EP1885473A1 - Method and device for treating exhaust gases of internal combusting engines - Google Patents

Method and device for treating exhaust gases of internal combusting engines

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EP1885473A1
EP1885473A1 EP06743101A EP06743101A EP1885473A1 EP 1885473 A1 EP1885473 A1 EP 1885473A1 EP 06743101 A EP06743101 A EP 06743101A EP 06743101 A EP06743101 A EP 06743101A EP 1885473 A1 EP1885473 A1 EP 1885473A1
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EP
European Patent Office
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ammonia
particle separator
exhaust gas
regeneration
flow
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06743101A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rolf BRÜCK
Peter Hirth
Wolfgang Held
Eberhard Jacob
Ulf Klein
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Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
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Publication date
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    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
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Definitions

  • the subject matter of the present invention is a method and a device for treating exhaust gases of internal combustion engines, in particular for reducing the nitrogen oxide and particulate content of these exhaust gases.
  • the invention finds application in automobiles.
  • a selective reducing agent such as ammonia (NH3) is used, which leads to a suitably designed catalyst for a selective catalytic reduction of nitrogen oxides.
  • NH3 ammonia
  • DE 102 58 185 A1 discloses the generation of ammonia from atmospheric nitrogen by plasma-assisted formation of nitrogen monoxide and subsequent reduction of this nitrogen monoxide to ammonia with a hydrogen-containing gas stream.
  • This system has the disadvantage that only nitrogen oxides and not further components of the exhaust gas are considered.
  • the present invention seeks to provide an apparatus and a method for reducing the concentration of nitrogen oxides and particles in the exhaust gas of an internal combustion engine, which allow simultaneous reduction of both components and which are not dependent on the entrainment of another resource.
  • the exhaust gas treatment device comprises a particle separator, an SCR catalyst for the selective reduction of nitrogen oxides and an ammonia generator for generating ammonia as a selective reduction agent for the reduction of nitrogen oxides, wherein the particle separator is formed in a main exhaust line and the ammonia generator in a first secondary line, wherein the first secondary line in a Mouth opens into the main exhaust line, which is designed so that the ammonia-containing gas stream generated in the ammonia generator can flow through the SCR catalyst.
  • the particle separator is flowed through by the ammonia-containing gas stream.
  • the formation of the ammonia generator in the first secondary line means in particular that the ammonia generator can be formed in a bypass of the exhaust pipe.
  • Particles are understood to mean, in particular, carbon-containing particles or also particles of pure carbon.
  • the particle separator, the SCR catalyst and the ammonia generator may each comprise at least one honeycomb body.
  • a honeycomb body is understood to mean a body with a large wall surface, which has cavities which can be swept at least for a fluid such as an exhaust gas.
  • a honeycomb body may for example be made of ceramic material, for example by extrusion.
  • a honeycomb body can also be constructed of metallic layers. These may comprise, for example, at least partially structured layers which are spirally wound, optionally together with one or more substantially smooth layers.
  • Another embodiment of a honeycomb body also includes metallic layers that are stacked. One or more stacks are wound in the same direction or in opposite directions.
  • a stack can have at least one at least partially structured layer and if appropriate, comprise at least one substantially smooth layer.
  • a honeycomb body comprising a non-wound stack of at least one at least partially structured and optionally at least one substantially smooth metallic layer is possible and according to the invention.
  • a metallic layer is understood to mean, in particular, sheet metal foils, nonwoven fabrics, sintered porous metallic layers, wire mesh layers or combinations of at least two of these elements.
  • An at least partially structured layer is understood as meaning a layer which, at least in some areas, has structures which form cavities after being wound up, stacked or twisted. In particular, these structures may be wave-shaped.
  • a substantially smooth layer is meant a layer which is smooth and optionally has microstructures. Microstructures are structures that have a structuring amplitude that is significantly smaller than the structuring amplitude of the at least partially structured layer.
  • the particle separator may in particular be open or closed.
  • a closed particle separator is constructed so that the exhaust gas must pass through at least one wall of the particle separator when flowing through the exhaust gas. This can be achieved, for example, by forming the particle separator with a multiplicity of channels separated by porous walls, which are closed alternately at the end face of the honeycomb body entering the gas inlet and gas outlet, so that a first group of cavities opens with end sides open on the gas inlet side and closed on the gas outlet side and a second group of cavities with gas inlet side closed, gas outlet open end faces is present.
  • a particle separator may also include an open particle filter.
  • a particle filter is called open if it can be traversed completely by particles, even of particles that are considerably larger than the particles actually being filtered out. As a result, such a fi clog even during agglomeration of particles during operation.
  • a suitable method for measuring the openness of a particle filter is, for example, the testing of the diameter to which spherical particles can still trickle through such a filter.
  • a filter is open, in particular, when balls larger than or equal to 0.1 mm in diameter can still trickle through, preferably balls with a diameter of more than 0.2 mm.
  • the particle separator may be formed in particular of metal and / or ceramic foam.
  • the particle separator may have cavities that are regular, irregular or chaotically shaped.
  • the SCR catalyst preferably comprises a honeycomb body which is provided with an SCR coating.
  • This comprises, in particular, a titanium dioxide (A-natas) -supported vanadium / tungsten mixed oxide or metal-exchanged zeolites, in particular of the X, Y, ZSM-5 or ZSM-II type, preferably iron-exchanged zeolites.
  • a hydrolysis catalyst which is usually required for hydrolyzing urea can advantageously be dispensed with.
  • the device according to the invention offers particular advantages in connection and during operation.
  • a single device can be used which simultaneously reduces two critical and coupled exhaust components.
  • the device according to the invention can also be controlled so that both the proportion of nitrogen oxides and of particles are reduced in the same way.
  • the device according to the invention can be regarded as a so-called "black box", in which the user and the system planner for exhaust systems do not have to worry about the detailed functioning of the components installed in this box, but merely the connection to the exhaust system and a power supply must be made.
  • the formation of the junction in such a way that the particle separator is flowed through by the ammonia-containing gas stream. Ammonia is advantageous in the regeneration of the particle separator.
  • the particle separator preferably comprises alternately closed channels, which are separated from one another by walls at least partially through which a fluid can flow.
  • the particle separator is constructed so that an exhaust gas flow through the wall can take place.
  • the exhaust gas can flow partly through the wall, in particular in the case of an open particle separator, or also completely through the wall, in particular in such a case a closed filter with mutually closed channels can be present.
  • the walls may preferably be formed ceramic and / or metallic.
  • the particle separator preferably comprises an at least partially metallic carrier.
  • a partially metallic carrier may, for example, be a metallic honeycomb body as stated above.
  • Another example is a ceramic carrier in which metallic structures, for example as electrodes for electrostatic agglomeration and / or separation of particles, are incorporated.
  • the at least partially metallic carrier preferably comprises at least one metallic layer. It is preferred here for the SCR catalytic converter, the ammonia generator and / or the particle separator to comprise a honeycomb body comprising at least one metallic layer. Furthermore, further support bodies may be formed comprising at least one metallic layer.
  • the particle separator preferably comprises a ceramic filter element which has metallic deposits.
  • the ceramic filter element may be constructed in layers, in particular via corresponding "rapid manufacturing" techniques.
  • a layered structure is understood here in particular to mean that a first layer of the body is first constructed from one or more raw materials, then solidified at least in some areas and a further layer of one or more raw materials is then applied to this solidified layer This layer is then likewise solidified at least in some areas and then the process is continued as described above until the filter element is completed.
  • One raw material can form the later ceramic wall, while another raw material can form the later metallic storage.
  • the solidification can be based on a brief increase in temperature, which is achieved for example by irradiation with laser light.
  • a spatially selective and / or inhomogeneous heating and / or by using a raw material, which is applied spatially selective and / or inhomogeneous so cavities separated by walls can be generated, which may for example also have microstructured walls.
  • walls with regions of different properties can be constructed which, for example, have different porosities or also electrical conductivities in different regions.
  • a cavity which can be passed through is meant, for example, a sewer closed on the end.
  • the cavities can also be flowed through. It may further preferably be formed cavities having larger dimensions than the channels. Such cavities can preferably serve the better mixing of the exhaust gases.
  • the walls have at least one of the following properties:
  • the walls have at least partially a coating
  • the walls comprise at least one catalytically active component.
  • the particle separator or the filter element - as well as all other honeycomb bodies disclosed here - can have a coating according to 8.1). This may in particular be ceramic and / or comprise a washcoat and / or zeolites. According to 8.2), the walls of the particle separator - as well as the walls of all other honeycomb bodies disclosed here - can comprise catalytically active components. These can be incorporated in a coating formed according to 8.1) or else directly in and / or on the wall, the latter preferably when these walls comprise ceramic material.
  • the catalytically active component may preferably comprise noble metals, for example in the form of noble metal complexes. Preferably, several noble metals may be included in the catalytically active component.
  • the particle separator can comprise, for example, an oxidation-promoting catalytically active component, preferably in the region of one of the end faces, preferably in the flow inlet-side end face region. This can in particular catalyze the oxidation of nitrogen monoxide to nitrogen dioxide needed in continuous regeneration according to the continuous regeneration trap (CRT) principle. Furthermore, a catalytically active component can be formed on the particle separator which catalyzes the CRT regeneration reaction. Such a coating may preferably be formed throughout the particle separator. An oxidation-promoting coating can for example also catalyze an oxidation of hydrocarbons, which leads to a heating of the particle separator.
  • an oxidation-promoting coating can for example also catalyze an oxidation of hydrocarbons, which leads to a heating of the particle separator.
  • the hydrocarbons can be introduced into the particle separator, for example, by operating the internal combustion engine at short notice, for example in a cylinder of the internal combustion engine in one cycle, with an increased fuel fraction, ie, fat. This leads to hydrocarbons reaching the particle separator where it can oxidize.
  • the particle separator has a regeneration possibility for the regeneration of the particle separator.
