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DE102016210541A1 - Exhaust after-treatment device with NOx storage and SCR - Google Patents

Exhaust after-treatment device with NOx storage and SCR Download PDF

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DE102016210541A1
DE102016210541A1 DE102016210541.8A DE102016210541A DE102016210541A1 DE 102016210541 A1 DE102016210541 A1 DE 102016210541A1 DE 102016210541 A DE102016210541 A DE 102016210541A DE 102016210541 A1 DE102016210541 A1 DE 102016210541A1
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DE
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nox storage
aftertreatment device
exhaust
gas treatment
exhaust aftertreatment
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Withdrawn
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DE102016210541.8A
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German (de)
Inventor
Felix Göbel
Hans-Günter Grosch
Richard Fritsche
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Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (1)) mit einem länglichen Gehäuse (2), das der Reihe nach in einen ersten Endabschnitt (2a), einen ersten Gasbehandlungsabschnitt (2b) mit einem NOx-Speicherkatalysator (3), einen Verbindungsabschnitt (2c), einen zweiten Gasbehandlungsabschnitt (2d) mit einer zweiten Gasbehandlungseinrichtung (4, 5) und einen zweiten Endabschnitt (2e) unterteilt ist, wobei das zu behandelnde Abgas im Bereich des Verbindungsabschnitts (2c) in die Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) eintritt, wobei der Verbindungsabschnitt (2c) es ermöglicht, dass das eintretende Abgas den NOx-Speicherkatalysator (3) in Richtung auf den ersten Endabschnitt (2a) durchströmt, dort um 180° umgelenkt wird und dann in entgegengesetzter Richtung durch den NOx-Speicherkatalysator (3) in den Verbindungsabschnitt (2c) und von dort durch zweite Gasbehandlungseinrichtung (4, 5) strömt. Gemäß der Erfindung enthält die zweite Gasbehandlungseinrichtung (4, 5) eine SCR-Abgasnachbehandlungseinrichtung (4), und der Verbindungsabschnitt (2c) enthält eine umschaltbare Abgasumlenkeinrichtung (9, 10), die das in die Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) eintretende Abgas wahlweise in den NOx-Speicherkatalysator (3) oder unter Umgehung des NOx-Speicherkatalysators (3) in die zweite Gasbehandlungseinrichtung (4, 5) strömen lässt.The invention relates to an exhaust aftertreatment device (1) with an elongated housing (2), which in turn in a first end portion (2a), a first gas treatment section (2b) with a NOx storage catalyst (3), a connecting portion (2c), a second gas treatment section (2d) having a second gas treatment device (4, 5) and a second end section (2e) is divided, wherein the treated exhaust gas in the region of the connecting portion (2c) in the exhaust gas aftertreatment device (1), wherein the connecting portion (2c ) allows the incoming exhaust gas to flow through the NOx storage catalyst (3) toward the first end portion (2a), to be deflected 180 ° there, and then to flow in the opposite direction through the NOx storage catalyst (3) into the connecting portion (2c ) and from there through second gas treatment device (4, 5) flows. According to the invention, the second gas treatment device (4, 5) includes an SCR exhaust aftertreatment device (4), and the connection section (2c) includes a switchable exhaust gas diverter (9, 10) selectively connecting the exhaust gas entering the exhaust aftertreatment device (1) into the NOx Storage Catalyst (3) or bypassing the NOx storage catalyst (3) in the second gas treatment device (4, 5) can flow.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment device having the features of the preamble of claim 1.

Eine derartige Abgasnachbehandlungseinrichtung ist aus DE 20 2015 106 054 U1 bekannt, nämlich als eine Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem Katalysator und einem Partikelfilter, die hintereinander in einem länglichen Gehäuse untergebracht sind, das der Reihe nach in einen ersten Endabschnitt, einen Katalysator-Abschnitt, in dem sich der Katalysator befindet, einen Verbindungsabschnitt, einen Partikelfilter-Abschnitt, in dem sich der Partikelfilter befindet, und einen zweiten Endabschnitt, in dem sich eine Gasaustrittsöffnung der Abgasnachbehandlungseinrichtung befindet, unterteilt ist. Der Katalysator besitzt einen zentralen rohrförmigen Teil und einen diesen umgebenden mantelförmigen Teil, die sich jeweils in der Längsrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung erstrecken und die in dem ersten Endabschnitt miteinander in Strömungsverbindung stehen. Außerdem besitzt die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine im Bereich des Verbindungsabschnitts angeordnete Gaseintrittsöffnung, die mit dem von dem ersten Endabschnitt abgewandten, stromaufwärtigen Ende des zentralen rohrförmigen Teils des Katalysators in Strömungsverbindung steht. Somit tritt das zu behandelnde Abgas im Bereich des Verbindungsabschnitts in die Abgasnachbehandlungseinrichtung ein, durchströmt dann den Katalysator in Richtung auf den ersten Endabschnitt, d. h., in einer vom Partikelfilter abgewandten Richtung, wird an dem ersten Endabschnitt um 180° umgelenkt, durchströmt dann den Katalysator ein zweites Mal in Richtung auf den Partikelfilter und diesen dann in Richtung auf den zweiten Endabschnitt. Durch die U-förmige Umlenkung der Abgase im Katalysator und die enge Kopplung von Katalysator und Partikelfilter in einem gemeinsamen Gehäuse kann u. a. der im Motorraum vorhandene Bauraum besser ausgenutzt werden. Der Katalysator kann auch ein NOx-Speicherkatalysator sein, und im Bereich des Verbindungsabschnitts kann ein Injektor zum Einspritzen einer Chemikalie für selektive katalytische Reduktion (SCR) angeordnet sein. Such an exhaust gas aftertreatment device is made DE 20 2015 106 054 U1 known as a motor vehicle exhaust aftertreatment device with a catalyst and a particulate filter, which are housed one behind the other in an elongate housing, which in turn into a first end portion, a catalyst portion in which the catalyst is located, a connecting portion, a particulate filter Portion, in which the particulate filter is located, and a second end portion, in which a gas outlet opening of the exhaust gas aftertreatment device is located, is divided. The catalyst has a central tubular part and a shell-shaped part surrounding it, each extending in the longitudinal direction of the exhaust gas aftertreatment device and communicating with each other in the first end section. In addition, the exhaust gas aftertreatment device has a gas inlet opening arranged in the region of the connection section, which is in flow connection with the upstream end of the central tubular part of the catalyst facing away from the first end section. Thus, the exhaust gas to be treated enters the exhaust gas aftertreatment device in the region of the connection section, then flows through the catalyst in the direction of the first end section, ie, in a direction away from the particle filter is deflected by 180 ° at the first end section, then flows through the catalyst second time in the direction of the particle filter and then this towards the second end portion. By the U-shaped deflection of the exhaust gases in the catalyst and the close coupling of catalyst and particulate filter in a common housing, among other things, the existing space in the engine compartment space can be better utilized. The catalyst may also be a NOx storage catalyst, and in the region of the connection portion, an injector for injecting a chemical for selective catalytic reduction (SCR) may be arranged.

