DE102005027784A1

DE102005027784A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE102005027784A1
Application number: DE102005027784A
Authority: DE
Inventors: Rolf BRÜCK; Peter Hirth; Wolfgang Held; Eberhard Dr. Jacob; Ulf Klein
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2006-12-21

Abstract

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasaufbereitung umfasst
- einen Partikelabscheider (101),
- einen SCR-Katalysator (102) zur selektiven Reduktion von Stickoxiden und
- einen Ammoniakgenerator (103) zur Erzeugung von Ammoniak als selektives
Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden,
wobei der Partikelabscheider (101) in einem Hauptabgasstrang (104) und der Ammoniakgenerator (103) in einem ersten Nebenstrang (105) ausgebildet ist, wobei der erste Nebenstrang (105) in einer Einmündung in den Hauptabgasstrang (104) mündet, die so ausgebildet ist, dass der im Ammoniakgenerator (103) erzeugte Ammoniak-haltige Gasstrom den SCR-Katalysator (102) durchströmen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben es in vorteilhafter Weise, den Anteil der im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (100) enthaltenen Partikel und Stickoxide (NO_x) gleichzeitig zu reduzieren, wobei der Energieverbrauch für diese Reduktion gering ist und gleichzeitig die gesamte Vorrichtung als kompakt bauende Einheit ausführbar ist.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere zur Reduktion des Stickoxid- und Partikelgehalts dieser Abgase. Bevorzugt findet die Erfindung Anwendung in Automobilen.
Verbrennungskraftmaschinen produzieren Abgase, die je nach Art, Hubraum und Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine unterschiedlich zusammengesetzt sind. Diese Abgase müssen sowohl für den stationären Bereich, beispielsweise in Kraftwerken, als auch im mobilen Einsatz, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, Booten oder Luftfahrzeugen, in vielen Ländern gesetzliche Grenzwerte einhalten, die nach und nach immer weiter verschärft werden. Diese Grenzwerte können oft nur durch Abgasaufbereitung oder -nachbehandlung eingehalten werden. Da Grenzwerte für eine Vielzahl von Abgaskomponenten einzuhalten sind, sind auch relativ komplexe Vorrichtungen und Verfahren zur Abgasnachbehandlung nötig. Dies bedingt eine Vielzahl von unterschiedlichen Abgasreinigungskomponenten, deren Betrieb jeweils Auswirkungen auf die Konzentration einer anderen Komponente des Abgases haben kann, wie dies beispielsweise bei der Konzentration von Stickoxiden und Partikeln im Abgas insbesondere von Dieselmotoren der Fall ist.
Bei der Reduktion von Stickoxiden sind Verfahren vorgeschlagen worden, die auf der selektiven katalytischen Reduktion (SCR, selective catalytic reduction) von Stickoxiden beruhen. Hier wird ein selektives Reduktionsmittel wie beispielsweise Ammoniak (NH₃) eingesetzt, welches an einem entsprechend ausgestalteten Katalysator zu einer selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden führt. Da eine direkte Bevorratung von Ammoniak insbesondere in mobilen Anforderungen problematisch ist, wurde vielfach die Bevorratung von Ammoniakprecursorn wie beispielsweise Harnstoff, Isocyansäure, Cyanursäure oder auch Ammoniumcarbamat vorgeschlagen. Insbesondere die Bevorratung von Harnstoff in wässriger Lösung ist bis zur Marktreife entwickelt worden. Diese Systeme haben den Nachteil, dass ein zusätzlicher Vorratsbehälter für den Ammoniakprecursor notwendig ist, was insbesondere in mobilen Anwendungen aufgrund des geringen Bauraums insbesondere im Personenkraftwagenbereich nachteilig ist und was zudem eine flächendeckendes System erfordert, mit dem der Ammoniakprecursor aufgefüllt werden kann, da ohne Ammoniakprecursor eine Umsetzung von Stickoxiden gänzlich unterbleibt und so bei leerem Vorratsbehälter keine Umsetzung mehr erfolgen kann.

Weiterhin wurden Systeme vorgeschlagen, wie Ammoniak on-board erzeugt werden kann. Beispielsweise offenbart die DE 102 58 185 A1 die Generation von Ammoniak aus Luftstickstoff durch plasmagestützte Bildung von Stickstoffmonoxid und anschließende Reduktion dieses Stickstoffmonoxids zu Ammoniak mit einem Wasserstoffhaltigen Gasstrom. Dieses System hat den Nachteil, dass ausschließlich Stickoxide und nicht weitere Komponenten des Abgases betrachtet werden.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduktion der Konzentration von Stickoxiden und Partikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine anzugeben, die eine gleichzeitige Reduktion beider Komponenten erlauben und die dabei nicht auf das Mitführen eines weiteren Betriebsstoffes angewiesen sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasaufbereitung umfasst

– einen Partikelabscheider,
– einen SCR-Katalysator zur selektiven Reduktion von Stickoxiden und
– einen Ammoniakgenerator zur Erzeugung von Ammoniak als selektivem Redukionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden,

wobei der Partikelabscheider in einem Hauptabgasstrang und der Ammoniakgenerator in einem ersten Nebenstrang ausgebildet ist, wobei der erste Nebenstrang in einer Einmündung in den Hauptabgasstrang mündet, die so ausgebildet ist, dass der im Ammoniakgenerator erzeugte Ammoniakhaltige Gasstrom den SCR-Katalysator durchströmen kann.

Bevorzugt wird auch der Partikelabscheider von dem Ammoniakhaltigen Gasstrom durchströmt. Die Ausbildung des Ammoniakgenerators im ersten Nebenstrang bedeutet insbesondere, dass der Ammoniakgenerator in einem Bypass der Abgasleitung ausgebildet sein kann. Andererseits ist es auch möglich, den ersten Nebenstrang so mit der Abgasleitung zu verbinden, dass das gebildete Ammoniak (NH₃) in die Abgasleitung zugeführt werden kann, nicht jedoch das Abgas durch oder zu dem Ammoniakgenerator geführt wird. Unter Partikeln werden hier insbesondere Kohlenstoff enthaltende Partikel verstanden oder auch Partikel aus reinem Kohlenstoff.

Der Partikelabscheider, der SCR-Katalysator und der Ammoniakgenerator können jeweils mindestens einen Wabenkörper umfassen. Unter einem Wabenkörper versteht man einen Körper mit großer Wandoberfläche, welcher für ein Fluid wie ein Abgas zumindest beströmbare Hohlräume aufweist. Ein Wabenkörper kann bei spielsweise aus keramischem Material gefertigt werden, beispielsweise durch Extrusion. Weiterhin kann ein Wabenkörper auch aus metallischen Lagen aufgebaut sein. Diese können beispielsweise zumindest teilweise strukturierte Lagen umfassen, die spiralförmig aufgewickelt werden, gegebenenfalls gemeinsam mit einer oder mehreren im wesentlichen glatten Lagen. Ein anderes Ausführungsbeispiel eines Wabenkörpers umfasst ebenfalls metallische Lagen, die gestapelt werden. Einer oder mehrere Stapel werden gleich- oder gegensinnig verwunden. Ein Stapel kann mindestens eine zumindest teilweise strukturierte Lage und gegebenenfalls mindestens eine im wesentlichen glatte Lage umfassen. Auch ein Wabenkörper, der einen unverwundenen Stapel von mindestens einer zumindest teilweise strukturierten und gegebenenfalls mindestens einer im wesentlichen glatten metallischen Lage umfasst, ist möglich und erfindungsgemäß.

Unter einer metallischen Lage versteht man insbesondere Blechfolien, Faservliese, gesinterte poröse metallische Lagen, Wire-Mesh Lagen oder Kombinationen aus mindestens zwei dieser Elemente. Unter einer zumindest teilweise strukturierten Lage versteht man eine Lage, die zumindest in Teilbereichen Strukturen aufweist, die nach dem Aufwickeln, Stapeln oder Verwinden Hohlräume bilden. Insbesondere können diese Strukturen wellenartig ausgebildet sein. Unter einer im wesentlichen glatten Lage versteht man eine Lage, die glatt ist und gegebenenfalls Mikrostrukturen aufweist. Mikrostrukturen sind Strukturen, die eine Strukturierungsamplitude aufweisen, die deutlich kleiner als die Strukturierungsamplitude der zumindest teilweise strukturierten Lage sind.

Der Partikelabscheider kann insbesondere offen oder geschlossen sein. Ein geschlossener Partikelabscheider ist so aufgebaut, dass das Abgas beim Durchströmen des Abgases durch mindestens eine Wand des Partikelabscheiders hindurchtreten muss. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Partikelabscheider mit einer Vielzahl von durch poröse Wände getrennten Kanälen aus gebildet ist, die wechselweise an der gaseintritts- und gasaustrittseitigen Stirnfläche des Wabenkörpers verschlossen sind, so dass eine erste Gruppe von Hohlräumen mit gaseintrittsseitig offenen, gasaustrittsseitig verschlossenen Stirnseiten und eine zweite Gruppe von Hohlräumen mit gaseintrittsseitig verschlossenen, gasaustrittsseitig offenen Stirnseiten vorhanden ist.

Ein Partikelabscheider kann auch einen offenen Partikelfilter umfassen. Ein Partikelfilter wird dann als offen bezeichnet, wenn er grundsätzlich von Partikeln vollständig durchlaufen werden kann, und zwar auch von Partikeln, die erheblich größer als die eigentlich auszufilternden Partikel sind. Dadurch kann ein solcher Filter selbst bei einer Agglomeration von Partikeln während des Betriebes nicht verstopfen. Ein geeignetes Verfahren zur Messung der Offenheit eines Partikelfilters ist beispielsweise die Prüfung, bis zu welchem Durchmesser kugelförmige Partikel noch durch einen solchen Filter rieseln können. Bei vorliegenden Anwendungsfällen ist ein Filter insbesondere dann offen, wenn Kugeln von größer oder gleich 0,1 mm Durchmesser noch hindurchrieseln können, vorzugsweise Kugeln mit einem Durchmesser oberhalb von 0,2 mm.

Der Partikelabscheider kann insbesondere aus Metall- und/oder Keramikschaum ausgebildet sein. Der Partikelabscheider kann Hohlräume aufweisen, die regelmäßig, unregelmäßig oder chaotisch geformt sind.

Der SCR-Katalysator umfasst bevorzugt einen Wabenkörper, welcher mit einer SCR-Beschichtung versehen ist. Diese umfasst insbesondere ein Titandioxid (Anatas)-getragenes Vanadium/Wolframmischoxid oder Metallausgetauschte Zeolithe, insbesondere vom Typ X, Y, ZSM-5 oder ZSM-11, bevorzugt Eisenausgetauschte Zeolithe. Bei Ausbildung eines on-board Ammoniakgenerators kann in vorteilhafter Weise auf einen üblicherweise zur Hydrolysierung von Harnstoff benötigten Hydrolysekatalysator verzichtet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet insbesondere Vorteile im Anschluss und im Betrieb. So kann eine einzige Vorrichtung eingesetzt werden, die zwei kritische und miteinander gekoppelte Abgaskomponenten gleichzeitig reduziert. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch so gesteuert werden, dass sowohl der Anteil an Stickoxiden als auch an Partikeln in gleicher Weise reduziert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als so genannte „Black Box" angesehen werden, bei der sich der Anwender und auch der Systemplaner für Abgassysteme nicht um die detaillierte Funktionsweise der in dieser Box verbauten Komponenten kümmern muss, sondern bei der lediglich ein Anschluss an das Abgassystem und an eine Stromversorgung erfolgen muss.

Vorteilhaft ist die Ausbildung der Einmündung in der Weise, dass auch der Partikelabscheider vom Ammoniakhaltigen Gasstrom durchströmt wird. Ammoniak ist vorteilhaft bei der Regeneration des Partikelabscheiders.

Bevorzugt umfasst der Partikelabscheider wechselweise verschlossene Kanäle, die durch zumindest teilweise für ein Fluid durchströmbare Wandungen voneinander getrennt sind.

Bevorzugt ist der Partikelabscheider so aufgebaut, dass ein Abgasstrom durch die Wandung erfolgen kann. Je nach Ausbildung kann das Abgas zum Teil durch die Wandung strömen, insbesondere bei einem offenen Partikelabscheider, oder auch gänzlich durch die Wandung strömen, insbesondere kann in einem solchen Fall ein geschlossener Filter mit wechselweise verschlossenen Kanälen vorliegen. Die Wandungen können bevorzugt keramisch und/oder metallisch ausgebildet sein.

Bevorzugt umfasst der Partikelabscheider einen zumindest teilweise metallischen Träger. Ein teilweise metallischer Träger kann beispielsweise ein metallischer Wabenkörper wie oben ausgeführt sein. Ein anderes Beispiel ist ein keramischer Träger, in den metallische Strukturen, beispielsweise als Elektroden zur elektrostatischen Agglomeration und/oder Abscheidung von Partikeln, eingelagert sind.

Bevorzugt umfasst der zumindest teilweise metallische Träger mindestens eine metallische Lage. Bevorzugt ist hierbei, dass der SCR-Katalysator, der Ammoniakgenerator und/oder der Partikelabscheider einen Wabenkörper umfassend mindestens eine metallische Lage umfasst. Weiterhin können weitere Trägerkörper umfassend mindestens eine metallische Lage ausgebildet sein.

Bevorzugt umfasst der Partikelabscheider ein keramisches Filterelement, welches metallische Einlagerungen aufweist.

Insbesondere kann das keramische Filterelement schichtweise aufgebaut sein, insbesondere über entsprechende „Rapid Manufacturing" Techniken. Unter einem schichtweisen Aufbau wird hier insbesondere verstanden, dass zunächst ein erste Schicht des Körpers aus einem oder mehreren Rohmaterialien aufgebaut wird, diese dann zumindest in Teilbereichen verfestigt wird und dann auf diese verfestigte Schicht eine weitere Schicht aus einem oder mehreren Rohmaterialien aufgetragen wird. Diese Schicht wird dann ebenfalls zumindest in Teilbereichen verfestigt und dann wird weiter wie oben beschrieben verfahren, bis das Filterelement fertig gestellt ist.

Ein Rohmaterial kann die spätere keramische Wand bilden, während ein weiteres Rohmaterial die spätere metallische Einlagerung bilden kann. Die Verfestigung kann auf einer kurzzeitigen Temperaturerhöhung beruhen, die beispielsweise durch Bestrahlung mit Laserlicht erreicht wird. Durch eine räumlich selektive und/oder inhomogene Erwärmung und/oder durch Verwendung eines Rohmaterials, welches räumlich selektiv und/oder inhomogen aufgetragen wird, können so durch Wandungen getrennte Hohlräume erzeugt werden, die beispielsweise auch mikrostrukturierte Wandungen aufweisen können. Weiterhin können durch Einsatz mehrerer Rohmaterialien Wandungen mit Bereichen unterschiedlicher Eigenschaften aufgebaut, die beispielsweise in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Porositäten oder auch elektrische Leitfähigkeiten aufweisen. Auf diese Weise ist es auch möglich, anhand der Ausbildung der metallischen Einlagerungen eine Stromverteilung im Filterelement nach Fertigstellung vorzugeben und so im Falle einer elektrostatischen Agglomeration und/oder Abscheidung im Filterelement vorgeben zu können, in welchen Bereichen eine Abscheidung in welchem Maße erfolgt. Zum Aufbau sind insbesondere „Selective Laser Sintering", „Three Dimensional Printing" und „Fused Deposition Modeling"-Techniken vorteilhaft einsetzbar.