  • the possibility of regeneration is produced by at least one of the following measures:
  • Part of the particle separator or 10.4) regeneration by an electrical discharge.
  • a regeneration possibility is understood to mean the suitability of the particle separator for the regeneration of the incorporated and / or accumulated particles, that is to say the removal of the particles from and / or from the particle separator. This regeneration possibility can be designed in particular thermally and / or chemically.
  • the particle separator has a thermal regeneration possibility, means may be provided which can bring about heating of the particle separator above a temperature at which oxidation of the carbon of the particles takes place, preferably also with a residual oxygen content in the exhaust gas.
  • the particle separator may comprise catalytically active materials which catalyze such oxidation.
  • a thermal regeneration can be achieved by increasing the exhaust gas temperature and / or by additional heating devices.
  • the particle separator has a chemical regeneration possibility, it is possible to achieve a degradation of the particles by means of a chemical reaction. This can be achieved, for example, via a reaction of the carbon with nitrogen dioxide to form nitrogen monoxide and carbon dioxide.
  • a further possibility of a regeneration possibility consists in a CRT process in which means are formed which ensure as continuously as possible a sufficiently large concentration of nitrogen dioxide in the exhaust gas in the particle separator so as to continuously convert the carbon particles.
  • a regeneration possibility based on an electrical discharge is based, for example, on a surface sliding discharge.
  • the particle separator comprises means for generating an electric field in the particle separator, by which at least one of the following functions is fulfilled: 12.1) agglomeration of particles; or 12.2) Separation of particles.
  • 12.1) agglomeration of particles is here in particular the cumulation of several small particles to larger particles understood.
  • the deposition of particles is understood to mean, in particular, the adsorption of the particles on the filter.
  • Particulate matter such as particles 10 microns in diameter and less
  • Particulate matter is an undesirable exhaust gas component due to the ability of these particles to enter human lung tissue.
  • abscheider agglomeration of the particles to larger particles so as to increase the proportion of particulate matter in the Reducing the exhaust gas and allowing such average diameter of the particles to be achieved that they can not be taken up into the lung tissue predominantly.
  • Such an agglomeration can also be achieved by applying an electric field.
  • the electric field can be generated, for example, by the particle separator having a ground pole and a pole at a positive potential, so that a corresponding electric field is formed, in particular transversely to a channel longitudinal axis or the direction of flow through the particle separator.
  • a plurality of poles, which construct such a field may be formed parallel to each other, so that the particle separator comprises a plurality of electric fields for agglomeration and separation of particles.
  • the fields can be operated in particular by a DC voltage, however, an operation with an AC voltage, in particular a low-frequency AC voltage with a frequency of 10 Hz or less is also possible and according to the invention.
  • the soot particles By polarizing the soot particles, they are drawn to one of the electrical poles and deposited there.
  • the poles may, in particular with the Wan ⁇ applications of the particle separator may be combined, in particular be designed as part of this or these form itself.
  • the formation of the particle separator made of metal foam is preferred, wherein the particle separator preferably comprises at least two components, which are in particular of the same design. Particularly preferred is the formation of the Pumbleabscheiders of a metal foam, which forms a plurality of cavities, which are flowed through by exhaust gas.
  • the particle separator preferably comprises means for generating a second electrical field in the particle separator, by means of which a surface sliding discharge is generated for regeneration of the particle separator.
  • the ammonia generator comprises a plasma generator.
  • this may be a plasma generator as described in DE 102 58 185 A1, the disclosure content of which is incorporated in particular in relation to the operating parameters of the plasma generator, the formation of the electrodes and the addition of operating gas in the disclosure of this application.
  • the plasma generator is preferably operated so that the operating gas heats up to temperatures of more than 2500 K in the short term.
  • the plasma generator is operated with a nitrogen and oxygen-containing gas as operating gas, wherein the operating parameters of the plasma generator are chosen such that the reaction equilibrium of the reactions taking place in the plasma is shifted in such a way that nitrogen monoxide is preferably produced.
  • This embroidery Substance oxide can then be reduced via an appropriately designed reduction catalyst, which is applied in particular to a honeycomb body, with the addition of, for example, hydrogen and / or hydrocarbons as the reducing agent to give ammonia.
  • the operating gas used can be air, exhaust gas or air enriched exhaust gas.
  • an ammonia generator which comprises at least one storage element for the temporary storage of at least one of the following components: 15.1) ammonia or
  • ammonia precursor is understood as meaning a substance which liberates ammonia, for example by thermal, pyro- and / or hydrolysis, or which can react with ammonia to form another starting material.
  • component 15.2) comprising nitrogen monoxide, since a relatively high yield of ammonia can be achieved here, in particular in cooperation with a ammonia generator comprising a plasma generator for reducing the nitrogen monoxide to ammonia at a relatively low additional fuel consumption.
  • the stored components 15.1) and / or 15.2) can in particular also serve as a buffer for very large NO x occurring in the exhaust gas.
  • ammonia precursors also includes, for example, urea, isocyanic acid, cyanuric acid or ammonium carbamate.
  • the storage element temporarily stores the at least one component by sorption, in particular by chemical and / or physisorption.
  • Physical absorption is understood to mean, in particular, storage due to physical interactions, whereas chemisorption involves adsorption based on a chemical bond. Physical absorption takes place in particular at low temperatures below a first limit temperature, while above this first limit temperature desorption of the ammonia precursor takes place. Chemisorption occurs to a significant extent above a second limit temperature, since a correspondingly shifted reaction equilibrium requires a certain temperature.
  • the first and the second limit temperature can be selected such that adsorption of nitrogen monoxide is made possible over a wide temperature range.
  • a corresponding coating of a honeycomb body may, for example, be designed such that a region of the coating which is farther away from a surface swept by exhaust gas is more suitable for physisorption, whereas a region closer to a surface of the coating flowed by exhaust gas is more suitable for chemisorption.
  • an ammonia generator which has at least two storage elements, one of which is filled with nitrogen monoxide, while another storage element at least partially releases the nitrogen monoxide stored in it, so that it can be reduced to ammonia.
  • the delivery of the nitrogen monoxide into a hydrogen-containing and preferably oxygen-poor gas stream can take place here. This reduces the required hydrogen content, since hydrogen would normally first react with oxygen.
  • the operating gas of the plasma generator comprises at least air, then the oxygen content of the operating gas when leaving the plasma generator is still relatively high, for example in the range from 18% to 19%. If now a low-oxygen, hydrogen-containing gas is used in which or in which the provision of the nitrogen monoxide is made, the demand for hydrogen is much lower than when the working gas directly would mixed with egg ⁇ nem hydrogen-containing gas.
  • the hydrogen-containing gas may in particular be a cracking or synthesis gas which is produced by partial oxidation of hydrocarbon.
  • the fuel used for operating the internal combustion engine can serve as starting material for the cracking or synthesis gas. Since the required hydrogen content is reduced, the fuel consumption also decreases compared to conventional systems.
  • the plasma generator can be operated intermittently with two gas strands, each comprising a storage element for the temporary storage of nitrogen monoxide and optionally a reduction unit for the reduction of nitrogen monoxide to ammonia. If appropriate, the reduction unit for the reduction of nitrogen monoxide to ammonia can also be charged together by the two gas strands. Furthermore, it is possible to form memory element and reduction unit in a single component, for example by forming a honeycomb body with a corresponding storage reduction coating.
  • the generation of fission and / or synthesis gas can be carried out in a suitably designed reformer or reactor, preferably in a second secondary strand. Preference is given here to the production of the cracking and / or synthesis gas by partial oxidation of hydrocarbons.
  • the second secondary line is in particular designed so that it opens in front of the at least one Speicherele- ment in the first secondary line, so that the at least one storage element can be flowed through by the cracking and / or synthesis gas.
  • ammonia generator may alternatively or cumulatively comprise means which accumulate nitrogen monoxide in a gas stream, for example by separating a gas stream containing nitrogen oxides (NO x ) into a first gas stream in which the relative proportion of NO to NO x is increased and a second one Gas flow in which the relative proportion of NO2 to NO x is increased.
  • NO x nitrogen oxides
  • a storage element which can selectively store only nitrogen monoxide but not nitrogen dioxide. This can be achieved by appropriately designed molecular sieves, in particular zeolites. Such a storage element can then be traversed by exhaust gas until a certain amount of nitrogen monoxide is stored. Then, for example, by changing a physical and / or chemical process variable, the nitrogen monoxide temporarily stored in this storage element can be dissolved out and released into a hydrogen-containing gas stream, whereupon a reduction to ammonia by a corresponding catalyst is also catalyzed.
  • the possibilities described here of enriching or storing nitrogen monoxide directly from the exhaust gas can preferably also be implemented in the main exhaust gas stream and, in particular, without a particle filter or an SCR catalyst being formed.
  • the ammonia generator comprises means for supplying a reducing agent for the reduction of nitrogen monoxide to ammonia.
  • these are connectable to a reservoir of the reducing agent and / or a reducing agent forming reactor and / or reformer.
  • the reducing agent comprises at least one of the following substances:
  • first reduction devices which are designed so that on or in them a reduction of nitrogen oxides, preferably from
  • Nitric oxide with the reducing agent 19.1) and / or 19.2) can be carried out.
  • a reaction with nitrogen oxides in bound form can be carried out, for example with chemisorbed nitrogen oxides, which are present in the form of nitrite or rat weakness Nit ⁇ .
  • means for providing and / or generating the reducing agent are formed. These include in particular a reformer and / or a reactor for the partial oxidation of hydrocarbons.
  • the means for supplying the reducing agent preferably comprise a mixer which is suitable for mixing the reducing agent with another gas. This may be an active and / or a passive mixer.
  • the first secondary line is traversed by at least one of the following gases: 24.1) exhaust gas;
  • any mixing ratios of the gases 24.1), 24.2) and 24.3) occur.
  • the first secondary line flows through pure exhaust gas, preferably when the exhaust gas has a high oxygen content, for example when the internal combustion engine is a diesel engine.
