DE4417238C2 - Device for reducing the nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine operated with excess air - Google Patents

Device for reducing the nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine operated with excess air

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Minderung der Stickoxide im Abgas eines mit Luftüberschuß betriebenen Verbrennungsmotors, bei der eine Einlaufkammer, ein Hydroly­ sekatalysator, ein DeNOx-Katalysator und ein Oxidationskata­ lysator umfaßt sind.The invention relates to a device for reducing the nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine operated with excess air, in which an inlet chamber, a hydrolysis catalyst, a DeNO x catalyst and an Oxidationskata analyzer are included.

Zur Verminderung der in einem Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltenen Schadstoffe, im besonderen der Stickoxide, hat sich für Verbrennungsmotoren, die mit einem Luftüberschuß be­ trieben werden, wie z. B. Diesel- und Magermotoren, das Sy­ stem des geregelten Dieselkatalysators (GDK) als bisher vor­ teilhafteste Technik erwiesen. Diese im wesentlichen auf dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) beru­ hende Technik ist mittlerweile aus zahlreichen Veröffentli­ chungen und Patentanmeldungen, z. B. aus den deutschen Pa­ tentanmeldungen DE 43 09 891 A1, DE 43 10 926 A1 und DE 34 15 278 A1 bekannt.To reduce the emissions in an internal combustion engine contained pollutants, especially nitrogen oxides for internal combustion engines that are with an excess of air are driven, such. B. Diesel and lean engines, the Sy stem of the regulated diesel catalyst (GDK) than before most proven technology. This essentially on the Selective catalytic reduction (SCR) process The technology has come out of numerous publications researches and patent applications, e.g. B. from the German Pa Tent applications DE 43 09 891 A1, DE 43 10 926 A1 and DE 34 15 278 A1 known.

Beim SCR-Verfahren werden die Stickoxide zusammen mit Ammo­ niak an einem selektiven Katalysator kontaktiert und kataly­ tisch zu umweltunbedenklichem Stickstoff und Wasser umge­ setzt. Es ist ebenso bekannt, daß bei dem GDK-System Ammoniak aufgrund der mit dem Ammoniakeinsatz verbundenen Gefahren, wie z. B. seine Giftigkeit und die durch Ammoniak hervorgeru­ fene Geruchsbelästigung, nicht im Fahrzeug mitgeführt werden darf. Das zur katalytischen Umsetzung der Stickoxide erfor­ derliche Reduktionsmittel wird anstelle des Ammoniaks in Form einer wäßrigen Harnstofflösung im Fahrzeug mitgeführt. Aus dieser wäßrigen Harnstofflösung kann der Ammoniak durch Hydrolyse der Harnstofflösung in der augenblicklich gerade benötigten Menge erzeugt werden. In the SCR process, the nitrogen oxides are combined with Ammo niak contacted on a selective catalyst and catalyzed table to environmentally safe nitrogen and water puts. It is also known that in the GDK system ammonia due to the dangers associated with the use of ammonia, such as B. its toxicity and that caused by ammonia no unpleasant smell, not to be carried in the vehicle may. The required for the catalytic conversion of nitrogen oxides Such reducing agent is in the place of ammonia carried an aqueous urea solution in the vehicle. Out ammonia can pass through this aqueous urea solution Hydrolysis of the urea solution in the currently straight required amount can be generated.  

Ein GDK-System umfaßt in der Abgasleitung eines mit Luftüber­ schuß betriebenen Verbrennungsmotors in Strömungsrichtung des Abgases der Reihe nach meist eine Einlaufkammer, einen Hy­ drolysekatalysator, einen DeNOx-Katalysator und einen Oxida­ tionskatalysator sowie einen Vorratsbehälter für die wäßrige Harnstofflösung und verschiedene Sensoren und Regler zur Ein­ stellung der in das Abgas einzubringenden Harnstoffmenge und eine Eindüsvorrichtung für die wäßrige Harnstofflösung in die Einlaufkammer.A GDK system in the exhaust line of an internal combustion engine operated with excess air in the direction of flow of the exhaust gas usually in sequence an inlet chamber, a hydrolysis catalytic converter, a DeNO x catalytic converter and an oxidation catalytic converter as well as a storage container for the aqueous urea solution and various sensors and controllers for setting the amount of urea to be introduced into the exhaust gas and an injection device for the aqueous urea solution into the inlet chamber.