Bevorzugt ist die Ausbildung eines Partikelabscheiders, der für ein Fluid zumindest beströmbare Hohlräume aufweist, die durch Wandungen zumindest teilweise voneinander getrennt sind.

Unter einem beströmbaren Hohlraum wird beispielsweise ein abschlussseitig verschlossener Kanal verstanden. Insbesondere können die Hohlräume auch durchströmbar sein. Es können weiterhin bevorzugt Hohlräume gebildet sein, die größere Dimensionen als die Kanäle aufweisen. Solche Kavitäten können bevorzugt der besseren Durchmischung der Abgase dienen.

Bevorzugt weisen die Wandungen mindestens eine der folgenden Eigenschaften auf:

8.1) die Wandungen weisen zumindest teilweise eine Beschichtung auf; oder
8.2) die Wandungen umfassen zumindest eine katalytisch aktive Komponente.

Der Partikelabscheider oder das Filterelement – ebenso wie alle anderen hier offenbarten Wabenkörper – kann gemäß 8.1) eine Beschichtung aufweisen. Diese kann insbesondere keramisch sein und/oder einen Washcoat und/oder Zeolithe umfassen. Gemäß 8.2) können die Wandungen des Partikelabscheiders – ebenso wie die Wandungen aller anderen hier offenbarten Wabenkörper – katalytisch aktive Komponenten umfassen. Diese können in einer gemäß 8.1) ausgebildeten Beschichtung eingebracht sein oder auch direkt in und/oder auf die Wandung, letzteres bevorzugt dann, wenn diese Wandungen keramisches Material umfassen. Die katalytisch aktive Komponente kann bevorzugt Edelmetalle umfassen, beispielsweise in Form von Edelmetallkomplexen. Bevorzugt können mehrere Edelmetalle in der katalytisch aktiven Komponente umfasst sein.

Der Partikelabscheider kann beispielsweise eine Oxidationsfördernde katalytisch aktive Komponente umfassen, bevorzugt im Bereich einer der Stirnseiten, bevorzugt im Strömungseingangsseitigen Stirnseitenbereich. Diese kann insbesondere die Oxidation von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid katalysieren, der bei einer kontinuierliche Regeneration nach dem CRT (Continuous Regeneration Trap, kontinuierlich regenerierende Falle)-Prinzip arbeitenden Partikelabscheider benötigt wird. Weiterhin kann eine katalytisch aktive Komponente auf dem Partikelabscheider ausgebildet sein, die die CRT-Regenerationsreaktion katalysiert. Eine solche Beschichtung kann bevorzugt im gesamten Partikelabscheider ausgebildet sein. Eine Oxidationsfördernde Beschichtung kann beispielsweise auch eine Oxidation von Kohlenwasserstoffen katalysieren, die zu einer Aufheizung des Partikelabscheiders führt. Die Kohlenwasserstoffe können beispielsweise dadurch in den Partikelabscheider eingebracht werden, dass die Verbrennungskraftmaschine kurzfristig, beispielsweise bei einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine in einem Zyklus, mit einem erhöhten Treibstoffanteil, also fett betrieben wird. Dies fuhrt dazu, dass Kohlenwasserstoffe den Partikelabscheider erreichen und dort oxidieren können.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Partikelscheider eine Regenerationsmöglichkeit zur Regeneration des Partikelabscheiders auf. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass die Regenerationsmöglichkeit durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen erzeugt wird:

10.1) Bereitstellen von Stickstoffdioxid stromaufwärts zumindest eines Teils des Partikelabscheiders;
10.2) Erhöhung der Temperatur zumindest eines Teils des Partikelabscheiders über eine Grenztemperatur;
10.3) Bereitstellen eines Oxidationsmittels stromaufwärts zumindest eines Teils des Partikelabscheiders; oder
10.4) Regeneration durch eine elektrische Entladung.

Bei der Anwendung einer der Methoden 10.1) bis 10.4) auf einen Teil des Partikelabscheiders wird verstanden, dass die entsprechende Maßnahme gegebenenfalls auf einem Teil des Partikelabscheiders selbst (in den Fällen 10.1) und 10.3) oder in einem Teil des Partikelabscheiders (10.2) erfolgen kann. Unter einer Regenerationsmöglichkeit wird die Eignung des Partikelabscheiders zur Regeneration der ein- und/oder angelagerten Partikel, also der Entfernung der Partikel aus und/oder von dem Partikelabscheider, verstanden. Diese Regenerationsmöglichkeit kann insbesondere thermisch und/oder chemisch ausgebildet sein. Weist der Partikelabscheider eine thermische Regenerationsmöglichkeit auf, so können Mittel vorgesehen sein, die eine Aufheizung des Partikelabscheiders über eine Temperatur bewirken können, bei der eine Oxidation des Kohlenstoffs der Partikeln erfolgt, bevorzugt auch mit einem Restsauerstoffanteil im Abgas. Der Partikelabscheider kann katalytisch aktive Materialen umfassen, die eine solche Oxidation katalysieren. Eine thermische Regeneration kann über eine Erhöhung der Abgastemperatur und/oder durch zusätzliche Heizeinrichtungen erreicht werden.

Weist der Partikelabscheider eine chemische Regenerationsmöglichkeit auf, so besteht die Möglichkeit, durch eine chemische Reaktion einen Abbau der Partikel zu erreichen. Dies kann beispielsweise über eine Reaktion des Kohlenstoffs mit Stickstoffdioxid zu Stickstoffmonoxid und Kohlendioxid erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit einer Regenerationsmöglichkeit besteht in einem CRT-Verfahren, bei der Mittel ausgebildet sind, die möglichst kontinuierlich eine genügend große Stickstoffdioxidkonzentration im Abgas im Partikelabscheider gewährleisten, um so die Kohlenstoffpartikel kontinuierlich umzusetzen. Eine auf einer elektrischen Entladung beruhende Regenerationsmöglichkeit beruht beispielsweise auf einer Oberflächengleitentladung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der Partikelabscheider Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes im Partikelabscheider, durch welches mindestens eine der folgenden Funktionen erfüllt wird:

12.1) Agglomeration von Partikeln; oder
12.2) Abscheidung von Partikeln.

Unter einer Agglomeration von Partikeln wird hier insbesondere die Kumulation von mehreren kleinen Partikeln zu größeren Partikeln verstanden. Unter der Abscheidung von Partikeln wird insbesondere das Anlagern der Partikel auf dem Filter verstanden.

Feinstaub, also beispielsweise Partikel mit einem Durchmesser von 10 Mikrometern und weniger, ist aufgrund der Fähigkeit der Aufnahme dieser Partikel ins Lungengewebe des Menschen eine unerwünschte Abgaskomponente. Je größer der mittlere Durchmesser der Partikel, desto unwahrscheinlicher wird die Aufnahme dieser Partikel ins Lungengewebe. Von daher ist es von Vorteil, neben einer Abscheidung von Partikeln, die beispielsweise durch mechanische Einwirkungen auf den Partikelabscheider trotzdem zu einer – späteren – Freisetzung der kleinen Partikel führen kann, eine Agglomeration der Partikel zu größeren Partikeln anzustreben, um so den Anteil an Feinstaub im Abgas zu senken und möglichst solche mittleren Durchmesser der Partikel zu erreichen, dass diese überwiegend nicht mehr in das Lungenwebe aufgenommen werden können.

Eine solche Agglomeration lässt sich auch durch Anlegen eines elektrischen Feldes erreichen. Das elektrische Feld kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass der Partikelabscheider einen Massepol und einen Pol auf einem positiven Potential aufweist, so dass sich ein entsprechendes elektrisches Feld insbesondere quer zu einer Kanallängsachse oder der Durchströmungsrichtung des Partikelabscheiders bilden. Bevorzugt können auch mehrere Pole, die ein solches Feld aufbauen, parallel zueinander ausgebildet sein, so dass der Partikelabscheider eine Mehrzahl von elektrischen Feldern zur Agglomeration und Abscheidung von Partikeln umfasst. Die Felder können insbesondere durch eine Gleichspannung betreiben werden, jedoch ist ein Betrieb mit einer Wechselspannung, insbesondere einer niederfrequenten Wechselspannung mit einer Frequenz von 10 Hz oder weniger ebenso möglich und erfindungsgemäß.

Durch eine Polarisation der Russpartikel werden diese zu einem der elektrischen Pole gezogen und dort angelagert. Die Pole können insbesondere mit den Wandungen des Partikelabscheiders kombiniert sein, insbesondere als Teil von diesen ausgebildet sein oder diese selber bilden. Bevorzugt ist hierbei die Ausbildung des Partikelabscheiders aus Metallschaum, wobei der Partikelabscheider bevorzugt mindestens zwei Bauteile umfasst, die insbesondere gegengleich ausgebildet sind. Besonders bevorzugt ist die Ausbildung des Partikelabscheiders aus einem Metallschaum, der eine Vielzahl von Hohlräumen ausbildet, die von Abgas durchströmt werden.

Bevorzugt umfasst der Partikelabscheider Mittel zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Feldes im Partikelabscheider, durch welches eine Oberflächengleitentladung zur Regeneration des Partikelabscheiders erzeugt wird.

Die im Rahmen dieser Anmeldung offenbarten Details des Partikelabscheiders können auch in Alleinstellung ohne die übrigen Komponenten der Vorrichtung verwirklicht werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der Ammoniakgenerator einen Plasmagenerator.

Insbesondere kann es sich hierbei um einen Plasmagenerator wie in der DE 102 58 185 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insbesondere in Bezug auf die Betriebsparameter des Plasmagenerators, die Ausbildung der Elektroden und die Zugabe an Betriebsgas in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung aufgenommen wird. Der Plasmagenerator wird bevorzugt so betrieben, dass sich das Betriebsgas kurzfristig auf Temperaturen von mehr als 2500 K aufheizt. Der Plasmagenerator wird mit einem Stickstoff- und Sauerstoffhaltigen Gas als Betriebsgas betrieben, wobei die Betriebsparameter des Plasmagenerators so gewählt werden, dass das Reaktionsgleichgewicht der im Plasma ablaufenden Reaktionen so verschoben ist, dass bevorzugt Stickstoffmonoxid erzeugt wird. Dieses Stickstoffmonoxid kann dann über einen entsprechend ausgebildeten Reduktionskatalysator, der insbesondere auf einem Wabenkörper aufgebracht ist, unter Zugabe beispielsweise von Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoffen als Reduktionsmittel zu Ammoniak reduziert werden. Insbesondere kann als Betriebsgas Luft, Abgas oder mit Luft angereichertes Abgas eingesetzt werden.

Bevorzugt ist hierbei die Ausbildung eines Ammoniakgenerators, welcher mindestens ein Speicherelement zur temporären Speicherung mindestens einer der folgenden Komponenten umfasst:

15.1) Ammoniak oder
15.2) ein Ammoniakprecursor.

Unter einem Ammoniakprecursor wird eine Substanz verstanden, die Ammoniak freisetzt, beispielsweise durch Thermo-, Pyro- und/oder Hydrolyse, oder die mit einem weiteren Edukt zu Ammoniak reagieren kann. Bevorzugt ist hierbei, dass die Komponente 15.2) Stickstoffmonoxid umfasst, da hier insbesondere im Zusammenwirken mit einem einen Plasmagenerator umfassenden Ammoniakgenerator eine relativ hohe Ausbeute an Ammoniak bei einem relativ geringen Kraftstoffmehrverbrauch zur Reduktion des Stickstoffmonoxids zu Ammoniak erreicht werden kann. Die gespeicherten Komponenten 15.1) und/oder 15.2) können insbesondere auch als Puffer für im Abgas auftretende sehr große NO_x-Konzentrationen eingesetzt werden, bei denen eine relativ große Menge an Ammoniak benötigt wird. Darüber hinaus kann das Speicherelement in vorteilhafter Weise zur intermittierenden Speicherung und Abgabe von Stickstoffmonoxid eingesetzt werden wie oben dargestellt. Unter Ammoniakprecursorn werden neben Stickstoffmonoxid ferner beispielsweise auch Harnstoff, Isocyansäure, Cyanursäure oder Ammoniumcarbamat verstanden.

Weiterhin bevorzugt ist hierbei, dass das Speicherelement die mindestens eine Komponente durch Sorption, insbesondere Chemi- und/oder Physisorption temporär speichert.

Unter einer Physisorption wird hierbei insbesondere eine Speicherung aufgrund von physikalischen Wechselwirkungen verstanden, während eine Chemisorption eine auf einer chemischen Bindung beruhende Adsorption umfasst. Eine Physi sorption erfolgt insbesondere bei niedrigen Temperaturen unterhalb einer ersten Grenztemperatur, während oberhalb dieser ersten Grenztemperatur eine Desorption des Ammoniakprecursors erfolgt. Eine Chemisorption erfolgt in nennenswertem Maße oberhalb einer zweiten Grenztemperatur, da ein entsprechend verschobenes Reaktionsgleichgewicht eine gewisse Temperatur erfordert. Durch entsprechende Auswahl des Speicherelements, beispielsweise eine entsprechend gestaltete Beschichtung des Speicherelements, können die erste und die zweite Grenztemperatur so gewählt werden, dass über einen weiten Temperaturbereich eine Adsorption von Stickstoffmonoxid ermöglicht wird.

Eine entsprechende Beschichtung eines Wabenkörpers kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass ein weiter von einer von Abgas beströmten Oberfläche entfernter Bereich der Beschichtung eher zur Physisorption geeignet ist, während ein näher an einer von Abgas beströmten Oberfläche der Beschichtung liegender Bereich eher zur Chemisorption geeignet ist.