  • the first secondary strand can be traversed by pure air.
  • a plasma generator is included in the ammonia generator, it may be advantageous to design the first secondary line such that, in addition to the gases 24.1), 24.2) and / or 24.3), a hydrogen-containing gas can flow through the secondary line, so as to reduce it from nitric oxide to ammonia.
  • the first secondary line is preferably designed such that the ratios of the gases 24.1), 24.2) and / or 24.3) are adjustable and / or changeable relative to one another.
  • the particle separator comprises means for generating an electric field in the particle and the ammonia generator a plasma generator, wherein at least one control device for generating and controlling the electric field of the Prismabscheiders and for driving the plasma generator is formed.
  • the formation of a single control device is advantageous both for the particle separator and for the plasma generator, since the operating conditions of both components can be optimally adjusted to one another.
  • an operating method in which the particle fraction, the particle size distribution and / or the nitrogen oxide content can likewise be reduced or changed can be carried out by a common control device.
  • a common control device can be carried out, in which, in addition to an adjustable or selectable reduction or modification of the above-mentioned parameters, the lowest possible energy and / or additional fuel consumption is achieved at the same time.
  • the control device can also be connected to corresponding sensors, for example temperature sensors, lambda probes, gas partial pressure sensors, etc.
  • the means for generating an electric field comprise in particular electrodes in the particle separator and a voltage source which is electrically connectable to the electrodes in the particle separator. Preference is given to the formation of a single control device, via which both the means for generating an electric field in the particle separator and the plasma generator are controlled and optionally supplied with electrical energy.
  • the means for generating an electric field in the particle separator can be supplied with electrical energy in an advantageous manner, after which the plasma generator is also supplied with electrical energy after a predefinable period of time.
  • This has the advantage that the particles are generally agglomerated and / or precipitated while a reaction
  • the nitrogen oxides only take place when the SCR catalytic converter has reached its minimum operating temperature ("light-off temperature"). However, this operating temperature reaches the SCR catalyst only after a certain time.
  • ammonia generator described in this application can also be realized in an advantageous manner even in isolation, ie without the other components of the device according to the invention.
  • an oxidation catalyst is formed at at least one of the following locations:
  • the oxidation catalyst can in particular catalyze the oxidation of nitrogen monoxide to nitrogen dioxide and thus provide a regeneration possibility for the particle separator.
  • the oxidation catalyst can serve as a barrier catalyst, which effectively prevents the breakthrough of, for example, ammonia and / or hydrocarbons.
  • the oxidation catalyst can advantageously serve the consumption of oxygen, which may contain the gas leaving the particle separator.
  • the coatings of the oxidation catalyst in particular with regard to the nature and concentration of the catalytically active substances used, can be adapted differently to the respective catalysts to be catalyzed at the oxidation catalysts at points 26.1), 26.2) and 26.3).
  • this comprises a first flow region and at least one second flow region, which can be flowed through substantially parallel to each other, wherein the first flow region is at least a part of the main exhaust line, wherein the first and the second flow region are formed so that a heat input from the first flow region into the at least one second flow region can take place.
  • the flow areas are coaxial and / or concentric. Furthermore, it is preferred that at least one of the following components is formed in a second flow region:
  • a plasma generator and in a second second flow region a reformer or reactor is formed, which in particular generates hydrogen via a partial oxidation of hydrocarbons.
  • a reformer or reactor is formed, which in particular generates hydrogen via a partial oxidation of hydrocarbons.
  • first and the at least one second flow region are separated from each other by at least one partition wall.
  • the first flow region lies on a first side of the dividing wall, while the second flow region is formed on a second side of the dividing wall.
  • the partition may be formed one or more layers.
  • the device according to the invention permits the guidance of exhaust gas in a first partial flow in the first flow region and in a second exhaust gas flow in a second flow region. Since the components 31.1) ,.
  • a plasma generator can be integrated very compactly in the exhaust system of motor vehicles.
  • the plasma generator is designed so that the exhaust gas is heated in the plasma generator by the gas discharge to temperatures above 2000 Kelvin, preferably even over 2800 Kelvin.
  • molecular nitrogen which is present in both the exhaust gas and in the - optionally zugebbaren - air, and oxygen electronically excited, disassociated and ionized by non-thermal, plasma-induced collision processes with high-energy electrons.
  • Nitrogen oxides are preferably formed by reactions of the electronically excited molecules, radicals and ions with the exhaust gas heated by the plasma.
  • Nitrogen monoxide (NO) is preferably formed on account of the high applied temperature, since the reaction equilibrium at these temperatures correspondingly prefers the formation of nitrogen monoxide and that of nitrogen dioxide.
  • the response times are in the range of less than 10 milliseconds.
  • the concentration of nitric oxide can be increased during operation by the plasma generator.
  • This nitrogen monoxide may furthermore preferably be reduced to ammonia.
  • the plasma generator can be constructed, for example, as described in DE 102 58 185 A1, the content of which is completely included in the disclosure content of this application with regard to the construction and operation of the plasma generator.
  • the device In the region of the plasma generator, the device has suitable connections with which the plasma generator with a corresponding power supply and a corresponding controller can be connected. Corresponding insulation and the like may be designed according to the invention.
  • the plasma generator is operated in such a way that the exhaust gas is locally heated by the gas discharge to fairly high temperatures, such as 2800 Kelvin and more, in the presence of molecular nitrogen (N2), on the one hand, it reacts with oxygen radicals formed by the plasma Nitrogen monoxide and nitrogen are formed and, on the other hand, to the reaction of such a nitrogen atom with molecular oxygen (O2) to nitrogen monoxide and an oxygen radical. Further reactions are rather of minor importance at relatively high temperatures, so that a high yield of nitrogen monoxide can be achieved by use and corresponding operation of the plasma generator.
  • N2 molecular nitrogen
  • the at least one second flow region is formed at at least one of the following locations:
  • a heat input into the respective operating gas of the storage element, the reformer or reactor and / or the plasma generator so that the energy to operate these components and thus the overall system can be reduced.
  • the heat of the exhaust gas which can flow through the first flow region, can thus be used for heating the storage element, the reformer or reactor and / or the plasma generator.
  • an education at the point 32.1) is advantageous if sorption takes place on the storage element.
  • Gas supply means are preferably provided in an axial preferred flow direction upstream of the plasma generator, in particular for supplying a gas comprising oxygen and / or nitrogen.
  • the gas supply means may be formed both in the first flow region and in a part of the exhaust gas treatment unit in which the flow regions are not yet separated from one another. Such a region can be formed upstream, for example, by the fact that the dividing wall is not yet formed there.
  • ambient air can be supplied as gas comprising oxygen.
  • molecular nitrogen is supplied to the system, which can serve in the same way for the formation of nitrogen monoxide.
  • it is basically possible to supply air, for example via a compressor, under pressure.
  • a common third flow region is formed.
  • the two gas flows formed by the separating wall can flow together again after flowing through the respective flow areas and are in particular mixed there.
  • formation of a nitrogen oxide-enriched total exhaust gas flow occurs that includes both partial exhaust gas streams flowing through the two flow areas.
  • a corresponding catalyst is introduced, for example, on a catalyst carrier body in the first flow region downstream of the plasma generator.
  • a first honeycomb structure is formed with a first reduction catalyst coating for reducing oxygen.
  • This first honeycomb structure can serve in particular for removing the residual oxygen from the exhaust gas flow.
  • This residual oxygen content can be high, especially when air has been supplied via the gas supply means.
  • the first reduction catalyst coating used is, in particular, a ceramic coating material such as, in particular, washcoat, in which components containing precious metals, for example platinum and / or palladium, are introduced.
  • a second honeycomb structure with a second Reduktionskataly- satorbe harshung for reducing nitrogen oxide to ammonia formed.
  • the second reduction catalyst coating comprises, in particular, platinum and / or palladium as active components; in particular, only little rhodium is present in this coating, preferably substantially no rhodium.
  • the two flow range allow the provision of a compact on-board ammonia generator, which can be used in particular in mobile applications in the exhaust system of internal combustion engines.
  • the ammonia which can be produced in this way can serve downstream as a reducing agent in a selective catalytic reduction (SCR) process of nitrogen oxides.
  • SCR selective catalytic reduction
  • the formation of tanks for reducing agents such as, for example, ammonia precursors (eg urea, ammonium carbamate, isocyanic acid, cyanuric acid, etc.) in solution or as a solid can thus be dispensed with.
  • the second reduction catalyst coating comprises in particular noble metals as catalysts such as platinum.
  • the second reduction catalyst coating comprises, in particular, titanium dioxide (anatase) -treated vanadium / tungsten oxide or else metal-exchanged zeolites, in particular zeolites of the type X, Y, ZSM-5 or ZSM-11.
  • Reduction supply means for supplying a reducing agent are preferably formed in the flow direction between the plasma generator and the second honeycomb structure. If a first honeycomb structure is also formed for the reduction of, in particular, the remaining oxygen, the reduction feed means are preferably formed between the first and the second honeycomb structure.
  • a reducing agent for the reduction of nitrogen monoxide to ammonia in particular hydrocarbons have proven. These can be obtained in a simple manner from the fuel of the internal combustion engine. For example, it is possible to inject fuel, in particular diesel fuel, of the internal combustion engine via the reduction supply means directly into the exhaust gas flow upstream of the second honeycomb structure.
  • the reduction feed means are designed as nozzles.
  • the reduction supply means are in particular designed so that the most uniform possible concentration of the reducing agent over the flow cross-section is achieved. In particular, it has been proven to spray the reducing agent in the form of small droplets.
  • a mixer in particular a mixer structure, is preferably formed.
  • a mixer structure may for example consist of a honeycomb structure which has openings between the individual channels, through which the exhaust gas can flow at least partially substantially transversely to the flow direction. This causes the mixing of the exhaust gas flow.
  • Particularly preferred here is the formation of conductive structures in the channel wall, which guide the exhaust gas flow toward the openings located between the channels.