Aufgrund erwarteter europaweiter Emmissionsgrenzwerte für den Schadstoffausstoß von mit Luftüberschuß betriebenen Verbren­ nungsmotoren, insbesondere LKW-Dieselmotoren, ist der weit verbreitete Einsatz des GDK-Systems in naher Zukunft wahr­ scheinlich. Dies bedeutet zum einen, daß bestehende Last­ kraftwagen mit dem GDK-System nachgerüstet werden müssen, und zum anderen, daß neue Lastkraftwagen mit GDK-System ausgelie­ fert werden müssen. Aufgrund der in Lastkraftwagen sehr be­ engten Platzverhältnisse (Unterbringung von Treibstofftank, Reserverädern, Druckluftbehältern, Batterien, Schalldämpfer und Partikelfilter) ist es wünschenswert, das GDK-System mög­ lichst platzsparend auszulegen. Für eine besonders platzspa­ rende Auslegung des GDK-Systems wäre es besonders vorteil­ haft, wenn es gelänge, die in das Abgas eingedüste Harn­ stofflösung besonders gleichmäßig im Abgas zu verteilen und die nachgeschalteten Katalysatoren über ihren gesamten Quer­ schnitt gleichmäßig auszunutzen.Due to expected Europe-wide emission limits for the Pollution from excess air engines, especially truck diesel engines, is far widespread use of the GDK system in the near future scheinlich. On the one hand, this means that the existing load motor vehicles must be retrofitted with the GDK system, and on the other hand, that new trucks with GDK system were delivered must be finished. Because of the very be in trucks confined space (storage of fuel tank, Spare wheels, compressed air tanks, batteries, silencers and particle filter) it is desirable that the GDK system is possible designed to save space. For a particularly space-saving design of the GDK system would be particularly advantageous detained if the urine injected into the exhaust gas were to succeed distribute the substance solution particularly evenly in the exhaust gas and the downstream catalysts over their entire cross cut evenly.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine beson­ ders platzsparende Einrichtung zur Minderung der Stickoxide im Abgas eines mit Luftüberschuß betriebenen Verbrennungsmo­ tors anzugeben.The invention is therefore based on the object the space-saving device for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas of a combustion engine operated with excess air tors to specify.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the features of claim 1.  

Auf diese Weise wird erreicht, daß auch die Randbereiche der der Einlaufkammer nachgeschalteten Katalysatoren ebenso in­ tensiv zur katalytischen Umsetzung genutzt werden wie weiter zur Zylinderachse hin angeordnete Bereiche. Dies wurde be­ dingt durch die Erkenntnis, daß bei gleichem Durchmesser der Einlaufkammer und des Hydrolysekatalysators die Randbereiche des Katalysators höhere Abgasstromdichten als weiter zur Zy­ linderachse gelegene Bereiche aufweisen. Infolge der nun gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Hydrolysekata­ lysators verteilten Abgasstromdichte werden auch die dem Hy­ drolysekatalysator nachgeschalteten Katalysatoren über den Querschnitt gleichmäßig beansprucht. Dies führt dazu, daß bei gleichbleibender Umsatzrate eine erheblich kürzere Bauform verwendet werden kann als bei den aus dem Stand der Technik bekannten GDK-Systemen mit einer Einlaufkammer und einem Hy­ drolysekatalysator gleichen Durchmessers.In this way it is achieved that the edge areas of the downstream of the inlet chamber also in be used intensively for the catalytic conversion and further Areas arranged towards the cylinder axis. This has been arises from the knowledge that, with the same diameter, the Inlet chamber and the hydrolysis catalyst the edge areas of the catalytic converter higher exhaust gas flow densities than further to the Zy have areas lying along the axis of the axis. As a result of the now evenly over the entire cross section of the hydrolysis kata distributed exhaust gas flow density are also those of the Hy drolysis catalyst downstream catalysts over the Cross-section evenly stressed. This leads to the fact that constant turnover rate a considerably shorter design can be used as in the prior art known GDK systems with an inlet chamber and a Hy drolysis catalyst of the same diameter.

