Beschreibung

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die Reinigung von Abgasen eines überwie gend mit stöchiometrischem Kraftstoffgemisch betriebenen Verbrennungsmotors. Das Abgassystem weist insbesondere 4 Reinigungsfunktionen in einer bestimmten Reihen folge auf. Ein motornaher TWC1 (Drei-Wege-Katalysator) wird gefolgt von einem GPF (Benzinpartikelfilter) und einem dahinter angeordneten weiteren TWC2. Das System weist zusätzlich eine Kohlenwasserstoffe speichernde Funktionalität auf.

Abgase von mit überwiegend (>50% der Betriebszeit) stöchiometrischem Luft/Kraftstoff- Gemisch betriebenen Verbrennungsmotoren, also z. B. mit Benzin oder Erdgas betrie bene Ottomotoren, werden in herkömmlichen Verfahren mit Hilfe von Drei-Wege-Kata- lysatoren (three-way-catalyst; TWC) gereinigt. Diese sind in der Lage, die drei wesentli chen gasförmigen Schadstoffe des Motors, nämlich Kohlenwasserstoffe, Kohlenmono xid und Stickoxide, gleichzeitig zu unschädlichen Komponenten umzusetzen. Stöchio metrisch heißt, dass im Mittel genau so viel Luft zur Verbrennung des im Zylinder vor handenen Kraftstoffs zur Verfügung steht, wie für eine vollständige Verbrennung benö tigt wird. Das Verbrennungsluftverhältnis l (A/F-Verhältnis; Luft/Kraftstoffverhältnis) setzt die tatsächlich für eine Verbrennung zur Verfügung stehende Luftmasse mi_,tats ins Verhältnis zur stöchiometrischen Luftmasse mi_,st:

Ist l < 1 (z. B. 0,9) bedeutet dies „Luftmangel“, man spricht von einem fetten Abgasge misch, l > 1 (z. B. 1,1) bedeutet „Luftüberschuss“ und das Abgasgemisch wird als mager bezeichnet. Die Aussage l = 1,1 bedeutet, dass 10% mehr Luft vorhanden ist, als zur stöchiometrischen Reaktion notwendig wäre.

Als katalytisch aktive Materialien werden in den Drei-Wege-Katalysatoren in der Regel Platingruppenmetalle, insbesondere Platin, Palladium und Rhodium eingesetzt, die bei spielsweise auf g-Aluminiumoxid als Trägermaterial vorliegen. Daneben enthalten Drei- wege-Katalysatoren Sauerstoffspeichermaterialien, beispielsweise Cer/Zirkonium- Mischoxide. In letzteren stellt Ceroxid, ein Seltenerdmetalloxid, die für die Sauer stoffspeicherung grundlegende Komponente dar. Neben Zirkoniumoxid und Ceroxid können diese Materialien zusätzliche Bestandteile wie weitere Seltenerdmetalloxide oder Erdalkalimetalloxide enthalten. Sauerstoffspeichermaterialien werden durch Auf bringen von katalytisch aktiven Materialien wie Platingruppenmetallen aktiviert und die nen somit auch als Trägermaterial für die Platingruppenmetalle.

Derartige katalytisch aktive Materialien samt Inhaltsstoffen werden durch einen Be schichtungsprozess auf z.B. Durchflusssubstrate aufgebracht. Nach dem Trocknen und Kalzinieren der Substrate können diese in das Abgassystem eingebaut werden. Durch flusssubstrate sind aus keramischen Materialien, wie z.B. Siliciumcarbid, Aluminiumtita- nat und Cordierit aufgebaut und seit längerem bewährt. Sie sind aus einer Vielzahl von parallelen Kanälen aufgebaut, die durch poröse Wände gebildet werden. Die Kanäle sind an beiden Enden des Durchflusssubstrats offen. Das Abgas fließt so vom Einlassbereich zum Auslassbereich und kontaktiert dabei das auf den Wänden aufgebrachte katalytisch aktive Material.

Neben den gasförmigen Schadstoffen enthält das Abgas von derartigen Verbrennungs motoren aber auch feinste Partikel (PM), die aus der unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffs resultieren und im Wesentlichen aus Ruß bestehen. Im Unterschied zur Par tikelemission von Dieselmotoren sind die Partikel im Abgas stöchiometrisch betriebener Verbrennungsmotoren, wie Ottomotoren, sehr klein und weisen eine durchschnittliche Partikelgröße kleiner 1 pm auf. Typische Partikelgrößen liegen im Bereich von 10 nm bis 200 nm. Des Weiteren ist die emittierte Partikelmenge sehr gering und bewegt sich im Bereich von 2 mg/km bis 4 mg/km.

Im Bereich der Reinigung von Abgas von mager betriebenen Motoren, also insbeson dere von Dieselmotoren, haben sich Partikelfilter aus keramischen Materialien, wie z.B. Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat und Cordierit seit längerem bewährt. Diese sind aus ei ner Vielzahl von parallelen Kanälen aufgebaut, die durch poröse Wände gebildet wer den. Die Kanäle sind wechselseitig an einem der beiden Enden des Filters verschlossen, so dass Kanäle A gebildet werden, die an der ersten Seite des Filters offen und auf der zweiten Seite des Filters verschlossen sind, sowie Kanäle B, die an der ersten Seite des Filters verschlossen und auf der zweiten Seite des Filters offen sind. Das beispielsweise in die Kanäle A einströmende Abgas kann den Filter nur über die Kanäle B wieder ver lassen, und muss zu diesem Zweck durch die porösen Wände zwischen den Kanälen A und B durchfließen. Beim Durchtritt des Abgases durch die Wand werden die Partikel zurückgehalten und das Abgas gereinigt. Bei derartigen Aggregaten spricht man von Wandflussfiltern.

Die so zurückgehaltenen Partikel müssen nachfolgend abgebrannt bzw. oxidiert werden, um ein Verstopfen des Filters bzw. einen inakzeptablen Anstieg des Gegendrucks des Abgassystems zu verhindern. Zu diesem Zweck kann beispielsweise das Wandflussfilter mit katalytisch aktiven Beschichtungen versehen werden, die die Zündtemperatur von Ruß herabsetzen. Es ist bereits bekannt, solche Beschichtungen auf die porösen Wände zwischen den Kanälen aufzubringen (sogenannte auf-Wand-Beschichtung) oder in die porösen Wände einzubringen (sogenannte in-Wand-Beschichtung). Die EP1657410A2 beschreibt auch bereits eine Kombination beider Beschichtungsarten, d. h. ein Teil des katalytisch aktiven Materials liegt in den porösen Wänden und ein anderer Teil auf den porösen Wänden vor.