  • a third honeycomb structure with an SCR catalyst coating is preferably formed in the flow direction downstream of the second honeycomb structure.
  • This SCR catalyst coating is a coating containing a catalyst that catalyzes the selective catalytic reduction of nitrogen oxides.
  • the SCR catalyst coating comprises, in particular, titanium dioxide (anatase) -treated vanadium / tungsten oxide or else metal-exchanged zeolites, in particular zeolites of the type X, Y, ZSM-5 or ZSM-11.
  • these are means for the temporary storage of the reducing agent, which is formed in the preceding process step.
  • they are agents for the temporary storage of ammonia.
  • other reducing agents can be stored accordingly, such as, for example, isocyanic acid or cyanuric acid.
  • means for temporary storage allows the presence of a certain amount of reducing agent, which can then be used when a very rapidly very high concentration of To reduce nitrogen oxides.
  • these agents may be coated honeycomb structures, which are coated in particular with certain zeolites, such as zeolites of types A, X, Y or ZSM-5.
  • control circuit with which, on the one hand, the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas is determined directly or indirectly, which further detects the amount of incorporated reducing agent in the temporary storage means.
  • the generation of nitrogen monoxide in the plasma generator is regulated, for example via switching the plasma generator on and off, a change in the current intensity and / or frequency or even a change in the gas composition, for example by supplying or changing the amount of an oxygen-like gas. It is particularly advantageous in this case if the control tries in a certain way to anticipate the extrapolation of the content of nitrogen oxides in the exhaust gas of the internal combustion engine at a future time.
  • flow guide means are formed, which allow the Abgasteilstroman- part, which flows in the first flow region set.
  • a division of the exhaust gas flows to the first and the second flow region.
  • a first partial exhaust gas stream flows into the first flow area and a second partial exhaust gas flow into the second flow area.
  • the first partial exhaust gas flow which flows through the first flow region, to be greater or smaller than the first geometric partial exhaust gas flow. For example, it is advantageous to conduct only a very small mass flow through the first flow region and relatively large mass flows through the second flow region.
  • the first partial exhaust gas stream is greater than the required partial exhaust gas flow
  • the operating gas which is supplied to the plasma generator, contains sufficient nitrogen in addition to oxygen.
  • air can be used as operating gas.
  • the first flow region can also be formed on the input side substantially closed. This means in particular that essentially no exhaust gas can flow into the first flow region.
  • the first flow region is designed such that the operating gas for the plasma generator, for example air, can flow into the first flow region and the exhaust gas heats the operating gas through contact with the common wall. It is advantageous to preheat the operating gas of the reformer / reactor and / or the plasma ⁇ generator. This can be done by an electrical resistance heater or by a heat input from the exhaust. It may furthermore be part way before ⁇ , to cool the gas which flows in at least one storage element in the desorption temperature is exceeded in the physisorption or chemisorption by addition of air.
  • first and second flow regions described in this application can also be realized advantageously independently of the remaining embodiment of the device, that is to say in isolation, and is also inventive in its own right.
  • a mixer is formed at at least one of the following points: 39.1) at the junction of the first secondary strand into the main strand; 39.2) upstream of the particle separator; or
  • the at least one mixer can be designed here as an active mixer and / or as a passive mixer.
  • a passive mixer includes a mixer structure as described above.
  • the particle separator can also comprise a passive mixer, that is to say a mixing, in particular a cross-mixing of the gas streams flowing through it.
  • An active mixer is understood in particular to mean a turbine or a turbocharger.
  • the mixer can be designed as a swirl mixer.
  • the mixing of gas streams can preferably take place by means of an active mixer, for example a turbocharger. Furthermore, it is possible to mix the gas streams to be mixed tangentially.
  • a mixer may be formed which has, for example, a honeycomb body with channels of a first repetition length and holes or caverns which have a dimension, which is greater than the repetition length.
  • the channel walls may have apertures of dimensions substantially smaller than the repetition length of the structures and conductive structures directing a gas flow into an adjacent channel.
  • the ammonia-containing gas stream can have a positive effect on the regeneration of the particulate filter.
  • the particle separator can also advantageously effect the mixing of the ammonia gas stream with the main exhaust gas stream.
  • a structure of the device may be selected in which the first secondary line opens into the main exhaust line upstream of the Pismeabscheiders and the SCR catalyst.
  • flow line means are formed, which make it possible to adjust an exhaust gas or gas flow component which flows into the first secondary line.
  • These flow conduit means may comprise throttle valves and / or valves.
  • the enrichment of nitrogen monoxide in the cold start phase takes place only when the at least one memory element formed downstream of the plasma generator is in an operating state which permits sorption of nitrogen oxides.
  • this is the case with chemisorbing storage elements at temperatures above about 200 ° C the case.
  • a plurality of storage elements may be formed in series, in addition downstream of a reduction device may be formed, on which a reduction of nitrogen oxides, preferably nitrogen monoxide, is catalysed to ammonia.
  • a reduction of nitrogen oxides preferably nitrogen monoxide
  • ammonia is preferably not provided until the SCR catalyst has reached its operating temperature above the light-off temperature, which preferably has a coating in which ammonia can be stored be used by occurring nitrogen oxide in the exhaust gas.
  • the method can be designed so that during operation a positive heat transfer takes place before or into a chemisorption-based storage element, in order to keep it above the limit temperature, from which the corresponding reaction proceeds to a significant extent.
  • the method can be designed so that during operation, a negative heat transfer takes place before or in a physisorption based storage element to keep it below its desorption temperature.
  • an air supply means such as a blower or compressor may be formed, which supplies the plasma generator with air as at least a part of its operating gas.
  • a temperature and / or concentration monitoring of the gas flows with a computer-based model, in which data on other points of the system are calculated via input data, for example, at least one sensor or even from the engine management.
  • connection of particle separator and SCR catalyst to a unit advantageously allows the construction of a compact erf ⁇ ndungswashen Contraption.
  • a surface for both particle separation and SCR catalysis By using a surface for both particle separation and SCR catalysis, a more compact design of the unit becomes possible.
  • the SCR catalyst is designed such that a first amount of reducing agent, preferably ammonia, can be stored in it, in particular by a corresponding configuration of the coating of the SCR catalyst.
  • a first amount of reducing agent preferably ammonia
  • At least one turbine is formed in the main exhaust line and the first secondary line branches off from the main exhaust line in front of the turbine. It is particularly preferred here that the first secondary line opens into the main line after a turbine.
  • the pressure gradient created by the turbine can advantageously be used for metering the amount of gas flowing into the first secondary line, for example by means of a flutter valve.
  • a turbine is understood here in particular as a turbocharger. If two or more, in particular serial, turbochargers are formed in the system, the junction with one and in front of another turbocharger can advantageously take place.
  • means are provided for regulating the amount of gas flowing into the first and / or second secondary line.
  • these means comprise a flutter valve and / or a movable flap.
  • the reformer and / or reactor is provided with an operating gas, which at least partially an exhaust gas recirculation line can be removed.
  • an operating gas which at least partially an exhaust gas recirculation line can be removed.
  • a method for the treatment of exhaust gas is proposed, are at least partially deposited by a particle in the exhaust particles and are at least partially reduced in the nitrogen oxides in the exhaust gas in an SCR catalyst, wherein the deposition of the particles in a Main exhaust gas is carried out and ammonia is generated in a first secondary strand, which is fed to the SCR catalyst as a reducing agent.
  • the generation of the ammonia in the first secondary strand from at least one educt which is gaseous at room temperature is preferred.
  • the production of ammonia from a gaseous nitrogen source at room temperature is preferred.
  • air and / or exhaust gas can serve as nitrogen source.
  • the first secondary line and the main exhaust line are combined so that the ammonia-containing gas stream generated in the first secondary line can flow through the particle separator.
  • At least one electric field is formed in the particle separator, which performs at least one of the following functions: 58.1) agglomeration of the particles, 58.2) deposition of the particles, or 58.3) Regeneration of the particle separator.
  • An agglomeration according to 58.1) is understood to mean the attachment of particles to particles, so that particles with larger average diameters are formed. This can be done in particular by applying a DC voltage or a low-frequency AC voltage.
  • a separation in the sense of 58.2) is understood to mean the removal of the particles from the exhaust gas stream.
  • 58.3 is understood to mean the removal of particles by means of an electric field.
  • the particle separator has a regeneration possibility for the regeneration of the particle separator. It is particularly preferred here for the regeneration possibility to be based on at least one of the following mechanisms: 60.1) provision of nitrogen dioxide upstream of at least part of the particle separator;
  • a regeneration of a particle separator is understood in particular to mean the removal of the separated particles from the particle separator.
  • a regeneration possibility is understood to mean the suitability of the particle separator for the regeneration of the incorporated and / or deposited particles, that is to say the removal of the particles from and / or from the particle separator. This regeneration option can be designed in particular thermally and / or chemically.
  • the particle separator has a thermal regeneration option according to 60.2), means may be provided which allow the particle removal to be heated up. cause separators over a temperature at which an oxidation of the carbon of the particles takes place, preferably also with a residual oxygen content in the exhaust gas.
  • the particle separator may comprise catalytically active materials which catalyze such oxidation.
  • a thermal regeneration can be achieved by increasing the exhaust gas temperature and / or by additional heating devices.
  • the particle separator has a chemical regeneration capability according to 60.1) and / or 60.3), it is possible to achieve a degradation of the particles by means of a chemical reaction. This can be achieved, for example, via a reaction of the carbon with nitrogen dioxide to form nitrogen monoxide and carbon dioxide.
  • a further possibility for regeneration consists in a CRT process, in which means are formed which ensure, as continuously as possible, a sufficiently large concentration of nitrogen dioxide in the exhaust gas in the particle separator so as to continuously convert the carbon particles.
  • a regeneration option based on an electrical discharge according to 60.4) is based on a surface slip discharge.
  • ammonia is produced by a plasma-assisted generation of nitrogen monoxide and subsequent reduction to ammonia.