So ist es beispielsweise möglich, einen Ammoniakgenerator vorzusehen, welcher mindestens zwei Speicherelemente aufweist, von denen eines mit Stickstoffmonoxid gefüllt wird, während ein anderes Speicherelement das in ihm gespeicherte Stickstoffmonoxid zumindest teilweise abgibt, so dass es zu Ammoniak reduziert werden kann. Insbesondere kann hier die Abgabe des Stickstoffmonoxids in einen Wasserstoffhaltigen und möglichst Sauerstoffarmen Gasstrom erfolgen. Dies reduziert den benötigten Wasserstoffanteil, da Wasserstoff im Regelfall zunächst mit Sauerstoff reagieren würde. Umfasst das Betriebsgas des Plasmagenerators zumindest Luft, so ist der Sauerstoffanteil des Betriebsgases beim Verlassen des Plasmagenerators immer noch relativ hoch, beispielsweise im Bereich von 18% bis 19%. Wird nun ein Sauerstoffarmes, Wasserstoffhaltiges Gas eingesetzt, in welches oder in welchem die Bereitstellung des Stickstoffmonoxids erfolgt, ist der Bedarf an Wasserstoff deutlich geringer als wenn direkt das Betriebsgas mit einem Wasserstoffhaltigen Gas gemischt würde.

Das Wasserstoffhaltige Gas kann insbesondere ein Spalt- oder Synthesegas sein, welches durch partielle Oxidation von Kohlenwasserstoff erzeugt wird. Insbesondere kann der Kraftstoff, der zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt wird, als Edukt für das Spalt- oder Synthesegas dienen. Da der benötigte Wasserstoffanteil verringert wird, verringert sich auch der Kraftstoffmehrverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Systemen. Der Plasmagenerator kann intermittierend mit zwei Gassträngen betrieben werden, die jeweils ein Speicherelement zur temporären Speicherung von Stickstoffmonoxid und gegebenenfalls eine Reduktionseinheit zur Reduktion von Stickstoffmonoxid zu Ammoniak umfassen. Die Reduktionseinheit zur Reduktion von Stickstoffmonoxid zu Ammoniak kann gegebenenfalls auch gemeinsam von beiden Gassträngen beschickt werden. Weiterhin ist es möglich, Speicherelement und Reduktionseinheit in einem einzigen Bauteil auszubilden, beispielsweise durch Ausbildung eines Wabenkörpers mit einer entsprechenden Speicherreduktionsbeschichtung.

Die Erzeugung von Spalt- und/oder Synthesegas kann in einem entsprechend ausgebildeten Reformer oder Reaktor, bevorzugt in einem zweiten Nebenstrang erfolgen. Bevorzugt ist hierbei die Erzeugung des Spalt- und/oder Synthesegases durch partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen. Der zweite Nebenstrang ist insbesondere so ausgebildet, dass dieser vor dem mindestens einen Speicherelement in den ersten Nebenstrang mündet, so dass das mindestens eine Speicherelement durch das Spalt- und/oder Synthesegas durchströmt werden kann.

Weiterhin kann der Ammoniakgenerator alternativ oder kumulativ Mittel umfassen, die Stickstoffmonoxid in einem Gasstrom anreichern, beispielsweise in dem ein Stickoxide (NO_x) enthaltender Gasstrom in einen ersten Gasstrom getrennt wird, in dem der relative Anteil von NO an NO_x erhöht ist und einen zweiten Gasstrom, in dem der relative Anteil von NO₂ an NO_x erhöht ist. Dies ist beispielsweise durch entsprechende Membrane möglich.

Eine weitere Möglichkeit besteht in einem Speicherelement, welches selektiv nur Stickstoffmonoxid, nicht aber Stickstoffdioxid speichern kann. Dies kann durch entsprechend ausgebildete Molekularsiebe, insbesondere Zeolithe, erreicht werden. Ein solches Speicherelement kann dann von Abgas durchströmt werden, bis eine gewisse Menge an Stickstoffmonoxid gespeichert ist. Dann kann beispielsweise durch Änderung einer physikalischen und/oder chemischen Verfahrensgröße das in diesem Speicherelement temporär gespeicherte Stickstoffmonoxid herausgelöst und in einen Wasserstoffhaltigen Gasstrom abgegeben werden, worauf ebenfalls eine Reduktion zu Ammoniak durch einen entsprechenden Katalysator katalysiert wird.

Die hier beschriebenen Möglichkeiten, Stickstoffmonoxid direkt aus dem Abgas anzureichern bzw. zu speichern können bevorzugt auch im Hauptabgasstrom umgesetzt werden und insbesondere auch ohne dass ein Partikelfilter oder ein SCR-Katalysator ausgebildet ist.

Bevorzugt umfasst der Ammoniakgenerator Mittel zur Zufuhr eines Reduktionsmittels zur Reduktion von Stickstoffmonoxid zu Ammoniak. Bevorzugt sind diese mit einem Vorratsbehälter des Reduktionsmittels und/oder einem das Reduktionsmittel bildenden Reaktor und/oder Reformer verbindbar. Bevorzugt ist weiterhin, dass das Reduktionsmittel mindestens eine der folgenden Substanzen umfasst:

19.1) Kohlenwasserstoffe oder
19.2) Wasserstoff.

Bevorzugt ist die Ausbildung von ersten Reduktionsvorrichtungen, die so ausgebildet sind, dass an oder in ihnen eine Reduktion von Stickoxiden, bevorzugt von Stickstoffmonoxid, mit dem Reduktionsmittel 19.1) und/oder 19.2) erfolgen kann. Insbesondere kann eine Reaktion mit Stickoxiden in gebundener Form erfolgen, beispielsweise mit chemisorbierten Stickoxiden, die in Form von Nitrit- oder Nitratgruppen vorliegen.

Insbesondere sind Mittel zur Bereitstellung und/oder Erzeugung des Reduktionsmittels ausgebildet. Diese umfassen insbesondere einen Reformer und/oder einen Reaktor zur partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoffen. Die Mittel zur Zufuhr des Reduktionsmittels umfassen bevorzugt einen Mischer, der geeignet ist, das Reduktionsmittel mit einem anderen Gas zu mischen. Hierbei kann es sich um einen aktiven und/oder einen passiven Mischer handeln.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der erste Nebenstrang von mindestens einem der folgenden Gase durchströmt:

24.1) Abgas;
24.2) einem zumindest Sauerstoff und Stickstoff umfassenden Gas; oder
24.3) Luft.

Hierbei können erfindungsgemäß beliebige Mischungsverhältnisse der Gase 24.1), 24.2) und 24.3) auftreten. Insbesondere kann der erste Nebenstrang von reinem Abgas durchströmt, bevorzugt dann, wenn das Abgas einen hohen Sauerstoffanteil aufweist, beispielsweise wenn die Verbrennungskraftmaschine ein Dieselmotor ist. Weiterhin kann der erste Nebenstrang von reiner Luft durchströmt werden. Insbesondere dann, wenn ein Plasmagenerator im Ammoniakgenerator umfasst ist, kann es vorteilhaft sein, den ersten Nebenstrang so zu gestalten, dass zusätzlich zu den Gasen 24.1), 24.2) und/oder 24.3) ein Wasserstoffhaltiges Gas den Nebenstrang durchströmen kann, um so eine Reduktion von Stickstoffmonoxid zu Ammoniak zu erreichen. Der erste Nebenstrang ist bevorzugt so gestaltet, dass die Verhältnisse der Gase 24.1), 24.2) und/oder 24.3) zueinander einstellbar und/oder veränderbar sind.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der Partikelabscheider Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes im Partikelabscheider und der Ammoniakgenerator einen Plasmagenerator, wobei mindestens eine Steuerungseinrichtung zur Erzeugung und Regelung des elektrischen Feldes des Partikelabscheiders und zur Ansteuerung des Plasmagenerators ausgebildet ist.

Insbesondere ist die Ausbildung einer einzigen Steuerungseinrichtung sowohl für den Partikelabscheider als auch für den Plasmagenerator vorteilhaft, da die Betriebsbedingungen beider Komponenten optimal aufeinander abgestellt werden können. Insbesondere kann durch eine gemeinsame Steuerungseinrichtung ein Betriebsverfahren durchgeführt werden, bei dem der Partikelanteil, die Partikelgrößenverteilung und/oder der Stickoxidgehalt gleichermaßen reduziert bzw. geändert werden können. Weiterhin kann so ein Verfahren durchgeführt werden, bei dem neben einer einstellbaren oder wählbaren Reduktion bzw. Veränderung der oben angegebenen Parameter gleichzeitig ein möglichst geringer Energie- und/oder Kraftstoffmehrverbrauch erreicht wird. Hierzu kann die Steuerungseinrichtung auch mit entsprechenden Sensoren verbunden sein, beispielsweise Temperatursensoren, Lambdasonden, Gaspartialdrucksensoren, etc.

Die Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes umfassen insbesondere Elektroden im Partikelabscheider sowie eine Spannungsquelle, die elektrisch mit den Elektroden im Partikelabscheider verbindbar ist. Bevorzugt ist die Ausbildung einer einzigen Steuerungseinrichtung, über die sowohl die Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes im Partikelabscheider als auch der Plasmagenerator gesteuert und gegebenenfalls mit elektrischer Energie versorgt werden. Insbesondere beim Kaltstart können in vorteilhafter Weise zunächst die Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes im Partikelabscheider mit elektrischer Energie versorgt werden, worauf nach einer vorgebbaren Zeitspanne auch der Plasmagenerator mit elektrischer Energie versorgt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Partikel grundsätzlich agglomeriert und/oder abgeschieden werden, während eine Umsetzung der Stickoxide erst dann erfolgt, wenn der SCR-Katalysator seine Mindestbetriebstemperatur („light-off"-Temperatur) erreicht hat. Diese Betriebstemperatur erreicht der SCR-Katalysator jedoch erst nach einer gewissen Zeit.

Der in dieser Anmeldung beschriebene Ammoniakgenerator, sowie der erste Nebenstrang, können auch in vorteilhafter Weise auch in Alleinstellung, also ohne die übrigen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwirklicht werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an mindestens einer der folgenden Stellen ein Oxidationskatalysator ausgebildet:

26.1) stromaufwärts des Partikelabscheiders;
26.2) stromabwärts des Ammoniakgenerators und stromaufwärts des SCR-Katalysators; oder
26.3) stromabwärts des SCR-Katalysators.

An der Stelle 26.1) kann der Oxidationskatalysator insbesondere die Oxidation von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid katalysieren und somit eine Regenerationsmöglichkeit für den Partikelabscheider bereitstellen. An der Stelle 26.3) kann der Oxidationskatalysator als Sperrkatalysator dienen, der den Durchbruch beispielsweise von Ammoniak und/oder Kohlenwasserstoffen wirksam verhindert.

An der Stelle 26.2) kann der Oxidationskatalysator in vorteilhafter Weise dem Verbrauch von Sauerstoff dienen, welchen das den Partikelabscheider verlassende Gas enthalten kann. Die Beschichtungen des Oxidationskatalysators, insbesondere im Hinblick auf Art und Konzentration der eingesetzten katalytisch aktiven Substanzen, kann an den Oxidationskatalysatoren an den Stellen 26.1), 26.2) und 26.3) unterschiedlich und an die jeweils zu katalysierende Reaktion angepasst sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese einen ersten Strömungsbereich und mindestens einen zweiten Strömungsbereich, die im wesentlichen parallel zueinander durchströmbar sind, wobei der erste Strömungsbereich zumindest ein Teil des Hauptabgasstrangs ist, wobei der erste und der zweite Strömungsbereich so ausgebildet sind, dass ein Wärmeeintrag vom ersten Strömungsbereich in den mindestens einen zweiten Strömungsbereich erfolgen kann.

Bevorzugt sind die Strömungsbereiche koaxial und/oder konzentrisch. Weiterhin ist bevorzugt, dass in einem zweiten Strömungsbereich mindestens eine der folgenden Komponenten ausgebildet ist:

31.1) mindestens ein Plasmagenerator
31.2) mindestens ein Reformer oder
31.3) mindestens ein Reaktor.

Bevorzugt ist in einem ersten zweiten Strömungsbereich ein Plasmagenerator und in einem zweiten zweiten Strömungsbereich ein Reformer oder Reaktor ausgebildet, der insbesondere über eine partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen Wasserstoff generiert. Weiterhin bevorzugt ist eine Weiterbildung, bei der der erste und der mindestens eine zweite Strömungsbereich durch mindestens eine Trennwand voneinander getrennt sind.

Insbesondere liegt der erste Strömungsbereich auf einer ersten Seite der Trennwand, während der zweite Strömungsbereich auf einer zweiten Seite der Trennwand ausgebildet ist. Die Trennwand kann ein oder mehrschichtig ausgebildet sein. Insbesondere ist bevorzugt, die beiden Strömungsbereiche durch flächiges stoffschlüssiges Verbinden zweier üblicher Rohre auszubilden, wobei die Rohre gegebenenfalls noch verformt werden können. Neben einer koaxialen Ausbildung des ersten und zweiten Strömungsbereichs ist auch eine konzentrische Anordnung dieser Bereiche möglich und erfindungsgemäß.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Führung von Abgas in einem ersten Teilstrom im ersten Strömungsbereich und in einem zweiten Abgasteilstrom in einem zweiten Strömungsbereich. Da die Komponenten 31.1), 31.2) und/oder 31.3) nur im ersten Strömungsbereich ausgebildet ist, kann so beispielsweise ohne größeren konstruktiven Aufwand gewährleistet werden, dass nur ein Abgas- oder Gasteilstrom in einem Strömungsbereich einer Behandlung mit Plasma unterzogen wird oder nur in einem Abgas- oder Gasteilstrom eine partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen erfolgt. So kann insbesondere ein Plasmagenerator sehr kompakt in die Abgasanlage von Kraftfahrzeugen integriert werden. Insbesondere ist der Plasmagenerator so gestaltet, das Abgas im Plasmagenerator durch die Gasentladung auf Temperaturen über 2000 Kelvin, bevorzugt sogar über 2800 Kelvin erhitzt wird. Im Betrieb werden molekularer Stickstoff, der sowohl im Abgas als auch in der – gegebenenfalls zugebbaren – Luft vorhanden ist, und Sauerstoff durch nicht thermische, Plasma-induzierte Stoßprozesse mit hochenergetischen Elektronen elektronisch angeregt, disoziiert und ionisiert. Bevorzugt werden durch Reaktionen der elektronisch angeregten Moleküle, Radikale und Ionen mit dem durch das Plasma aufgeheizten Abgas Stickoxide gebildet. Aufgrund der hohen anliegenden Temperatur wird bevorzugt Stickstoffmonoxid (NO) gebildet, da das Reaktionsgleichgewicht bei diesen Temperaturen die Bildung von Stick stoffmonoxid der von Stickstoffdioxid entsprechend bevorzugt. Die Reaktionszeiten dafür liegen im Bereich von unter 10 Millisekunden.

So kann durch den Plasmagenerator im Betrieb die Konzentration an Stickstoffmonoxid erhöht werden. Dieses Stickstoffmonoxid kann weiterhin bevorzugt zu Ammoniak reduziert werden. Der Plasmagenerator kann beispielsweise wie in der DE 102 58 185 A1 beschrieben aufgebaut sein, wobei deren Inhalt in Bezug auf den Aufbau und den Betrieb des Plasmagenerators in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung vollständig mit aufgenommen wird.