Wenn der Durchmesser der Einlaufkammer den Durchmesser des Hydrolysekatalysators zu stark übersteigt, kehrt sich die oh­ ne Durchmesservergrößerung erhaltene Abgasstromdichtenvertei­ lung nachteiligerweise um. D. h., daß die Randbereiche bei zu großem Durchmesserüberschreitungen deutlich größere Abgas­ stromdichten aufweisen als weiter zur Zylinderachse gelegene Bereich. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Einlaufkammer den Durchmesser des Hydrolyse­ katalysators um maximal 10%, vorzugsweise etwa 0,2 bis 5%, übersteigt.If the diameter of the inlet chamber is the diameter of the Hydrolysis catalyst exceeds too much, the oh reverses ne increase in exhaust gas flow density distribution obtained disadvantageously around. This means that the edge areas at too large diameter overshoot significantly larger exhaust have current densities than further to the cylinder axis Area. It is therefore particularly advantageous if the Diameter of the inlet chamber the diameter of the hydrolysis catalyst by a maximum of 10%, preferably about 0.2 to 5%, exceeds.

Damit die katalytische Aktivität der der Einlaufkammer nahe­ geschalteten Katalysatoren über den Querschnitt gleichmäßig genutzt werden kann, genügt es nicht nur, daß die Abgas­ stromdichten über den gesamten Querschnitt der Katalysatoren etwa gleich sind. Vielmehr muß die in das Abgas eingedüste wäßrige Harnstofflösung homogen über den gesamten Querschnitt am Eintritt des Hydrolysekatalysators verteilt sein. Eine ho­ mogene Verteilung der wäßrigen Harnstofflösung wird erreicht, wenn die Einlaufkammer als Dralleinlaufkammer für das Abgas ausgebildet ist, eine Einbringvorrichtung, bspw. ein Eindüsventil, für ein Reduktions­ mittel umfaßt sowie ein Lochblech aufweist, das die Einlauf­ kammer in einen äußeren vom Abgas zirkular durchströmbaren Raum und einen inneren Raum, der sich von der Einbringvor­ richtung in Richtung zum Hydrolysekatalysator kegelförmig ausdehnt, gasdurchlässig unterteilt. Auf diese Weise wird ein Niederschlag des in das Abgas eingebrachten Reduktionsmittels auf den Wänden der Einlaufkammer weitgehend vermieden, weil das Abgas durch die Löcher im Lochblech in den inneren Raum eintritt und dabei das in dem inneren Raum eingebrachte Re­ duktionsmittel mit sich reißt. Infolge des äußeren vom Abgas zirkular durchströmbaren Raumes und aufgrund der Strömungs­ prallflächen in Form des kegelförmigen Lochbleches ist die in den inneren Raum eintretende Abgasströmung derart turbulent, daß eine weitgehend homogene Verteilung des in den inneren Raum eingebrachten Reduktionsmittels erreicht wird.So that the catalytic activity is close to that of the inlet chamber switched catalysts over the cross section evenly can be used, it is not enough that the exhaust gas current density across the entire cross section of the catalysts are about the same. Rather, it must be injected into the exhaust gas aqueous urea solution homogeneous over the entire cross-section  be distributed at the inlet of the hydrolysis catalyst. A ho homogeneous distribution of the aqueous urea solution is achieved, if the inlet chamber as a swirl inlet chamber for the exhaust gas is formed, an introduction device, for example. A injection valve, for a reduction medium comprises and has a perforated plate that the inlet chamber in an external flow through which the exhaust gas can flow Space and an inner space that differs from the contribution direction towards the hydrolysis catalytic converter expands, divided gas permeable. In this way, a Precipitation of the reducing agent introduced into the exhaust gas largely avoided on the walls of the inlet chamber because the exhaust gas through the holes in the perforated plate into the inner space occurs and thereby the Re introduced into the inner space detergent carries with it. As a result of the exterior of the exhaust gas circularly flowable space and due to the flow baffles in the form of the conical perforated plate is the in exhaust gas flow entering the interior is so turbulent, that a largely homogeneous distribution of the inside Space introduced reducing agent is achieved.

