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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine, die insbesondere zumindest anteilig zum Verbrennen von Methan-haltigem Gas vorgesehen ist, sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung.
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Stand der Technik
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Es sind Brennkraftmaschinen bekannt, die sowohl mit einem Methan-haltigen Gas, beispielsweise Erdgas oder Methan, als auch mit einem Gemisch aus Gas und einem anderen Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, betrieben werden können.
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Reine Gasmotoren leiten sich oftmals von Otto- oder Dieselmotoren ab, wobei in der Regel eine Fremdzündung zur Zündung des Gas/Luft-Gemisches mithilfe von Zündkerzen erfolgt. Bei Diesel/Gasmotoren geht der Motor im Prinzip von einem Dieselmotor aus, der sowohl einen reinen Dieselbetrieb als auch einen gemischten Betrieb mit Dieselkraftstoff und Gas erlaubt. Hierbei wird ein Teil des Diesel-Heizwertes durch Gas ersetzt. Die Zündung des gesamten Brennstoffes, also des Diesel-Gas/Luft-Gemisches, erfolgt über den Dieselanteil. Hierbei sind Substitutionsraten des Dieselkraftstoffs durch Gas von bis zu 70 % möglich.
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Bei allen Ansätzen, die zumindest teilweise auf der Verbrennung von Methan-haltigem Gas beruhen, tritt das Problem von hohen, rohmotorischen Methan-Emissionen auf. Vor allem aus Gründen des Klimaschutzes müssen die Methan-Emissionen im Rahmen einer Abgasnachbehandlung reduziert werden. Es sind Methanoxidationskatalysatoren (MOC) bekannt, die auf Basis von Palladium-reichen Formulierungen das im Abgas enthaltene Methan oxidieren. Hierfür können Formulierungen eingesetzt werden, die ein Gewichtsverhältnis von Palladium (Pd) zu Platin (Pt) von bis zu beispielsweise 7:1 oder sogar noch größer aufweisen. Andere Methanoxidationskatalysatoren basieren auf sogenannten Palladium-Only-Formulierungen, wie z.B. Pd/Aluminiumoxid. Im Allgemeinen ist bei solchen Formulierungen jedoch erst oberhalb von 400° Celsius ein gewisser Methanumsatz zu beobachten. Zur vollständigen Oxidation sind oftmals Temperaturen von weit über 500° Celsius nötig. Solche Temperaturen werden jedoch im energetisch effizienten gasmotorischen Magerbetrieb nur selten erreicht.
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Die deutsche Übersetzung der europäischen Patentschrift
DE 60 2004 005 133 T2 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen aus einem, mit Erdgas betriebenem Verbrennungsmotor, wobei eine Luftionisierungsvorrichtung vorgesehen ist, die aus der Umgebungsluft Radikale und reaktive Ionen erzeugt, die zur Initiierung von Oxidationsreaktionen genutzt werden. Die deutsche Übersetzung der internationalen Patentanmeldung
DE 11 2005 002 262 T5 befasst sich mit einer plasmaunterstützten NOx-Reduktion, wobei stromaufwärts eines Reduktionskatalysatorreaktors Ozon zugesetzt wird, das vorzugsweise aus Umgebungsluft stammt, die mit einem nicht-thermischen Plasma behandelt wurde. Die deutsche Übersetzung der europäischen Patentschrift
DE 699 11 242 T2 beschreibt eine Vorrichtung zur Entfernung von Emissionen aus Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Vorrichtung eine nicht-thermische Plasmareaktionskammer umfasst, durch welche flüssiger Kraftstoff geleitet wird, wobei hierbei reaktive, gasförmige Reduktionsmittel erzeugt werden. Diese reaktiven Reduktionsmittel werden einem Reduktionskatalysator zugeführt, der von Abgas durchströmt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung stellt ein Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine bereit, die insbesondere zumindest anteilig zum Verbrennen von Methan-haltigem Gas vorgesehen ist. Hierbei umfasst das Abgasnachbehandlungssystem wenigstens eine Methanoxidationskatalysatoreinrichtung. Erfindungsgemäß umfasst das Abgasnachbehandlungssystem weiterhin wenigstens eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas im Abgas. Besonders bevorzugt ist dabei die Erzeugung eines nicht-thermischen Plasmas. Als nicht-thermische Plasmen werden Plasmen bezeichnet, die sich nicht im thermischen Gleichgewicht befinden. Es werden hierbei oxidative und reduktive Radikale erzeugt. Insbesondere werden aus Wasser OH-Radikale und aus CO2 bzw. O2 O-Radikale gebildet, die Methan angreifen und damit einer katalytischen Weiteroxidation zugänglich machen. Durch die mit der Erzeugung eines Plasmas und insbesondere eines nicht-thermischen Plasmas einhergehende Radikalchemie wird daher die Oxidation von Methan in der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung derart unterstützt, dass die Light-off-Temperatur