Das Konzept, Partikel mittels Wandflussfiltern aus dem Abgas zu entfernen, ist bereits auf die Reinigung von Abgas von mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Gemisch betrie benen Verbrennungsmotoren übertragen worden, siehe zum Beispiel die EP2042226A2 (gasoline particle filter; GPF). Gemäß deren Lehre trägt ein Wandflussfilter zwei überei nander angeordnete Schichten, wobei eine in der porösen Wand und die andere auf der porösen Wand angeordnet sein kann.

Die europäische Abgasgesetzgebung sieht seit Inkrafttreten der Stufe Euro 6c ab Sep tember 2017 Abgasmessungen unter realen Bedingungen auf der Straße vor (Real Dri- ving Emissions; RDE). Je nach Fahrbedingungen können dadurch deutlich höhere An forderungen an den Katalysator entstehen, insbesondere im Hinblick auf die dynamische Umsetzung von Kohlenmonoxid und Stickoxiden. In den momentan gültigen Abgasnor men müssen für die Schadstoffe wie HC, CO, NOx und Partikel die Grenzwerte der Euro 6d-Norm unter RDE-Bedingungen auch für alle Neufahrzeuge eingehalten werden. Hinzu kommt, dass ein gewisser C0 ₂ -Flottengrenzwert nicht überschritten werden sollte. Insbesondere auch im Hinblick auf die Sekundäremissionen wie N2O und NH3 werden zukünftige Abgasnormen in Europa und der Welt sicherlich noch anspruchsvollere An forderungen an die Verbrennungsmotoren und deren Abgasaufbereitung stellen.

Es ist davon auszugehen, dass für derartige Normen einfache Katalysatoren und/oder Filter nicht mehr ausreichend sein werden. Daher werden auch im Bereich der überwie gend stöchiometrisch betriebenen Verbrennungsmotoren komplexere Abgassysteme Einzug halten müssen. Exemplarisch sei auf die EP3639919A1 verwiesen, in der ein Abgassystem bestehend aus einem ersten TWC gefolgt von einem GPF und einem wei teren TWC abstromseitig vom GPF vorgeschlagen wurde. Mittels dieser Systeme muss es dann gewährleistet werden, eine ausreichende katalytische Aktivität und Filtrations effizienz mit einem möglichst geringen Abgasgegendruck zu kombinieren. Insbesondere der Abgasgegendruck eines entsprechenden Systems führt zu einem erhöhten Ver brauch an Kraftstoff, was sich negativ auf die C0 ₂ -Bilanz auswirkt. Darüber hinaus kom men in zukünftigen Abgasnormen auch mehr und mehr sekundäre Emissionen wie das giftige NH ₃ oder klimaschädliches N ₂ O in den Blick. Alle diese Aspekte sollte ein ent sprechendes zukünftiges Abgassystem adressieren können.

Es besteht daher weiterhin ein Bedarf an Abgasreinigungssystemen für überwiegend mit stöchiometrischen Kraftstoffgemischen betriebenen Verbrennungsmotoren, die im Stande sind, alle erforderlichen schädlichen Bestandteile des Abgases dieser Motoren in höchst möglicher Weise zu beseitigen und dabei einen möglichst geringen Mehrver brauch an Kraftstoff bedingen.

Diese und weitere sich aus dem Stand der Technik für den Fachmann ergebenden Auf gaben werden von einem Abgassystem gemäß vorliegender Erfindung gelöst. Dadurch, dass man in einem Abgasreinigungssystem zur Reinigung von Abgasen eines überwie gend stöchiometrisch betriebenen Verbrennungsmotors aufweisend einen motornahen TWC1 auf einem Durchflusssubstrat, einen abstromseitig zum TWC1 angebrachten GPF als Wandflussfilter und abstromseitig zum GPF einen weiteren TWC2 auf einem Durchflusssubstrat, das System dahingehend modifiziert, dass es zusätzlich Materialien zum temporären Speichern von Kohlenwasserstoffen aufweist, gelangt man äußerst überraschend und vorteilhaft zur Lösung der gestellten Aufgaben.

Unter dem Begriff „temporär“ wird erfindungsgemäß verstanden, dass das Material in bestimmten Betriebszuständen des Abgassystems Kohlenwasserstoffe einspeichern kann und unter anderen diesen wieder abgibt bzw. keinen mehr aufnimmt. Das Spei chermaterial selbst wird hierdurch nicht verändert. So kann das Material z.B. bei niedri gen Temperaturen die im Abgas befindlichen Kohlenwasserstoffe einspeichern und bei erhöhten Temperaturen wieder abgeben bzw. umsetzen (siehe hierzu weiter unten). Da mit steht das Speichermaterial dann für eine weitere Einspeicherung von Kohlenwasser stoffen wieder zur Verfügung.

Die Etablierung eines Materials zum Speichern von Kohlenwasserstoffen in dem oben dargestellten System stellt eine optimale Kombination von vier funktionalen Abgasreinigungskomponenten dar, die zukünftige Abgasgrenzwerte einzuhalten erlaubt und darüber hinaus die Möglichkeit eröffnet, ein hohes Maß an Schadstoffreduktion im System zu realisieren. Durch die zusätzliche Speicherfunktion können im Abgas nicht umgesetzte Kohlenwasserstoffe insbesondere bei niedrigen Temperaturen abgefangen und eingespeichert werden. Sie gelangen so nicht in die Umwelt. Sofern es die Betriebs zustände des Abgasreinigungssystems zulassen, werden die Kohlenwasserstoffe ins besondere bei höheren Abgastemperaturen wieder desorbiert und z.B. über einem TWC zu Wasser und Kohlendioxid oxidiert.

Materialien zum Speichern von Kohlenwasserstoffen werden auch Kohlenwasserstofffal len (hydrocarbon trap; HCT) genannt. Die bevorzugt eingesetzten HCTs nehmen aus dem Abgas die emittierten Kohlenwasserstoffe bei niedrigen Temperaturen von weniger als 300°C, vorzugsweise weniger als 350°C auf (es wird bei dieser Temperatur netto mehr gespeichert als abgegeben). Die HCT kann mit einem Oxidationskatalysator ver gesellschaftet sein. Die Kohlenwasserstoffspeicherfähigkeit wird bevorzugt im Frischzu stand bestimmt. Die Speicherfähigkeit der eingesetzten Materialien für Kohlenwasser stoffe kann nach Maßgabe der in der genannten Literatur beschriebenen Vorgehens weise bestimmt werden. Die im Rahmen dieser Erfindung angesprochene Kohlenwas serstoffspeicherfähigkeit bzw. -kapazität wird als Quotient aus gespeicherter Masse an Kohlenwasserstoffen pro Liter Substratvolumen angegeben. Tests zur Bestimmung der Kohlenwasserstoffspeicherfähigkeit sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und in der Literatur beschrieben, beispielsweise in Lupescu et al. , "A New Catalyzed HC Trap Tech nology that Enhances the Conversion of Gasoline Fuel Cold-Start Emissions," SAE Int. J. Fuels Lubr 11(4): 411-425, 2018.