Verbrennungsmotoren erzeugen im Betrieb häufig erhebliche Mengen von Stickoxiden (NOx, d. h. NO und NO2). Insbesondere bei in Kraftfahrzeugen eingesetzten Diesel- und Otto-Motoren liegen die Stickoxid-Mengen im Abgas in der Regel über den zulässigen Grenzwerten, so dass eine Abgasnachbehandlung zur Verringerung der NOx-Emissionen notwendig ist. Bei vielen Motoren erfolgt die Reduktion der Stickoxide durch die im Abgas enthaltenen nicht-oxidierten Bestandteile, nämlich durch Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), mit Hilfe eines Dreiwegekatalysators. Insbesondere bei Diesel- und Otto-Magermotoren steht dieses Verfahren jedoch nicht zur Verfügung, da durch den hohen Sauerstoffanteil im Abgas die Reduzierung von NOx nicht bzw. kaum erfolgt. Bei Magermotoren wird daher oft ein NOx-Speicherkatalysator (engl. Lean NOx Trap, LNT) eingesetzt, der die im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltenen Stickoxide aufnimmt und speichert. Dazu werden in dem mageren, d. h. sauerstoffreichen Abgas die Stickoxide unter der Wirkung eines Edelmetallkatalysators aufoxidiert und in einem NOx-Speichermaterial absorbiert und somit aus dem Abgasstrom entfernt. Ist die Aufnahmefähigkeit für Stickoxide erschöpft, was durch einen NOx-Sensor überwacht wird, wird ein Reinigungs- oder Spülzyklus durchgeführt, indem kurzzeitig ein fettes, reduzierendes Abgasgemisch eingestellt wird. Beim Spülen werden die zwischengespeicherten Stickoxide wieder in den Abgasstrom abgegeben und durch das in der fetten Atmosphäre vorhandene Kohlenmonoxid sowie unvollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe zu Stickstoff reduziert.Internal combustion engines often generate significant amounts of nitrogen oxides (NOx, ie NO and NO 2 ) during operation. Especially in diesel and petrol engines used in motor vehicles, the amounts of nitrogen oxide in the exhaust gas are generally above the permissible limits, so that an exhaust aftertreatment to reduce the NOx emissions is necessary. In many engines, the reduction of nitrogen oxides by the non-oxidized constituents contained in the exhaust gas, namely by carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (HC), using a three-way catalyst. However, this process is not available in particular in the case of diesel and Otto lean-burn engines, since the reduction of NOx is not or hardly occurs due to the high proportion of oxygen in the exhaust gas. In the case of lean-burn engines, therefore, a lean NOx trap (LNT) is often used, which absorbs and stores the nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the internal combustion engine. For this purpose, the nitrogen oxides are oxidized in the lean, ie oxygen-rich exhaust gas under the action of a noble metal catalyst and absorbed in a NOx storage material and thus removed from the exhaust gas stream. If the nitrogen oxide uptake capacity is exhausted, as monitored by a NOx sensor, a purge or purge cycle is performed by momentarily adjusting a rich, reducing exhaust gas mixture. When purging the cached nitrogen oxides are released back into the exhaust stream and reduced by the present in the rich atmosphere carbon monoxide and incompletely burned hydrocarbons to nitrogen.

Ein Nachteil von NOx-Speicherkatalysatoren ist das begrenzte Temperaturfenster, in ein ausreichender NOx-Umwandlungswirkungsgrad erzielt werden kann. Oberhalb einer maximalen LNT-Betriebstemperatur wird der NOx-Umwandlungswirkungsgrad ineffizient, oder der Katalysator erleidet sogar unbeabsichtigte Alterung und Verschlechterung der Katalysatoreigenschaften.A disadvantage of NOx storage catalysts is the limited temperature window that can be achieved in achieving adequate NOx conversion efficiency. Above a maximum LNT operating temperature, the NOx conversion efficiency becomes inefficient, or the catalyst even undergoes unintentional aging and deterioration of the catalyst properties.