  • a plasma generator is preferably operated with a first operating gas comprising at least nitrogen and oxygen.
  • a first operating gas comprising at least nitrogen and oxygen.
  • air and / or exhaust gas can be used as operating gas.
  • the reversible storage of nitrogen oxides it is possible to provide two gas strands that are connectable to the plasma generator, so that each stored in a gas line nitrogen oxides and released in another nitrogen oxides, which can then be reduced to ammonia.
  • the storage and removal of the nitrogen oxides takes place as a function of at least one physical and / or chemical process variable.
  • the at least one process variable in this context comprises at least one of the following variables:
  • concentration of a component of the gas flowing through the storage element is particularly preferred in this context is a process in which the process quantity according to 69.3) comprises the concentration of at least one of the following: 70.1) hydrogen or 70.2) hydrocarbons.
  • the reformer and / or reactor is preferably formed in a second secondary line.
  • the second secondary line opens into the first secondary line upstream of the storage element is particularly advantageous.
  • the second secondary line in particular upstream of the reformer and / or reactor, be heated, in particular by the waste heat of the exhaust gas.
  • a direct heating of the reformer and / or reactor is possible and according to the invention.
  • an additional heating can take place, for example by an electrical resistance heater.
  • the second secondary line can be charged with hydrocarbons and, if appropriate, air as operating gas.
  • the storage of nitrogen oxides takes place at temperatures substantially below a first limit temperature due to physisorption.
  • a storage element is formed on or in which a reversible storage of the nitrogen oxides takes place essentially by physical and chemical absorption or
  • At least two storage elements are formed, wherein on or in at least one of these storage elements is a reversible storage of nitrogen oxides substantially by physisorption and on or in at least one other storage element reversible storage of nitrogen oxides substantially by chemisorption, wherein the at least one memory element so is designed so that the first limit temperature is substantially greater than the second limit temperature.
  • a honeycomb body may comprise a corresponding coating which comprises, for example, a zeolite or a similar molecular sieve for physisorption, which is suitably designed such that chemisorption occurs alternatively or cumulatively.
  • a storage temperature is present at the at least one storage element, a reformer temperature at at least one reformer, an exhaust gas temperature in the exhaust gas, with a positive heat transfer from the exhaust gas or a negative heat transfer from at least one of the following components:
  • Limit temperature remains, 77.1.b) the heat transfer to or from a storage element at which predominantly chemisorption occurs, regulated and / or controlled is that the storage temperature substantially above the second limit temperature and below a third limit temperature, above which a desorption of the nitrogen oxides takes place, or
  • the heat transfer to or from a reactor is controlled and / or controlled such that the reactor temperature is within a range in which the reactor produces hydrogen-containing gases.
  • an enrichment of nitrogen monoxide by a plasma generator takes place when a storage temperature of at least one at least partially chemisorption-based storage element is above the second limit temperature.
  • the mass flow of the first operating gas for the plasma generator substantially corresponds to a first predetermined value when the storage temperature of a partially chemisorption based storage element is below the second limit temperature and above a second predetermined value, which is greater than the first predetermined value is, if the storage temperature is above the second limit temperature.
  • a method is preferred in which the above-mentioned temperatures are at least partially determined by a computer-based model.
  • Also particularly preferred, and in particular in this connection, is the detection of at least one temperature via a measuring sensor.
  • the production of ammonia is regulated and / or controlled as a function of the NOx and / or the ammonia concentration in the exhaust gas.
  • a NOx and / or an ammonia content of the exhaust gas is detected via a measuring sensor.
  • kan TM in particular, an indirect determination of NOx and / or ammonia content of the exhaust gas occur in the recorded another concentration over a sensor and then from this, the NOx and / or Ammoniakkon- obtain concentration.
  • several sensors may be formed in the exhaust system.
  • the NOx concentration is determined from the operating data of the internal combustion engine.
  • a process control in which at least one turbine is formed in the main exhaust line and the first secondary line branches off from the main exhaust line upstream of the turbine. It is further preferred that the first secondary line after a turbine opens into the main exhaust line.
  • the pressure gradient resulting from the turbine can advantageously be used to regulate the operating gas flow in the first secondary line.
  • means for regulating the operating gas flow may be formed, for example a flutter valve or the like.
  • the amount of gas flowing into the first and / or second secondary line is regulated and / or controlled, preferably by a flutter valve and / or a movable flap.
  • Preferred is a development of the method in which the reformer and / or reactor is charged with an operating gas which is at least partially an exhaust gas recirculation line can be removed.
  • the exhaust gas recirculation line can be connectable via corresponding flow line means to a second secondary line in which the reformer and / or reactor is formed.
  • the gas mass flow can be controlled and / or regulated by the second secondary strand in an advantageous manner.
  • the reformer and / or reactor and / or the plasma generator is charged with an operating gas which is preheated.
  • the preheating can be done in particular by electrical heating and / or by using the waste heat of the exhaust gas.
  • FIG. 1 shows schematically a first embodiment of an exhaust gas treatment unit as part of a device according to the invention in longitudinal section
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a second exemplary embodiment of an exhaust gas treatment unit as part of a device according to the invention
  • FIG. 3 shows schematically a first exemplary embodiment of an exhaust system
  • Figure 4 schematically shows a second exemplary embodiment of an exhaust system
  • FIG. 5 schematically shows a cross section through an exhaust gas treatment unit as part of a device according to the invention
  • FIG. 6 schematically shows a first exemplary embodiment of a device according to the invention
  • Figure 7 schematically shows a second embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 8 schematically shows a first example of a particle separator
  • FIG. 9 schematically shows a second example of a particle separator
  • FIG. 10 shows schematically a third exemplary embodiment of a device according to the invention.
  • FIG 11 shows schematically an example of an ammonia generator
  • FIG. 12 schematically shows an example of a particle separator.
  • FIG. 1 schematically shows a longitudinal section of a first exemplary embodiment of an exhaust gas treatment unit 1, which may be part of a device according to the invention, but which also functions without the other components of the present invention.
  • the device can be realized in an advantageous manner.
  • the exhaust gas treatment unit 1 comprises a first flow region 3 and a second flow region 2, which can be flowed through substantially parallel to one another and are separated from one another by a partition 4.
  • a plasma generator 5 is formed in the second flow region 2.
  • the second flow region 2 is part of the first secondary strand 105
  • the first flow region 3 is part of the main exhaust line 104.
  • the second flow region 2 can be part of the second secondary strand 110 ,
  • a plasma generator 5 is formed in the second flow area 2, which in particular may be designed according to one of the types shown in DE 102 58 185 A1.
  • the plasma generator comprises a first electrode 6 and a second electrode 7.
  • the second electrode 7 is funnel-shaped around the plasma channel 8.
  • a plasma is generated upon application of the electrodes 6, 7 with a high voltage, which may be formed as a DC or AC voltage.
  • a high voltage which may be formed as a DC or AC voltage.
  • FIG. 2 schematically shows a second exemplary embodiment of an exhaust gas treatment unit 1 having a first flow region 3 and a second flow region 2, which may in particular be part of an apparatus according to the invention for exhaust gas treatment.
  • the exhaust gas treatment unit 1 When using the exhaust gas treatment unit 1 in the exhaust system of an internal combustion engine 100, the exhaust gas treatment unit 1 is flowed through by an exhaust gas stream 10 in a flow direction 11.
  • the exhaust gas stream 10 By dividing wall 4 separating flow regions 2, 3, the exhaust gas stream 10 is split into a first partial exhaust gas stream 12 and a second partial exhaust gas stream 13.
  • an enrichment is effected by means of the plasma generator 5. of nitric oxide.
  • an oxygen and optionally nitrogen-containing gas can be supplied by means of gas supply means 14. This may in particular be air. Due to the contact of the oxygen-containing gas with the common wall 4, the oxygen-containing gas is preheated by the exhaust gas flowing on the other side of the common wall 4. Both exhaust gas and air contain sufficient nitrogen (N2) » which is available for oxidation to nitrogen oxides (NO x ), preferably to nitric oxide (NO).
  • N2 nitrogen
  • NO x nitrogen oxides
  • NO nitric oxide NO
  • the first honeycomb structure 15 can be traversed in the flow direction 11 for an exhaust gas and has in particular corresponding through the first honeycomb structure 15 continuous cavities or channels.
  • the first honeycomb structure 15, like all other honeycomb structures disclosed herein, can be constructed, in particular, as a ceramic monolith or from at least partially structured metallic layers.
  • a second honeycomb structure 16 is formed in the flow direction 11 downstream of the first honeycomb structure 15.
  • the second honeycomb structure 16 has a second reduction catalyst coating for the reduction of nitrogen monoxide to ammonia.
  • an ammonia-containing first exhaust gas flow 12 there is an ammonia-containing first exhaust gas flow 12.
  • a reducing agent supply 18 is formed in the flow direction 11 upstream of the second honeycomb structure 16.
  • this reducing agent supply 18 it is possible to supply reducing agent, which is required for the reduction of nitrogen monoxide to ammonia in the second honeycomb structure 16.
  • reducing agent here coal W sour substances, for example, the fuel of the internal combustion engine, are supplied.
  • FIG 3 shows schematically an exhaust system 19.
  • the exhaust stream 10 of an internal combustion engine 20 flows through the exhaust system 19.
  • the first partial exhaust gas flow 12 passes through a plasma generator 5, in which nitrogen monoxide in the first partial exhaust gas flow
  • the first partial exhaust gas stream 12 is enriched.
  • the first partial exhaust gas stream 12 flows through a second honeycomb structure 16, in which a reduction of the nitrogen monoxide to ammonia takes place.
  • a hydrocarbon or hydrogen-containing reducing agent in particular fuel of the internal combustion engine, is added via a reducing agent feed 18.
  • the first ammonia-containing first partial exhaust gas stream 12 mixes in the common third flow region 17 with the second partial exhaust gas stream 13, which has passed through the first flow region 3.