der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung abgesenkt wird. Dieser Vorteil des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems kommt insbesondere bei überwiegend mageren Verbrennungsabgasen zum Tragen, da insbesondere im gasmotorischen Magerbetrieb, der im Hinblick auf den Wirkungsgrad optimiert ist, die für eine vollständige Methanoxidation im Methanoxidationskatalysator erforderlichen Temperaturen in der Regel nicht erreicht werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems ist die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas stromaufwärts, insbesondere unmittelbar stromaufwärts, der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung angeordnet. Da die in dem Plasma erzeugten Radikale in der Regel kurzlebig sind, kann sich die darauf basierende Radikalchemie in besonders vorteilhafter Weise entfalten, wenn die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas unmittelbar stromaufwärts der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung angeordnet ist. Das System kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass das Plasma stromaufwärts der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung gezündet wird und dann das erzeugte Plasma in die Methanoxidationskatalysatoreinrichtung hineingezogen wird.
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In einer anderen besonders bevorzugten Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems ist die Methanoxidationskatalysatoreinrichtung in die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas integriert. Hierbei werden die Radikale direkt am Ort der Methanoxidation erzeugt, so dass sich in dieser Ausgestaltung die Unterstützung der Methanoxidation durch die erzeugten Radikale in ganz besonders vorteilhafter Weise entfalten kann. Hierbei laufen die plasmachemischen Gasphasenreaktionen und die katalytische Oxidation der Methan-Folgeprodukte, beispielsweise von Methanol, gewissermaßen parallel ab. Die Integration der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung in die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas kann beispielsweise durch die Beschichtung eines Dielektrikums, das für die Plasmaerzeugung vorgesehen ist, mit einem Methanoxidationskatalysatormaterial realisiert werden.
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Die Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas, insbesondere eines nicht-thermischen Plasmas, ist vorzugsweise für eine sogenannte Barriereentladung im Abgas eingerichtet, wobei hiermit eine dielektrisch behinderte Entladung beschrieben wird. Vorzugsweise sind hierfür zwei Metallelektroden vorgesehen, die durch ein Dielektrikum voneinander getrennt sind. Die dabei herbeigeführte Barriereentladung wird auch als stille Entladung bezeichnet, die an sich beispielsweise aus der Ozonerzeugung aus Umgebungsluft bekannt ist.
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Für den Betrieb der Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas, insbesondere des nicht-thermischen Plasmas, ist in der Regel eine Hochspannungsversorgung im kV-Bereich erforderlich, beispielsweise eine Hochspannungsversorgung zwischen 10 bis 20 kV.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem erzeugten Plasma um ein nicht-thermisches Plasma. Es kann jedoch auch beispielsweise ein Mikrowellen-Plasma sehr geeignet sein. Vergleichbar mit einem nicht-thermischen Plasma befindet sich auch ein Mikrowellen-Plasma nicht im thermischen Gleichgewicht. Im Allgemeinen ist ein Mikrowellen-Plasma jedoch nicht so kalt wie ein rein nicht-thermisches Plasma. Ein Mikrowellen-Plasma hat den besonderen Vorteil, dass das Mikrowellen-Plasma sich auf das gesamte Gasvolumen ausdehnt und damit seine Wirkung insbesondere bei der Gasphasenoxidation des Methans vollständig entfalten kann. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn beispielsweise aus Kostengründen der Edelmetallgehalt der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung reduziert ist und daher der Schwerpunkt der Methanoxidation auf der Gasphase liegt oder ein raumgreifendes Volumen, z.B. in einem als Monolith durchströmten Abgaskatalysator, als Ganzes angeregt werden soll.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas kann für die Erzeugung des Plasmas eine Koronaentladung eingesetzt werden, indem die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas Mittel zur Erzeugung einer Koronaentladung umfasst. Hierunter ist beispielsweise eine sogenannte Plasmadüse zu verstehen, die einen schnellen Druckluft-Gasstrom in einem Plasmakanal erzeugt, um den Übergang von einer transienten Glimmentladung zu einer Bogenentladung zu verhindern. Dies hat den Vorteil, dass auf ein Dielektrikum im Plasmakanal verzichtet werden kann.