Zur Stickoxidreduktion bei höheren Abgastemperaturen als der maximalen LNT-Betriebstemperatur eignen sich SCR-Abgasnachbehandlungen, d. h. mit selektiver katalytischer Reduktion (engl. Selective Catalytic Reaction, SCR). SCR-Abgasnachbehandlungseinrichtungen sind z. B. SCR-Katalysatoren und SCR-beschichtete Dieselpartikelfilter, SDPF genannt. For nitrogen oxide reduction at higher exhaust gas temperatures than the maximum LNT operating temperature are suitable SCR exhaust aftertreatment, d. H. with Selective Catalytic Reaction (SCR). SCR exhaust aftertreatment devices are z. B. SCR catalysts and SCR-coated diesel particulate filter, called SDPF.

Für selektive katalytische Reduktion wird dem Abgas Ammoniak (NH3) zugemischt, bei Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren in Form einer AdBlue genannten wässrigen Harnstofflösung. Die Harnstoff-Zudosierung muss der aktuellen Stickoxidemission des Verbrennungsmotors entsprechen und erfolgt daher in Abhängigkeit von den aktuellen Betriebsbedingungen des Motors. Ist die Dosierung zu gering, wird zu wenig Stickoxid reduziert, um die Schadstoffgrenzwerte einzuhalten. Ist die Dosierung zu hoch, gelangt überschüssiges Ammoniak in das Abgas, was NH3-Schlupf genannt wird. Dies muss verhindert werden, da Ammoniak gesundheitsschädlich ist, schon in sehr kleinen Konzentrationen zu einer Geruchsbelästigung führt und ggf. nachgeschaltete Abgasnachbehandlungseinrichtungen beeinträchtigen kann. For selective catalytic reduction, ammonia (NH 3 ) is admixed to the exhaust gas, in the case of motor vehicle internal combustion engines in the form of an aqueous urea solution called AdBlue. The urea dosing must correspond to the current nitrogen oxide emission of the internal combustion engine and therefore depends on the current operating conditions of the engine. If the dosage is too low, too little nitrogen oxide is reduced to comply with the pollutant limits. If the dosage is too high, excess ammonia enters the exhaust gas, which is called NH 3 slip. This must be prevented because ammonia is harmful to health, even in very small concentrations leads to an odor nuisance and may affect downstream exhaust aftertreatment devices.

Es sind auch Abgasnachbehandlungseinrichtungen bekannt, die sowohl einen NOx-Speicherkatalysator als auch eine SCR-Abgasnachbehandlungseinrichtung enthalten, z. B. aus der DE 10 2010 010 039 B4 , in der mehrere Einzel-Gasbehandlungseinrichtungen hintereinandergeschaltet sind. Wenn bei hohen Abgastemperaturen der NOx-Speicherkatalysator nicht mehr effizient genug arbeitet, wird überschüssiges NOx durch Harnstoff-Injektion in die SCR-Abgasnachbehandlungseinrichtung umgewandelt.Exhaust aftertreatment devices are also known which have both a NOx Storage catalyst as well as an SCR exhaust aftertreatment device included, for. B. from the DE 10 2010 010 039 B4 in which several individual gas treatment devices are connected in series. When the NOx trap catalyst is no longer efficient enough at high exhaust temperatures, excess NOx is converted to the SCR exhaust aftertreatment device by urea injection.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung anzugeben, welche bei einfachem und kompaktem Aufbau unter praktisch allen Betriebsbedingungen einen guten NOx-Umwandlungswirkungsgrad ermöglicht.The invention is based on the object to provide an exhaust aftertreatment device, which allows a simple and compact design under virtually all operating conditions, a good NOx conversion efficiency.