  • the mixture of the two partial exhaust gas streams 12, 13 is promoted by a mixer structure 21, in which there is a mixing of the two partial exhaust gas streams 12,
  • the mixer structure 21 can be constructed from corresponding metal foils such that on the one hand a transverse flow can take place substantially perpendicular to the flow direction 11 and that further conductive structures are formed which force or convey a transverse flow.
  • the exhaust gas stream After leaving the mixer structure 21, the exhaust gas stream then flows into a third honeycomb structure 22.
  • This third honeycomb structure 22 is provided with a third reduction catalyst coating which catalyzes a selective catalytic reduction of nitrogen oxides with the reducing agent ammonia.
  • the third honeycomb structure 22 thus leaves a cleaned exhaust gas stream 23 whose nitrogen oxide content is at least substantially reduced compared to the nitrogen oxide content of the exhaust stream 10
  • FIG. 4 shows schematically a second exemplary embodiment of an exhaust system in longitudinal section.
  • a plasma generator 5 is first formed in a second flow region 2.
  • a first honeycomb structure 15 is formed for the reduction of any residual oxygen still present in the partial exhaust gas flow.
  • a second honeycomb structure 16 is formed, in which a reduction of the nitrogen monoxide produced in the plasma generator 5 to ammonia takes place.
  • means 24 for temporary storage of a reducing agent are formed. This may in particular be ammonia, which is formed in the second honeycomb structure 16.
  • the means 24 for the temporary storage of a reducing agent make it possible to store a portion of the reducing agent in times of a reductant excess and to release it later if necessary. This can be done, for example, by a process based on chemical or physisorption, which can be reversed by supplying heat if necessary.
  • the plasma generator 5 is connected to control means 25, via which the plasma generator is supplied with power. Furthermore, the exhaust system 19 on Strömungsleitsch 26, which are formed in the flow direction 11 in front of the partition wall 4 between the first 2 and the second flow region 3.
  • This Strömungsleitsch 26 as well as all other disclosed herein Strömungsleit- and - effetsstoff may be formed, for example, as a conduit sheet or as a pivotable flap, which allows a variation of the distribution of the exhaust gas partial streams on the first 2 and the second flow region 3 during operation.
  • the mobility of the flow guide 26 has been indicated by the arrow.
  • An exhaust gas treatment unit 1 may in particular also comprise a so-called "double-D pipe", which for example consists of two D-shaped deformed tubes, which are optionally held in a common tubular outer tube.
  • the exhaust gas or gas mass flow flowing through the second flow region 2 is preferably small in comparison with the exhaust gas mass flow flowing through the first flow region 3.
  • the exhaust gas treatment unit 1 advantageously permits the compact construction of a plasma generator 5 which operates in only a partial flow of the gas flowing through the exhaust gas treatment unit.
  • a plasma generator 5 for use in an exhaust system 19 in the context of a system or a method for reducing the nitrogen oxide emissions of an internal combustion engine 20. Due to the compact construction of the plasma generator 5, this is particularly suitable for use in exhaust systems 19 of mobile systems such as motor vehicles, especially passenger cars and trucks.
  • FIG. 6 schematically shows a first exemplary embodiment of a device according to the invention for treating the exhaust gases of an internal combustion engine 100, which comprises a particle separator 101, an SCR catalytic converter 102 for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (NOx) and an ammonia generator 103, the on-board in the ammonia generator generated ammonia is used as a selective reducing agent for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides in the SCR catalyst.
  • the particle separator 101 is formed in a main exhaust line 104 and the ammonia generator 103 in a first secondary line 105.
  • the first secondary line 105 opens into the main exhaust line 104 in a junction 106.
  • the junction 106 is formed upstream of the SCR catalytic converter 102.
  • means 107 for providing at least one operating gas for the ammonia generator 103 are formed. These means 107 may also be included in the ammonia generator 103.
  • the means 107 may also be included in the ammonia generator 103.
  • 107 comprise in particular at least one of the following means: a) means for providing a nitrogen-containing operating gas stream; b) means for providing a hydrogen-containing reducing agent stream; c) means for providing an oxygen-containing operating gas stream.
  • the agents b) may comprise a reformer which generates a hydrogen-containing operating gas by means of partial oxidation from a hydrocarbon-containing educt.
  • Downstream of the SCR catalyst 102 may be a first oxidation catalyst
  • FIG. 7 schematically shows a second exemplary embodiment of a device according to the invention for treating the exhaust gas of an internal combustion engine 100.
  • a first catalytic converter 108 is formed in a main exhaust line 101, an SCR catalytic converter 102 and downstream of the SCR catalytic converter 102.
  • SCR catalyst 102 and first oxidation catalyst 108 may be formed on a single honeycomb body.
  • an ammonia generator 103 comprising a plasma generator 114 is formed. This is supplied via a compressor 109 with air as operating gas.
  • a second secondary line 110 is formed, which comprises a reformer 111. This is connected to a fuel tank 112, from which the reformer 111 is supplied with hydrocarbons. Furthermore, the reformer 111 is supplied with an oxygen-containing gas, for example, air or the exhaust gas recirculation line exhaust gas removed. In the reformer 111, a partial oxidation of the hydrocarbons, so that a hydrogen-containing synthesis and / or fission gas stream is formed, which can be fed via the second junction 113 in the first secondary strand 105.
  • the plasma generator 114 generates a nitrogen oxide-containing, preferably nitrogen monoxide-containing, gas stream which is temporarily stored in the storage / reduction element 115. Chemisorption, in which the nitrogen oxides are stored in the form of nitrates and / or nitrites, is preferred here. Here, the nitrites and nitrates can react by means of hydrogen to form ammonia.
  • the storage / reduction element 115 then leaves an ammonia-containing gas stream which first flows through the particle separator 101 and subsequently through the SCR catalytic converter 102. In the SCR catalyst 102, the ammonia acts as a reducing agent for the selective reduction of nitrogen oxides, in the particle separator 101 it can serve as an inhibitor for the regeneration of the particulate filter.
  • Figure 8 shows schematically a section of a device according to the invention. In the main exhaust line 104, the particle separator 101 is formed. This comprises means 116 for generating a surface sliding discharge as a regeneration possibility of the particle separator 101.
  • Figure 9 shows schematically a section of a device according to the invention.
  • a particle separator 101 is formed in the main exhaust line 104.
  • a second oxidation catalyst 117 is formed upstream, ie in the direction of the internal combustion engine 100.
  • This can serve as a means of both the thermal regeneration and the chemical regeneration of the P
  • abscheiders 101 In the case of the chemical regeneration possibilities 10.1) and / or 10.3), the second oxidation catalyst 117 can serve for the oxidation of nitrogen monoxide to nitrogen dioxide, which can serve as a regeneration agent of the particle separator, in particular in the context of a CRT process.
  • hydrocarbons can be applied to the second oxidation catalyst 117 through the feed line 118, which are converted there and due to the exothermic oxidation of the hydrocarbons, a heating of the gas stream flowing through the particle separator 101 takes place.
  • the second oxidation catalytic converter 117 may in particular also be part of the particle separator 101.
  • the particle separator 101 can in particular also be equipped with an alternative or additional resistance heater or, for example, in its gas inlet-side, the internal combustion engine 100 facing region comprising a heated disc.
  • the exhaust system comprises a main exhaust line 104 and a second secondary line 110, which branches off from the main exhaust line 104 upstream of a turbocharger 119.
  • a reformer 111 is formed in the second secondary line 110 in the second secondary line 110. det.
  • the second secondary line 110 branches off in the branch 120 from the main line 104.
  • the branch 120 is formed upstream of the turbocharger 119, while the second junction 113 is formed downstream of the turbocharger 119.
  • a first secondary line 105 is formed, in which an ammonia generator 103 comprising a plasma generator 114 is formed.
  • an ammonia generator 103 comprising a plasma generator 114 is formed.
  • the operating gas 121 for the plasma generator 114 air and / or exhaust gas is used here, wherein the operating gas 121 may include exhaust gas and / or air.
  • the operating gas 121 can be heated, in particular by waste heat of the exhaust gas of the internal combustion engine and / or by an electrical resistance heater 122.
  • the plasma generator 114 converts nitrogen and oxygen from the operating gas 121 to nitrogen oxides, preferably to nitric oxide.
  • the plasma generator 121 is operated so that the highest possible yield of nitrogen monoxide is achieved.
  • the nitrogen oxide-containing gas stream is then passed through the storage / reduction element 115, in which the nitrogen oxides, preferably nitrogen monoxide, chemisorbed and stored as nitrite and / or nitrate.
  • the SCR catalyst 102 preferably comprises a honeycomb body as described above.
  • a second oxidation catalyst 117 is formed, in which preferably an oxidation of nitrogen monoxide is catalyzed to nitrogen dioxide.
  • This nitrogen dioxide (NO2) then converts carbon (C) contained in the particles into carbon dioxide (CO2) and becomes nitrogen itself. reduced monoxide (NO). This allows a regeneration of the Prismabschei- DSRs 101 SUC g s.
  • the particle separator 101 may advantageously contain a second plasma generator 124, which cooperates with the at least one filter element 123 and is designed and operated such that electrical surface sliding discharges trigger the regeneration of the filter elements.
  • a second plasma generator 124 which cooperates with the at least one filter element 123 and is designed and operated such that electrical surface sliding discharges trigger the regeneration of the filter elements.
  • a control unit 125 is formed, which is connectable to a voltage source 126.
  • This control unit 125 controls the plasma generator 114 and the second plasma generator 124 together.
  • data from a motor controller 127 can be taken into account.
  • the NOx concentration in the exhaust gas can be determined.
  • the at least one filter element 123, the second oxidation catalytic converter 117, the SCR catalytic converter 102, the reformer 111, the storage / reduction unit 115, the ammonia generator 103 and / or the particle separator 101 may comprise at least one honeycomb body.
  • the components of the device may preferably be formed in a common housing 128.