Durch das zusätzliche Material zur temporären Speicherung von Kohlenwasserstoffen sollte die Kohlenwasserstoffspeicherfähigkeit des Abgasreinigungssystems auf mindes tens 0,02 g Kohlenwasserstoffe pro L Substratvolumen erhöht werden (gemessen im Frischzustand). Insgesamt sollte die Speicherkapazität der eingesetzten Kohlenwasser stoffspeicherkomponenten ausreichen, damit im System zwischen 0,02 und 7,0 g Koh lenwasserstoffe pro Liter Substratvolumen, bevorzugt zwischen 0,05 und 6,0 g Kohlen wasserstoffe pro Liter Substratvolumen und besonders bevorzugt zwischen 0,08 und 5,0 g Kohlenwasserstoffe pro Liter Substratvolumen gespeichert werden kann (immer bezo gen auf den Frischzustand und das Substrat auf dem die Materialien sich befinden). Diese, die Kohlenwasserstoffe temporär speichernden Materialen sind in einer ausrei chenden Menge im Abgassystem vorhanden. Als bevorzugte Menge hat sich ein Wert von 50 - 350 g/L, vorzugsweise 75 - 300 g/L und ganz bevorzugt 100 - 250 g/L Sub stratvolumen erwiesen. Als Substratvolumen wird das Volumen des Substrats herange zogen, auf dem sich das Speichermaterial befindet.

Für die temporäre Speicherung von Kohlenwasserstoffen können dem Fachmann ge läufige Materialien herangezogen werden. Vorzugsweise sind dies Zeolithe, wie z.B. Mordenite (MOR), Y-Zeolithe (FAU), ZSM-5 (MFI), Ferrierite (FER), Chabazite (CHA), AEI, LEV und ß-Zeolithe (BEA) sowie zeolithähnlichen Materialien, wie z.B. Aluminiump hosphate (AIPO) und Siliziumaluminiumphosphat (SAPO) oder Mischungen davon (EP0324082A1). Materialien, welche sich für die Anwendung zur Speicherung von NH ₃ als besonders günstig erwiesen haben, sind in der US2006/0010857AA bzw. W02004076829A1 benannt. Besonders bevorzugt werden ZSM-5 (MFI), Chabazite (CHA), Ferrierite (FER), SAPO-34 und ß-Zeolithe (BEA) eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt werden CHA , BEA und AIPO-34 bzw. SAPO-34 verwendet. Äußerst bevor zugt werden Materialien des BEA-Typs verwendet. Diese Materialien sind, um eine ver besserte Speicheraktivität zu gewährleisten, vorzugsweise mit einem oder mehreren Metallen aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Kupfer, Cäsium, Cer, Lanthan, Nickel, Mangan, Silber und Palladium versehen. Ganz besonders vorteilhaft ist Eisen in diesem Zusammenhang zu nennen. Der Fachmann weiß dabei, wie er die Zeolithe oder das zeolithähnliche Material mit den Übergangsmetallen zu versehen hat (PCT/EP2012/061382 sowie dort zitierte Literatur), um eine gute Aktivität für die tempo räre Speicherung von Kohlenwasserstoffen bereitstellen zu können.

Unter dem Begriff „Zeolith“ versteht man poröse Materialien mit einer Gitterstruktur aus eckenverknüpften AIO ₄ und Si0 ₄ -Tetraedern gemäß der allgemeinen Formel (W.M. Meier, Pure & Appl. Chem., Vol. 58, No. 10, pp. 1323-1328, 1986):

M _m /z [m AI0 ₂ ^* n Si0 ₂ ] ^* q H ₂ 0

Die Struktur eines Zeolithen umfasst somit ein aus Tetraedern aufgebautes Netzwerk, das Kanäle und Hohlräume umschließt. Man unterscheidet natürlich vorkommende und synthetisch hergestellte Zeolithe.

Unter dem Begriff „zeolithähnliche Verbindung“ wird im Rahmen dieser Schrift eine Ver bindung verstanden, die denselben Strukturtyp aufweist, wie eine natürlich vorkom mende odereine synthetisch hergestellte Zeolithverbindung, die sich von solchen jedoch dadurch unterscheidet, dass die entsprechende Käfigstruktur nicht ausschließlich aus Aluminium- und Siliziumgerüstatomen aufgebaut ist. In solchen Verbindungen werden die Aluminium- und/oder Siliziumgerüstatome anteilig durch andere drei-, vier- oder fünf wertige Gerüstatome wie beispielsweise B(lll), Ga(lll), Ge(IV), Ti(IV) oder P(V) ersetzt. In der Praxis am häufigsten zur Anwendung kommt der Ersatz von Aluminium- und/oder Siliziumgerüstatomen durch Phosphoratome, beispielsweise in den Siliziumaluminiump hosphaten oder in den Aluminiumphosphaten, die in Zeolithstrukturtypen kristallisieren. Prominente Beispiele sind das in Chabazitstruktur kristallisierende Siliziumaluminiump hosphat SAPO-34 und das in Chabazitstruktur kristallisierende Aluminiumphosphat AIPO-34.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Einsatzes von übergangsmetallausge- tauschten Zeolithen bzw. zeolithähnlichen Verbindungen ist die Möglichkeit, dass diese Substanzen wie oben schon gesagt bei niedrigeren Temperaturen, z.B. im sogenannten Kaltstartmodus die unverbrannten Kohlenwasserstoffe einspeichern und diese dann erst bei erhöhten Temperaturen wieder abgeben. Bei diesen Temperaturen sind Katalysato ren zum Oxidieren von Kohlenwasserstoffen dann soweit aufgeheizt, dass diese die desorbierten Kohlenwasserstoffe entsprechend zu Wasser und Kohlendioxid oxidieren können. Insbesondere beim Einsatz der Kohlenwasserstoffe temporär speichernden Ma terialien auf einem separaten Durchflusssubstrat ist es von Vorteil, wenn diese Materia lien ebenfalls Katalysatoren zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu H2O und CO2 aufweisen. Es wird auf das weiter unten zu diesem Punkt Gesagte verwiesen.

Das, die Kohlenwasserstoffe temporär speichernde Material kann im Abgasreinigungs system auf einem oder den schon vorhandenen Aggregaten verteilt werden. Hierbei kann das entsprechende Material im Verhältnis zu den ggf. schon vorhandenen kataly tisch aktiven Materialien vergesellschaftet mit diesen oder in Zonen oder Schichten ge trennt zu diesen auf einem oder mehreren Substraten vorliegen. Als solches bietet es sich an, das die Kohlenwasserstoffe temporär speichernde Material überwiegend auf den TWC2 zu verorten. Sofern in bestimmten Betriebszuständen Kohlenwasserstoffe vermehrt nach dem TWC1 vorhanden sein sollten, so können diese auf dem abstrom seitig positionierten TWC2 entsprechend eingespeichert bzw. umgewandelt werden. Da der TWC2 vom Motorauslass entsprechend weiter entfernt ist, ist die Temperaturbelas tung hier moderater, was einer besseren Speicherung Vorschub leistet. Sofern der vor zugsweise im Unterboden befindliche TWC2 dann auf Betriebstemperatur aufgewärmt ist, werden die eingespeicherten Kohlenwasserstoffe desorbiert und über dem TWC2 zu CO2 und Wasser umgesetzt. So wird auch eine thermische Schädigung des die Kohlen wasserstoffe temporär speichernden Materials maximal vermieden.