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Bei der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems handelt es sich vorzugsweise um eine Methanoxidationskatalysatoreinrichtung mit einem dominanten Palladium-Anteil. Hierbei kann Palladium den Hauptbestandteil bilden. Es ist auch möglich, dass noch weitere Edelmetalle in der Katalysatorformulierung vorhanden sind, beispielsweise Platin und/oder Rhodium. Vorzugsweise enthält die Methanoxidationskatalysatoreinrichtung einen untergeordneten Platin- und/oder Rhodium-Anteil. Als Trägermaterial der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung können beispielsweise ein keramisches Material, z. B. Aluminiumoxid, oder Mischoxide, wie z.B. Bariumtitanat (BaTiO3), eingesetzt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems umfasst das Abgasnachbehandlungssystem ferner wenigstens einen NOx-SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction). Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass im Abgas auch Stickoxide selektiv reduziert werden können. Insbesondere im Zusammenhang mit einem SCR-Katalysator umfasst das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem vorzugsweise eine weitere Katalysatoreinrichtung, die einen höheren Platin-Masseanteil als die Methanoxidationskatalysatoreinrichtung aufweist. Diese weitere, Platin-angereicherte Katalysatoreinrichtung bewirkt, dass Stickstoffmonoxid, das nach der Palladium-reichen Methanoxidationskatalysatoreinrichtung nahezu ausschließlich vorliegt, wieder zumindest anteilig zu Stickstoffdioxid oxidiert wird. Dadurch wird der Wirkungsgrad des NOx-SCR-Katalysators vor allem bei Temperaturen unterhalb von 300°C deutlich gesteigert.
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Die Platin-angereicherte Katalysatoreinrichtung kann beispielsweise in die Methanoxidationskatalysatoreinrichtung integriert sein. In einer anderen Ausgestaltung kann die Platin-angereicherte Katalysatoreinrichtung Teil einer gegebenenfalls vorhandenen, katalytischen Filterbeschichtung sein. Beispielsweise kann in einem System mit SCR-Katalysator stromaufwärts des SCR-Katalysators ein Partikelfilter vorsehen sein, in den eine Platin-angereicherte Katalysatorbeschichtung als Anpassung der Beschichtungsformulierung integriert sein kann. Insbesondere bei Diesel-Gas-Systemen ist ein Partikelfilter im Abgasnachbehandlungssystem sehr vorteilhaft oder sogar aufgrund von gesetzlichen Vorgaben zwingend, denn bei den Brennkraftmaschinen, für die das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem eingesetzt werden kann, kann im Prinzip auch ein Betrieb mit ausschließlich Dieselkraftstoff vorkommen, sodass für diese Fälle die Dieselemissionen die gesetzlichen Grenzwerte einhalten müssen. Wenn also ein Partikelfilter im System vorhanden ist, ist vorteilhafterweise auf dem Partikelfilter eine Platin-haltige Beschichtung vorgesehen. In den Fällen, in denen das Abgasnachbehandlungssystem keinen Partikelfilter aufweist, kann die Platin-angereicherte Katalysatoreinrichtung auch unabhängig von einem Partikelfilter eingerichtet sein und beispielsweise in die Methanoxidationskatalysatoreinrichtung integriert sein.
