exhaust gas partial flow are combined with the ammonia contained in the second exhaust gas partial flow on the SCR catalytic converter 44 the ammonia barrier catalyst 40 converted to molecular nitrogen (N2) and water vapor (H20).

In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ammoniak-Sperrkatalysators 40 dargestellt. Der Ammoniak-Sperrkatalysator 40 weist ein Gehäuse 48 auf, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgasstroms durch das Gehäuse 48 eine Oxidationszone 42, ein Mischraum 86 und ein SCR-Katalysator 46 angeordnet oder ausgebildet sind. Der Ammoniak-Sperrkatalysator 40 weist dabei eine Mehrzahl von ersten Kanälen 80 und von zweiten Kanälen 82 auf, welche parallel zueinander verlaufen. Dabei sind die Wände der ersten Kanäle 80 mit einer Edelmetallbeschichtung 84 versehen und dazu eingerichtet, Ammoniak in ein Stickoxid zu oxidieren. Die zweiten Kanäle 82 sind unbeschichtet ausgeführt, sodass das Ammoniak die zweiten Kanäle 82 durchdringt. Der Mischraum 86 ist als freier Mischraum ohne zusätzliche strömungsbeeinflussende Einbauten ausgeführt. Durch die wechselnde Anordnung von ersten Kanälen 80 und zweiten Kanälen 82 ist ein Gasaustausch in dem Mischraum 86 möglich. Ein auslassseitiger Abschnitt des Ammoniak-Sperrkatalysators 40 ist mit einer SCR-Beschichtung 104 versehen, wobei vorzugsweise sowohl die ersten Kanäle 80 als auch die zweiten Kanäle 82 in diesem auslassseitigen Abschnitt mit einer SCR-Beschichtung 104 versehen sind. Auf dem auslassseitigen Abschnitt des Ammoniak-Sperrkatalysators 40 werden die Stickoxide mit dem Ammoniak umgesetzt und in molekularen Stickstoff und Wasserdampf konvertiert.In 7th is another embodiment of an ammonia barrier catalyst 40 shown. The ammonia barrier catalyst 40 has a housing 48 on, in which in the flow direction of an exhaust gas flow through the housing 48 an oxidation zone 42 , a mixing room 86 and an SCR catalyst 46 are arranged or formed. The ammonia barrier catalyst 40 has a plurality of first channels 80 and from second channels 82 which run parallel to each other. Here are the walls of the first channels 80 with a precious metal coating 84 provided and to set up to oxidize ammonia into a nitric oxide. The second channels 82 are made uncoated, so that the ammonia the second channels 82 penetrates. The mixing room 86 is designed as a free mixing space without additional flow-influencing fixtures. Due to the changing arrangement of the first channels 80 and second channels 82 is a gas exchange in the mixing space 86 possible. An outlet-side section of the ammonia barrier catalyst 40 is with an SCR coating 104 provided, preferably both the first channels 80 as well as the second channels 82 in this outlet-side section with an SCR coating 104 are provided. On the outlet-side section of the ammonia barrier catalyst 40 the nitrogen oxides are reacted with the ammonia and converted into molecular nitrogen and water vapor.

In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ammoniak-Sperrkatalysators 40 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichen Aufbau wie zu 7 ausgeführt, weist dieser Ammoniak-Sperrkatalysator 40 im Bereich des Mischraums 86 eine Einschnürung 112 auf, um eine verbesserte Durchmischung von den Stickoxiden und dem Ammoniak vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator 46 zu erreichen.In 8th is another embodiment of an ammonia barrier catalyst 40 shown. With essentially the same structure as to 7th executed, this ammonia barrier catalytic converter 40 in the area of the mixing room 86 a constriction 112 to improve the mixing of the nitrogen oxides and the ammonia before entering the SCR catalytic converter 46 to reach.

9 zeigt eine einlassseitige Stirnfläche 114 eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Sperrkatalysators 40, wobei der Ammoniak-Sperrkatalysator 40 als keramischer Katalysator 116 ausgeführt ist. Der Ammoniak-Sperrkatalysator 40 weist eine Vielzahl von ersten Kanälen 80 und zweiten Kanälen 82 auf, welche nach Art eines Schachbrettmusters abwechseln angeordnet sind. 9 shows an inlet-side end face 114 an ammonia barrier catalyst according to the invention 40 , the ammonia barrier catalyst 40 as a ceramic catalyst 116 is executed. The ammonia barrier catalyst 40 has a plurality of first channels 80 and second channels 82 on, which are arranged alternately in the manner of a checkerboard pattern.