Alternativ aber bevorzugt kann das die Kohlenwasserstoffe temporär speichernde Mate rial jedoch auch auf einem separaten Durchflusssubstrat angeordnet sein. Hierbei kann dieses Durchflusssubstrat (KAT) nach dem Fachmann bekannten Gesichtspunkten im Abgasreinigungssystem angeordnet werden (siehe Fig. 2 -4). Bevorzugt ist eine Anord nung, bei der KAT abstromseitig zum TWC2 angeordnet ist. Die Vorteile sind die glei chen wie oben für die Verortung des entsprechenden Materials auf den TWC2 genann ten. Damit ist der KAT - wie der TWC2 - vorzugsweise im Unterboden des Fahrzeugs angesiedelt. Alternativ kann der KAT allerdings auch aufstromseitig zum TWC2 oder abstromseitig zum TWC1 und vor oder hinter den GPF beheimatet werden. Insbeson dere scheint es bei dieser letztgenannten Kombination von Vorteil zu sein, wenn der KAT in einer Entfernung von 30 - 250 cm, vorzugsweise 40 - 200 cm und ganz bevorzugt 50 - 180 cm abstromseitig zum Ausgang des TWC1 angeordnet ist. Ganz besondere be vorzugtwird der KAT im Unterboden des Fahrzeugs beheimatet.

Generell hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die einzelnen Substrate des erfin dungsgemäßen Abgasreinigungssystems (TWC1, GPF, TWC2, KAT) hinsichtlich der Größe des Volumens, dass sie einnehmen, in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. So ist von Vorteil, wenn der TWC1 einen Anteil des Volumens am Gesamtsys tem einnimmt, welcher zwischen 20 und 50 Vol.-%, bevorzugt 30 - 40 Vol.-% liegt. Der GPF sollte einen Volumenanteil von 20 - 60 Vol.-%, bevorzugt 25 - 55 Vol.-% bezogen auf das Gesamtsystem aufweisen. Gleichfalls sollte der Anteil von TWC2 am Gesamt system 10 - 40 Vol.-%, bevorzugt 15 - 35 Vol.-% betragen. Der KAT aufweisend das Material zum temporären Speichern von Stickoxiden besitzt einen Anteil von vorzugs weise 5 - 30 Vol.-%, mehr bevorzugt 10 - 30 Vol.-% an dem Gesamtvolumen der Sub strate im Abgasreinigungssystem. Unter Gesamtsystem wird hier die Summe der Volu mina der Substrate von TWC1, GPF, TWC2 und KAT verstanden.

Der KAT weist eine relativ hohe Washcoatbeladung in g/L auf, die von 100 - 500 g/L, bevorzugt 125 - 450 g/L und ganz bevorzugt 150 - 400 g/L reicht. Der Aufbau des KAT entspricht in einer Ausgestaltung dem eines Oxidationskatalysators. Letzterer besitzt eine Oxidationsfunktion, um Kohlenwasserstoffe im Abgas oxidieren zu können. Bei der artigen Katalysatoren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn diese in einem zonierten und/oder geschichteten Aufbau vorliegen. Z.B. kann der KAT eine obere auf dem Substrat aufgebrachte Schicht mit einer Oxidationsfunktion für die Oxidation von Koh lenwasserstoffen aufweisen und unter dieser Schicht zumindest teilweise eine weitere Schicht mit dem Kohlenwasserstoffe temporär speichernden Material besitzen. Alterna tiv kann der KAT eine untere Schicht mit einer Oxidationsfunktion aufweisen, über die in einer oberen Schicht das die Kohlenwasserstoffe temporär speichernde Material aufge bracht ist. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die temporäre Spei cherfunktion und die Oxidationsfunktion auch ganz oder teilweise vergesellschaftet in derselben Schicht vorliegen und optional zusätzlich eine weitere Schicht mit einer Oxi dationsfunktion besitzen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die temporäre Kohlen wasserstoffspeicherfunktion und die Oxidationsfunktion auf verschiedene Substrate auf zubringen. Als Ausgestaltungen hinsichtlich des Designs und der Materialien für die HCT kommen insbesondere solche aus der US20190351397AA, US20190351398AA oder US20190351393AA in Frage.

Das die Kohlenwasserstoffe temporär speichernde Material kann dabei wie weiter oben beschrieben ausgebildet sein. Als besonders bevorzugt haben sich hier mit Kupfer oder Eisen und/oder Palladium übergangsmetallausgetauschte Zeolithe des CHA, BEA bzw. AEI erwiesen. Mit Eisen oder Eisen und Palladium ausgetauschtes BEA ist besonders bevorzugt. Die Oxidationsfunktion wird im Wesentlichen durch die Metalle Rh, Pt und/oder Pd, bevorzugt Pt und/oder Pd oder Rh oder Rh und Pd bereitgestellt, die in einer Ausführungsform auf hochoberflächigem aktiven Aluminium geträgert sind. Aktives Aluminium enthält bis zu 10 Gew.-% bezogen auf das Aluminiumoxid an Lanthan und/oder Si0 ₂ als Beimengung. In einer alternativen aber bevorzugten Ausführungsform wird die Oxidationsfunktion durch Rh und/oder Pd und/oder Pt bereitgestellt, die auf ein Gemisch aus hochoberflächigem Aluminiumoxid und gängigen Sauerstoffspeichermate rialien wie Ceroxide, Cer-Zirkonmischoxide oder mit La, Y, Pr, Nd dotierte Cer bzw. Cer- Zirkonmischoxide geträgert sind. Durch das Design des KAT, die Applikation und Aus wahl der Edelmetalle lässt sich die oxidative Wirkung der oxidativen Beschichtung gut austarieren, um eine ausreichende oxidative Wirkung auf die Kohlenwasserstoffe ausü ben zu können.

Es kann ebenfalls von Vorteil sein, wenn den Kohlenwasserstoffe temporär speichern den Materialien auf dem KAT auch solche zugefügt werden, die befähigt sind, Sauerstoff zu speichern. Letzteres sind die in den TWCs in der Regel eingesetzten Sauerstoffspei chermaterialien. Diese bewirken die Bereitstellung einer sauerstoffreicheren Umgebung, die für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen vorteilhaft ist. Entsprechende Materialien sind u.a. in der EP2007682A1, EP1921044A2, US6468941B1, US6585944B1 und US20050282698A1 beschrieben. Vorzugsweise kommen diesbezüglich Ceroxide, Cer- Zirkonmischoxide oder mit La, Y, Pr, Nd dotierte Cer bzw. Cer-Zirkonmischoxide in Be tracht. Die Menge an Sauerstoff speicherndem Material kann vom Fachmann bemessen werden, sollte aber nicht unter 0,1 g/g, vorzugsweise 0,20 g/g bezogen auf das Gewicht des die Kohlenwasserstoffe temporär speichernden Materials eingesetzt werden.