Diese Aufgabe wird durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an exhaust gas aftertreatment device having the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung enthält die zweite Gasbehandlungseinrichtung eine SCR-Abgasnachbehandlungseinrichtung, und der Verbindungsabschnitt enthält eine umschaltbare Abgasumlenkeinrichtung, die das eintretende Abgas wahlweise in den NOx-Speicherkatalysator oder unter Umgehung des NOx-Speicherkatalysators in die zweite Gasbehandlungseinrichtung strömen lässt.According to the invention, the second gas treatment device includes an SCR exhaust aftertreatment device, and the connection section includes a switchable Abgasumlenkeinrichtung that selectively flow the incoming exhaust gas into the NOx storage catalytic converter or bypassing the NOx storage catalyst in the second gas treatment device.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat der NOx-Speicherkatalysator einen zentralen rohrförmigen Teil und einen diesen umgebenden mantelförmigen Teil, die sich jeweils in der Längsrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung erstrecken und die in dem ersten Endabschnitt miteinander in Strömungsverbindung stehen, und die Abgasnachbehandlungseinrichtung hat eine im Bereich des Verbindungsabschnitts angeordnete Gaseintrittsöffnung, die je nach Schaltzustand der Abgasumlenkeinrichtung entweder mit dem von dem ersten Endabschnitt abgewandten Ende des mantelförmigen Teils des NOx-Speicherkatalysators oder mit der zweiten Gasbehandlungseinrichtung in Strömungsverbindung steht. In dieser Ausführungsform ist der Strömungsverlauf durch den NOx-Speicherkatalysator anders herum wie jener, der in der gattungsbildenden DE 20 2015 106 054 U1 beschrieben ist.In a preferred embodiment, the NOx storage catalyst has a central tubular part and a shell-shaped part surrounding it, each extending in the longitudinal direction of the exhaust gas after-treatment device and in fluid communication with each other in the first end section, and the exhaust gas after-treatment device has one located in the region of the connection section Gas inlet opening, which is depending on the switching state of Abgasumlenkeinrichtung either with the remote from the first end portion end of the jacket-shaped part of the NOx storage catalyst or with the second gas treatment device in flow communication. In this embodiment, the flow through the NOx storage catalyst is the other way round as that in the generic DE 20 2015 106 054 U1 is described.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Abgasumlenkeinrichtung eine in der Gaseintrittsöffnung der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete und zwischen zwei Stellungen bewegliche Bypassklappe sowie ein in dem Verbindungsabschnitt angeordnetes Umlenkblech, welches in einer ersten Stellung der Bypassklappe das in den Verbindungsabschnitt eintretende Abgas in den NOx-Speicherkatalysator strömen lässt und in einer zweiten Stellung der Bypassklappe das eintretende Abgas in die zweite Gasbehandlungseinrichtung strömen lässt. Dabei kann die Abgasumlenkeinrichtung in der ersten Stellung der Bypassklappe ein Abgaseintrittsrohr der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit dem mantelförmigen Teil des NOx-Speicherkatalysators verbinden, welcher ein NOx-Speichermaterial enthalten kann. Vorzugsweise enthält der mantelförmige Teil sämtliches Speichermaterial des NOx-Speicherkatalysators, doch kann sich ein Teil davon auch in dem zentralen rohrförmigen Teil befinden.In a preferred embodiment, the Abgasumlenkeinrichtung has a arranged in the gas inlet opening of the exhaust aftertreatment device and movable between two positions bypass flap and disposed in the connecting portion baffle which can flow in a first position of the bypass valve entering the connecting portion exhaust gas into the NOx storage catalyst and in a second position of the bypass valve allows the incoming exhaust gas to flow into the second gas treatment device. In this case, in the first position of the bypass flap, the exhaust deflection device can connect an exhaust gas inlet pipe of the exhaust gas aftertreatment device to the jacket-shaped part of the NOx storage catalytic converter, which can contain a NOx storage material. Preferably, the envelope-shaped part contains all the storage material of the NOx storage catalyst, but part of it may also be located in the central tubular part.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Gehäuse und die Gasbehandlungseinrichtungen zylindrisch, wobei das Umlenkblech ungefähr die Form eines Kegelflächenabschnitts oder der axial unteren Hälfte eines Torus hat.In a preferred embodiment, the housing and the gas treatment devices are cylindrical, wherein the baffle has approximately the shape of a conical surface portion or the axially lower half of a torus.

Ein Injektor zum Einspritzen einer Chemikalie für selektive katalytische Reduktion in der SCR-Abgasnachbehandlungseinrichtung ist vorzugsweise im Bereich des Verbindungsabschnitts angeordnet.An injector for injecting a chemical for selective catalytic reduction in the SCR exhaust aftertreatment device is preferably arranged in the region of the connection section.

Die zweite Gasbehandlungseinrichtung kann entweder aus einem passiven oder aktiven SCR-Katalysator und einem Dieselpartikelfilter oder aus einem SCR-beschichteten Dieselpartikelfilter (SDPF) bestehen.The second gas treatment device can consist of either a passive or active SCR catalyst and a diesel particulate filter or an SCR-coated diesel particulate filter (SDPF).

Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung eignet sich besonders für mehr oder weniger vertikale Anordnung in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor derart, dass der erste Gasbehandlungsabschnitt im Wesentlichen oberhalb und der zweite Gasbehandlungsabschnitt im Wesentlichen unterhalb einer Abgasaustrittsöffnung des Verbrennungsmotors, die auch ein Turbolader-Auslass sein kann, im Motorraum angeordnet ist, wobei der Verbindungsabschnitt ungefähr auf der Höhe der Abgasaustrittsöffnung im Motorraum angeordnet ist. The exhaust aftertreatment device according to the invention is particularly suitable for more or less vertical arrangement in a motor vehicle with internal combustion engine such that the first gas treatment section substantially above and the second gas treatment section substantially below an exhaust gas outlet opening of the internal combustion engine, which may also be a turbocharger outlet, arranged in the engine compartment is, wherein the connecting portion is arranged approximately at the height of the exhaust gas outlet opening in the engine compartment.

Auf diese Weise kann auch der Platz oberhalb der Abgasaustrittsöffnung für den Katalysator genutzt werden, und darunter erstreckt sich nur noch der SCR-Katalysator und der Dieselpartikelfilter oder ein SDPF, so dass auch unterhalb der Abgasaustrittsöffnung Platz gewonnen wird.In this way, the space above the exhaust gas outlet for the catalyst can be used, and below extends only the SCR catalyst and the diesel particulate filter or a SDPF, so that even below the exhaust gas outlet space is gained.

Die U-förmige Umlenkung der Abgase im Katalysator und die enge Kopplung der verschiedenen Gasbehandlungsabschnitte in einem gemeinsamen Gehäuse haben außerdem den Vorteil, dass sich die einzelnen Gasbehandlungsabschnitte im Betrieb schneller und stärker aufheizen, wodurch auch bei den heute angestrebten niedrigeren Abgastemperaturen die Anspringbedingungen der Abgasnachbehandlungseinrichtung leichter erfüllt werden können.The U-shaped deflection of the exhaust gases in the catalyst and the close coupling of the different gas treatment sections in a common housing also have the advantage that the individual gas treatment sections heat up faster and more vigorously during operation, which makes the light-off conditions of the exhaust aftertreatment device easier even with the lower exhaust gas temperatures aimed for today can be met.

Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen: The following is a description of embodiments with reference to the drawings. Show:

1 eine schematische Längsschnittansicht durch eine kompakte Abgasnachbehandlungseinrichtung mit NOx-Speicherkatalysator und SCR in einem ersten Schaltzustand; und 1 a schematic longitudinal sectional view through a compact exhaust aftertreatment device with NOx storage catalyst and SCR in a first switching state; and

2 eine schematische Längsschnittansicht durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung von 1 in einem zweiten Schaltzustand. 2 a schematic longitudinal sectional view through the exhaust aftertreatment device of 1 in a second switching state.

Wie in 1 und 2 gezeigt, enthält eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 ein längliches zylindrisches Gehäuse 2, das der Reihe nach in einen ersten Endabschnitt 2a, einen LNT-Abschnitt 2b, einen Verbindungsabschnitt 2c, einen SCR/Partikelfilter-Abschnitt 2d und einen zweiten Endabschnitt 2e unterteilt ist.As in 1 and 2 shown contains an exhaust aftertreatment device 1 an elongated cylindrical housing 2 , in turn, in a first end section 2a , an LNT section 2 B , a connecting section 2c , an SCR / particulate filter section 2d and a second end portion 2e is divided.

Ein hohlzylindrischer NOx-Speicherkatalysator 3 ist im LNT-Abschnitt 2b des Gehäuses 2 untergebracht, und ein SCR-Katalysator 4 und ein Dieselpartikelfilter 5 (oder eine entsprechende vereinigte Gasbehandlungseinrichtung wie z. B. ein SCRbeschichteter Dieselpartikelfilter, SDPF genannt) sind im SCR/Partikelfilter-Abschnitt 2d des Gehäuses 2 untergebracht. Der NOx-Speicherkatalysator 3, der SCR-Katalysator 4 und der Dieselpartikelfilter 5 sind jeweils (hohl)zylindrische Substrate, die mit geeigneten katalytisch bzw. filternd wirkenden Materialien beschichtet sind.A hollow cylindrical NOx storage catalytic converter 3 is in the LNT section 2 B of the housing 2 housed, and an SCR catalyst 4 and a diesel particulate filter 5 (or a corresponding pooled gas treatment facility such as an SCR Coated Diesel Particulate Filter, called SDPF) are in the SCR / Particulate Filter section 2d of the housing 2 accommodated. The NOx storage catalyst 3 , the SCR catalyst 4 and the diesel particulate filter 5 are each (hollow) cylindrical substrates which are coated with suitable catalytically or filtering acting materials.

Der Verbindungsabschnitt 2c verbindet den LNT-Abschnitt 2b derart mit dem SCR-/Partikelfilter-Abschnitt 2d, dass Abgas, das den NOx-Speicherkatalysator 3 durchströmt hat, den SCR-Katalysator 4 und dann den Dieselpartikelfilter 5 durchströmt. Nachdem das Abgas den Dieselpartikelfilter 5 durchströmt hat, tritt es aus einem Gasaustrittsrohr 6 am zweiten Endabschnitt 2e der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 aus und wird zu einem nicht gezeigten Schalldämpfer und/oder dergleichen umgelenkt.The connecting section 2c connects the LNT section 2 B such with the SCR / particulate filter section 2d in that exhaust gas, which is the NOx storage catalyst 3 has passed through the SCR catalyst 4 and then the diesel particulate filter 5 flows through. After the exhaust the diesel particulate filter 5 has passed through, it emerges from a gas outlet pipe 6 at the second end portion 2e the exhaust aftertreatment device 1 from and is deflected to a muffler, not shown, and / or the like.

Der NOx-Speicherkatalysator 3 enthält einen zentralen rohrförmigen Teil 3a und einen diesen radial umgebenden mantelförmigen Teil 3b, die sich jeweils in der Längsrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung erstrecken und die innerhalb des ersten Endabschnitts 2a miteinander in Strömungsverbindung stehen.The NOx storage catalyst 3 contains a central tubular part 3a and a jacket-shaped part radially surrounding it 3b each extending in the longitudinal direction of the exhaust gas aftertreatment device and within the first end portion 2a in fluid communication with each other.

Der mantelförmige Teil 3b des NOx-Speicherkatalysators 3 enthält dessen NOx-Speichermaterial. Eventuell befindet sich auch in dem zentralen rohrförmigen Teil 3a ein NOx-Speichermaterial. The jacket-shaped part 3b of the NOx storage catalyst 3 contains its NOx storage material. Possibly also located in the central tubular part 3a a NOx storage material.

Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 enthält außerdem ein Gaseintrittsrohr 7, das an einer Gaseintrittsöffnung 8 in den Verbindungsabschnitt 2a mündet. Im Bereich der Gaseintrittsöffnung 8 ist eine bewegliche Bypassklappe 9 angeordnet, und im Verbindungsabschnitt 2a ist ein Umlenkblech 10 angeordnet. Das Umlenkblech 10 bildet eine innerhalb des Verbindungsabschnitts 2a liegende starre Trennwand zwischen dem mantelförmigen Teil 3b des NOx-Speicherkatalysators 3 und dessen zentralem Teil 3c. The exhaust aftertreatment device 1 also contains a gas inlet pipe 7 at a gas inlet 8th in the connecting section 2a empties. In the area of the gas inlet opening 8th is a movable bypass flap 9 arranged, and in the connecting section 2a is a baffle 10 arranged. The baffle 10 forms one within the connection section 2a lying rigid partition between the shell-shaped part 3b of the NOx storage catalyst 3 and its central part 3c ,

Mit Ausnahme des Bereichs, wo es mit der Bypassklappe 9 verbunden ist, kann das Umlenkblech 10 ungefähr die Form eines Kegelflächenabschnitts oder der axial unteren Hälfte eines Torus haben, um mit seiner Oberseite einen strömungsgünstigen ringförmigen Kanal zwischen der Gaseintrittsöffnung 8 und dem unteren Ende des mantelförmigen Teils 3b des NOx-Speicherkatalysators 3 auszubilden und außerdem mit seiner Unterseite einen strömungsgünstigen Übergang zwischen dem zentralen Teil 3c des NOx-Speicherkatalysators 3 und dem SCR-Katalysator 4 auszubilden. Except for the area where it is with the bypass door 9 connected, the baffle can 10 have approximately the shape of a conical surface portion or the axially lower half of a torus, with its top a streamlined annular channel between the gas inlet opening 8th and the lower end of the jacket-shaped part 3b of the NOx storage catalyst 3 form and also with its bottom a streamlined transition between the central part 3c of the NOx storage catalyst 3 and the SCR catalyst 4 train.

In einer ersten, in 1 gezeigten Stellung der Bypassklappe 9 lenken die Bypassklappe 9 und das Umlenkblech 10 das Abgas von der Gaseintrittsöffnung 8 in den mantelförmigen Teil 3b des NOx-Speicherkatalysators 3. Im ersten Endabschnitt 2a wird das Abgas um 180° umgelenkt und durchströmt dann den zentralen Teil 3a des NOx-Speicherkatalysators 3, den Raum im Verbindungsabschnitt 2a unterhalb der Bypassklappe 9 und des Umlenkblechs 10 und dann den SCR-Katalysator 4 und den Dieselpartikelfilter 5.In a first, in 1 shown position of the bypass flap 9 steer the bypass flap 9 and the baffle 10 the exhaust gas from the gas inlet opening 8th in the coat-shaped part 3b of the NOx storage catalyst 3 , In the first end section 2a the exhaust gas is deflected by 180 ° and then flows through the central part 3a of the NOx storage catalyst 3 , the room in the connecting section 2a below the bypass flap 9 and the baffle 10 and then the SCR catalyst 4 and the diesel particulate filter 5 ,

In einer zweiten, in 2 gezeigten Stellung der Bypassklappe 9 lenken die Bypassklappe 9 und das Umlenkblech 10 das Abgas von der Gaseintrittsöffnung 8 an dem NOx-Speicherkatalysator 3 vorbei direkt in den SCR-Katalysator 4 und den Dieselpartikelfilter 5.In a second, in 2 shown position of the bypass flap 9 steer the bypass flap 9 and the baffle 10 the exhaust gas from the gas inlet opening 8th at the NOx storage catalyst 3 passing directly into the SCR catalyst 4 and the diesel particulate filter 5 ,

Ein Injektor 11 zum Einspritzen einer Chemikalie für selektive katalytische Reduktion erstreckt sich durch eine Wand des Gehäuses 2 in den Raum unterhalb der Bypassklappe 9 und des Umlenkblechs 10 im Verbindungsabschnitt 2a, um dem in den SCR-Katalysator 4 strömenden Abgas z. B. eine Harnstofflösung zumischen zu können.An injector 11 for injecting a chemical for selective catalytic reduction extends through a wall of the housing 2 into the space below the bypass flap 9 and the baffle 10 in the connecting section 2a to which in the SCR catalyst 4 flowing exhaust gas z. B. to mix a urea solution.

Die kompakte Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 kann in zwei Betriebsarten betrieben werden.The compact exhaust aftertreatment device 1 can be operated in two operating modes.

Unter Bedingungen, unter denen die Abgastemperaturen für NOx-Speicherung im NOx-Speicherkatalysator 3 günstig sind, befindet sich die Bypassklappe 9 in der in 1 gezeigten, nach oben lenkenden Stellung, so dass das eintretende Abgas den mantelförmigen Teil 3b des NOx-Speicherkatalysators 3 in Richtung auf den ersten Endabschnitt 2a durchströmt, dort um 180° umgelenkt wird und dann in entgegengesetzter Richtung durch den zentralen Teil 3a des NOx-Speicherkatalysators 3, dann unter kontinuierlicher Erweiterung des Strömungsquerschnitts durch den Raum unterhalb der Bypassklappe 9 und des Umlenkblechs 10 im Verbindungsabschnitt 2a und dann durch den SCR-Katalysator 4 und den Dieselpartikelfilter 5 im zweiten Endabschnitt 2e strömt, wie in 1 mit Strömungspfeilen angezeigt. In dieser Betriebsart bleibt der Injektor 11 inaktiv.Under conditions in which the exhaust gas temperatures for NOx storage in the NOx storage catalytic converter 3 are favorable, there is the bypass flap 9 in the in 1 shown, upwardly directed position, so that the incoming exhaust the jacket-shaped part 3b of the NOx storage catalyst 3 towards the first end section 2a flows through, is deflected there by 180 ° and then in the opposite direction through the central part 3a of the NOx storage catalyst 3 , then with continuous expansion of the flow cross-section through the space below the bypass flap 9 and the baffle 10 in the connecting section 2a and then through the SCR catalyst 4 and the diesel particulate filter 5 in the second end section 2e flows as in 1 displayed with flow arrows. In this mode, the injector remains 11 inactive.