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Die erfindungsgemäße Kombination einer Methanoxidationskatalysatoreinrichtung mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas hat weiterhin den Vorteil, dass die an sich bekannte, extreme Schwefelempfindlichkeit eines Methanoxidationskatalysators, insbesondere bei einer Palladium-dominierten Formulierung des Methanoxidationskatalysators, durch die Kombination mit der Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas kompensiert wird. Insbesondere bei einer Integration der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung in die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas kann die Schwefelempfindlichkeit der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung in besonders vorteilhafter Weise kompensiert werden. Dem liegt zugrunde, dass durch die erfindungsgemäß verbesserte Methanoxidation die reaktiven Palladium-Zentren der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung länger von Schwefel freigehalten werden, indem beispielsweise polare Intermediate wie Methanol an der Oberfläche binden. Insgesamt wird daher bei dem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem die Effektivität der Methanoxidation auch langfristig gesteigert.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems umfasst das Abgasnachbehandlungssystem weiterhin wenigstens eine Schwefeladsorptionseinrichtung. Diese Schwefeladsorptionseinrichtung wirkt als Schwefelfalle und verhindert in besonders effektiver Weise die durch Schwefel im Abgas bewirkte Verschlechterung der Effektivität einer Palladium-haltigen Methanoxidationskatalysatoreinrichtung, wobei auch durch die plasmachemisch erzeugten O(H)-Radikale SO2 zu SO3 oxidiert wird, was dann in der Schwefelfalle – auch wenn wenig Platin enthalten ist – effizient eingespeichert werden kann. Bei der Schwefeladsorptionseinrichtung kann es sich insbesondere um eine Schwefeloxid-Speichereinrichtung handeln. Das Material für die Schwefeloxid-Speichereinrichtung kann beispielsweise auf einem Magnesium-Aluminat-Spinell beruhen. Weiterhin kann die Formulierung der Schwefeladsorptionseinrichtung auf einer üblichen Vollformulierung für einen Stickstoffoxid-Speicherkatalysator basieren, der insbesondere einen dominanten Palladium-Masseanteil aufweist. Gegebenenfalls kann ein untergeordneter Platin- und/oder Rhodium-Masseanteil vorgesehen sein. Die Schwefeladsorptionseinrichtung kann beispielsweise stromaufwärts der Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas angeordnet sein. Wenn die Methanoxidationskatalysatoreinrichtung in die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas integriert ist, kann die Schwefeladsorptionseinrichtung stromaufwärts dieser kombinierten Einrichtung angeordnet sein. Weiterhin ist es grundsätzlich möglich, dass in die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas sowohl die Methanoxidationskatalysatoreinrichtung als auch die Schwefeladsorptionseinrichtung durch entsprechende Anpassung der Katalysatorformulierung und/oder durch geeignete Beschichtungen integriert ist.
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Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, die zumindest anteilig zum Verbrennen von Methan-haltigem Gas vorgesehen ist. Hierbei wird das Methan im Abgas durch Verwendung einer Methanoxidationskatalysatoreinrichtung oxidiert. Zur Unterstützung der Methanoxidation wird weiterhin im Abgasstrang ein Plasma erzeugt. Vorzugsweise wird bei diesem Verfahren das oben beschriebene Abgasnachbehandlungssystem verwendet. Bezüglich weiterer Merkmale dieses Verfahrens wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
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Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Weiterhin umfasst die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist, sowie ein elektronisches Steuergerät, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Computerprogramm oder als Steuerprogramm hat den Vorteil, dass auch bestehende Systeme, beispielsweise Kraftfahrzeuge, für die Durchführung des Verfahrens in einfacher Weise eingerichtet werden können, sofern die Systeme mit den entsprechenden Bauteilen im Abgasnachbehandlungssystem ausgestattet sind.
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Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem und/oder das erfindungsgemäße Verfahren können mit besonderem Vorteil für magerlauffähige Gas- oder Diesel/Gasmotoren eingesetzt werden. Prinzipiell ist es auch möglich, dass das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem und/oder das Verfahren für andere Brennkraftmaschinen, beispielsweise für einen üblichen Dieselmotor, zur Abgasnachbehandlung eingesetzt werden. Allgemein eignen sich das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem und/oder das Verfahren vor allem für die Abgasnachbehandlung von Brennkraftmaschinen, die zumindest zeitweise mit Luftüberschuss betrieben werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 schematische Darstellung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems für eine Brennkraftmaschine;