TWC1 und TWC2 sind moderne Drei-Wege-Katalysatoren. Der Fachmann weiß, welche er für den vorliegenden Zweck einsetzen würde (siehe z.B. WO2019121994A1, WO2019121995A1, W09535152A1, W02008000449A2, EP0885650A2,

EP1046423A2, EP1726359A1, EP1541220A1, EP1900416B1, EP3045226A1,

W02009012348A1 und EP1974809B1). Drei-Wege-Katalysatoren bestehen im Wesent lichen aus den Komponenten Edelmetall, hochoberflächiges Trägeroxid und Sauerstoff speichermaterial. Die Sauerstoffspeichermaterialien sind insbesondere solche, in denen Cer/Zirkonium/Seltenerdmetall-Mischoxiden Vorkommen. Als Seltenerdmetalloxid kom men beispielsweise Lanthanoxid, Yttriumoxid, Praseodymoxid, Neodymoxid, Samari umoxid und Mischungen von einem oder mehreren dieser Metalloxide in Betracht. Be vorzugt sind Lanthanoxid, Yttriumoxid, Neodymoxid und Mischungen von einem oder mehreren dieser Metalloxide. Besonders bevorzugt sind Lanthanoxid, Yttriumoxid und ganz besonders bevorzugt ist eine Mischung von Lanthanoxid und Yttriumoxid in diesem Zusammenhang.

Als Trägeroxid für katalytisch aktive Metalle kommen für den Fachmann hochoberflä chige, temperaturstabile Oxide in Betracht. In der Regel sind dies Aluminiumoxide, Sili ziumoxide, Zirkonoxide oder Titanoxide oder Mischungen derselben. Insbesondere akti ves Aluminiumoxid ist dem Fachmann in diesem Zusammenhang bekannt. Es bezeich net insbesondere g-Aluminiumoxid mit einer Oberfläche von 100 bis 200 m ² /g. Aktives Aluminiumoxid ist in der Literatur vielfach beschrieben und am Markt erhältlich. Es ent hält in der Regel Siliziumoxid oder Lanthanoxid als Stabilisator in einer Menge von bis zu 10 Gew.-% bezogen auf das Aluminiumoxid.

Drei-Wege-Katalysatoren enthalten als katalytisch aktive Komponenten zumeist Metalle der Platingruppe, wie Pt, Pd und Rh, wobei Pd und Rh besonders bevorzugt sind. Die katalytisch aktiven Metalle sind häufig hochdispers auf den hochoberflächigen Oxiden und den Sauerstoffspeichermaterialien abgeschieden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Edelmetalle auf dem Sauerstoffspeichermaterial vorfixiert werden, bevor dieses mit den übrigen Bestandteilen in die Beschichtungsmischung vermengt wird. Bei den TWCs sind gezonte oder gelayerte Ausführungsform mittlerweile der Normalfall. In einer bevor zugten Ausführungsform besitzt zumindest der TWC1 einen 2-Schichtaufbau mit zwei unterschiedlichen Drei-Wege-Beschichtungen, vorzugsweise wie in EP3247493A1 be schrieben.

Die Drei-Wege-Katalysatoren werden durch einen dem Fachmann geläufigen Beschich tungsschritt vorzugsweise auf ein Durchflusssubstrat aufgebracht. Durchflusssubstrate sind im Stand der Technik übliche Katalysatorträger, die aus Metall (corrugated carrier, z.B. W017153239A1, WO16057285A1, WO15121910A1 und darin zitierte Literatur) oder keramischen Materialien bestehen können. Bevorzugt werden feuerfeste Kerami ken wie zum Beispiel Cordierit, Siliziumcarbit oder Aluminiumtitanat etc. eingesetzt. Die Anzahl der Kanäle pro Fläche wird durch die Zelldichte charakterisiert, welche üblicher Weise zwischen 300 und 900 Zellen pro Quadrat inch (cells per square inch, cpsi) liegt. Die Wanddicke der Kanalwände beträgt bei Keramiken zwischen 0,5 - 0,05 mm.

Der TWC1 ist erfindungsgemäß vorzugsweise motornah verbaut. Dies bedeutet, dass zwischen dem Turbolader und der einlassseitigen Stirnfläche des TWC1 lediglich 1 -40 cm Entfernung liegen. Bevorzugt ist der Katalysator TWC1 2 - 30 cm und ganz bevor zugt 3 - 20 cm vom Turbolader entfernt verbaut. Der GPF kann in einigem Abstand vom TWC1, z.B. im Unterboden des Fahrzeugs verbaut werden. Bevorzugt ist jedoch die Ausführungsform, in der GPF recht nahe am auslassseitigen Ende des TWC1 verbaut wird. Bevorzugt ist der Abstand zwischen auslassseitiger Stirnfläche des TWC1 und GPF 1 - 60 cm, mehr bevorzugt 2 - 50 cm und ganz bevorzugt 3 - 40 cm. Der TWC2 ist entweder direkt nach dem Filter in einer motornahen Position verbaut, oder kommt vor zugsweise im Unterboden des Fahrzeugs im Abgassystem zum Einsatz. Dadurch ist die Temperaturbelastung dieses TWCs eine andere als die des TWC1. Aus diesem Grund unterscheiden sind die beiden TWCs in einigen Charakteristika voneinander. Bevorzugt weist der TWC2 eine geringene Washcoatbeladung als der TWC1 auf. Bevorzugt be steht der TWC1 aus mindestens 2-4 verschiedenen Drei-Wege-Katalysatorschichten oder Zonen, während derTWC2 bevorzugt aus mindestens 1-2 Drei-Wege-Katalysator- schichten oder Zonen besteht. In einerweiteren Ausführungsform hat es sich als vorteil haft erwiesen, wenn die Washcoatbeladung in g/L des TWC1 größer ist als die des TWC2, insbesondere um einen Faktor zwischen 1,25 - 4, mehr bevorzugt 1,5 - 3. Zu dem ist die Edelmetallkonzentration auf dem TWC1 bevorzugt größer als auf dem TWC2, insbesondere um einen Faktor 1,25 - 20, mehr bevorzugt 1,5 - 10. Die TWCs weisen eine übliche Washcoatbeladung auf. Diese liegt vorzugsweise bei 100 - 400 g/L, mehr bevorzugt 125 - 375 g/L und ganz bevorzugt 150 - 325 g/L.