Die Vorrichtung weist im Bereich des Plasmagenerators geeignete Anschlüsse auf, mit denen der Plasmagenerator mit einer entsprechenden Stromversorgung und einer entsprechenden Steuerung verbunden werden kann. Entsprechende Isolierungen und ähnliches können erfindungsgemäß ausgebildet sein.

Wird der Plasmagenerator so betrieben, dass das Abgas durch die Gasentladung auf recht hohe Temperaturen, wie beispielsweise 2800 Kelvin und mehr kurzzeitig lokal erhitzt wird, so kommt es unter Anwesenheit von molekularem Stickstoff (N₂) einerseits zur Reaktion mit durch das Plasma gebildeten Sauerstoffradikalen, wobei Stickstoffmonoxid und Stickstoff entsteht und andererseits zur Reaktion eines solchen Stickstoffatoms mit molekularem Sauerstoff (O₂) zu Stickstoffmonoxid und einem Sauerstoffradikal. Weitere Reaktionen sind bei relativ hohen Temperaturen von eher untergeordneter Bedeutung, so dass eine hohe Ausbeute an Stickstoffmonoxid durch Einsatz und einen entsprechenden Betrieb des Plasmagenerators erreicht werden kann.

Bevorzugt ist der mindestens eine zweite Strömungsbereich an mindestens einer der folgenden Stellen ausgebildet:

32.1) stromaufwärts eines Speicherelements;
32.2) stromaufwärts eines Reformers oder Reaktors; oder
32.3) stromaufwärts eines Plasmagenerators.

So kann in vorteilhafter Weise ein Wärmeeintrag in das jeweilige Betriebsgas des Speicherelements, des Reformers oder Reaktors und/oder des Plasmagenerators erfolgen, so dass die Energie zum Betrieb dieser Komponenten und damit des Gesamtsystems reduziert werden kann. Insbesondere kann so die Wärme des Abgases, welches den ersten Strömungsbereich durchströmen kann, zur Aufheizung des Speicherelements, des Reformers oder Reaktors und/oder des Plasmagenerators verwendet werden. Insbesondere eine Ausbildung an der Stelle 32.1) ist dann von Vorteil, wenn an dem Speicherelement eine Sorption erfolgt.

Bevorzugt sind in einer axialen bevorzugten Strömungsrichtung stromaufwärts des Plasmagenerators Gaszuführmittel ausgebildet, insbesondere zum Zuführen eines Sauerstoff und/oder Stickstoff umfassenden Gases.

Die Gaszuführmittel können dabei sowohl im ersten Strömungsbereich, als auch in einem Teil der Abgasbehandlungseinheit, in dem die Strömungsbereiche noch nicht voneinander getrennt sind, ausgebildet sein. Ein solcher Bereich kann beispielsweise stromaufwärts dadurch gebildet werden, dass die Trennwand dort noch nicht ausgebildet ist.

Als Sauerstoff umfassendes Gas kann beispielsweise Umgebungsluft zugeführt werden. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass molekularer Stickstoff dem System zugeführt wird, welcher in gleicher Weise zur Bildung von Stickstoffmonoxid dienen kann. Hierbei ist es grundsätzlich möglich Luft, beispielsweise über einen Kompressor, unter Druck zuzuführen.

Bevorzugt ist zumindest in einer axialen bevorzugten Strömungsrichtung stromabwärts des ersten und des zweiten Strömungsbereichs ein gemeinsamer dritter Strömungsbereich ausgebildet. In diesem können die durch die trennende Wand gebildeten beiden Gasströme nach Durchströmen der jeweiligen Strömungsbereiche wieder zusammenströmen und dort insbesondere vermischt werden. In diesem Bereich kommt es beim Betrieb des Plasmagenerators zur Erzeugung von Stickstoffmonoxid im zweiten Strömungsbereich zur Bildung eines mit Stickstoffmonoxid angereicherten Gesamtabgasstroms, der beide durch die beiden Strömungsbereiche strömenden Teilabgasströme umfasst. Es ist gleichfalls möglich, vor Zusammenführen der beiden Gasströme für eine Reduktion des Stickstoffmonoxids zu Ammoniak zu sorgen, indem beispielsweise ein entsprechender Katalysator beispielsweise auf einem Katalysatorträgerkörper in den ersten Strömungsbereich stromabwärts des Plasmagenerators eingebracht wird.

Bevorzugt ist in einer axialen bevorzugten Strömungsrichtung stromabwärts des Plasmagenerators eine erste Wabenstruktur mit einer ersten Reduktionskatalysatorbeschichtung zur Reduktion von Sauerstoff ausgebildet.

Diese erste Wabenstruktur kann insbesondere zum Entfernen des Restsauerstoffs aus dem Abgasstrom dienen. Dieser Restsauerstoffgehalt kann insbesondere dann hoch sein, wenn Luft über die Gaszuführmittel zugeführt wurde. Als erste Reduktionskatalysatorbeschichtung wird insbesondere ein keramisches Beschichtungsmaterial wie insbesondere Washcoat eingesetzt, in den Edelmetallhaltige Komponenten enthaltend beispielsweise Platin und/oder Palladium eingebracht werden.

Bevorzugt ist in einer axialen bevorzugten Strömungsrichtung stromabwärts des Plasmagenerators eine zweite Wabenstruktur mit einer zweiten Reduktionskatalysatorbeschichtung zur Reduktion von Stickoxid zu Ammoniak ausgebildet. Die zweite Reduktionskatalysatorbeschichtung umfasst insbesondere Platin und/oder Palladium als Aktivkomponenten, insbesondere ist bei dieser Beschichtung nur wenig Rhodium vorhanden, bevorzugt im wesentlichen kein Rhodium.

Somit gestatten die beiden Strömungbereich die Bereitstellung eines kompakten on-board Ammoniakgenerators, welcher insbesondere auch in mobilen Anwendungen im Abgassystem von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden kann. Das so erzeugbare Ammoniak kann stromabwärts als Reduktionsmittel in einem selektiven katalytischen Reduktionsprozess (SCR, selective catalytic reduction) von Stickoxiden dienen. Insbesondere bei mobilen Anwendungen kann so auf die Ausbildung von Tanks für Reduktionsmittel wie beispielsweise für Ammoniakprecursoren (z. B. Harnstoff, Ammoniumcarbamat, Isocyansäure, Cyanursäure, etc.) in Lösung oder als Feststoff verzichtet werden.

Durch eine entsprechende Ausgestaltung der zweiten Reduktionskatalysatorbeschichtung der zweiten Wabenstruktur können auch andere Reaktionen katalysiert werden, durch welche statt Ammoniak andere Reduktionsmittel wie beispielsweise Isocyansäure oder Cyanursäure generiert werden. Auch solche Reduktionsmittel und entsprechende zweite Reduktionskatalysatorbeschichtungen sind möglich und erfindungsgemäß. Die zweite Reduktionskatalysatorbeschichtung umfasst insbesondere Edelmetalle als Katalysatoren wie beispielsweise Platin. Die zweite Reduktionskatalysatorbeschichtung umfasst insbesondere Titandioxid (Anatas)getragenes Vanadium/Wolframmischoxid oder auch metallausgetauschte Zeolithe wie insbesondere Zeolithe vom Typen X, Y, ZSM-5 oder ZSM-11.

Bevorzugt sind in Strömungsrichtung zwischen dem Plasmagenerator und der zweiten Wabenstruktur Reduktionszufuhrmittel zur Zuführung eines Reduktionsmittels ausgebildet. Ist auch eine erste Wabenstruktur zur Reduktion insbesondere des noch vorhandenen Sauerstoffs ausgebildet, werden die Reduktionszufuhrmittel bevorzugt zwischen der ersten und der zweiten Wabenstruktur ausgebildet.

Als Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickstoffmonoxid zu Ammoniak haben sich insbesondere Kohlenwasserstoffe bewährt. Diese können in einfacher Weise aus dem Treibstoff der Verbrennungskraftmaschine gewonnen werden. So ist es beispielsweise möglich, Treibstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, der Verbrennungskraftmaschine über die Reduktionszufuhrmittel direkt vor der zweiten Wabenstruktur in den Abgasstrom einzuspritzen. Insbesondere sind die Reduktionszufuhrmittel als Düse ausgebildet. Die Reduktionszufuhrmittel sind insbesondere so ausgebildet, dass eine möglichst gleichmäßige Konzentration des Reduktionsmittels über den Strömungsquerschnitt erreicht wird. Insbesondere hat es sich bewährt, das Reduktionsmittel in Form kleiner Tröpfchen einzusprühen.

Bevorzugt ist im gemeinsamen Strömungsbereich ein Mischer, insbesondere eine Mischerstruktur, ausgebildet.

Eine Mischerstruktur kann beispielsweise aus einer Wabenstruktur bestehen, die zwischen den einzelnen Kanälen Durchbrechungen aufweist, durch die das Abgas zumindest teilweise im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung strömen kann. Dadurch kommt es zur Durchmischung des Abgasstroms. Besonders bevorzugt ist hierbei die Ausbildung von Leitstrukturen in der Kanalwand, die den Abgasstrom hin zu den zwischen den Kanälen befindlichen Öffnungen leiten.

Bevorzugt ist in Strömungsrichtung stromabwärts der zweiten Wabenstruktur eine dritte Wabenstruktur mit einer SCR-Katalysatorbeschichtung ausgebildet.

Diese SCR-Katalysatorbeschichtung ist eine Beschichtung, die einen Katalysator enthält, welcher die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden katalysiert. Die SCR-Katalysatorbeschichtung umfasst insbesondere Titandioxid (Anatas) getragenes Vanadium/Wolframmischoxid oder auch metallausgetauschte Zeolithe wie insbesondere Zeolithe vom Typen X, Y, ZSM-5 oder ZSM-11.

Im Betrieb kann es so aufgrund des in der zweiten Wabenstruktur gebildeten Ammoniakanteils zur selektiven katalytischen Reduktion der Stickoxide zu molekularem Stickstoff kommen. Dadurch werden die Stickoxidemissionen der Verbrennungskraftmaschine wirksam gesenkt.

Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn zwischen zweiter Wabenstruktur und dritter Wabenstruktur Mittel zur temporären Speicherung eines Reduktionsmittels ausgebildet sind.

Insbesondere handelt es sich hierbei um Mittel zur temporären Speicherung des Reduktionsmittels, welches im vorhergehenden Prozessschritt gebildet wird. Insbesondere handelt es sich als um Mittel zur temporären Speicherung von Ammoniak. Jedoch können auch andere Reduktionsmittel entsprechend gespeichert werden wie beispielsweise Isocyansäure oder Cyanursäure.

Die Ausbildung von Mitteln zur temporären Speicherung ermöglicht die Vorhaltung eines gewissen Reduktionsmittelvorrates, welcher dann zum Einsatz kommen kann, wenn eine sehr schnell sehr stark ansteigende Konzentration von Stickoxiden zu reduzieren ist. Um hier die mögliche Trägheit des Systems zur Erzeugung des Reduktionsmittels auszuschalten, ist die Vorhaltung einer gewissen Menge von Reduktionsmittel in den Mitteln zur temporären Speicherung vorteilhaft. Insbesondere kann es sich bei diesen Mitteln um beschichtete Wabenstrukturen handeln, die insbesondere mit bestimmten Zeolithen, wie beispielsweise Zeolithen der Typen A, X, Y oder ZSM-5 beschichtet sind.

Besonders vorteilhaft ist hierbei die Ausbildung eines Regelkreises, mit welchem einerseits die Konzentration von Stickoxiden im Abgas direkt oder indirekt bestimmt wird, welcher weiterhin die Menge an eingelagertem Reduktionsmittel in den Mitteln zur temporären Speicherung erfasst. Hierbei wird insbesondere die Generation von Stickstoffmonoxid im Plasmagenerator geregelt, beispielsweise über ein Ein- und Ausschalten des Plasmagenerators, eine Änderung der Stromstärke und/oder -frequenz oder auch eine Änderung der Gaszusammensetzung beispielsweise durch Zuleitung oder Änderung der Menge eines sauerstoffartigen Gases. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Regelung in gewisser Weise vorausschauend versucht, den Gehalt an Stickstoffoxiden im Abgas der Verbrennungskraftmaschine zu einem zukünftigen Zeitpunkt zu extrapolieren. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass neben der Stickoxidkonzentration mittels eines Speicherbausteins und eines Differenzierers auch die Steigung der Stickstoffkonzentration beobachtet wird. So ist es auf einfache Weise möglich, die Stickoxidkonzentration in die Zukunft zu extrapolieren und damit auch Abschätzungen für die benötigte Menge an Reduktionsmittel durchführen zu können. Entsprechend dieser Abschätzung kann dann die Generation von Stickoxiden und daran anschließend von Ammoniak erfolgen.

Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass in Strömungsrichtung vor der gemeinsamen Wand zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsbereich Strömungsleitmittel ausgebildet sind, die es erlauben, den Abgasteilstromanteil, welcher in den ersten Strömungsbereich strömt, festzulegen.

Grundsätzlich erfolgt durch die Ausbildung der Trennwand per se eine Aufteilung der Abgasströme auf den ersten und den zweiten Strömungsbereich. In dieser Situation strömt ein erster geometrischer Abgasteilstrom in den ersten Strömungsbereich und ein zweiter geometrischer Abgasteilstrom in den zweiten Strömungsbereich. Je nach Anbindung kann es erforderlich sein, dass der erste Abgasteilstrom, welcher den ersten Strömungsbereich durchströmt, größer oder kleiner als der erste geometrische Abgasteilstrom sein muss. Beispielsweise ist es vorteilhaft, einen nur sehr geringen Massenstrom durch den ersten Strömungsbereich und relativ große Massenströme durch den zweiten Strömungsbereich zu leiten. Ist in einem solchen Fall aufgrund beispielsweise des Platzbedarfs des Plasmagenerators oder des Reformers/Reaktors der erste geometrische Abgasteilstrom größer als der benötigte Abgasteilstrom, so kann es erforderlich sein, Mittel im vorderen Anströmbereich der Wand auszubilden, die in den in den ersten Strömungsbereich einströmenden Abgasteilstrom verkleinern. Dies kann beispielsweise in einer Verengung in diesen Bereich bestehen oder auch in einer beweglichen Klappe, die den Abgasteilstromanteil variabel macht. Bevorzugt ist auch die Ausbildung von Strömungsleitmitteln, bei denen im wesentlichen der gesamte Massenstrom durch den zweiten Strömungsbereich geleitet wird. In einem solchen Fall ist zu gewährleisten, dass das Betriebsgas, welches dem Plasmagenerator zugeführt wird, neben Sauerstoff genügend Stickstoff enthält. Beispielsweise kann hier Luft als Betriebsgas eingesetzt werden.