Zur besonders homogenen Verteilung des Reduktionsmittels im Abgas hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Lochab­ stand des Lochbleches als Funktion eines Abstandes von der Eindringvorrichtung zunächst abnimmt und anschließend wieder zunimmt. Hierbei ist es für die Abgasreinigung von Dieselmo­ toren mit einigen hundert Kilowattleistung besonders vorteil­ haft, wenn der Lochabstand ausgehend von etwa 20 mm abnimmt und danach wieder auf 20 mm zunimmt.For the particularly homogeneous distribution of the reducing agent in the Exhaust gas has proven to be advantageous if the hole of the perforated plate as a function of a distance from the Penetration device first decreases and then again increases. Here it is for the exhaust gas purification from Dieselmo gates with a few hundred kilowatt output are particularly advantageous sticky if the hole spacing decreases from about 20 mm and then increases again to 20 mm.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zur besonders homoge­ nen Verteilung des Reduktionsmittels im Abgas sieht es vor, daß der Lochdurchmesser des Lochbleches als Funktion des Ab­ standes von der Einbringrichtung zunächst zunimmt und danach wieder abnimmt. Bezogen auf eine Motorleistung von einigen hundert Kilowatt kann der Lochdurchmesser etwa zwischen 5 und 25 mm betragen. Eine besonders gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels ist bei der Verwendung von wäßriger Harnstofflösung als Reduktionsmittel erforderlich, weil nur auf diese Weise eine vollständige Hydrolyse der Harnstofflösung zu Ammoniak und Wasser gewährleistet ist und damit auch eine homogene Verteilung des Ammoniaks über den gesamten Katalysa­ torquerschnitt erreicht wird.Another advantageous embodiment for the particularly homogeneous distribution of the reducing agent in the exhaust gas, that the hole diameter of the perforated plate as a function of Ab level of the direction of introduction initially increases and then decreases again. Based on an engine power of some The hole diameter can be between 5 and 100 kilowatts 25 mm. A particularly even distribution of the Reducing agent is when using aqueous urea solution  required as a reducing agent because only on complete hydrolysis of the urea solution to ammonia and water is guaranteed and thus also a homogeneous distribution of the ammonia over the entire catalytic converter gate cross-section is reached.

Ein Niederschlag des eingebrachten Reduktionsmittels auf den Wandungen der Einlaufkammer wird zusätzlich erschwert, wenn der Außenumfang der Einlaufkammer thermisch isoliert ist. Ei­ ne geeignete thermische Isolation besteht aus einem oder meh­ reren der Werkstoffe Mineralwolle, Glaswolle und Steinwolle.A precipitate of the introduced reducing agent on the Walls of the inlet chamber are made more difficult if the outer periphery of the inlet chamber is thermally insulated. egg A suitable thermal insulation consists of one or more mineral wool, glass wool and rock wool.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Dabei zeigen:An embodiment of the invention is based on the drawing tion explained in more detail. Show:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine zylinderförmig aufge­ baute Einrichtung zur Minderung der Stickoxide im Ab­ gas eines LKW-Dieselmotors; Figure 1 shows a cross section through a cylindrical built up device for reducing nitrogen oxides in the gas from a truck diesel engine.

Fig. 2 den Verlauf des Lochdurchmessers des in der Einlauf­ kammer eingesetzten Lochbleches in Abhängigkeit von dem axialen Abstand von der Einbringvorrichtung für die wäßrige Harnstofflösung; und Figure 2 shows the profile of the hole diameter of the chamber in the inlet perforated plate used in dependence on the axial distance from the device for introducing the aqueous urea solution. and

Fig. 3 den Verlauf des Lochabstandes des in der Einlaufkam­ mer eingesetzten Lochbleches in Abhängigkeit von dem axialen Abstand von der Einbringvorrichtung für die wäßrige Harnstofflösung. Fig. 3 shows the course of the hole spacing of the perforated plate used in the Einlaufkam mer depending on the axial distance from the introduction device for the aqueous urea solution.