Der GPF hat die Form eines Wandflussfilters. Als Wandflussfilter können alle im Stand der Technik üblichen keramischen Materialien eingesetzt werden. Bevorzugt werden po röse Wandflussfiltersubstrate aus Cordierit, Siliziumcarbid oder Aluminiumtitanat einge setzt. Diese Wandflussfiltersubstrate weisen An- und Abströmkanäle auf, wobei jeweils die abströmseitigen Enden der Anströmkanäle und die anströmseitigen Enden der Ab strömkanäle gegeneinander versetzt mit gasdichten „Stopfen“ verschlossen sind. Hier durch wird das zu reinigende Abgas, das das Filtersubstrat durchströmt, zum Durchtritt durch die poröse Wand zwischen An- und Abströmkanal gezwungen, was eine exzel lente Partikelfilterwirkung bedingt. Durch die Porosität, Poren-/Radienverteilung, und Di cke der Wand kann die Filtrationseigenschaft für Partikel ausgelegt werden. Die Porosi tät der Wandflussfilter beträgt in der Regel mehr als 40%, generell von 40% bis 75%, besonders von 45% to 70% [gemessen nach DIN 66133 - neueste Fassung am Anmel detag]. Die durchschnittliche Porengröße (Durchmesser) beträgt wenigstens 3 pm, z.B. von 3 pm bis 34 pm, bevorzugt mehr als 5 pm, insbesondere von 5 pm bis 28 pm oder von 7 pm bis 22 pm [gemessen nach DIN 66134 neueste Fassung am Anmeldetag].

Der GPF kann unbeschichtet, mit einer trockenen Pulverbeschichtung oder mit einer ggf. zusätzlichen, naßtechnisch hergestellten Beschichtung versehen im erfindungsgemä ßen System zum Einsatz kommen (EP3595796A1, W02020200394A1,

W02020200397A1). Entsprechende naßtechnisch hergestellte Filter mit verbesserter Filterwirkung werden in der WO2019121375A1 bzw. W02020200398A1 bzw. PCT/EP2019/057995 vorgestellt. Alternativ oder kumulativ kommt ebenfalls die Be schichtung mit einem trockenen Pulver in Betracht (siehe hierzu z.B. DE102018108346A1, US8277880B2). In erste Linie wird durch derartige Beschichtun gen die Filtrationseffizienz des Filters verbessert, ohne den Abgasgegendruck des Fil ters über die Maßen zu verschlechtern. Der GPF kann jedoch auch eine katalytische Beschichtung beherbergen. Ein Katalysatormaterial kann in Form einer Beschichtungs suspension auf und/oder in die porösen Wände der An- und/oder Abströmkanäle aufge tragen werden. In der Regel wird es sich dabei vorliegend um eine Beschichtung mit einem Drei-Wege-Katalysator handeln. Die Zusammensetzung entspricht den oben er folgten Ausführungen. Somit können alle Aggregate im erfindungsgemäßen Abgasreini gungssystem katalytisch aktive Edelmetalle der oben angegebenen Provenienz aufwei sen. In einer vorteilhafte Ausführungsform hat der GPF dabei eine höhere Edelmetallkonzentration in g/L Substratvolumen wie der TWC2. Sofern vorhanden ist es vorteilhaft, wenn der KAT eine höhere Edelmetallkonzentration in g/L Substratvolumen als der TWC2 besitzt. Beide genannten Ausführungsformen können je nach Anwen dungsfall jedoch auch reziprok gesehen Vorkommen. In einem besonderen Fall kann der TWC2 so ausgebildet sein, dass er lediglich Rhodium als Edelmetall aufweist.

Sofern der GPF mit einer Beschichtung versehen ist, so liegt die Washcoatbeladung bei 10 - 200 g/L, vorzugsweise 20 - 175 g/L und ganz bevorzugt 25 - 150 g/L. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Substrat mit den Materialien zum temporären Speichern von Am moniak (KAT) eine größere Washcoatbeladung in g/L aufweist als der GPF.

„Electrically heated catalyst“ (EHC) sind spezielle Katalysatorkörper, die durch das An legen einer Stromquelle erwärmt werden können. Der Vorteil derartiger Systeme liegt darin, dass Betriebszustände des Abgasreinigungssystems vermieden werden, in denen die Katalysatoren aufgrund niedriger Temperaturen nicht oder nicht mehr ausreichend aktiv sind. Solche Betriebszustände existieren im Wesentlichen, wenn das Fahrzeug erst kürzlich gestartet wurde. Durch schnelles elektrisches Aufheizen der Katalysatorsub strate, können die darauf befindlichen Katalysatoren auf Umsetzungstemperatur ge bracht werden und so der Ausstoß unumgesetzter Schadstoffe verringert werden. Vor liegend ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest eines der im System vorhandenen Katalysatorsubstrate (TWC1 , GPF, TWC2 oder KAT) ein elektrisch beheizbares Substrat ist. Ganz bevorzugt ist, wenn dies der TWC1 ist. Dieser ist aufgrund seiner Positionie rung im System als erstes auf Arbeitstemperatur. Daher ist der Einsatz von Strom hier am geringsten, was gerade im Hinblick auf hybride Anwendung äußerst bevorzugt ist, da die Batterie geschont werden kann. Entsprechende EHC-Systeme in Hybridvehikeln sind dem Fachmann bekannt (US8776500BB).

Um die Schadstoffe, welche vom Fahrzeug emittiert werde, weiter zu reduzieren, kann sich im erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystem, vorzugsweise in Strömungsrich tung des Abgases gesehen vor, nach oder im TWC2 ein sogenannter Ammoniakspei cherkatalysator befinden. Dieser kann im System ggf. gebildeten Ammoniak vermindern helfen, bevor er an die Umwelt abgegeben wird. Der Ammoniak wird temporär gespei chert und kann entweder mit vorhandenem Sauerstoff oder vorhandenem Stickoxid oxi diert werden. Hierbei entstehen Stickstoff und Wasser. Für die temporäre Speicherung von Ammoniak können dem Fachmann geläufige Materialien herangezogen werden. Vorzugsweise sind dies Zeolithe, wie z.B. Mordenite (MOR), Y-Zeolithe (FAU), ZSM-5 (MFI), Ferrierite (FER), Chabazite (CHA), AEI, LEV und ß-Zeolithe (BEA) sowie zeolit hähnlichen Materialien, wie z.B. Aluminiumphosphate (AIPO) und Siliziumaluminiump hosphat (SAPO) oder Mischungen davon (EP0324082A1). Materialien, welche sich für die Anwendung zur Speicherung von NH3 als besonders günstig erwiesen haben, sind in der US2006/0010857AA bzw. W02004076829A1 benannt. Besonders bevorzugt wer den ZSM-5 (MFI), Chabazite (CHA), Ferrierite (FER), SAPO-34 und ß-Zeolithe (BEA) eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt werden CHA , BEA und AIPO-34 bzw. SAPO-34 verwendet. Äußerst bevorzugt werden Materialien des CHA-Typs und hier höchst bevor zugt SSZ-13 verwendet. Diese Materialien sind, um eine verbesserte Speicheraktivität zu gewährleisten, vorzugsweise mit Übergangsmetallen aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Kupfer, Mangan und Silber versehen. Ganz besonders vorteilhaft ist Kupfer in diesem Zusammenhang zu nennen. Der Fachmann weiß dabei, wie er die Zeolithe oder das zeolithähnliche Material mit den Übergangsmetallen zu versehen hat (PCT/EP2012/061382 sowie dort zitierte Literatur), um eine gute Aktivität gegenüber der Reduktion von Stickoxiden mit Ammoniak bereitstellen zu können.