10 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Sperrkatalysators 40, wobei der Ammoniak-Sperrkatalysator 40 als metallischer Wickelkatalysator 118 aus zwei metallischen Folien 78, 88 ausgeführt ist. Dabei bilden die metallischen Folien 78, 88 erste Kanäle 80 und zweite Kanäle 82 aus. Der metallische Wickelkatalysator 118 kann aus zwei metallischen Folien 78, 88 ausgeführt werden, welche jeweils nur einseitig beschichtet sind. Dabei werden die Folien 78, 88 so gewickelt, dass jeweils die Beschichtung der einen Folie 78 an der Beschichtung der anderen Folie 88 anliegt. Alternativ ist es möglich, dass die eine Folie 78 beidseitig beschichtet ist und die andere Folie 88 unbeschichtet ausgeführt ist. 10 shows a preferred embodiment of an ammonia barrier catalyst according to the invention 40 , the ammonia barrier catalyst 40 as a metallic wound catalyst 118 made of two metallic foils 78 , 88 is executed. The metallic foils thereby form 78 , 88 first channels 80 and second channels 82 out. The metallic wound catalyst 118 can consist of two metallic foils 78 , 88 which are only coated on one side. Thereby the foils 78 , 88 wrapped in such a way that each coating of one foil 78 on the coating of the other film 88 is applied. Alternatively, it is possible that the one film 78 is coated on both sides and the other film 88 is carried out uncoated.

In 11 ist eine einlassseitige Stirnfläche 114 eines solchen metallischen Wickelkatalysators 118 dargestellt. Dabei werden durch die erste Folie 78 und die zweite Folie 88 bzw. die Zwischenräume erste Kanäle 80 und zweite Kanäle 82 ausgebildet, wobei die ersten Kanäle 80 mit einer Edelmetallbeschichtung 84 versehen sind und die zweiten Kanäle 82 beschichtungsfrei ausgeführt sind.In 11th is an inlet-side face 114 such a metallic wound catalyst 118 shown. Doing this through the first slide 78 and the second slide 88 or the interstices first channels 80 and second channels 82 formed, the first channels 80 with a precious metal coating 84 are provided and the second channels 82 are carried out without coating.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: VerbrennungsmotorInternal combustion engine
1212th: BrennraumCombustion chamber
1414th: KraftstoffinjektorFuel injector
1616: AuslassOutlet
1818th: Abgasturbolader Exhaust gas turbocharger
2020th: AbgasnachbehandlungssystemExhaust aftertreatment system
2222nd: AbgasanlageExhaust system
2424: AbgaskanalExhaust duct
2626th: Turbineturbine
2828: erster Katalysator first catalyst
3030th: OxidationskatalysatorOxidation catalyst
3232: NOx-SpeicherkatalysatorNOx storage catalytic converter
3434: PartikelfilterParticle filter
3636: SCR-BeschichtungSCR coating
3838: SCR-Katalysator SCR catalytic converter
4040: Ammoniak-SperrkatalysatorAmmonia barrier catalyst
4242: OxidationszoneOxidation zone
4444: SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
4646: SCR-ScheibeSCR washer
4848: Gehäuse casing
5050: erstes Dosierelementfirst metering element
5252: erster Abgasmischerfirst exhaust mixer
5454: zweites Dosierelementsecond metering element
5656: zweiter Abgasmischersecond exhaust mixer
5858: dritter Abgasmischerthird exhaust mixer
6060: TemperatursensorTemperature sensor
6262: DifferenzdrucksensorenDifferential pressure sensors
6464: NOx-SensorNOx sensor
6666: Verzweigungbranch
6868: AbgasklappeExhaust flap
7070: Niederdruck-AbgasrückführungLow pressure exhaust gas recirculation
7272: AbgasrückführungskühlerExhaust gas recirculation cooler
7474: AbgasrückführungsventilExhaust gas recirculation valve
7676: AbgasrückführungsleitungExhaust gas recirculation line
7878: erste Wickelfolie first wrapping film
8080: erster Kanalfirst channel
8282: zweiter Kanalsecond channel
8484: EdelmetallbeschichtungPrecious metal coating
8686: MischraumMixing room
8888: zweite Wickelfolie second wrapping foil
9090: KühlmittelkreislaufCoolant circuit
9292: KühlmittelanschlussCoolant connection
9494: KühlmittelrücklaufCoolant return
9696: Kühlercooler
9898: Kühlmittelpumpe Coolant pump
100100: SteuergerätControl unit
102102: gelochte Wickelfolieperforated wrapping foil
104104: SCR-BeschichtungSCR coating
106106: erster Monolithfirst monolith
108108: zweiter Monolith second monolith
110110: WärmetauscherHeat exchanger
112112: EinschnürungConstriction
114114: StirnflächeFace
116116: keramischer Katalysatorceramic catalyst
118118: MetallkatalysatorMetal catalyst