In dem in Fig. 1 dargestellten Längsschnitt durch eine Ein­ richtung 2 zur Stickoxidminderung im Abgas eines hier nicht weiter dargestellten ladeluftgekühlten Turbodieselmotors mit einer Leistung von etwa 300 kW erkennt man in Strömungsrich­ tung 4 des Abgases zunächst ein in eine Einlaufkammer 6 mün­ dendes Stück 8 der Abgasleitung. Die Einlaufkammer 6 hat ei­ nen kreisförmigen Querschnitt, wodurch das Abgas auf eine zirkulare Strömungsbahn gemäß Strömungspfeilen 10 innerhalb eines von einem Lochblech 12 gasdurchlässig begrenzten äuße­ ren Raum 14 gelenkt wird. Das Lochblech 12 ist trichterförmig geformt und besteht aus einem nicht rostenden Stahl. Am eng­ sten Punkt dieses aus dem Lochblech 12 gebildeten Trichters, d. h. in der zeichnerischen Darstellung am linken Rand der Einlaufkammer 6, ist ein als Einbringvorrichtung dienendes Eindüsventil 16 vorgesehen, das eine wäßrige Harnstofflösung 18 in einen inneren Raum 20 eindüst, der durch das Lochblech vom äußeren Raum 14 gasdurchlässig abgeteilt ist.In the longitudinal section shown in Fig. 1 by a device 2 for nitrogen oxide reduction in the exhaust gas of an intercooled turbo diesel engine (not shown here) with an output of about 300 kW can be seen in the flow direction 4 of the exhaust gas first in an inlet chamber 6 piece 8 ending exhaust pipe. The inlet chamber 6 has a circular cross-section, whereby the exhaust gas is directed onto a circular flow path according to flow arrows 10 within a gas-permeable outer space 14 delimited by a perforated plate 12 . The perforated plate 12 is funnel-shaped and consists of a stainless steel. At the narrowest point of this funnel formed from the perforated plate 12 , ie in the drawing on the left edge of the inlet chamber 6 , an injection valve 16 serving as an insertion device is provided, which injects an aqueous urea solution 18 into an inner space 20 which passes through the perforated plate from outer space 14 is gas permeable.

Die Einlaufkammer 6 hat im Ausführungsbeispiel eine Länge l1 von etwa 300 mm und einen Durchmesser von etwa 440 mm. Das im äußeren Raum 14 der Einlaufkammer 6 gemäß den Strömungspfei­ len 10 zirkular umlaufende Abgas tritt gemäß Strömungspfeilen 22 durch die Löcher im Lochblech 12 hindurch in den inneren Raum 20 und reißt die in den inneren Raum 20 eingedüste wäß­ rige Harnstofflösung 18 mit sich. Zusätzlich verfügt die Ein­ laufkammer 6 über eine thermische Isolation 24, die aus hit­ zebeständiger Steinwolle besteht und ein Abkühlen der Innen­ wände der Einlaufkammer 6 verhindert.In the exemplary embodiment, the inlet chamber 6 has a length l 1 of approximately 300 mm and a diameter of approximately 440 mm. The in the outer space 14 of the inlet chamber 6 according to the flow arrows 10 circularly circulating exhaust gas flows according to flow arrows 22 through the holes in the perforated plate 12 into the inner space 20 and tears the urea solution 18 injected into the inner space 20 with it. In addition, the running chamber 6 has a thermal insulation 24 , which consists of hit zebestende rock wool and prevents cooling of the inner walls of the inlet chamber 6 .

Infolge des bei dem Lochblech 12 realisierten Lochdurchmes­ sers d in Abhängigkeit von einem axialen Abstand l von dem Eindüsventil 16 (vergleiche Fig. 2) und des Lochabstandes a in Abhängigkeit von dem axialen Abstand l von dem Eindüsven­ til 16 (vergleiche Fig. 3) wird eine besonders homogene Ver­ teilung der Harnstofflösung 18 im Abgas über den gesamten Querschnitt der Einlaufkammer 6 erzielt.As a result of the hole diameter realized in the perforated plate 12 ders depending on an axial distance l from the injection valve 16 (see FIG. 2) and the hole distance a depending on the axial distance l of the injector valve 16 (see FIG. 3) achieved a particularly homogeneous distribution of the urea solution 18 in the exhaust gas over the entire cross section of the inlet chamber 6 .