Unabhängig von der Ausbildung von Strömungsleitmitteln kann der erste Strömungsbereich auch eingangsseitig im wesentlichen abgeschlossen ausgebildet sein. Das bedeutet insbesondere, dass im wesentlichen kein Abgas in den ersten Strömungsbereich einströmen kann. Bevorzugt ist in einem solchen Falle, dass der erste Strömungsbereich so ausgestaltet ist, dass das Betriebsgas für den Plasmagenerator, beispielsweise Luft, in den ersten Strömungsbereich einströmen kann und das Abgas das Betriebsgas durch den Kontakt mit der gemeinsamen Wand aufheizt.

Es ist vorteilhaft, das Betriebsgas des Reformers/Reaktors und/oder des Plasmagenerators vorzuwärmen. Dies kann durch eine elektrische Widerstandsheizung oder auch durch einen Wärmeeintrag vom Abgas erfolgen. Weiterhin kann es vor teilhaft sein, das Gas, welches in das mindestens eine Speicherelement einströmt, bei Überschreiten der Desorptionstemperatur bei Chemi- oder Physisorption durch Luftzugabe zu kühlen.

Die in dieser Anmeldung beschriebene Ausführung von ersten und zweiten Strömungsbereichen kann auch in vorteilhafter Weise unabhängig von der übrigen Ausgestaltung der Vorrichtung, also in Alleinstellung, realisiert werden und ist auch in Alleinstellung erfindungsgemäß.

Bevorzugt ist an zumindest einer der folgenden Stellen ein Mischer ausgebildet:

39.1) an der Einmündung des ersten Nebenstrangs in den Hauptstrang;
39.2) stromaufwärts des Partikelabscheiders; oder
39.3) an der Einmündung des zweiten Nebenstrangs in den ersten Nebenstrang.

Der mindestens eine Mischer kann hier als aktiver Mischer und/oder als passiver Mischer ausgebildet sein. Ein passiver Mischer umfasst beispielsweise eine Mischerstruktur wie oben beschrieben. Weiterhin kann auch der Partikelabscheider einen passiven Mischer umfassen, also eine Vermischung, insbesondere eine Quervermischung der ihn durchströmenden Gasströme bewirken. Unter einem aktiven Mischer wird insbesondere eine Turbine oder ein Turbolader verstanden. Weiterhin kann der Mischer als Drallmischer ausgebildet sein.

Das Mischen von Gasströmen, beispielsweise des Ammoniakhaltigen Gasstroms mit dem Hauptabgasstrom, kann bevorzugt durch einen aktiven Mischer, beispielsweise einen Turbolader, erfolgen. Weiterhin ist es möglich, die zu mischenden Gasströme tangential zu mischen. Weiterhin kann ein Mischer ausgebildet sein, der beispielsweise einen Wabenkörper mit Kanälen einer ersten Wiederholungslänge und Löcher oder Kavernen aufweist, die eine Abmessung aufweisen, die größer als die Wiederholungslänge ist. Weiterhin können die Kanalwandungen Durchbrechungen mit Abmessungen im wesentlichen kleiner als die Wiederholungslänge der Strukturen und Leitstrukturen aufweisen, die einen Gasstrom in einen benachbarten Kanal lenken.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, den Ammoniakhaltigen Gasstrom auch durch den Partikelabscheider zu führen. Insbesondere kann sich der Ammoniakhaltige Gasstrom positiv auf die Regeneration des Partikelfilters auswirken. Der Partikelabscheider kann in einem solchen Falle auch in vorteilhafter Weise die Durchmischung des Ammoniakhaltigen Gasstroms mit dem Hauptabgasstrom bewirken. In einem solchen Falle kann ein Aufbau der Vorrichtung gewählt werden, bei dem der erste Nebenstrang stromaufwärts des Partikelabscheiders und des SCR-Katalysators in den Hauptabgasstrang mündet.

Bevorzugt ist auch eine Weiterbildung der Vorrichtung, bei der Strömungsleitungsmittel ausgebildet sind, die es erlauben, einen Abgas- oder Gasstromanteil, welcher in den ersten Nebenstrang strömt, einzustellen. Diese Strömungsleitungsmittel können Drosselklappen und/oder Ventile umfassen.

In vorteilhafter Weise erfolgt die Anreicherung von Stickstoffmonoxid in der Kaltstartphase erst dann, wenn das mindestens eine stromabwärts des Plasmagenerators ausgebildete Speicherelement in einem Betriebszustand ist, der eine Sorption von Stickoxiden erlaubt. Insbesondere ist dies bei chemisorbierenden Speicherelementen bei Temperaturen ab etwa 200°C der Fall.

Grundsätzlich können mehrere Speicherelemente in Reihe ausgebildet sein, zusätzlich kann stromabwärts eine Reduktionsvorrichtung ausgebildet sein, auf der eine Reduktion von Stickoxiden, bevorzugt Stickstoffmonoxid, zu Ammoniak katalysiert wird. Die Ausbildung von beispielsweise zwei Speicherelementen, von denen eines auf Physisorption und eines auf Chemisorption basiert, ist möglich und erfindungsgemäß.

Bevorzugt wird erst dann Ammoniak bereitgestellt, wenn der SCR-Katalysator seine Betriebstemperatur oberhalb der Anspringtemperatur („light-off-Temperatur") erreicht hat. Dieser weist bevorzugt eine Beschichtung auf, in der Ammoniak speicherbar ist. Das gespeicherte Ammoniak kann als Puffer zur Reduktion von auftretenden Stickoxidspitzen im Abgas eingesetzt werden.

Bevorzugt kann das Verfahren so gestaltet werden, dass im Betrieb ein positiver Wärmeübergang vor oder in ein auf Chemisorption basierendes Speicherelement erfolgt, um dieses über der Grenztemperatur zu halten, ab der die entsprechende Reaktion im nennenswerten Umfang abläuft. Bevorzugt kann das Verfahren so gestaltet werden, dass im Betrieb ein negativer Wärmeübergang vor oder in ein auf Physisorption basierendes Speicherelement erfolgt, um dieses unter dessen Desorptionstemperatur zu halten.

Bevorzugt kann ein Luftzufuhrmittel wie ein Gebläse oder Kompressor ausgebildet sein, welches den Plasmagenerator mit Luft als zumindest ein Teil dessen Betriebsgases versorgt.

Bevorzugt erfolgt eine Temperatur- und/oder Konzentrationsüberwachung der Gasströme mit einem Rechner-gestützten Modell, bei dem über Eingangsdaten, beispielsweise mindestens eines Messfühlers oder auch aus dem Motormanagement, Daten an anderen Punkten des Systems berechnet werden.

Bevorzugt ist eine Ausbildung der Vorrichtung, bei der der SCR-Katalysator und der Partikelscheider eine Einheit bilden. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass die gleichen Oberflächen sowohl zur Partikelabscheidung und/oder -agglomeration, als auch zur Katalysierung des SCR-Prozesses dienen.

Die Verbindung von Partikelabscheider und SCR-Katalysator zu einer Einheit erlaubt in vorteilhafter Weise den Aufbau einer kompakten erfindungsgemäßen Vorrichtung. Durch den Einsatz einer Oberfläche sowohl zur Partikelabscheidung als auch zur SCR-Katalyse wird ein noch kompakterer Aufbau der Einheit möglich.

Bevorzugt ist weiterhin, dass der SCR-Katalysator so ausgebildet ist, dass eine erste Menge Reduktionsmittel, bevorzugt Ammoniak, in ihm speicherbar ist, insbesondere durch eine entsprechende Ausgestaltung der Beschichtung des SCR-Katalysators.

Weiterhin bevorzugt ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der mindestens eine Turbine im Hauptabgasstrang ausgebildet ist und der erste Nebenstrang vor der Turbine vom Hauptabgasstrang abzweigt. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass der erste Nebenstrang nach einer Turbine in den Hauptstrang mündet. Das durch die Turbine entstehende Druckgefälle kann in vorteilhafter Weise zur Dosierung der in den ersten Nebenstrang strömenden Gasmenge eingesetzt werden, beispielsweise mittels eines Flatterventils. Unter einer Turbine wird hier insbesondere ein Turbolader verstanden. Sind zwei oder mehr insbesondere serielle Turbolader im System ausgebildet kann in vorteilhafter Weise die Einmündung nach einem und vor einem weiteren Turbolader erfolgen.

Bevorzugt ist weiterhin, dass Mittel zur Regulierung der in den ersten und/oder zweiten Nebenstrang strömenden Gasmenge ausgebildet sind. Insbesondere umfassen diese Mittel ein Flatterventil und/oder eine bewegliche Klappe. So können in vorteilhafter Weise die Betriebsbedingungen des im ersten Nebenstrang ausgebildeten Ammoniakgenerators angepasst und eingestellt werden.

Bevorzugt ist weiterhin, dass der Reformer und/oder Reaktor mit einem Betriebsgas versehen wird, welches zumindest teilweise einer Abgasrückführleitung entnehmbar ist.

Bevorzugt ist weiterhin eine Vorrichtung, bei der alle Komponenten der Vorrichtung, also insbesondere der Ammoniakgenerator, der Partikelabscheider und der SCR-Katalysator in einem gemeinsamen Gehäuse ausgebildet sind. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise einen einfachen Anschluss an die Abgasanlage, die Vorrichtung kann somit als „Black Box" insbesondere auch zur Nachrüstung von Abgasanlagen eingesetzt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt des erfinderischen Gedankens wird ein Verfahren zur Abgasaufbereitung vorgeschlagen, bei dem durch einen Partikelabscheider im Abgas befindliche Partikel zumindest teilweise abgeschieden werden und bei dem Stickoxide im Abgas in einem SCR-Katalysator zumindest teilweise reduziert werden, wobei die Abscheidung der Partikel in einem Hauptabgasstrang erfolgt und in einem ersten Nebenstrang Ammoniak erzeugt wird, welches dem SCR-Katalysator als Reduktionsmittel zugeführt wird.

Bevorzugt ist hierbei die Erzeugung des Ammoniaks im ersten Nebenstrang aus mindestens einem bei Raumtemperatur gasförmigen Edukt. Weiterhin bevorzugt ist die Erzeugung von Ammoniak aus einer bei Raumtemperatur gasförmigen Stickstoffquelle. Insbesondere kann Luft und/oder Abgas als Stickstoffquelle dienen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der erste Nebenstrang und der Hauptabgasstrang so zusammengeführt, dass der im ersten Nebenstrang erzeugte Ammoniakhaltige Gasstrom den Partikelabscheider durchströmen kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Partikelabscheider mindestens ein elektrisches Feld ausgebildet, welches mindestens eine der folgenden Funktionen erfüllt:

58.1) Agglomeration der Partikel,
58.2) Abscheidung der Partikel, oder
58.3) Regeneration des Partikelabscheiders.

Unter einer Agglomeration gemäß 58.1) wird hier die Anlagerung von Partikeln an Partikel verstanden, so dass Partikel mit größeren mittleren Durchmessern entstehen. Diese kann insbesondere durch Anlegen einer Gleichspannung oder einer niederfrequenten Wechselspannung erfolgen. Unter einer Abscheidung im Sinne von 58.2) wird hier das Entfernen der Partikel aus dem Abgasstrom verstanden. Unter 58.3) wird hier die Entfernung von Partikeln mittels eines elektrischen Feldes verstanden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Partikelabscheider eine Regenerationsmöglichkeit zur Regeneration des Partikelabscheiders auf. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass die Regenerationsmöglichkeit auf mindestens einem der folgenden Mechanismen beruht:

60.1) Bereitstellen von Stickstoffdioxid stromaufwärts zumindest eines Teils des Partikelabscheiders;
60.2) Erhöhung der Temperatur des Partikelabscheiders über eine Grenztemperatur;
60.3) Bereitstellen eines Oxidationsmittels stromaufwärts zumindest eines Teils des Partikelabscheiders; oder
60.4) Regeneration durch eine elektrische Entladung.

Unter einer Regeneration eines Partikelabscheiders wird insbesondere die Entfernung der abgeschiedenen Partikel vom Partikelabscheider verstanden. Unter einer Regenerationsmöglichkeit wird die Eignung des Partikelabscheiders zur Regeneration der ein- und/oder angelagerten Partikel, also der Entfernung der Partikel aus und/oder von dem Partikelabscheider, verstanden. Diese Regenerationsmöglichkeit kann insbesondere thermisch und/oder chemisch ausgebildet sein.

Weist der Partikelabscheider eine thermische Regenerationsmöglichkeit gemäß 60.2) auf, so können Mittel vorgesehen sein, die eine Aufheizung des Partikelabscheiders über eine Temperatur bewirken können, bei der eine Oxidation des Kohlenstoffs der Partikeln erfolgt, bevorzugt auch mit einem Restsauerstoffanteil im Abgas. Der Partikelabscheider kann katalytisch aktive Materialen umfassen, die eine solche Oxidation katalysieren. Eine thermische Regeneration kann über eine Erhöhung der Abgastemperatur und/oder durch zusätzliche Heizeinrichtungen erreicht werden.

Weist der Partikelabscheider eine chemische Regenerationsmöglichkeit gemäß 60.1) und/oder 60.3) auf, so besteht die Möglichkeit, durch eine chemische Reaktion einen Abbau der Partikel zu erreichen. Dies kann beispielsweise über eine Reaktion des Kohlenstoffs mit Stickstoffdioxid zu Stickstoffmonoxid und Kohlendioxid erreicht werden. Eine weitere Regenerationsmöglichkeit besteht in einem CRT-Verfahren, bei der Mittel ausgebildet sind, die möglichst kontinuierlich eine genügend große Stickstoffdioxidkonzentration im Abgas im Partikelabscheider gewährleisten, um so die Kohlenstoffpartikel kontinuierlich umzusetzen. Eine auf einer elektrischen Entladung gemäß 60.4) beruhende Regenerationsmöglichkeit basiert beispielsweise auf einer Oberflächengleitentladung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Ammoniak durch eine plasmagestützte Erzeugung von Stickstoffmonoxid und anschließende Reduktion zu Ammoniak erzeugt.

In Bezug auf die Erzeugung von Stickstoffmonoxid durch ein Plasma wird auf die DE 10258 185 A1 Bezug genommen, deren Offenbarung in soweit in die Offenbarung dieser Anmeldung aufgenommen wird.

Bevorzugt wird hierbei ein Plasmagenerator mit einem zumindest Stickstoff und Sauerstoff umfassenden ersten Betriebsgas betrieben. Insbesondere kann hier Luft und/oder Abgas als Betriebsgas eingesetzt werden.

Bevorzugt ist weiterhin ein Verfahren, bei dem der Ammoniakgenerator bevorzugt mindestens ein Speicherelement umfasst, in welchem Stickoxide reversibel speicherbar sind.

Durch die reversible Speicherung von Stickoxiden ist es möglich, zwei Gasstränge vorzusehen, die mit dem Plasmagenerator verbindbar sind, so dass jeweils in einem Gasstrang Stickoxide gespeichert werden und in einem anderen Stickoxide freigesetzt werden, die dann zu Ammoniak reduziert werden können. Bevorzugt sind Speicherelemente umfassend Wabenkörper mit einer Speicherreduktionsbeschichtung, in denen Stickoxide als Nitrite und/oder Nitrate chemisorbiert werden.