  • FIG. 11 schematically shows an ammonia generator 103, which is formed in the first secondary line 105.
  • This comprises a plasma generator 114 in which nitrogen oxides, preferably nitrogen monoxide, are produced from a starting material mixture comprising nitrogen and oxygen.
  • the gas stream thus produced nitrogen monoxide is passed into a first gas train 129 or a second gas train 130.
  • the first gas train 129 comprises a first
  • the second gas train 130 has a second storage / reduction element 132.
  • chemisorption of the nitrogen oxides takes place on the corresponding storage / reduction element 131, 132.
  • the storage takes place as nitrite and / or nitrate.
  • a reduction and simultaneous conversion of the respective nitrite and / or nitrate groups to ammonia takes place by passing a hydrogen-containing gas stream produced by the reactor 133.
  • the ammonia-containing gas stream thus obtained is passed into the main exhaust line 104 to be used in the downstream SCR catalyst 102 as a selective reducing agent for the reduction of nitrogen oxides.
  • the reactor 133 may in particular comprise a reformer and / or generate hydrogen by partial oxidation of hydrocarbons.
  • the required amount of hydrogen is reduced, since it is possible in the emptying the storage / reduction elements 131, 132 to keep the existing oxygen content as low as possible. In this case, there is no hydrogen-consuming reaction between hydrogen and oxygen, but predominantly to the desired reduction of the nitrates / nitrites to ammonia.
  • the gas flows can be controlled by valves 134 accordingly.
  • FIG. 12 shows an advantageous development, in which the particle separator 101 comprises at least two elements 136 which can be connected to means 135 for generating a first electric field.
  • the first electric field can be used to agglomerate and / or separate the particles.
  • machine 100 contained particles and nitrogen oxides (NO x ) at the same time to reduce, the power consumption for this reduction is low and at the same time the entire device is designed as a compact unit buildable.
  • NO x nitrogen oxides
  • confluence 107 means for providing at least one operating gas

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Abstract

The invention relates to an exhaust gas treating device comprising a particle separator (101), an SCR catalyst (102) for selectively reducing nitrogen oxides and an ammonia generator (103) for producing the ammonia in the form of a selective reduction agent for reducing said nitrogen oxides, wherein the particle separator (101) is placed in a main exhaust gas line (104), the ammonia generator (103) is mounted in a first auxiliary line (105) leading to the main exhaust gas line (104) opening, which is embodied in such a way that a gas flow containing the ammonia produced in the ammonia generator (103) is enable to pass through the SCR catalyst (102). The inventive method and device make it possible to simultaneously reduce the content in particles and nitrogen oxides (NOx) of the exhaust gases of an internal combustion engine (100), wherein the power consumption for said reduction is limited and the device can be entirely produced in the form of a compact unit.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen Method and device for the treatment of exhaust gases of internal combustion engines
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.The subject matter of the present invention is a method and a device for treating exhaust gases of internal combustion engines, in particular for reducing the nitrogen oxide and particulate content of these exhaust gases. Preferably, the invention finds application in automobiles.
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 Abgasreinigungs- komponenten, 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.Internal combustion engines produce exhaust gases, which are composed differently depending on the type, displacement and operating condition of the internal combustion engine. These exhaust gases must comply with legal limit values in many countries both in the stationary sector, for example in power plants, as well as in mobile use, for example in motor vehicles, boats or aircraft, which are gradually being tightened progressively. These limits can often be met only by exhaust gas treatment or aftertreatment. Since limits are to be met for a variety of exhaust gas components, also relatively complex devices and methods for exhaust aftertreatment are necessary. This requires a variety of different emission control components, the operation of each of which may affect the concentration of another component of the exhaust gas, as is the case for example in the concentration of nitrogen oxides and particles in the exhaust gas, especially of diesel engines.
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 Ammoniumcar- bamat vorgeschlagen. Insbesondere die Bevorratung von Harnstoff in wässriger Lösung ist bis zur Marktreife entwickelt worden. Diese Systeme haben den Nach¬ teil, 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.In the reduction of nitrogen oxides, methods based on the selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides have been proposed. Here, a selective reducing agent such as ammonia (NH3) is used, which leads to a suitably designed catalyst for a selective catalytic reduction of nitrogen oxides. Since a direct storage of ammonia, especially in mobile requirements is problematic, was often the storage of Ammoniakprecursorn like For example, urea, isocyanic acid, cyanuric acid or ammonium carbamate proposed. In particular, the storage of urea in aqueous solution has been developed to market maturity. These systems have the after ¬ part, that an additional reservoir for the ammonia precursor is necessary, which is disadvantageous especially in mobile applications due to the small space, especially in the passenger car area and what also requires a full-coverage system with which the ammonia precursor can be filled because without Ammonia Precursor is a reaction of nitrogen oxides completely omitted and so no reaction can take place in an empty reservoir.
Weiterhin wurden Systeme vorgeschlagen, wie Ammoniak on-board erzeugt werden kann. Beispielsweise offenbart die DE 102 58 185 Al die Generation von Ammoniak aus Luftstickstoff durch plasmagestützte Bildung von Stickstoffmo- noxid 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.Furthermore, systems have been proposed for producing ammonia on-board. For example, DE 102 58 185 A1 discloses the generation of ammonia from atmospheric nitrogen by plasma-assisted formation of nitrogen monoxide and subsequent reduction of this nitrogen monoxide to ammonia with a hydrogen-containing gas stream. This system has the disadvantage that only nitrogen oxides and not further components of the exhaust gas are considered.
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.On this basis, the present invention seeks to provide an apparatus and a method for reducing the concentration of nitrogen oxides and particles in the exhaust gas of an internal combustion engine, which allow simultaneous reduction of both components and which are not dependent on the entrainment of another resource.
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.This object is achieved by a device having the features of claim 1 and a method having the features of claim 15. Advantageous developments are the subject of the respective dependent claims.
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 Re- dukionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden, wobei der Partikelabscheider in einem Hauptabgasstrang und der Ammoniakgene- rator 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.The exhaust gas treatment device according to the invention comprises a particle separator, an SCR catalyst for the selective reduction of nitrogen oxides and an ammonia generator for generating ammonia as a selective reduction agent for the reduction of nitrogen oxides, wherein the particle separator is formed in a main exhaust line and the ammonia generator in a first secondary line, wherein the first secondary line in a Mouth opens into the main exhaust line, which is designed so that the ammonia-containing gas stream generated in the ammonia generator can flow through the SCR catalyst.
Bevorzugt wird auch der Partikelabscheider von dem Ammoniakhaitigen 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.Preferably, the particle separator is flowed through by the ammonia-containing gas stream. The formation of the ammonia generator in the first secondary line means in particular that the ammonia generator can be formed in a bypass of the exhaust pipe. On the other hand, it is also possible to connect the first secondary line with the exhaust pipe so that the ammonia formed (NH3) can be fed into the exhaust pipe, but not the exhaust gas is passed through or to the ammonia generator. Particles are understood to mean, in particular, carbon-containing particles or also particles of pure carbon.
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 beispielsweise 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 wer- den. Einer oder mehrere Stapel werden gleich- oder gegensinnig verwunden. Ein Stapel kann mindestens eine zumindest teilweise strukturierte Lage und gegebe- nenfalls 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.The particle separator, the SCR catalyst and the ammonia generator may each comprise at least one honeycomb body. A honeycomb body is understood to mean a body with a large wall surface, which has cavities which can be swept at least for a fluid such as an exhaust gas. A honeycomb body may for example be made of ceramic material, for example by extrusion. Furthermore, a honeycomb body can also be constructed of metallic layers. These may comprise, for example, at least partially structured layers which are spirally wound, optionally together with one or more substantially smooth layers. Another embodiment of a honeycomb body also includes metallic layers that are stacked. One or more stacks are wound in the same direction or in opposite directions. A stack can have at least one at least partially structured layer and if appropriate, comprise at least one substantially smooth layer. Also, a honeycomb body comprising a non-wound stack of at least one at least partially structured and optionally at least one substantially smooth metallic layer is possible and according to the invention.
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 auf- weist, 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 Strukturie- rungsamplitude aufweisen, die deutlich kleiner als die Strukturierungsamplitude der zumindest teilweise strukturierten Lage sind.A metallic layer is understood to mean, in particular, sheet metal foils, nonwoven fabrics, sintered porous metallic layers, wire mesh layers or combinations of at least two of these elements. An at least partially structured layer is understood as meaning a layer which, at least in some areas, has structures which form cavities after being wound up, stacked or twisted. In particular, these structures may be wave-shaped. By a substantially smooth layer is meant a layer which is smooth and optionally has microstructures. Microstructures are structures that have a structuring amplitude that is significantly smaller than the structuring amplitude of the at least partially structured layer.
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 hindurch- treten muss. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Partikelabscheider mit einer Vielzahl von durch poröse Wände getrennten Kanälen ausgebildet 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.The particle separator may in particular be open or closed. A closed particle separator is constructed so that the exhaust gas must pass through at least one wall of the particle separator when flowing through the exhaust gas. This can be achieved, for example, by forming the particle separator with a multiplicity of channels separated by porous walls, which are closed alternately at the end face of the honeycomb body entering the gas inlet and gas outlet, so that a first group of cavities opens with end sides open on the gas inlet side and closed on the gas outlet side and a second group of cavities with gas inlet side closed, gas outlet open end faces is present.
Ein Partikelabscheider kann auch einen offenen Partikelfilter umfassen. Ein Partikelfilter wird dann als offen bezeichnet, wenn er grundsätzlich von Partikeln voll- ständig durchlaufen werden kann, und zwar auch von Partikeln, die erheblich größer als die eigentlich auszufilternden Partikel sind. Dadurch kann ein solcher FiI- ter 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 An- wendungsfällen 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.A particle separator may also include an open particle filter. A particle filter is called open if it can be traversed completely by particles, even of particles that are considerably larger than the particles actually being filtered out. As a result, such a fi clog even during agglomeration of particles during operation. A suitable method for measuring the openness of a particle filter is, for example, the testing of the diameter to which spherical particles can still trickle through such a filter. In the present case of application, a filter is open, in particular, when balls larger than or equal to 0.1 mm in diameter can still trickle through, preferably balls with a diameter of more than 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.The particle separator may be formed in particular of metal and / or ceramic foam. The particle separator may have cavities that are regular, irregular or chaotically shaped.