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 112015002186 T5 [0006]DE 112015002186 T5 [0006]
DE 102010050312 A [0007]DE 102010050312 A [0007]
DE 102016111148 A1 [0008]DE 102016111148 A1 [0008]
DE 102008025761 A1 [0009]DE 102008025761 A1 [0009]
DE 102016111147 A1 [0010]DE 102016111147 A1 [0010]
DE 102008055890 A1 [0011]DE 102008055890 A1 [0011]

Claims

Ammoniak-Sperrkatalysator (40) zur Anordnung in einer Abgasanlage (22) eines Verbrennungsmotors (10), umfassend eine Oxidationszone (42) zur Oxidation von Ammoniak, einen Mischraum (86) zur Vermischung von Ammoniak und einem Oxidationsprodukt des Ammoniaks sowie einen in Strömungsrichtung der Oxidationszone (42) und dem Mischraum (86) nachgeschalteten SCR-Katalysator (44).Ammonia barrier catalyst (40) for arrangement in an exhaust system (22) of an internal combustion engine (10), comprising an oxidation zone (42) for the oxidation of ammonia, a mixing space (86) for mixing ammonia and an oxidation product of the ammonia and one in the flow direction of the Oxidation zone (42) and the mixing chamber (86) downstream of the SCR catalytic converter (44).

Ammoniak-Sperrkatalysator (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationszone (42), der Mischraum (86) und der nachgeschaltete SCR-Katalysator (44) in einem gemeinsamen Gehäuse (48) angeordnet sind.Ammonia barrier catalyst (40) Claim 1 , characterized in that the oxidation zone (42), the mixing space (86) and the downstream SCR catalytic converter (44) are arranged in a common housing (48).

Ammoniak-Sperrkatalysator (40) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der SCR-Katalysator (44) als SCR-Scheibe (46) ausgebildet ist.Ammonia barrier catalyst (40) Claim 1 or 2 , characterized in that the SCR catalytic converter (44) is designed as an SCR disk (46).

Ammoniak-Sperrkatalysator (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationszone (42) eine Mehrzahl von ersten Kanälen (80) und eine Mehrzahl von zweiten Kanäle (82) aufweist, wobei die ersten Kanäle (80) mit einer Edelmetallbeschichtung (84) versehen sind und die zweiten Kanäle (82) unbeschichtet ausgeführt sind oder die zweiten Kanäle (82) mit einer Edelmetallbeschichtung (84) versehen sind und die ersten Kanäle (80) unbeschichtet ausgeführt sind.Ammonia barrier catalyst (40) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the oxidation zone (42) has a plurality of first channels (80) and a plurality of second channels (82), the first channels (80) being provided with a noble metal coating (84) and the second channels (82) ) are made uncoated or the second channels (82) are provided with a noble metal coating (84) and the first channels (80) are made uncoated.

Ammoniak-Sperrkatalysator (40) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kanäle (80) und die zweiten Kanäle (82) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.Ammonia barrier catalyst (40) Claim 4 , characterized in that the first channels (80) and the second channels (82) run substantially parallel to one another.