Weiterhin bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem mindestens zwei Speicherelemente ausgebildet sind, wobei in mindestens einem Speicherelement Stickoxide eingelagert werden, während aus mindestens einem Speicherelement gespeicherte Stickoxide herausgelöst werden. Weiterhin bevorzugt ist in diesem Zusammenhang ein Verfahren, bei dem in jedes Speicherelement wechselweise Stickoxide eingelagert und herausgelöst werden.

Bevorzugt ist eine Ausbildung des Verfahrens, bei dem die Speicherung von Stickoxiden auf einer Physi- und/oder Chemisorption beruht.

Weiterhin ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem die Einlagerung und die Herauslösung der Stickoxide in Abhängigkeit von zumindest einer physikalischen und/oder chemischen Verfahrensgröße erfolgt. Besonders bevorzugt umfasst die mindestens eine Verfahrensgröße in diesem Zusammenhang zumindest eine der folgenden Größen umfasst:

69.1) Temperatur des Abgases;
69.2) Temperatur des Speicherelements; oder
69.3) Konzentration einer Komponente des das Speicherelement durchströmenden Gases.

Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang ein Verfahren, bei dem die Verfahrensgröße gemäß 69.3) die Konzentration mindestens eines der folgenden Stoffe umfasst:

70.1) Wasserstoff oder
70.2) Kohlenwasserstoffe.

Bevorzugt erfolgt hierbei die Bereitstellung des Stoffs 70.1) durch einen Reformer und/oder Reaktor, insbesondere durch partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen erzeugt. Bevorzugt ist hierbei der Reformer und/oder Reaktor in einem zweiten Nebenstrang ausgebildet ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zweite Nebenstrang in den ersten Nebenstrang stromaufwärts des Speicherelements mündet. Bevorzugt kann der zweite Nebenstrang, insbesondere stromaufwärts des Reformers und/oder Reaktors, beheizt werden, insbesondere durch die Abwärme des Abgases. Auch eine direkte Beheizung des Reformers und/oder Reaktors ist möglich und erfindungsgemäß. Neben oder zusätzlich zu einer Beheizung durch die Abwärme des Abgases kann eine zusätzliche Beheizung erfolgen, beispielsweise durch eine elektrische Widerstandsheizung. Der zweite Nebenstrang kann mit Kohlenwasserstoffen und gegebenenfalls Luft als Betriebsgas beschickt werden.

Bevorzugt erfolgt die Speicherung der Stickoxide bei Temperaturen im wesentlichen unterhalb einer ersten Grenztemperatur aufgrund einer Physisorption.

Weiterhin bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Speicherung der Stickoxide bei Temperaturen im wesentlichen oberhalb einer zweiten Grenztemperatur aufgrund einer Chemisorption erfolgt.

In diesem Zusammenhang ist bevorzugt

76.1) ein Speicherelement ausgebildet, an oder in welchem eine reversible Speicherung der Stickoxide im wesentlichen durch Physi- und Chemisorption erfolgt oder
76.2) sind mindestens zwei Speicherelemente ausgebildet, wobei an oder in zumindest einem dieser Speicherelemente eine reversible Speicherung der Stickoxide im wesentlichen durch Physisorption und an oder in zumindest einem anderen Speicherelement eine reversible Speicherung der Stickoxide im wesentlichen durch Chemisorption erfolgt,

wobei das mindestens eine Speicherelement so ausgelegt ist, dass die erste Grenztemperatur im wesentlichen größer als die zweite Grenztemperatur ist.

Bei der Möglichkeit 76.1) kann ein Wabenkörper eine entsprechende Beschichtung umfassen, die beispielsweise einen Zeolithen oder ein ähnliches Molekularsieb zur Physisorption umfasst, welcher entsprechend so ausgestaltet ist, dass alternativ oder kumulativ eine Chemisorption erfolgt.

Weiterhin ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem
an dem mindestens einen Speicherelement eine Speichertemperatur,
an mindestens einen Reformer eine Reformertemperatur,
im Abgas eine Abgastemperatur vorliegt,
wobei ein positiver Wärmeübertrag vom Abgas zu oder ein negativer Wärmeübertrag von mindestens einer der folgenden Komponenten erfolgen kann:

77.1) mindestens einem Speicherelement oder
77.2) mindestens einem Reformer oder Reaktor,

wobei der Wärmeübertrag mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt:

77.1.a) der Wärmeübertrag zu oder von einem Speicherelement, an welchem überwiegend eine Physisorption erfolgt, so geregelt und/oder gesteuert wird, dass die Speichertemperatur im wesentlichen unterhalb der ersten Grenztemperatur verbleibt,
77.1.b) der Wärmeübertrag zu oder von einem Speicherelement, an welchem überwiegend eine Chemisorption erfolgt, so geregelt und/oder gesteuert wird, dass die Speichertemperatur im wesentlichen oberhalb der zweiten Grenztemperatur und unterhalb einer dritten Grenztemperatur, oberhalb derer eine Desorption der Stickoxide erfolgt, oder
77.2.a) der Wärmeübertrag zu oder von einem Reaktor so geregelt und/oder gesteuert wird, dass die Reaktortemperatur in einem Bereich liegt, in dem der Reaktor Wasserstoffhaltige Gase erzeugt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens erfolgt eine Anreicherung von Stickstoffmonoxid durch einen Plasmagenerator dann, wenn eine Spei chertemperatur zumindest eines zumindest teilweise auf Chemisorption basierenden Speicherelements oberhalb der zweiten Grenztemperatur liegt.

Weiterhin bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem der Massenstrom an erstem Betriebsgas für den Plasmagenerator im wesentlichen einem ersten vorgebbaren Wert entspricht, wenn die Speichertemperatur eines teilweise auf Chemisorption beruhenden Speicherelements unterhalb der zweiten Grenztemperatur liegt und oberhalb eines zweiten vorgebbaren Wertes, welcher größer als der erste vorgebbare Wert ist, liegt, wenn die Speichertemperatur oberhalb der zweiten Grenztemperatur liegt.

Grundsätzlich ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem die oben genannten Temperaturen zumindest teilweise über ein Rechner-gestütztes Modell bestimmt werden.

Besonders bevorzugt ist auch und insbesondere in diesem Zusammenhang die Erfassung zumindest einer Temperatur über einen Messfühler.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ammoniakproduktion in Abhängigkeit von der NOx- und/oder der Ammoniakkonzentration im Abgas geregelt und/oder gesteuert. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass ein NOx- und/oder ein Ammoniakgehalt des Abgases über einen Messfühler erfasst wird.

Hierbei kann insbesondere auch eine indirekte Bestimmung des NOx- und/oder Ammoniakgehaltes des Abgases erfolgen, in dem eine andere Konzentration über einen Messfühler erfasst und dann aus dieser die NOx- und/oder Ammoniakkonzentration erhalten wird. Weiterhin können auch mehrere Messfühler im Abgassystem ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die NOx-Konzentration aus den Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine bestimmt.

Insbesondere kann aus dem Motorkennfeld auf die NOx-Konzentration im Abgas geschlossen werden. Eine Anpassung des NOx-Konzenzentrationswertes anhand von Messwerten ist in vorteilhafter Weise möglich.

Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensführung, bei der mindestens eine Turbine im Hauptabgasstrang ausgebildet ist und der erste Nebenstrang vor der Turbine vom Hauptabgasstrang abzweigt. Weiterhin bevorzugt ist es, dass der erste Nebenstrang nach einer Turbine in den Hauptabgasstrang mündet.

In diesem Falle kann in vorteilhafter Weise das durch die Turbine entstehende Druckgefälle zur Regulierung des Betriebsgasstromes im ersten Nebenstrang eingesetzt werden. Insbesondere können Mittel zur Regulierung des Betriebsgasstromes ausgebildet sein, beispielsweise ein Flatterventil oder ähnliches.

Vorteilhafterweise wird die in den ersten und/oder zweiten Nebenstrang strömenden Gasmenge geregelt und/oder gesteuert, bevorzugt durch ein Flatterventil und/oder eine bewegliche Klappe.

Bevorzugt ist eine Weiterbildung des Verfahrens, bei dem der Reformer und/oder Reaktor mit einem Betriebsgas beschickt wird, welches zumindest teilweise einer Abgasrückführleitung entnehmbar ist.

Insbesondere kann die Abgasrückführleitung über entsprechende Strömungsleitungsmittel mit einem zweiten Nebenstrang, in welchem der Reformer und/oder Reaktor ausgebildet ist, verbindbar sein. Über diese Strömungsleitungsmittel kann der Gasmassenstrom durch den zweiten Nebenstrang in vorteilhafter Weise gesteuert und/oder geregelt werden.

Besonders bevorzugt ist auch, dass der Reformer und/oder Reaktor und/oder der Plasmagenerator mit einem Betriebsgas beschickt wird, welches vorgeheizt wird.

Die Vorheizung kann insbesondere durch eine elektrische Aufheizung und/oder durch Nutzung der Abwärme des Abgases erfolgen.