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2 schematische Darstellung von Komponenten einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems;
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3 schematische Darstellung von Komponenten einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems;
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4 schematische Darstellung von Komponenten einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems und
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5 schematische Darstellung von Komponenten einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt in schematischer Weise die Anordnung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems, die im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine 10 vorgesehen sind. Bei der Brennkraftmaschine 10 handelt es sich insbesondere um einen magerlauffähigen Gasmotor oder Diesel/Gasmotor, der mit einem Gemisch aus Gas und Diesel betrieben werden kann. Zur Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine 10 ist der Brennkraftmaschine 10 ein Turbolader 11 zugeordnet. Die Abgase der Brennkraftmaschine 10 werden im Abgasstrang zunächst durch eine Einrichtung 12 zur Erzeugung eines Plasmas, insbesondere eines nicht-thermischen Plasmas, im Abgas geführt. Zum Betrieb der Einrichtung 12 ist eine hier nicht näher dargestellte Hochspannungsversorgung vorgesehen. In der Einrichtung 12 wird eine dielektrisch behinderte Entladung (Barriereentladung) im Abgas durchgeführt, wobei verschiedene Radikalspezies, insbesondere Sauerstoffradikale, erzeugt werden. Das derart vorbehandelte Abgas wird nachfolgend in eine Methanoxidationskatalysatoreinrichtung 13 weitergeleitet. Die in der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung 13 ablaufende katalytische Methanoxidation wird durch die kurzlebigen Sauerstoffradikale, die im Zuge der Barriereentladung innerhalb der Einrichtung 12 erzeugt wurden, unterstützt, wobei Methan durch die Radikale angegriffen wird. Insbesondere wird hierbei die Light-off-Temperatur der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung 13 deutlich herabgesetzt, so dass die Vorteile des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems vor allem bei einem Magerbetrieb der Brennkraftmaschine 10 zum Tragen kommen, bei dem die für eine optimale Methanoxidation erforderlichen Temperaturen in der Regel nur schwer oder nicht erreicht werden. Das in 1 illustrierte Abgasnachbehandlungssystem umfasst weiterhin einen SCR-Katalysator 16, um den Masseanteil der im Abgas enthaltenen Stickoxide zu reduzieren. Das für die katalytische Reaktion innerhalb des SCR-Katalysators 16 erforderliche Reaktionsmittel, beispielsweise flüssige Harnstoffwasserlösung (z. B. AdBlue®), wird über eine stromaufwärts des SCR-Katalysators 16 angeordnete Dosierstelle 15 in den Abgasstrang eingesprüht. Dieses Beispiel eines Abgasnachbehandlungssystems weist weiterhin einen katalytischen Partikelfilter 14 auf, der stromaufwärts des SCR-Katalysators 16 angeordnet ist.
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2 zeigt in schematischer Weise ein ähnliches System wie 1, wobei in dieser Ausgestaltung die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas, insbesondere des nicht-thermischen Plasmas, und die Methanoxidationskatalysatoreinrichtung zu einer gemeinsamen Katalysatoreinrichtung 23 zusammengefasst sind. Für die Integration der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung in die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas kann z.B. das Dielektrikum der Plasma-Erzeugungseinheit, beispielsweise ein keramisches Material, mit der Katalysatorformulierung der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung beschichtet sein. Ein besonderer Vorteil dieser integrierten Lösung liegt vor allem darin, dass die plasmachemischen Gasphasenreaktionen und die katalytische Oxidation von Methan und von den Methan-Folgeprodukten parallel bzw. zeitgleich ablaufen können. Im Einzelnen ist in der in 2 gezeigten Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems der Brennkraftmaschine 20 ein Turbolader 21 zugeordnet. Die Abgase der Brennkraftmaschine 20 werden im Abgasstrang durch die kombinierte Katalysatoreinrichtung 23 geführt, die die Funktionen der Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas und der Methanoxidationskatalyse zusammenfasst. Nach der von den plasmachemischen Reaktionen unterstützten Methanoxidation durchläuft das Abgas einen katalytischen Partikelfilter 24, bevor es einem SCR-Katalysator 26 zugeführt wird. Stromaufwärts des SCR-Katalysators 26 ist eine Dosierstelle 25 für die Reaktionsmittellösung vorgesehen, die für die katalytischen Abläufe in dem SCR-Katalysator 26 erforderlich ist.