Ammoniak-Sperrkatalysator (40) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ammoniak-Sperrkatalysator (40) zumindest im Bereich der Oxidationszone (42) als doppelte Wickelfolie (78, 88) ausgebildet ist, wobei die beiden Wickelfolien (78, 88) die ersten Kanäle (80) und die zweiten Kanäle (82) ausbilden.Ammonia barrier catalyst (40) according to one of the Claims 4 or 5 , characterized in that the ammonia barrier catalyst (40) is designed at least in the area of the oxidation zone (42) as a double wrapping foil (78, 88), the two wrapping foils (78, 88) the first channels (80) and the second channels (82) train.

Ammoniak-Sperrkatalysator (40) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelte Wickelfolie (78, 88) als gelochte Wickelfolie (102) ausgebildet ist, welche einen Gasaustausch zwischen den ersten Kanälen (80) und den zweiten Kanälen (82) ermöglicht.Ammonia barrier catalyst (40) Claim 6 , characterized in that the double wrapping film (78, 88) is designed as a perforated wrapping film (102) which enables gas exchange between the first channels (80) and the second channels (82).

Ammoniak-Sperrkatalysator (40) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet dass der in Strömungsrichtung stromabwärts der Oxidationszone (42) liegende Bereich der doppelten Wickelfolie (78, 88) mit einer SCR-Beschichtung (104) versehen ist und den SCR-Katalysator (44) ausbildet.Ammonia barrier catalyst (40) according to one of the Claims 6 or 7th , characterized in that the area of the double wrapping foil (78, 88) located downstream of the oxidation zone (42) in the flow direction is provided with an SCR coating (104) and forms the SCR catalytic converter (44).

Ammoniak-Sperrkatalysator (40) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kanäle (80) und die zweiten Kanäle (82) in den Mischraum (86) münden, wobei der Mischraum (86) eine Vermischung des Oxidationsproduktes mit dem Ammoniak fördert.Ammonia barrier catalyst (40) according to one of the Claims 4 until 7th , characterized in that the first channels (80) and the second channels (82) open into the mixing space (86), the mixing space (86) promoting mixing of the oxidation product with the ammonia.

Ammoniak-Sperrkatalysator (40) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mischraum (86) ein Abgasmischer (58) angeordnet ist.Ammonia barrier catalyst (40) Claim 9 , characterized in that an exhaust gas mixer (58) is arranged in the mixing space (86).

Ammoniak-Sperrkatalysator (40) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (48) ein Kühlmittelanschluss (92) für einen Kühlmittelkreislauf (90) des Verbrennungsmotors (10) ausgebildet ist und das Gehäuse (48) von dem Kühlmittel des Verbrennungsmotors (10) durchströmt wird.Ammonia barrier catalyst (40) according to one of the Claims 2 until 10 , characterized in that a coolant connection (92) for a coolant circuit (90) of the internal combustion engine (10) is formed on the housing (48) and the coolant of the internal combustion engine (10) flows through the housing (48).

Abgasnachbehandlungssystem (20) für einen Verbrennungsmotor (10), umfassend eine Abgasanlage (22) mit einem Abgaskanal (24), in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) durch den Abgaskanal (24) ein motornaher erster Katalysator (28), ein Partikelfilter (34) und mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (36, 38) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind, wobei stromabwärts der letzten Abgasnachbehandlungskomponente (36, 38) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein Ammoniak-Sperrkatalysator (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 angeordnet ist.An exhaust gas aftertreatment system (20) for an internal combustion engine (10), comprising an exhaust system (22) with an exhaust gas duct (24) in which, in the flow direction of an exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) through the exhaust gas duct (24), a first catalytic converter (28) close to the engine Particle filter (34) and at least one exhaust gas aftertreatment component (36, 38) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides are arranged, downstream of the last exhaust gas aftertreatment component (36, 38) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, an ammonia barrier catalyst (40) according to one of the Claims 1 until 11th is arranged.

Abgasnachbehandlungssystem (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ammoniak-Sperrkatalysator (40) von der in Strömungsrichtung durch die Abgasanlage (22) letzten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion (36, 38) mindestens 20 cm beabstandet ist.Exhaust aftertreatment system (20) after Claim 12 , characterized in that the ammonia barrier catalytic converter (40) is at least 20 cm away from the last exhaust gas aftertreatment component for selective catalytic reduction (36, 38) in the direction of flow through the exhaust system (22).