Die für eine erfindungsgemäße Vorrichtung offenbarten Details lassen sich in gleicher Weise auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen. Insbesondere die Beschreibung der eingesetzten Komponenten, wie dem Partikelabscheider, dem Ammoniakgenerator, dem SCR-Katalysator, den Wabenkörpern usw. kann direkt auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren erläutert, ohne dass diese auf die dort gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt wäre. Es zeigen:
1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Abgasbehandlungseinheit als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt;
2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Abgasbehandlungseinheit als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt;
3 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Abgassystems;
4 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Abgassystems;
5 schematisch einen Querschnitt durch eine Abgasbehandlungseinheit als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
6 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
7 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
8 schematisch ein erstes Beispiel eines Partikelabscheiders;
9 schematisch ein zweites Beispiel eines Partikelabscheiders;
10 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
11 schematisch ein Beispiel eines Ammoniakgenerators; und
12 schematisch ein Beispiel eines Partikelabscheiders.
1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Abgasbehandlungseinheit 1 im Längsschnitt, die Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sein kann, die jedoch auch ohne die übrigen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vorteilhafter Weise verwirklicht werden kann. Die Abgasbehandlungseinheit 1 umfasst einen ersten Strömungsbereich 3 und einen zweiten Strömungsbereich 2, die im wesentlichen parallel zueinander durchströmbar sind und durch eine Trennwand 4 voneinander getrennt sind. Im zweiten Strömungsbe reich 2 ist ein Plasmagenerator 5 ausgebildet. Der zweite Strömungsbereich 2 ist Teil des ersten Nebenstrangs 105, der erste Strömungsbereich 3 ist Teil des Hauptabgasstrangs 104. Bei Ausbildung eines alternativen oder kumulativen zweiten Strömungsbereichs 2 mit einem Reaktor 133 und/oder Reformer 111 kann der zweite Strömungsbereich 2 Teil des zweiten Nebenstrangs 110 sein.
Im vorliegenden Beispiel ist im zweiten Strömungsbereich 2 ein Plasmagenerator 5 ausgebildet, der insbesondere nach einer der in der DE 102 58 185 A1 gezeigten Arten ausgebildet sein. Der Plasmagenerator umfasst eine erste Elektrode 6 und eine zweite Elektrode 7. Die zweite Elektrode 7 ist trichterförmig um den Plasmakanal 8 ausgebildet. Im Plasmakanal 8 wird bei Beaufschlagung der Elektroden 6, 7 mit einer Hochspannung, die als Gleich- oder Wechselspannung ausgebildet sein kann, ein Plasma erzeugt. Mittels dieses Plasmas, welches kurzzeitig Gastemperaturen von mehr als 2500 Kelvin bewirkt, erfolgt eine vermehrte Umsetzung von Stickstoff und Sauerstoff zu Stickstoffmonoxid. Die elektrische Stromversorgung erfolgt über die Anschlüsse 9.
2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Abgasbehandlungseinheit 1 mit einem ersten Strömungsbereich 3 und einem zweiten Strömungsbereich 2, die insbesondere Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasbehandlung sein kann. Beim Einsatz der Abgasbehandlungseinheit 1 im Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine 100 wird die Abgasbehandlungseinheit 1 von einem Abgasstrom 10 in einer Strömungsrichtung 11 durchströmt. Durch die die Strömungsbereiche 2, 3 trennende Trennwand 4 erfolgt eine Aufteilung des Abgasstromes 10 in einen ersten Abgasteilstrom 12 und einen zweiten Abgasteilstrom 13. Im ersten Abgasteilstrom 12, welcher durch den zweiten Strömungsbereich 2 strömt, erfolgt mittels des Plasmagenerators 5 eine Anreicherung von Stickstoffmonoxid. Vor der Anreicherung im Plasmagenerator 5 kann mittels Gaszuführmitteln 14 ein Sauerstoff- und gegebenenfalls Stickstoffhaltiges Gas zugeführt werden. Hierbei kann es sich insbesondere um Luft handeln. Durch den Kontakt des Sauerstoffhaltigen Gases mit der gemeinsamen Wand 4 erfolgt eine Vorheizung des Sauerstoffhaltigen Gases durch das auf der anderen Seite der gemeinsamen Wand 4 strömende Abgas. Sowohl Abgas als auch Luft enthalten genügend Stickstoff (N₂), der zur Oxidation zu Stickoxiden (NO_x), bevorzugt zu Stickstoffmonoxid (NO), zur Verfügung steht. Nach Anreicherung des ersten Abgasteilstroms 12 mit Stickstoffmonoxid erfolgt im zweiten Ausführungsbeispiel einer Abgasbehandlungseinheit 1 in einer ersten Wabenstruktur 15, welche eine erste Reduktionskatalysatorbeschichtung aufweist, die Reduktion von noch im ersten Abgasteilstrom 12 enthaltenem Sauerstoff. Die erste Wabenstruktur 15 ist in Strömungsrichtung 11 für ein Abgas durchströmbar und weist insbesondere entsprechende durch die erste Wabenstruktur 15 durchgehende Hohlräume oder Kanäle auf. Die erste Wabenstruktur 15 genau wie alle anderen hier offenbarten Wabenstrukturen kann insbesondere als keramischer Monolith oder aus zumindest teilweise strukturierten metallischen Lagen aufgebaut sein. In Strömungsrichtung 11 stromabwärts der ersten Wabenstruktur 15 ist eine zweite Wabenstruktur 16 ausgebildet. Die zweite Wabenstruktur 16 weist eine zweite Reduktionskatalysatorbeschichtung zur Reduktion von Stickstoffmonoxid zu Ammoniak auf. Somit liegt in Strömungsrichtung 11 stromabwärts der zweiten Wabenstruktur 16 ein Ammoniakhaltiger erster Abgasstrom 12 vor.
Durch das in Strömungsrichtung 11 stromabwärts liegende Ende der Trennwand 4 bildet sich stromabwärts dieses Endes ein gemeinsamer dritter Strömungsbereich 17, in welchem der erste Abgasteilstrom 12 und der zweite Abgasteilstrom 13 wieder zusammengeführt werden. In Strömungsrichtung 11 stromaufwärts der zweiten Wabenstruktur 16 ist ein Reduktionsmittelzufuhr 18 ausgebildet. Durch diese Reduktionsmittelzufuhr 18 kann Reduktionsmittel, welches zur Reduktion von Stickstoffmonoxid zu Ammoniak in der zweiten Wabenstruktur 16 benötigt wird, zugeführt werden. Insbesondere können als Reduktionsmittel hier Kohlen wasserstoffe, beispielsweise der Kraftstoff der Verbrennungskraftmaschine, zugeführt werden.
3 zeigt schematisch ein Abgassystem 19. Der Abgasstrom 10 einer Verbrennungskraftmaschine 20 durchströmt das Abgassystem 19. Die Trennwand 4 trennt einen ersten Strömungsbereich 3 von einem zweiten Strömungsbereich 2. Hier erfolgt eine Aufteilung des Abgasstroms 10 in einen ersten Abgasteilstrom 12 und einen zweiten Abgasteilstrom 13, die den zweiten Strömungsbereich 2 und den ersten Strömungsbereich 3 durchströmen. Der erste Abgasteilstrom 12 passiert einen Plasmagenerator 5, in dem Stickstoffmonoxid im ersten Abgasteilstrom 12 angereichert wird. Nach Verlassen des Plasmagenerators 5 durchströmt der erste Abgasteilstrom 12 eine zweite Wabenstruktur 16, in der eine Reduktion des Stickstoffmonoxids zu Ammoniak erfolgt. Hierzu wird über eine Reduktionsmittelzufuhr 18 ein Kohlenwasserstoff- oder Wasserstoffhaltiges Reduktionsmittel, insbesondere Kraftstoff der Verbrennungskraftmaschine, zugegeben. Nach Verlassen des ersten Strömungsbereichs 3 vermischt sich der nun Ammoniakhaltige erste Abgasteilstrom 12 im gemeinsamen dritten Strömungsbereich 17 mit dem zweiten Abgasteilstrom 13, welcher den ersten Strömungsbereich 3 passiert hat. Die Mischung der beiden Abgasteilströme 12, 13 wird durch eine Mischerstruktur 21 begünstigt, in der es zu einer Durchmischung der beiden Abgasteilströme 12, 13 kommt. Die Mischerstruktur 21 kann aus entsprechenden Metallfolien so aufgebaut werden, dass einerseits eine Querströmung im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung 11 erfolgen kann und dass weiterhin Leitstrukturen ausgebildet sind, die eine Querströmung erzwingen bzw. befördern.
Nach Verlassen der Mischerstruktur 21 strömt der Abgasstrom dann in eine dritte Wabenstruktur 22. Diese dritte Wabenstruktur 22 ist mit einer dritten Reduktionskatalysatorbeschichtung versehen, welche eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden mit dem Reduktionsmittel Ammoniak katalysiert. Die dritte Wa benstruktur 22 verlässt somit einen gereinigter Abgasstrom 23, dessen Stickoxidgehalt im Vergleich zum Stickoxidgehalt des Abgasstroms 10 zumindest wesentlich reduziert ist.
4 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Abgassystems im Längsschnitt. Im Abgassystem 19 ist in einem zweiten Strömungsbereich 2 zunächst ein Plasmagenerator 5 ausgebildet. Stromabwärts in Strömungsrichtung 11 ist hinter dem Plasmagenerator 5 eine erste Wabenstruktur 15 zur Reduktion von gegebenenfalls noch vorhandenem Restsauerstoff im Teilabgasstrom ausgebildet. Weiterhin stromabwärts ist eine zweite Wabenstruktur 16 ausgebildet, in der eine Reduktion des im Plasmagenerator 5 erzeugten Stickstoffmonoxids zu Ammoniak erfolgt. Weiterhin stromabwärts sind Mittel 24 zur temporären Speicherung eines Reduktionsmittels ausgebildet. Dies kann insbesondere Ammoniak sein, der in der zweiten Wabenstruktur 16 gebildet wird. Die Mittel 24 zur temporären Speicherung eines Reduktionsmittels erlauben es, in Zeiten eines Reduktionsmittelüberschusses einen Teil des Reduktionsmittels einzulagern und diesen bei Bedarf später wieder frei zu setzen. Das kann beispielsweise durch einen auf Chemi- oder Physisorption basierenden Prozess erfolgen, welcher durch Wärmezufuhr im Bedarfsfall wieder umgekehrt werden kann.
Der Plasmagenerator 5 ist mit Steuermitteln 25 verbunden, über welche der Plasmagenerator mit Strom versorgt wird. Weiterhin weist das Abgassystem 19 Strömungsleitmittel 26 auf, die in Strömungsrichtung 11 vor der Trennwand 4 zwischen dem ersten 2 und dem zweiten Strömungsbereich 3 ausgebildet sind. Diese Strömungsleitmittel 26 ebenso wie alle anderen hier offenbarten Strömungsleit- und -leitungsmittel können beispielsweise als Leitungsblech ausgebildet sein oder auch als verschwenkbare Klappe, die auch während des Betriebes eine Variation der Aufteilung der Abgasteilströme auf den ersten 2 und den zweiten Strömungs bereich 3 erlaubt. Die Beweglichkeit der Strömungsleitmittel 26 ist durch den Pfeil angedeutet worden.
5 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Abgasbehandlungseinheit 1 in einem Bereich, in dem bereits der erste Strömungsbereich 3 und der zweite Strömungsbereich 2 ausgebildet sind. Diese sind durch die Trennwand 4 getrennt. Insbesondere kann so ein Ausheizen eines den zweiten Strömungsbereich 2 durchströmenden relativ kalten Gases durch ein den ersten Strömungsbereich 3 durchströmendes relativ warmes Gas erfolgen. Bevorzugt ist hierbei die Ausheizung eines Betriebsgases für den Plasmagenerator 5 im zweiten Strömungsbereich 2 durch das den ersten Strömungsbereich 3 durchströmende Abgas der Verbrennungskraftmaschine 20. Eine erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinheit 1 kann insbesondere auch ein so genanntes „Doppel-D-Rohr" umfassen, welches beispielsweise aus zwei D-förmig verformten Rohren besteht, die gegebenenfalls in einem gemeinsamen rohrförmigen Außenrohr gehalten sind.
Bevorzugt ist der den zweiten Strömungsbereich 2 durchströmende Abgas- oder Gasmassenstrom klein im Vergleich zum den ersten Strömungsbereich 3 durchströmenden Abgasmassenstrom.
Die Abgasbehandlungseinheit 1 erlaubt in vorteilhafter Weise den kompakten Aufbau eines Plasmagenerators 5, welcher in nur einem Teilstrom des das Abgasbehandlungseinheit durchströmenden Gases arbeitet. Insbesondere vorteilhaft ist eine Abgasbehandlungseinheit 1 mit einem Plasmagenerator 5 zum Einsatz in einem Abgassystem 19 im Rahmen eines Systems oder eines Verfahrens zur Reduktion der Stickoxidemissionen einer Verbrennungskraftmaschine 20. Aufgrund des kompakten Aufbaus des Plasmagenerators 5 eignet sich dieser insbesondere zum Einsatz in Abgassystemen 19 von mobilen Systemen wie beispielsweise Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen und Lastkraftwagen.
Die in den 1 bis 5 und den entsprechenden anderen Teilen der Erfindung beschriebene Abgasbehandlungseinheit kann auch in Alleinstellung ohne die übrigen Teile der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung realisiert werden.
6 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufbereitung der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine 100, die einen Partikelabscheider 101, einen SCR-Katalysator 102 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (NOx) und einen Ammoniakgenerator 103 umfasst, wobei das im Ammoniakgenerator on-board generierte Ammoniak als selektives Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden im SCR-Katalysator eingesetzt wird. Erfindungsgemäß ist der Partikelabscheider 101 in einem Hauptabgasstrang 104 und der Ammoniakgenerator 103 in einem ersten Nebenstrang 105 ausgebildet. Der erste Nebenstrang 105 mündet in einer Einmündung 106 in den Hauptabgasstrang 104. Im ersten Ausführungsbeispiel ist die Einmündung 106 stromaufwärts des SCR-Katalysators 102 ausgebildet.
Stromaufwärts des Ammoniakgenerators 103 sind Mittel 107 zur Bereitstellung mindestens eines Betriebsgases für den Ammoniakgenerator 103 ausgebildet. Diese Mittel 107 können auch im Ammoniakgenerator 103 umfasst sein. Die Mittel 107 umfassen insbesondere mindestens eines der folgenden Mittel:

a) Mittel zum Bereitstellen eines Stickstoffhaltigen Betriebsgasstromes;
b) Mittel zum Bereitstellen eines Wasserstoffhaltigen Reduktionsmittelstromes;
c) Mittel zum Bereitstellen eines Sauerstoffhaltigen Betriebsgasstromes.