In Strömungsrichtung des Abgases schließt sich als nächstes ein Hydrolysekatalysator 26 an, der eine Länge l2 von etwa 100 mm und einen Durchmesser von etwa 400 mm aufweist. Weil der Durchmesser der Einlaufkammer 6 den Durchmesser des Hy­ drolysekatalysators 26 um etwa 10% übersteigt, wird es er­ reicht, daß die Abgasstromdichten über den gesamten Quer­ schnitt des Hydrolysekatalysators 26 nahezu gleich sind. Dies ist im Hydrolysekatalylsator 26 durch über den Querschnitt verteilte etwa gleich lange Strömungspfeile 28 symbolisiert. Damit ist auch die Belastung des Hydrolysekatalysators 26, d. h. die Hydrolyse der Harnstofflösung 18 zu Wasser und Am­ moniak, über den gesamten Querschnitt nahezu gleich verteilt, wodurch eine vollständige Hydrolyse der Harnstofflösung 18 erreicht wird. Der Hydrolysekatalysator 26 ist als kerami­ scher Wabenkörper auf Titandioxidbasis aufgebaut und weist als katalytisch aktiven Bestandteil etwa 1 Gew.-% oberfläch­ lich aufgetragenen Platins auf. Der Wabenkörper hat eine Zellenzahl von etwa 200 cpsi (Zellen pro Quadratinch) und eine Stegbreite von etwa 0,8 mm.A hydrolysis catalytic converter 26 , which has a length l 2 of approximately 100 mm and a diameter of approximately 400 mm, is next connected in the flow direction of the exhaust gas. Because the diameter of the inlet chamber 6 exceeds the diameter of the hydrolysis catalytic converter 26 by about 10%, it will suffice that the exhaust gas flow densities over the entire cross section of the hydrolysis catalytic converter 26 are almost the same. This is symbolized in the hydrolysis catalyst 26 by flow arrows 28 of approximately the same length distributed over the cross section. Thus, the load on the hydrolysis catalytic converter 26 , ie the hydrolysis of the urea solution 18 to water and ammonia, is distributed almost equally over the entire cross section, as a result of which a complete hydrolysis of the urea solution 18 is achieved. The hydrolysis catalytic converter 26 is constructed as a ceramic honeycomb body based on titanium dioxide and has about 1% by weight of platinum applied to the surface as a catalytically active component. The honeycomb body has a cell number of approximately 200 cpsi (cells per square inch) and a web width of approximately 0.8 mm.

An den Hydrolysekatalysator 26 schließt sich ein DeNOx-Kata­ lysator 30 an, der eine Länge l3 von etwa 500 mm und einen Durchmesser von etwa 400 mm aufweist. Der DeNOx-Katalysator 30 besteht ebenfalls aus einem hier nicht weiter dargestell­ ten Wabenkörper mit einer Zellenanzahl von etwa 200 cpsi und einer Stegbreite von 0,8 mm. Der Wabenkörper besteht im we­ sentlichen aus Titandioxid und weist als katalytisch aktiven Zusatz in der Summe etwa 10 Gew.-% Molybdänoxid und Vanadin­ pentoxid auf. Anstelle dieser katalytisch aktiven Komponenten könnte ebenso eine Phase der Summenformel VxMoyO32-z mit x + y < 12, x, y ≧ 1 und z ≦ 1 verwendet sein, deren Anteil etwa 5 Gew.-% ausmachen würde. Durch die Kontaktierung der im entlang eines Strömungspfeils 32 strömenden Abgases enthalte­ nen Stickoxide und des Ammoniaks an einem katalytisch aktiven Zentrum des DeNOx-Katalysators 30 werden die Stickoxide und der Ammoniak katalytisch zu Stickstoff und Wasser umgesetzt. Aufgrund der bereits im Hydrolysekatalysator erzielten homo­ genen Verteilung des Ammoniaks über die gesamte Querschnitts­ fläche und der über den gesamten Querschnitt etwa gleichen Abgasstromdichten wird der DeNOx-Katalysator 30 über seinen gesamten Querschnitt gleichmäßig für die katalytische Umset­ zung der Stickoxide mit Ammoniak ausgenutzt. Aufgrund dieser Tatsache reicht die hier gewählte Katalysatorlänge l3 und der gewählte Querschnitt aus, das Abgas des im Ausführungsbei­ spiel gewählten 300 kW-Dieselmotors bei entsprechendem Ammo­ niakangebot zu 90% und darüber zu entsticken. The hydrolysis catalytic converter 26 is followed by a DeNO x catalytic converter 30 , which has a length l 3 of approximately 500 mm and a diameter of approximately 400 mm. The DeNO x catalyst 30 also consists of a honeycomb body, not shown further here, with a cell number of approximately 200 cpsi and a web width of 0.8 mm. The honeycomb body consists essentially of titanium dioxide and has a total of about 10% by weight of molybdenum oxide and vanadium pentoxide as a catalytically active additive. Instead of these catalytically active components, a phase of the empirical formula V x Mo y O 32-z with x + y <12, x, y ≧ 1 and z ≦ 1 could also be used, the proportion of which would make up about 5% by weight. By contacting the nitrogen oxides contained in the exhaust gas flowing along a flow arrow 32 and the ammonia at a catalytically active center of the DeNO x catalyst 30 , the nitrogen oxides and the ammonia are converted catalytically to nitrogen and water. Due to the homogeneous distribution of the ammonia already achieved in the hydrolysis catalytic converter over the entire cross-sectional area and the exhaust gas flow densities which are approximately the same over the entire cross section, the DeNO x catalytic converter 30 is used uniformly over its entire cross section for the catalytic conversion of the nitrogen oxides with ammonia. Due to this fact, the selected catalyst length l 3 and the selected cross section is sufficient to denoxify the exhaust gas of the 300 kW diesel engine selected in the exemplary embodiment with a corresponding ammonia supply to 90% and above.