Die Speicherfähigkeit des Substrats für Ammoniak kann nach Maßgabe der folgenden Vorgehensweise bestimmt werden. Die im Rahmen dieser Erfindung angesprochene Ammoniakspeicherfähigkeit bzw. -kapazität wird als Quotient aus gespeicherter Masse Ammoniak pro Liter Katalysatorvolumen angegeben. Sie wird experimentell in einem Strömungsrohrreaktor bestimmt. Zur Vermeidung von unerwünschter Ammoniakoxida tion am Reaktormaterial wird ein Reaktor aus Quarzglas verwendet. Aus dem Bereich des Katalysators, dessen Ammoniakspeicherkapazität bestimmt werden soll, wird ein Bohrkern als Prüfling entnommen. Bevorzugt wird ein Bohrkern mit 1 Zoll Durchmesser und 3 Zoll Länge als Prüfling entnommen. Der Bohrkern wird in den Strömungsrohrre aktor eingesetzt und bei einer Temperatur von 600 °C in einer Gasatmosphäre aus 500 ppm Stickstoffmonoxid, 5 Vol.-% Sauerstoff, 5 Vol.-% Wasser und Rest Stickstoff mit einer Raumgeschwindigkeit von 30000 h ¹ für 10 Minuten konditioniert. Anschließend wird in einem Gasgemisch aus 0 Vol.-% Sauerstoff, 5 Vol.-% Wasser und Rest Stickstoff mit einer Raumgeschwindigkeit von 30000 h ¹ die Messtemperatur von 200 °C angefah ren. Nach Stabilisierung der Temperatur wird die NH3-Speicherphase durch Aufschalten eines Gasgemisch aus 450 ppm Ammoniak, 0 Vol.-% Sauerstoff, 5 Vol.-% Wasser und Rest Stickstoff mit einer Raumgeschwindigkeit von 30000 h ¹ eingeleitet. Dieses Gasge misch bleibt so lange aufgeschaltet, bis abströmseitig vom Prüfling eine stationäre Am moniakdurchbruchskonzentration verzeichnet wird. Die bei Stationarität gemessene NH3-Konzentration nach Katalysator kann auch unter der dosierten NH3-Konzentration liegen. Die auf dem Prüfling eingespeicherte Masse an Ammoniak wird aus der aufge zeichneten Ammoniak-Durchbruchskurve durch Integration vom Start der NH3-Speicher- phase bis zum Erreichen der Stationarität unter Einbeziehung der gemessenen statio nären NH3-Durchbruchskonzentration sowie dem bekannten Volumenfluss berechnet (schraffierte Fläche in der Fig. 1). Die Ammoniakspeicherkapazität wird berechnet als Quotient aus der eingespeicherten Masse an Ammoniak, geteilt durch das Volumen des getesteten Bohrkerns. Durch das zusätzliche Material zur Speicherung von Ammoniak sollte die Ammoniakspeicherfähigkeit des Abgasreinigungssystems auf mindestens 0,25 g Ammoniak pro L Substratvolumen erhöht werden. Insgesamt sollte die Speicherkapa zität der eingesetzten Ammoniakspeicherkomponenten ausreichen, damit im System 0,25 und 3,5 g NH3 pro Liter Substratvolumen, bevorzugt zwischen 0,5 und 2,2 g NH3 pro Liter Substratvolumen und besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 2,0 g NH3/Liter Substratvolumen Ammoniak gespeichert werden kann.

Das Material zur temporären Speicherung von Ammoniak kann zugleich im Stande sein, im Abgas vorhandene Stickoxide und den eingespeicherten Ammoniak zu Stickostoff zu komproportionieren. In diesem Fall wirkt der Ammoniakspeicher wie ein Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR; W02008106518A2). Des Weiteren kann es von Vorteil sein, wenn diesem SCR-Katalysator noch eine Funktion zur Oxidation von Ammoniak zu Stickstoff beigefügt wird(W02008106519A1). Vorteilhaft ist daher, dass die Materialien zum temporären Speichern von Ammoniak ebenfalls Katalysatoren zur Oxidation von NH ₃ zu N ₂ aufweisen. Als solches handelt es sich dann vorliegend um einen Ammoniakoxidationskatalysator (AMOX) bzw. einen Ammoniaksperrkatalysator (US5120695; EP1892395A1; EP1882832A2; EP1876331A2; W012135871A1;

US2011271664AA; W011110919 A1). Sofern zur Oxidation des eingespeicherten Am moniaks nicht genügend Stickoxide im System vorhanden sein sollten, kann der Ammo niak über dem AMOX auch mit vorhandenem Sauerstoff zu Stickstoff umgesetzt werden. In beiden Fällen - als SCR-Katalysator oder AMOX - erfolgt keine Abgabe von Ammo niak an die Umwelt.

Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn im erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystem eine Funktionalität zur temporären Speicherung von Stickoxide vorhanden ist. Hierdurch lässt sich verhindern, dass während sogenannter Kaltlaufphasen des Fahrzeugs übermäßig viele unumgesetzte Stickoxide emittiert werden. Diese werden dann eingespeichert und späterhin, wenn ausreichend Temperatur und Reduktionsmittel im Abgassystem vorhan den ist, entweder durch eine reduktive Regeneration (sogenannte NOx- Speicherkatalysatoren; NSC) oder durch thermale Desorption (passive NOx Speicher; PNA) und Reduktion übereinem Drei-Wege-Katalysator vermindert. Bzgl. der Wirkungs weise und den vorzugsweise einzusetzenden Materialien wird auf die einschlägige Lite ratur verwiesen (W02020058265A1; EP3695902A1; US2019120109AA;

U S2018318763AA ; US2015266002 AA; WO2019134958A1).

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen eines überwiegend stöchiometrisch betriebenen Verbrennungsmotors, bei dem das Abgas über ein Abgasreinigungssystem nach einem der vorhergehenden An sprüche geleitet wird. Die für das System benannten bevorzugten und alternativen Aus führungsformen gelten mutatis mutandis auch für das Verfahren.