Für die Möglichkeiten a) und c) können Mittel zur Zuführung von Abgas, Luft und/oder rückgeführtem Abgas ausgebildet sein. Die Mittel b) können einen Re former umfassen, welcher mittels partieller Oxidation aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Edukt ein Wasserstoffhaltiges Betriebsgas erzeugt.
Stromabwärts des SCR-Katalysators 102 kann ein erster Oxidationskatalysator 108 ausgebildet sein, an welchem eventuell durch den SCR-Katalysator 102 durchbrechender Ammoniak oder durchbrechende Kohlenwasserstoffe oxidiert werden und somit nicht an die Umgebung abgegeben werden.
7 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufbereitung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine 100. In einem Hauptabgasstrang 104 ist ein Partikelabscheider 101, ein SCR-Katalysator 102 und stromabwärts des SCR-Katalysators 102 mit diesem verbunden ein erster Oxidationskatalysator 108 ausgebildet. SCR-Katalysator 102 und erster Oxidationskatalysator 108 können insbesondere auf einem einzigen Wabenkörper ausgebildet sein.
Im ersten Nebenstrang 105 ist ein Ammoniakgenerator 103 umfassend einen Plasmagenerator 114 ausgebildet. Dieser wird über einen Kompressor 109 mit Luft als Betriebsgas versorgt. Weiterhin ist im zweiten Ausführungsbeispiel ein zweiter Nebenstrang 110 ausgebildet, der einen Reformer 111 umfasst. Dieser ist mit einem Kraftstofftank 112 verbunden, aus dem der Reformer 111 mit Kohlenwasserstoffen versorgt wird. Weiterhin wird der Reformer 111 mit einem Sauerstoffhaltigen Gas, beispielsweise Luft oder der Abgasrückführleitung entnommenem Abgas versorgt. Im Reformer 111 erfolgt eine partielle Oxidation der Kohlenwasserstoffe, so dass ein Wasserstoffhaltiger Synthese- und/oder Spaltgasstrom entsteht, welcher über die zweite Einmündung 113 in den ersten Nebenstrang 105 eingespeist werden kann.
Der Plasmagenerator 114 erzeugt einen Stickoxidhaltigen, bevorzugt Stickstoffmonoxidhaltigen, Gasstrom, der im Speicher/Reduktionselement 115 temporär gespeichert wird. Bevorzugt ist hier eine Chemisorption, bei der die Stickoxide in Form von Nitraten und/oder Nitriten gespeichert werden. Hier können die Nitrite und Nitrate mittels Wasserstoff zu Ammoniak reagieren. Das Speicher/Reduktionselement 115 verlässt dann ein Ammoniakhaltiger Gasstrom, welcher zunächst den Partikelabscheider 101 und daran anschließend den SCR-Katalysator 102 durchströmt. Im SCR-Katalysator 102 wirkt das Ammoniak als Reduktionsmittel zur selektiven Reduktion von Stickoxiden, im Partikelabscheider 101 kann es als Inhibitor für die Regeneration des Partikelfilters dienen.
8 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Hauptabgasstrang 104 ist der Partikelabscheider 101 ausgebildet. Dieser umfasst Mittel 116 zur Erzeugung einer Oberflächengleitentladung als Regenerationsmöglichkeit des Partikelabscheiders 101.
9 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Hauptabgasstrang 104 ist ein Partikelabscheider 101 ausgebildet. Stromaufwärts, also in Richtung der Verbrennungskraftmaschine 100, ist ein zweiter Oxidationskatalysator 117 ausgebildet. Dieser kann als Mittel sowohl der thermischen Regeneration als auch der chemischen Regeneration des Partikelabscheiders 101 dienen. Im Falle der chemischen Regenerationsmöglichkeiten 10.1) und/oder 10.3) kann der zweite Oxidationskatalysator 117 der Oxidation von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid dienen, welches als Regenerationsmittel des Partikelabscheiders, insbesondere im Rahmen eines CRT-Verfahrens, dienen kann. Im Falle einer thermischen Regenerationsmöglichkeit 10.2) des Partikelabscheiders 101 können durch die Zuleitung 118 Kohlenwasserstoffe auf den zweiten Oxidationskatalysator 117 aufgebracht werden, die dort umgesetzt werden und aufgrund der exothermen Oxidation der Kohlenwasserstoffe zu einer Erhitzung des den Parti kelabscheider 101 durchströmenden Gasstroms kommt. Der zweite Oxidationskatalysator 117 kann insbesondere auch Teil des Partikelabscheiders 101 sein. Der Partikelabscheider 101 kann insbesondere auch mit einer alternativen oder zusätzlichen Widerstandsheizung ausgestattet sein oder beispielsweise in seinem gaseintrittsseitigen, der Verbrennungskraftmaschine 100 zugewandten, Bereich eine beheizbare Scheibe umfassen.
10 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufbereitung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine 100. Das Abgassystem umfasst einen Hauptabgasstrang 104 und einen zweiten Nebenstrang 110, welcher stromaufwärts eines Turboladers 119 vom Hauptabgasstrang 104 abzweigt. Im zweiten Nebenstrang 110 ist ein Reformer 111 ausgebildet. Der zweite Nebenstrang 110 zweigt in der Abzweigung 120 vom Hauptstrang 104 ab. Die Abzweigung 120 ist stromaufwärts des Turboladers 119 ausgebildet, während die zweite Einmündung 113 stromabwärts des Turboladers 119 ausgebildet ist.
Weiterhin ist ein erster Nebenstrang 105 ausgebildet, in welchem ein Ammoniakgenerator 103 umfassend einen Plasmagenerator 114 ausgebildet ist. Als Betriebsgas 121 für den Plasmagenerator 114 wird hier Luft und/oder Abgas eingesetzt, wobei das Betriebsgas 121 Abgas und/oder Luft umfassen kann. Das Betriebsgas 121 kann beheizt werden, insbesondere durch Abwärme des Abgases der Verbrennungskraftmaschine und/oder durch eine elektrische Widerstandsheizung 122.
Im Betrieb setzt der Plasmagenerator 114 Stickstoff und Sauerstoff aus dem Betriebsgas 121 zu Stickoxiden, bevorzugt zu Stickstoffmonoxid, um. Der Plasmagenerator 121 wird so betrieben, dass eine möglichst große Ausbeute an Stickstoffmonoxid erreicht wird. Der Stickoxidhaltige Gasstrom wird dann durch das Speicher/Reduktionselement 115 geleitet, in dem die Stickoxide, bevorzugt Stickstoffmonoxid, chemisorbiert und als Nitrit und/oder Nitrat gespeichert werden.
Wird nun das Speicher/Reduktionselement 115 durch das Wasserstoffhaltige im Reformer 111 erzeugte Gas durchströmt, erfolgt eine Reduktion der Nitrite und/oder Nitrate zu Ammoniak. Der dadurch entstehende Ammoniakhaltige Gasstrom wird dann durch den SCR-Katalysator 102 geleitet und dort als selektives Reduktionsmittel für Stickoxide eingesetzt. Der SCR-Katalysator 102 umfasst bevorzugt einen Wabenkörper wie oben beschrieben.
Im Hauptabgasstrang 104 ist ein zweiter Oxidationskatalysator 117 ausgebildet, in welchem bevorzugt eine Oxidation von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid katalysiert wird. Dieses Stickstoffdioxid (NO₂) setzt dann in den Partikeln enthaltenen Kohlenstoff (C) zu Kohlendioxid (CO2) um und wird selbst zu Stickstoffmonoxid (NO) reduziert. Hierdurch kann eine Regeneration des Partikelabscheiders 101 erfolgen.
Der Partikelabscheider 101 kann in vorteilhafter Weise neben mindestens einem Filterelement 123 einen mit dem mindestens einen Filterelement 123 zusammenwirkenden zweiten Plasmagenerator 124 enthalten, welcher so ausgebildet ist und betrieben wird, dass elektrische Oberflächengleitentladungen die Regeneration der Filterelemente auslösen. In Bezug auf die Ausbildung und den Betrieb des Plasmagenerators wird auf die DE 100 57 862 C1 Bezug genommen, deren Offenbarungsgehalt in soweit in den Offenbarungsgehalt dieser Erfindung aufgenommen wird.
Weiterhin ist eine Steurerungseinheit 125 ausgebildet, die mit einer Spannungsquelle 126 verbindbar ist. Diese Steuerungseinheit 125 steuert den Plasmagenerator 114 und den zweiten Plasmagenerator 124 gemeinsam. Hierbei können Daten aus einer Motorsteuerung 127 Berücksichtigung finden. Insbesondere kann anhand der Daten der Motorsteuerung 127, bevorzugt anhand des Motorkennfeldes, die NOx-Konzentration im Abgas bestimmt werden.
Das mindestens eine Filterelement 123, der zweite Oxidationskatalysator 117, der SCR-Katalysator 102, der Reformer 111, die Speicher/Reduktionseinheit 115, der Ammoniakgenerator 103 und/oder der Partikelabscheider 101 können mindestens einen Wabenkörper umfassen. Die Komponenten der Vorrichtung können bevorzugt in einem gemeinsamen Gehäuse 128 ausgebildet sein.
11 zeigt schematisch einen Ammoniakgenerator 103, welcher im ersten Nebenstrang 105 ausgebildet ist. Dieser umfasst einen Plasmagenerator 114, in welchem Stickoxide, bevorzugt Stickstoffmonoxid, aus einem Stickstoff und Sauerstoff enthaltenen Eduktgemisch erzeugt wird. Der so erzeugte Stickstoffmonoxid enthaltene Gasstrom wird in einen ersten Gasstrang 129 oder einen zweiten Gasstrang 130 geleitet. Der erste Gasstrang 129 umfasst ein erstes Speicher/Reduktionselement 131, der zweite Gasstrang 130 ein zweites Speicher/Reduktionselement 132. In dem vom Abgas des Plasmagenerators 114 durchströmten Gasstrang 129, 130 erfolgt eine Chemisorption der Stickoxide auf dem entsprechenden Speicher/Reduktionselement 131, 132. Die Speicherung erfolgt als Nitrit und/oder Nitrat. Im jeweils anderen Gasstrang 130, 129 erfolgt durch Durchleiten eines durch den Reaktor 133 erstellten Wasserstoffhaltigen Gasstroms eine Reduktion und gleichzeitige Umwandlung der jeweiligen Nitrit und/oder Nitratgruppen zu Ammoniak. Der dadurch erhaltene Ammoniakhaltige Gasstrom wird in den Hauptabgasstrang 104 geleitet, um im stromabwärts gelegenen SCR-Katalysator 102 als selektives Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden eingesetzt zu werden. Der Reaktor 133 kann insbesondere einen Reformer umfassen und/oder Wasserstoff durch partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen generieren.
Durch den intermittierenden Betrieb des Plasmagenerators 114, bei dem jeweils ein Speicher/Reduktionselement 131, 132 gefüllt und parallel das jeweils andere Speicher/Reduktionselement 131, 132 geleert wird, wird die benötigte Menge an Wasserstoff reduziert, da es so möglich ist, bei der Leerung der Speicher/Reduktionselemente 131, 132 den vorhandenen Sauerstoffanteil möglichst gering zu halten. In diesem Falle kommt es nicht zu einer den Wasserstoff aufbrauchenden Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff, sondern überwiegend zu der gewünschten Reduktion der Nitrate/Nitrite zu Ammoniak. Die Gasströme können über Ventile 134 entsprechend gelenkt werden.
12 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung, bei der der Partikelabscheider 101 mindestens zwei Elemente 136 umfasst, die mit Mitteln 135 zur Erzeugung eines ersten elektrischen Feldes verbindbar sind. Durch das erste elektrische Feld kann eine Agglomeration und/oder Abscheidung der Partikel erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben es in vorteilhafter Weise, den Anteil der im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine 100 enthaltenen Partikel und Stickoxide (NO_x) gleichzeitig zu reduzieren, wobei der Energieverbrauch für diese Reduktion gering ist und gleichzeitig die gesamte Vorrichtung als kompakt bauende Einheit ausführbar ist.

1: Abgasbehandlungseinheit
2: zweiter Strömungsbereich
3: erster Strömungsbereich
4: gemeinsame Wand
5: Plasmagenerator
6: erste Elektrode
7: zweite Elektrode
8: Plasmakanal
9: Anschluss
10: Abgasstrom
11: Strömungsrichtung
12: erster Abgasteilstrom
13: zweiter Abgasteilstrom
14: Gaszuführmittel
15: erste Wabenstruktur
16: zweite Wabenstruktur
17: dritter Strömungsbereich
18: Reduktionszufuhrmittel
19: Abgassystem
20: Verbrennungskraftmaschine
21: Mischerstruktur
22: dritte Wabenstruktur
23: gereinigter Abgasstrom
24: Mittel zur temporären Speicherung eines Reduktionsmittels
25: Steuermittel
26: Strömungsleitmittel
100: Verbrennungskraftmaschine
101: Partikelabscheider
102: SCR-Katalysator
103: Ammoniakgenerator
104: Hauptabgasstrang
105: erster Nebenstrang
106: Einmündung
107: Mittel zum Bereitstellen mindestens eines Betriebsgases
108: erster Oxidationskatalysator
109: Kompressor
110: zweiter Nebenstrang
111: Reformer
112: Kraftstofftank
113: zweite Einmündung
114: Plasmagenerator
115: Speicher/Reduktionselement
116: Mittel zur Erzeugung einer Oberflächengleitentladung
117: zweiter Oxidationskatalysator
118: Zuleitung
119: Turbolader
120: Abzweigung
121: Betriebsgas
122: Widerstandsheizung
123: Filterelement
124: zweiter Plasmagenerator
125: Steuerungseinheit
126: Spannungsquelle
127: Motorsteuerung
128: Gehäuse
129: erster Gasstrang
130: zweiter Gasstrang
131: erstes Speicher/Reduktionselement
132: zweites Speicher/Reduktionselement
133: Reaktor
134: Ventil
135: Mittel zum Erzeugen eines ersten elektrischen Feldes

Claims

Vorrichtung zur Abgasaufbereitung, umfassend – einen Partikelabscheider (101), – einen SCR-Katalysator (102) zur selektiven Reduktion von Stickoxiden und – einen Ammoniakgenerator (103) zur Erzeugung von Ammoniak als selektivem Redukionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden, bei der der Partikelabscheider (101) in einem Hauptabgasstrang (104) und der Ammoniakgenerator (103) in einem ersten Nebenstrang (105) ausgebildet ist, wobei der erste Nebenstrang (105) in einer Einmündung in den Hauptabgasstrang (104) mündet, die so ausgebildet ist, dass der im Ammoniakgenerator (103) erzeugte Ammoniakhaltige Gasstrom den SCR-Katalysator (102) durchströmen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste Nebenstrang (105) in einer ersten Einmündung (106) in den Hauptabgasstrang mündet, die so ausgebildet ist, dass der im Ammoniakgenerator (103) erzeugte Ammoniakhaltige Gasstrom auch den Partikelabscheider (101) durchströmen kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Partikelabscheider (101) eine Regenerationsmöglichkeit zur Regeneration des Partikelabscheiders (101) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Partikelabscheider (101) so ausgebildet ist und/oder solche Mittel (116, 117, 124) vorgesehen sind, dass die Regenerationsmöglichkeit durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen erzeugt wird: 10.1) Bereitstellen von Stickstoffdioxid stromaufwärts zumindest eines Teils des Partikelabscheiders (101); 10.2) Erhöhung der Temperatur zumindest eines Teils des Partikelabscheiders (101) über eine Grenztemperatur; 10.3) Bereitstellen eines Oxidationsmittels stromaufwärts zumindest eines Teils des Partikelabscheiders (101); oder 10.4) Regeneration durch eine elektrische Entladung.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der Mittel (116) zur Regeneration durch eine Oberflächengleitentladung vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Partikelabscheider (101) Mittel (135) zum Erzeugen eines ersten elektrischen Feldes im Partikelabscheider (101) umfasst, durch welches mindestens eine der folgenden Funktionen erfüllt wird: 12.1) Agglomeration von Partikeln; oder 12.2) Abscheidung von Partikeln.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Partikelabscheider (101) Mittel (116) zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Feldes im Partikelabscheider (101) umfasst, durch welches eine Oberflächengleitentladung zur Regeneration erzeugt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Ammoniakgenerator (103) einen Plasmagenerator (5, 114) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Ammoniakgenerator (103) mindestens ein Speicherelement (115, 131, 132) zur temporären Speicherung mindestens einer der folgenden Komponenten umfasst: 15.1) Ammoniak oder 15.2) einen Ammoniakprecursor.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Komponente 15.2) Stickstoffmonoxid umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Nebenstrang (105) von mindestens einem der folgenden Gase durchströmt wird: 24.1) Abgas; 24.2) einem zumindest Sauerstoff und Stickstoff umfassenden Gas; oder 24.3) Luft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an mindestens einer der folgenden Stellen ein Oxidationskatalysator (108, 117) ausgebildet ist: 26.1) stromaufwärts des Partikelabscheiders (101); 26.2) stromabwärts des Ammoniakgenerators (103) und stromaufwärts des SCR-Katalysators (102); oder 26.3) stromabwärts des SCR-Katalysators (102).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen ersten Strömungsbereich (3) und mindestens einen zweiten Strömungsbereich (2), die im wesentlichen parallel zueinander durchströmbar sind, wobei der erste Strömungsbereich (3) zumindest ein Teil des Hauptabgasstrangs (104) ist, wobei der erste (3) und der zweite Strömungsbereich (2) so ausgebildet sind, dass ein Wärmeeintrag vom ersten Strömungsbereich (3) in den mindestens einen zweiten Strömungsbereich (2) erfolgen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der dass in einem zweiten Strömungsbereich (2) mindestens eine der folgenden Komponenten ausgebildet ist: 31.1) mindestens ein Plasmagenerator (5, 114), 31.2) mindestens ein Reformer (111) oder 31.3) mindestens ein Reaktor (133).
Verfahren zur Abgasaufbereitung, bei dem durch einen Partikelabscheider (101) im Abgas befindliche Partikel zumindest teilweise abgeschieden werden und bei dem Stickoxide im Abgas in einem SCR-Katalysator (102) zumindest teilweise reduziert werden, wobei die Abscheidung der Partikel in einem Hauptabgasstrang (104) erfolgt und in einem ersten Nebenstrang (105) Ammoniak erzeugt wird, welches dem SCR-Katalysator (102) als Reduktionsmittel zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der erste Nebenstrang (105) und der Hauptabgasstrang (104) so zusammengeführt werden, dass der im ersten Nebenstrang (105) erzeugte Ammoniakhaltige Gasstrom den Partikelabscheider (101) durchströmen kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, bei dem im Partikelabscheider (101) mindestens ein elektrisches Feld ausgebildet wird, welches mindestens eine der folgenden Funktionen erfüllt: 58.1) Agglomeration der Partikel, 58.2) Abscheidung der Partikel oder 58.3) Regeneration des Partikelabscheiders (101).
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem der Partikelabscheider (101) eine Regenerationsmöglichkeit zur Regeneration des Partikelabscheiders (101) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Regenerationsmöglichkeit auf mindestens einem der folgenden Mechanismen beruht: 60.1) Bereitstellen von Stickstoffdioxid stromaufwärts zumindest eines Teils des Partikelabscheiders (101); 60.2) Erhöhung der Temperatur zumindest eines Teils des Partikelabscheiders (101) über eine Grenztemperatur; 60.3) Bereitstellen eines Oxidationsmittels stromaufwärts zumindest eines Teils des Partikelabscheiders (101); oder 60.4) Regeneration durch eine elektrische Entladung.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Regenerationsmöglichkeit gemäß 60.4) eine Oberflächengleitentladung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei dem Ammoniak (NH₃) durch eine plasmagestützte Erzeugung von Stickstoffmonoxid und anschließende Reduktion zu Ammoniak erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem ein Plasmagenerator mit einem Stickstoff- und Sauerstoff enthaltenden ersten Betriebsgas betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, bei dem das Ammoniak (NH₃) in einem Ammoniakgenerator (103) erzeugt wird und der Ammoniakgenerator (103) bevorzugt mindestens ein Speicherelement (131, 132) umfasst, in welchem Stickoxide (NO_x) reversibel speicherbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, bei dem die Ammoniakproduktion in Abhängigkeit von der NO_x- und/oder der Ammoniakkonzentration im Abgas geregelt und/oder gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem ein NO_x- und/oder ein Ammoniakgehalt des Abgases über einen Messfühler erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei dem die NOx-Konzentration aus den Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine (20, 100) bestimmt wird.