Unter Bedingungen, unter denen die Abgastemperaturen für NOx-Speicherung im NOx-Speicherkatalysator 3 ungünstig sind, weil dieser einen schlechten NOx-Umwandlungswirkungsgrad hat und/oder altert, befindet sich die Bypassklappe 9 in der in 2 gezeigten, nach unten lenkenden Stellung, so dass der NOx-Speicherkatalysator 3 nicht von Abgas durchströmt wird, sondern das eintretende Abgas über den Verbindungsabschnitt 2a, wo ihm der Injektor 11 Harnstofflösung zumischt, durch den SCR-Katalysator 4 und den Dieselpartikelfilter 5 strömt, wie in 2 mit Strömungspfeilen angezeigt. Under conditions in which the exhaust gas temperatures for NOx storage in the NOx storage catalytic converter 3 are unfavorable because it has a poor NOx conversion efficiency and / or age, the bypass damper is located 9 in the in 2 shown, downwardly steering position, so that the NOx storage catalyst 3 It is not flowed through by exhaust gas, but the incoming exhaust gas via the connecting portion 2a where he has the injector 11 Urea solution admixed by the SCR catalyst 4 and the diesel particulate filter 5 flows as in 2 displayed with flow arrows.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 202015106054 U1 [0002, 0012] DE 202015106054 U1 [0002, 0012]
  • DE 102010010039 B4 [0007] DE 102010010039 B4 [0007]

Claims (9)