An den DeNOx-Katalysator 30 schließt sich in Strömungsrich­ tung 32 des Abgases ein Oxidationskatalysator 34 an, der be­ züglich seiner Abmessungen und seines maskroskopischen Auf­ baus dem Hydrolysekatalysator 26 gleicht. Als katalytisch ak­ tive Bestandteile weist der Oxidationskatalysator 34 Edelme­ talle und/oder Oxide der 3d-Metalle, der 4f-Metalle und der seltenen Erdmetalle auf. An diesen katalytisch aktiven Zen­ tren werden die im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe, Koh­ lenmonoxid und nicht bei der Stickoxidreduktion verbrauchter Ammoniak katalytisch zu Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff oxidiert. Anschließend strömt das Abgas in einen Schalldämp­ fer 36, der eine Länge l5 von etwa 300 mm und einen Durchmes­ ser von etwa 400 mm aufweist und von dort entlang eines Strö­ mungspfeils 38 ins Freie. Inklusive des in die Einrichtung 2 zur Stickoxidminderung integrierten Schalldämpfers 36 beträgt die Gesamtlänge nur etwa 1300 mm. Aufgrund der erfindungsge­ mäßen Ausgestaltung des Lochbleches 12 und des Durchmessers der Einlaufkammer 6 im Bezug zum Durchmesser des Hydrolyseka­ talysators 26 wird auf dieser Weglänge ein nahezu vollständi­ ger Abbau im Abgas enthaltener Stickoxide nach dem SCR-Ver­ fahren bei gleichzeitig vernachlässigbarem Ammoniakschlupf erreicht. Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung 2 kann bezüg­ lich ihrer Abmessungen auch an Motoren mit deutlich größerer oder deutlich kleinerer Leistung angepaßt werden.The DeNO x catalyst 30 is followed in the flow direction 32 of the exhaust gas by an oxidation catalytic converter 34 , which is similar to the hydrolysis catalytic converter 26 with regard to its dimensions and its mask-like structure. As catalytically active constituents, the oxidation catalyst has 34 noble metals and / or oxides of the 3d metals, the 4f metals and the rare earth metals. At these catalytically active centers, the hydrocarbons, carbon monoxide and ammonia not consumed in nitrogen oxide reduction are catalytically oxidized to carbon dioxide, water and nitrogen in the exhaust gas. The exhaust gas then flows into a silencer 36 , which has a length l 5 of approximately 300 mm and a diameter of approximately 400 mm, and from there along a flow arrow 38 into the open. Including the silencer 36 integrated in the device 2 for nitrogen oxide reduction, the total length is only about 1300 mm. Due to the design of the perforated plate 12 according to the invention and the diameter of the inlet chamber 6 in relation to the diameter of the hydrolysis catalyst 26 , an almost complete decomposition of nitrogen oxides contained in the exhaust gas after the SCR process is achieved with negligible ammonia slip along this path length. The device 2 shown in Fig. 1 can be adapted bezüg Lich their dimensions to engines with significantly larger or significantly smaller power.