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Die 3 und 4 zeigen andere Ausgestaltungen des Abgasnachbehandlungssystems, bei denen ein beschichteter Partikelfilter und ein SCR-Katalysator in einem Bauteil 36 bzw. 46 als sogenannter „SCR auf Filter“ (SCRoF) zusammengefasst sind. Hierbei zeigt 3 ein System mit einer Methanoxidationskatalysatoreinrichtung 33. Unmittelbar stromaufwärts der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung 33 ist eine Einrichtung 32 zur Erzeugung des Plasmas, insbesondere des nicht-thermischen Plasmas, im Abgas vorgesehen. 4 zeigt ein System, bei dem die Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas und die Methanoxidationskatalysatoreinrichtung in einer kombinierten Katalysatoreinrichtung 43 zusammengefasst sind. Vergleichbar mit den Systemen aus 1 und 2 ist der Brennkraftmaschine 30 bzw. 40, also insbesondere ein magerlauffähigen Gasmotor oder ein magerlauffähigen Diesel/Gasmotor, ein Turbolader 31 bzw. 41 zugeordnet. Bezugnehmend auf 3 durchlaufen die Abgase der Brennkraftmaschine 30 die Einrichtung 32 zur Erzeugung des Plasmas, bevor sie in die Methanoxidationskatalysatoreinrichtung 33 gelangen. Stromabwärts der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung 33 ist das Bauteil 36 („SCR auf Filter“) angeordnet, das einen SCR-Katalysator auf einem Filter integriert. Stromaufwärts des „SCR auf Filter“ 36 befindet sich eine Dosierstelle 35 für das flüssige Reaktionsmittel, das für die katalytische Reaktion im „SCR auf Filter“ 36 erforderlich ist. Bezugnehmend auf 4 durchlaufen die Abgase der Brennkraftmaschine 40 die kombinierte Katalysatoreinrichtung 43, die die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas und die Methanoxidationskatalysatoreinrichtung zusammenfasst. Anschließend durchlaufen die Abgase den „SCR auf Filter“ 46, wobei stromaufwärts des „SCR auf Filter“ 46 eine Dosierstelle 45 für das flüssige Reaktionsmittel der SCR-Katalysatoreinrichtung („SCR auf Filter“) 46 vorgesehen ist.
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5 illustriert eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems, wobei dieses System neben den bereits beschriebenen Komponenten weiterhin eine Schwefeladsorptionseinrichtung 57 umfasst. Die Schwefeladsorptionseinrichtung 57 ist stromaufwärts einer Einrichtung 52 zur Erzeugung Plasmas im Abgas angeordnet. Die Einrichtung 52 ist unmittelbar stromaufwärts einer Methanoxidationskatalysatoreinrichtung 53 angeordnet. Die Abgase der Brennkraftmaschine 50, der ein Turbolader 51 zugeordnet ist, durchlaufen zunächst die Schwefeladsorptionseinrichtung 57, bevor sie die Einrichtung 52 zur Erzeugung des Plasmas und anschließend die Methanoxidationskatalysatoreinrichtung 53 durchlaufen. Stromabwärts der Methanoxidationskatalysatoreinrichtung 53 ist ein Partikelfilter 54 vorgesehen. Stromabwärts des Partikelfilters 54 ist ein SCR-Katalysator 56 angeordnet, wobei das für die Katalyse in dem SCR-Katalysator 56 erforderliche Reaktionsmittel über eine Dosierstelle 55 stromaufwärts des SCR-Katalysators 56 in den Abgasstrang eingesprüht wird. Bei der Schwefeladsorptionseinrichtung 57 handelt es sich von der Funktion her gewissermaßen um eine Schwefelfalle, wobei schwefelhaltige Komponenten, insbesondere Schwefeloxide, die im Abgas enthalten sind, adsorbiert werden. In herkömmlichen Abgasnachbehandlungssystemen beeinträchtigen im Abgas enthaltene Schwefelkomponenten erheblich die Funktion des Methanoxidationskatalysators, wobei bereits nach kurzer Laufzeit des Methanoxidationskatalysators eine dramatische Verschlechterung der Oxidationswirkung zu beobachten ist. Durch die in dieser Ausgestaltung vorgesehene Schwefelfalle kann daher die Methan-Oxidation auch langfristig verbessert werden, so dass insbesondere in Kombination mit der Erzeugung des Plasmas insgesamt die Abgasnachbehandlung in dem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem erheblich verbessert wird. Neben der in 5 illustrierten Anordnung und Ausgestaltung der Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems sind auch andere Anordnungen möglich. Insbesondere kann beispielsweise eine Schwefeladsorptionseinrichtung in eine Methanoxidationskatalysatoreinrichtung integriert werden oder die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas kann mit einer Methanoxidationskatalysatoreinrichtung zu einer gemeinsamen Katalysatoreinrichtung zusammengefasst werden, in die gegebenenfalls auch die Schwefeladsorptionseinrichtung integriert sein kann. Darüber hinaus ist der Einsatz einer Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas in einem Abgasnachbehandlungssystem nicht auf die hier gezeigten und erwähnten Abgasnachbehandlungssysteme beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 602004005133 T2 [0005]
- DE 112005002262 T5 [0005]
- DE 69911242 T2 [0005]