Mit dem Abgassystem und dem vorgestellten Verfahren gemäß vorliegender Erfindung ist es möglich, die Abgasgrenzwerte zukünftiger noch strengerer Abgasnormen einhal- ten zu können. Neben den Standardwerten wie HC, CO, NOx und Ruß erlaubt das er findungsgemäße System zumindest in seinen vorteilhaften Ausgestaltungen auch die Reduzierung sogenannter sekundärer Schadstoffe, wie z.B. NH ₃ , N ₂ O und andere. Im Speziellen die motornahe Anordnung des TWC1 ermöglicht sehr hohe Umsatzraten für die emissionsrelevanten Schadstoffe CO, HC und NOx. Der zusätzliche TWC2 kann ggf. unterstützend wirken und vor allen in Betriebspunkten mit hoher Last und Abgasmas senströmen helfen, die hohen Konversionsraten von CO, HC und NOx sicherzustellen. Die Verwendung des Partikelfilters hingegen, führt zu signifikanten Abscheideraten von Ruß, sodass die gegebenen Emissionsgrenzwerte sicher eingehalten werden können. Dem Fachmann ist hinlänglich bekannt, dass klassische Dreiwegekatalysatoren in den entsprechenden Temperaturregimen und Motorbetriebspunkten gewisse Mengen an Kohlenwasserstoffen nicht vollständig oxidieren können. Schließlich wird durch Verwen dung von KAT sichergestellt, dass vor allem im Kaltstart gebildete Kohlenwasserstoffe zusätzlich signifikant reduziert werden können. Damit ist ein solches System prädesti niert dafür in Automobilen eingesetzt zu werden, die zukünftige strenge Abgasgrenz werte für eine Zulassung einhalten müssen. Fig. 1: Hier wird die typische Konzentrationskurve einer Ammoniakabsorptionsmessung gezeigt.

Fig. 2: Zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems mit KAT abstromseitig zum TWC2. Fig. 3: Zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems mit KAT zwi schen GPF und TWC2.

Fig. 4: Zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems mit KAT auf stromseitig zum GPF.

Fig. 5: Gemittelte Beutelemissionen für THC/NMHC/CO/NOx der beiden Abgasnachbe- handlungssysteme TWC-GPF-TWC und TWC-GPF-TWC+KAT im Vergleich.

Fig. 6: Gemittelten kumulierten Modalverläufe von HC, CO und NOx während der ersten 200s des Fahrzyklus.

Beispiele: Experimentelle Daten

Ein Euro 6 Benzinfahrzeug mit 1,5L Dl Motor wurde mit einem künstlich auf End-of-life gealterten Abgassystem bestehend aus einem ersten motornahen TWC mit 1,26L Kata lysatorvolumen (Substratdimensionen 118,4mmx114,3mm) und einer konventionellen Dreiwege-Beschichtung mit 1,77 g/L Edelmetall (0/92/8 Pt/Pd/Rh), einem abströmseitig angeordneten, unbeschichteten GPF mit 1,39L Katalysatorvolumen (Substratdimensio nen 132,1mmx101,6mm) und einem im Unterboden angeordneten, zweiten TWC mit 1,26L Katalysatorvolumen (Substratdimensionen 118, 4mmx114,3mm) und einer kon ventionellen Dreiwege-Beschichtung mit 0,83 g/L Edelmetall (0/80/20 Pt/Pd/Rh) und auf einem Rollenprüfstand in einem RTS aggressive Fahrzyklus gefahren. Dieses System wird als TWC-GPF-TWC Referenzsystem bezeichnet und hat ein Gesamtsubstratvolu men von 3,9L. Dabei wurden die Emissionen THC, NMHC, CO, NOx, NH3 und N20 gemessen, die dafür zu verwendende Messtechnik ist dem Fachmann bekannt. Darge stellt ist jeweils der Mittelwert aus mehreren Messungen.

Dem gegenüber gestellt wurde ein System nach den hier genannten Patentansprüchen. Dazu wurde dasselbe Euro 6 Benzinfahrzeug mit 1,5L Dl Motor mit einem künstlich auf End-of-life gealterten Abgassystem bestehend aus einem ersten motornahen TWC mit 1,26L Katalysatorvolumen (Substratdimensionen 118,4mmx57,2mm) und einer konven tionellen Dreiwege-Beschichtung mit 1,77 g/L Edelmetall (0/92/8 Pt/Pd/Rh), einem ab strömseitig angeordneten, unbeschichteten GPF mit 1,39L Katalysatorvolumen (Sub stratdimensionen 132,1mmx101,6mm), einem im Unterboden angeordneten zweiten TWC mitO,63L Katalysatorvolumen (Substratdimensionen 118,4mmx57,2mm) und einer konventionellen Dreiwege-Beschichtung mit 0,83 g/L Edelmetall (0/80/20 Pt/Pd/Rh) und einem abströmseitig davon angeordneten KAT mit 0,63L Katalysatorvolumen (Substrat dimensionen 118,4mmx57,2mm) und einer Beschichtung, die zusätzlich temporär Koh lenwasserstoffe speichern kann, mit 0,83 g/L Edelmetall (0/80/20 Pt/Pd/Rh) auf einem Rollenprüfstand in einem RTS aggressive Fahrzyklus gefahren. Dieses System wird als TWC-GPF-TWC+KAT bezeichnet und hat ein Gesamtsubstratvolumen von 3,9L. Dabei wurden die Emissionen THC, NMHC, CO, NOx, NH ₃ und N ₂ O gemessen, die dafür zu verwendende Messtechnik ist dem Fachmann bekannt. Dargestellt ist jeweils der Mittel wert aus mehreren Messungen.

Figur 5 zeigt die Vorteile des TWC-GPF-TWC+KAT Systems gegenüber dem TWC_GPF_TWC Referenzsystem in einer Reduktion der THC und NMHC Emissionen um 15%, ohne die CO oder NOx-Emissionen negativ zu beeinflussen. Die Vorteile für die HC-Emissionen werden noch deutlicher in Figur 6, wo die gemittelten kumulierten Modalverläufe von HC, CO und NOx während der ersten 200s des Fahrzyklus dargestellt sind. Hier können die HC-Emissionen durch das TWC-GPF-TWC+KAT System in blau um mehr als ein Drittel gegenüber dem TWC-GPF-TWC Referenzsystem in schwarz reduziert werden, wobei es keinen negativen Einfluss auf die CO- oder NOx-Perfor- mance gibt. Dieser Effekt wird bei gleichem Gesamtsubstratvolumen der beiden vergli chenen Systeme erreicht, das heißt bei halbiertem TWC2 des TWC-GPF-TWC+KAT Systems verglichen mit dem des TWC-GPF-TWC Referenzsystems. Bei gleichem Volu- men des TWC2 in beiden Systemen ist daher mit einem noch verstärkten Vorteil für das TWC-GPF-TWC+KAT Systems zu rechnen.