Abgasnachbehandlungssystem (20) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (22) stromabwärts des ersten Katalysators (28) ein Partikelfilter (34) mit einer Beschichtung (36) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und stromabwärts des Partikelfilters (34, 36) ein SCR-Katalysator (38) angeordnet sind, wobei stromabwärts des ersten Katalysators (28) und stromaufwärts des Partikelfilters (34, 36) ein erstes Dosierelement (50) zur Eindosierung von Reduktionsmittel und stromabwärts des Partikelfilters (34, 36) und stromaufwärts des SCR-Katalysators (38) ein zweites Dosierelement (54) zur Eindosierung von Reduktionsmittel angeordnet sind, wobei stromabwärts des Partikelfilters (34, 36) und stromaufwärts des zweiten Dosierelements (54) eine Abgasrückführungsleitung (76) einer Niederdruck-Abgasrückführung (70) aus dem Abgaskanal (24) der Abgasanlage (22) abzweigt.Exhaust aftertreatment system (20) according to one of the Claims 12 or 13th , characterized in that in the exhaust system (22) downstream of the first catalytic converter (28) a particulate filter (34) with a coating (36) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides and downstream of the particulate filter (34, 36) an SCR catalytic converter ( 38) are arranged, downstream of the first catalytic converter (28) and upstream of the particle filter (34, 36) a first metering element (50) for metering in reducing agent and downstream of the particle filter (34, 36) and upstream of the SCR catalytic converter (38) a second metering element (54) are arranged for metering in reducing agent, downstream of the particle filter (34, 36) and upstream of the second metering element (54) an exhaust gas recirculation line (76) of a low-pressure exhaust gas recirculation (70) from the exhaust gas duct (24) of the exhaust system (22) branches off.

Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotor (10) mit mindestens einem Brennraum (12), wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Auslass (16) mit einer Abgasanlage (22) verbunden ist, wobei in der Abgasanlage (22) in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) durch einen Abgaskanal (24) der Abgasanlage (22) ein motornaher erster Katalysator (28), ein Partikelfilter (34) und mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (36, 38) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind, wobei stromabwärts der letzten Abgasnachbehandlungskomponente (36, 38) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein Ammoniak-Sperrkatalysator (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 angeordnet ist, umfassend folgende Schritte: - Durchleiten eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) durch den Ammoniak-Sperrkatalysator (40), wobei - das in einem ersten Abgasteilstrom enthaltene Ammoniak (NH3) in einer Oxidationszone (42) des Ammoniak-Sperrkatalysators (40) zu Stickoxiden (NOx) oxidiert wird, wobei - das in einem zweiten Abgasteilstrom enthaltene Ammoniak (NH3) die Oxidationszone (42) unverändert durchdringt, wobei - sich der erste Abgasteilstrom und der zweite Abgasteilstrom in einem Mischraum (86) miteinander vermischen, und wobei - die im Abgasstrom enthaltenen Stickoxiden (NOx) mit dem Ammoniak (NH3) auf dem SCR-Katalysator (44) des Ammoniak-Sperrkatalysators (40) konvertiert werden.Method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) with at least one combustion chamber (12), the internal combustion engine (10) being connected with its outlet (16) to an exhaust system (22), in the exhaust system (22) in the flow direction of an exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) through an exhaust duct (24) of the exhaust system (22) a first catalytic converter (28) close to the engine, a particle filter (34) and at least one exhaust gas aftertreatment component (36, 38) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides are arranged, with the latter downstream Exhaust gas aftertreatment component (36, 38) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, an ammonia barrier catalyst (40) according to one of the Claims 1 until 11th is arranged, comprising the following steps: - Passing an exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) through the ammonia barrier catalyst (40), wherein - the ammonia (NH3) contained in a first exhaust gas substream in an oxidation zone (42) of the ammonia barrier catalyst (40) is oxidized to nitrogen oxides (NOx), wherein - the ammonia (NH3) contained in a second exhaust gas substream penetrates the oxidation zone (42) unchanged, wherein - the first exhaust gas substream and the second exhaust gas substream mix with one another in a mixing chamber (86), and wherein - the nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas flow are converted with the ammonia (NH3) on the SCR catalytic converter (44) of the ammonia barrier catalytic converter (40).