Abgasnachbehandlungseinrichtung (1), die mehrere Gasbehandlungseinrichtungen (3, 4, 5) aufweist, die hintereinander in einem länglichen Gehäuse (2) untergebracht sind, das der Reihe nach in einen ersten Endabschnitt (2a), einen ersten Gasbehandlungsabschnitt (2b), in dem eine erste Gasbehandlungseinrichtung in Form eines NOx-Speicherkatalysators (3) untergebracht ist, einen Verbindungsabschnitt (2c), einen zweiten Gasbehandlungsabschnitt (2d), in dem eine zweite Gasbehandlungseinrichtung (4, 5) untergebracht ist, und einen zweiten Endabschnitt (2e) unterteilt ist, wobei das zu behandelnde Abgas im Bereich des Verbindungsabschnitts (2c) in die Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) eintritt, wobei der Verbindungsabschnitt (2c) es ermöglicht, dass das eintretende Abgas den NOx-Speicherkatalysator (3) in Richtung auf den ersten Endabschnitt (2a) durchströmt, dort um 180° umgelenkt wird und dann in entgegengesetzter Richtung durch den NOx-Speicherkatalysator (3) in den Verbindungsabschnitt (2c) und von dort durch zweite Gasbehandlungseinrichtung (4, 5) in Richtung auf den zweiten Endabschnitt (2e) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gasbehandlungseinrichtung (4, 5) eine SCR-Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) enthält und dass der Verbindungsabschnitt (2c) eine umschaltbare Abgasumlenkeinrichtung (9, 10) enthält, die das in die Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) eintretende Abgas wahlweise in den NOx-Speicherkatalysator (3) oder unter Umgehung des NOx-Speicherkatalysators (3) in die zweite Gasbehandlungseinrichtung (4, 5) strömen lässt. Exhaust aftertreatment device ( 1 ) containing several gas treatment devices ( 3 . 4 . 5 ), which in succession in an elongated housing ( 2 ), which are arranged in sequence in a first end section ( 2a ), a first gas treatment section ( 2 B ), in which a first gas treatment device in the form of a NOx storage catalyst ( 3 ), a connecting section ( 2c ), a second gas treatment section ( 2d ), in which a second gas treatment device ( 4 . 5 ), and a second end portion ( 2e ), wherein the exhaust gas to be treated in the region of the connecting portion ( 2c ) into the exhaust aftertreatment device ( 1 ), wherein the connecting section ( 2c ) it allows the incoming exhaust gas the NOx storage catalyst ( 3 ) towards the first end portion ( 2a ) flows through, is deflected there by 180 ° and then in the opposite direction through the NOx storage catalyst ( 3 ) in the connecting section ( 2c ) and from there by second gas treatment device ( 4 . 5 ) towards the second end portion ( 2e ), characterized in that the second gas treatment device ( 4 . 5 ) an SCR exhaust aftertreatment device ( 4 ) and that the connecting section ( 2c ) a switchable Abgasumlenkeinrichtung ( 9 . 10 ) that contains the exhaust gas aftertreatment device ( 1 ) entering exhaust gas optionally in the NOx storage catalyst ( 3 ) or bypassing the NOx storage catalyst ( 3 ) into the second gas treatment device ( 4 . 5 ). Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Speicherkatalysator (3) einen zentralen rohrförmigen Teil (3a) und einen diesen umgebenden mantelförmigen Teil (3b) aufweist, die sich jeweils in der Längsrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) erstrecken und die in dem ersten Endabschnitt (2a) miteinander in Strömungsverbindung stehen, und dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) eine im Bereich des Verbindungsabschnitts (2c) angeordnete Gaseintrittsöffnung (8) aufweist, die je nach Schaltzustand der Abgasumlenkeinrichtung (9, 10) entweder mit dem von dem ersten Endabschnitt (2a) abgewandten Ende des mantelförmigen Teils (3b) des NOx-Speicherkatalysators (3) oder mit der zweiten Gasbehandlungseinrichtung (4, 5) in Strömungsverbindung steht. Exhaust aftertreatment device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the NOx storage catalyst ( 3 ) a central tubular part ( 3a ) and a surrounding jacket-shaped part ( 3b ), each in the longitudinal direction of the exhaust aftertreatment device ( 1 ) and in the first end section ( 2a ) are in fluid communication with each other, and that the exhaust aftertreatment device ( 1 ) one in the region of the connection section ( 2c ) arranged gas inlet opening ( 8th ), which depending on the switching state of the Abgasumlenkeinrichtung ( 9 . 10 ) either with that of the first end portion ( 2a ) facing away from the envelope-shaped part ( 3b ) of the NOx storage catalyst ( 3 ) or with the second gas treatment device ( 4 . 5 ) is in flow communication. Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasumlenkeinrichtung (1) eine in einer oder der Gaseintrittsöffnung (8) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) angeordnete und zwischen zwei Stellungen bewegliche Bypassklappe (9) sowie ein in dem Verbindungsabschnitt (2c) angeordnetes Umlenkblech (10) aufweist, welches in einer ersten Stellung der Bypassklappe (9) das in den Verbindungsabschnitt (2c) eintretende Abgas in den NOx-Speicherkatalysator (3) strömen lässt und in einer zweiten Stellung der Bypassklappe das in den Verbindungsabschnitt (2c) eintretende Abgas in die zweite Gasbehandlungseinrichtung (4, 5) strömen lässt.Exhaust aftertreatment device ( 1 ) According to claim 1 or 2, characterized in that the Abgasumlenkeinrichtung ( 1 ) one in or the gas inlet opening ( 8th ) of the exhaust aftertreatment device ( 1 ) and movable between two positions bypass flap ( 9 ) as well as one in the connecting section ( 2c ) arranged deflecting plate ( 10 ), which in a first position of the bypass flap ( 9 ) that in the connecting section ( 2c ) entering exhaust gas into the NOx storage catalyst ( 3 ) flows and in a second position of the bypass flap in the connecting section ( 2c ) entering the second gas treatment device ( 4 . 5 ). Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasumlenkeinrichtung (9, 10) in der ersten Stellung der Bypassklappe (9) ein Abgaseintrittsrohr (7) der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit dem mantelförmigen Teil (3b) des NOx-Speicherkatalysators (3) verbindet. Exhaust aftertreatment device ( 1 ) according to claim 2 and claim 3, characterized in that the Abgasumlenkeinrichtung ( 9 . 10 ) in the first position of the bypass flap ( 9 ) an exhaust gas inlet pipe ( 7 ) of the exhaust aftertreatment device with the jacket-shaped part ( 3b ) of the NOx storage catalyst ( 3 ) connects. Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mantelförmige Teil (3b) des NOx-Speicherkatalysators (3) ein NOx-Speichermaterial enthält. Exhaust aftertreatment device ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the jacket-shaped part ( 3b ) of the NOx storage catalyst ( 3 ) contains a NOx storage material. Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und die beiden Gasbehandlungseinrichtungen zylindrisch sind, wobei das Umlenkblech (10) ungefähr die Form eines Kegelflächenabschnitts oder der axial unteren Hälfte eines Torus hat.Exhaust aftertreatment device ( 1 ) according to one of claims 3 to 5, characterized in that the housing ( 2 ) and the two gas treatment devices are cylindrical, wherein the baffle ( 10 ) has approximately the shape of a conical surface portion or the axially lower half of a torus. Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Injektor (11) zum Einspritzen einer Chemikalie für selektive katalytische Reduktion im Bereich des Verbindungsabschnitts (2c) angeordnet ist.Exhaust aftertreatment device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an injector ( 11 ) for injecting a chemical for selective catalytic reduction in the region of the connecting portion ( 2c ) is arranged. Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gasbehandlungseinrichtung (4, 5) entweder aus einem SCR-Katalysator (4) und einem Dieselpartikelfilter (5) oder aus einem SCR-beschichteten Dieselpartikelfilter besteht. Exhaust aftertreatment device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second gas treatment device ( 4 . 5 ) either from an SCR catalyst ( 4 ) and a diesel particulate filter ( 5 ) or an SCR-coated diesel particulate filter. Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor angeordnet ist, wobei der erste Gasbehandlungsabschnitt (2b) im Wesentlichen oberhalb und der zweite Gasbehandlungsabschnitt (2d) im Wesentlichen unterhalb einer Abgasaustrittsöffnung des Verbrennungsmotors im Motorraum angeordnet ist und wobei der Verbindungsabschnitt (2c) ungefähr auf der Höhe der Abgasaustrittsöffnung im Motorraum angeordnet ist. Exhaust aftertreatment device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust aftertreatment device ( 1 ) is arranged in a motor vehicle with an internal combustion engine, wherein the first gas treatment section ( 2 B ) substantially above and the second gas treatment section ( 2d ) is arranged substantially below an exhaust gas outlet opening of the internal combustion engine in the engine compartment and wherein the connecting portion ( 2c ) is arranged approximately at the height of the exhaust gas outlet opening in the engine compartment.
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