Claims (7)

1. Einrichtung (2) zur Minderung der Stickoxide im Abgas ei­ nes mit Luftüberschuß betriebenen Verbrennungsmotors, bei der eine Einlaufkammer (6), ein Hydrolyse-Katalysator (26), ein DeNOx-Katalysator (30) und ein Oxidationskatalysa­ tor (34) umfaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufkammer (6), der Hydrolyse-Katalysator (26), der DeNOx-Katalysator (30) und der Oxidationskatalysator (34) ei­ ne im wesentlichen zylindrische vom Abgas in der genannten Reihenfolge durchströmbare Einheit bilden, und daß der Durch­ messer der Einlaufkammer (6) den Durchmesser des Hydrolyse- Katalysators (26) um maximal 10% übersteigt, und dass die Einlaufkammer (6) als Dralleinlaufkammer für das Abgas ausgebildet ist, eine Einbringvorrichtung (16) für ein Re­ duktionsmittel (18) umfaßt sowie ein Lochblech (12) aufweist, das die Einlaufkammer (6) in einen äußeren vom Abgas zirkular durchströmbaren Raum (14) und einen inneren Raum, der sich von der Einbringvorrichtung (16) beginnend in Richtung zum Hydrolyse- Katalysator (26) kegelförmig ausdehnt, gasdurchlässig unter­ teilt.1. Device ( 2 ) for reducing the nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine operated with excess air, in which an inlet chamber ( 6 ), a hydrolysis catalytic converter ( 26 ), a DeNO x catalytic converter ( 30 ) and an oxidation catalytic converter ( 34 ) characterized in that the inlet chamber ( 6 ), the hydrolysis catalytic converter ( 26 ), the DeNO x catalytic converter ( 30 ) and the oxidation catalytic converter ( 34 ) form a substantially cylindrical unit through which the exhaust gas can flow in the order mentioned, and that the diameter of the inlet chamber ( 6 ) exceeds the diameter of the hydrolysis catalytic converter ( 26 ) by a maximum of 10%, and that the inlet chamber ( 6 ) is designed as a swirl inlet chamber for the exhaust gas, an introduction device ( 16 ) for a reductant ( 18 ) and has a perforated plate ( 12 ) which the inlet chamber ( 6 ) into an outer space through which the exhaust gas can flow in a circular manner ( 14 ) and an inner space which extends from the built-in ring device ( 16 ) starting in the direction of the hydrolysis catalyst ( 26 ) expands conically, gas-permeable under divides. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lochabstand (a) des Lochbleches (12) als Funktion eines Abstandes von der Einbringvorrichtung (16) zunächst abnimmt und anschließend wieder zunimmt.2. Device according to claim 1, characterized in that the hole spacing (a) of the perforated plate ( 12 ) as a function of a distance from the introduction device ( 16 ) initially decreases and then increases again. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lochabstand (a) ausgehend von etwa 20 mm abnimmt und da­ nach wieder auf etwa 20 mm zunimmt.3. Device according to claim 2, characterized in that the hole spacing (a) decreases from about 20 mm and there after again increasing to about 20 mm. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lochdurchmesser (d) des Lochbleches als Funktion des Ab­ standes von der Einbringvorrichtung (16) zunächst zunimmt und danach wieder abnimmt.4. Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the hole diameter (d) of the perforated plate as a function of the state from the introduction device ( 16 ) initially increases and then decreases again. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lochdurchmesser (d) etwa zwischen 5 und 25 mm beträgt.5. Device according to claim 4, characterized in that the hole diameter (d) is approximately between 5 and 25 mm. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang der Einlaufkammer (6) thermisch isoliert ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the outer periphery of the inlet chamber ( 6 ) is thermally insulated. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine thermische Isolation (24) aus einem oder mehreren der Werkstoffe Mineralwolle, Glaswolle und Steinwolle.7. Device according to claim 6, characterized by thermal insulation ( 24 ) made of one or more of the materials mineral wool, glass wool and rock wool.
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