Der SCR-Katalysator umfasst bevorzugt einen Wabenkörper, welcher mit einer SCR-Beschichtung versehen ist. Diese umfasst insbesondere ein Titandioxid (A- natas)-getragenes Vanadiurn/Wolfrarnmischoxid oder Metallausgetauschte Zeo- lithe, insbesondere vom Typ X, Y, ZSM-5 oder ZSM-I l, bevorzugt Eisenausgetauschte Zeolithe. Bei Ausbildung eines on-board Ammoniakgenerators kann in vorteilhafter Weise auf einen üblicherweise zur Hydrolysierung von Harnstoff benötigten Hydrolysekatalysator verzichtet werden.The SCR catalyst preferably comprises a honeycomb body which is provided with an SCR coating. This comprises, in particular, a titanium dioxide (A-natas) -supported vanadium / tungsten mixed oxide or metal-exchanged zeolites, in particular of the X, Y, ZSM-5 or ZSM-II type, preferably iron-exchanged zeolites. When forming an on-board ammonia generator, a hydrolysis catalyst which is usually required for hydrolyzing urea can advantageously be dispensed with.
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 Ammoniakhaitigen Gasstrom durchströmt wird. Ammoniak ist vorteilhaft bei der Regeneration des Partikelabscheiders.The device according to the invention offers particular advantages in connection and during operation. Thus, a single device can be used which simultaneously reduces two critical and coupled exhaust components. In particular, the device according to the invention can also be controlled so that both the proportion of nitrogen oxides and of particles are reduced in the same way. The device according to the invention can be regarded as a so-called "black box", in which the user and the system planner for exhaust systems do not have to worry about the detailed functioning of the components installed in this box, but merely the connection to the exhaust system and a power supply must be made. Advantageously, the formation of the junction in such a way that the particle separator is flowed through by the ammonia-containing gas stream. Ammonia is advantageous in the regeneration of the particle separator.
Bevorzugt umfasst der Partikelabscheider wechselweise verschlossene Kanäle, die durch zumindest teilweise für ein Fluid durchströmbare Wandungen voneinander getrennt sind.The particle separator preferably comprises alternately closed channels, which are separated from one another by walls at least partially through which a fluid can flow.
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.Preferably, the particle separator is constructed so that an exhaust gas flow through the wall can take place. Depending on the design, the exhaust gas can flow partly through the wall, in particular in the case of an open particle separator, or also completely through the wall, in particular in such a case a closed filter with mutually closed channels can be present. The walls may preferably be formed ceramic and / or metallic.
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 elektro- statischen Agglomeration und/oder Abscheidung von Partikeln, eingelagert sind.The particle separator preferably comprises an at least partially metallic carrier. A partially metallic carrier may, for example, be a metallic honeycomb body as stated above. Another example is a ceramic carrier in which metallic structures, for example as electrodes for electrostatic agglomeration and / or separation of particles, are incorporated.
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 min- destens eine metallische Lage umfasst. Weiterhin können weitere Trägerkörper umfassend mindestens eine metallische Lage ausgebildet sein.The at least partially metallic carrier preferably comprises at least one metallic layer. It is preferred here for the SCR catalytic converter, the ammonia generator and / or the particle separator to comprise a honeycomb body comprising at least one metallic layer. Furthermore, further support bodies may be formed comprising at least one metallic layer.
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.The particle separator preferably comprises a ceramic filter element which has metallic deposits. In particular, the ceramic filter element may be constructed in layers, in particular via corresponding "rapid manufacturing" techniques. A layered structure is understood here in particular to mean that a first layer of the body is first constructed from one or more raw materials, then solidified at least in some areas and a further layer of one or more raw materials is then applied to this solidified layer This layer is then likewise solidified at least in some areas and then the process is continued as described above until the filter element is completed.
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 Eigen- schaften 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 Filter- element 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.One raw material can form the later ceramic wall, while another raw material can form the later metallic storage. The solidification can be based on a brief increase in temperature, which is achieved for example by irradiation with laser light. By a spatially selective and / or inhomogeneous heating and / or by using a raw material, which is applied spatially selective and / or inhomogeneous, so cavities separated by walls can be generated, which may for example also have microstructured walls. Furthermore, by using a plurality of raw materials, walls with regions of different properties can be constructed which, for example, have different porosities or also electrical conductivities in different regions. In this way it is also possible, based on the formation of the metallic inclusions, to specify a current distribution in the filter element after completion and thus to be able to specify in the case of an electrostatic agglomeration and / or deposition in the filter element, in which regions a separation takes place to which extent. In particular "Selective Laser Sintering", "Three Dimensional Printing" and "Fused Deposition Modeling" techniques are advantageously used for the construction. Preference is given to the formation of a particle separator which has cavities which can be swept at least for a fluid and which are at least partially separated from one another by walls.
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.By a cavity which can be passed through is meant, for example, a sewer closed on the end. In particular, the cavities can also be flowed through. It may further preferably be formed cavities having larger dimensions than the channels. Such cavities can preferably serve the better mixing of the exhaust gases.
Bevorzugt weisen die Wandungen mindestens eine der folgenden Eigenschaften auf:Preferably, the walls have at least one of the following properties:
8.1) die Wandungen weisen zumindest teilweise eine Beschichtung auf; oder8.1) the walls have at least partially a coating; or
8.2) die Wandungen umfassen zumindest eine katalytisch aktive Komponen- te.8.2) the walls comprise at least one catalytically active component.
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.The particle separator or the filter element - as well as all other honeycomb bodies disclosed here - can have a coating according to 8.1). This may in particular be ceramic and / or comprise a washcoat and / or zeolites. According to 8.2), the walls of the particle separator - as well as the walls of all other honeycomb bodies disclosed here - can comprise catalytically active components. These can be incorporated in a coating formed according to 8.1) or else directly in and / or on the wall, the latter preferably when these walls comprise ceramic material. The catalytically active component may preferably comprise noble metals, for example in the form of noble metal complexes. Preferably, several noble metals may be included in the catalytically active component.
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 Parti- kelabscheider 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 führt dazu, dass Kohlenwasserstoffe den Partikelabscheider erreichen und dort oxidieren können.The particle separator can comprise, for example, an oxidation-promoting catalytically active component, preferably in the region of one of the end faces, preferably in the flow inlet-side end face region. This can in particular catalyze the oxidation of nitrogen monoxide to nitrogen dioxide needed in continuous regeneration according to the continuous regeneration trap (CRT) principle. Furthermore, a catalytically active component can be formed on the particle separator which catalyzes the CRT regeneration reaction. Such a coating may preferably be formed throughout the particle separator. An oxidation-promoting coating can for example also catalyze an oxidation of hydrocarbons, which leads to a heating of the particle separator. The hydrocarbons can be introduced into the particle separator, for example, by operating the internal combustion engine at short notice, for example in a cylinder of the internal combustion engine in one cycle, with an increased fuel fraction, ie, fat. This leads to hydrocarbons reaching the particle separator where it can oxidize.
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:According to a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the particle separator has a regeneration possibility for the regeneration of the particle separator. In this context, it is particularly preferred that the possibility of regeneration is produced by at least one of the following measures:
10.1) Bereitstellen von Stickstoffdioxid stromaufwärts zumindest eines Teils des Partikelabscheiders;10.1) providing nitrogen dioxide upstream of at least a portion of the particle separator;
10.2) Erhöhung der Temperatur zumindest eines Teils des Partikelabscheiders über eine Grenztemperatur; 10.3) Bereitstellen eines Oxidationsmittels stromaufwärts zumindest eines10.2) increasing the temperature of at least part of the particle separator above a limit temperature; 10.3) providing an oxidant upstream of at least one
Teils des Partikelabscheiders; oder 10.4) Regeneration durch eine elektrische Entladung.Part of the particle separator; or 10.4) regeneration by an electrical discharge.
Bei der Anwendung einer der Methoden 10.1) bis 10.4) auf einen Teil des Parti- kelabscheiders 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 Re- generationsmöglichkeit 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 Regenerationsmöglich- keit 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 Partikelab- scheider 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.When applying one of the methods 10.1) to 10.4) to a part of the particle separator, it is understood that the appropriate measure may be applied to a part of the particle separator itself (in cases 10.1) and 10.3) or in a part of the particle separator (10.2) can take place. A regeneration possibility is understood to mean the suitability of the particle separator for the regeneration of the incorporated and / or accumulated particles, that is to say the removal of the particles from and / or from the particle separator. This regeneration possibility can be designed in particular thermally and / or chemically. If the particle separator has a thermal regeneration possibility, means may be provided which can bring about heating of the particle separator above a temperature at which oxidation of the carbon of the particles takes place, preferably also with a residual oxygen content in the exhaust gas. The particle separator may comprise catalytically active materials which catalyze such oxidation. A thermal regeneration can be achieved by increasing the exhaust gas temperature and / or by additional heating devices.
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 ge- nügend große Stickstoffdioxidkonzentration im Abgas im Partikelabscheider gewährleisten, um so die Kohlenstofrpartikel kontinuierlich umzusetzen. Eine auf einer elektrischen Entladung beruhende Regenerationsmöglichkeit beruht beispielsweise auf einer Oberflächengleitentladung.If the particle separator has a chemical regeneration possibility, it is possible to achieve a degradation of the particles by means of a chemical reaction. This can be achieved, for example, via a reaction of the carbon with nitrogen dioxide to form nitrogen monoxide and carbon dioxide. A further possibility of a regeneration possibility consists in a CRT process in which means are formed which ensure as continuously as possible a sufficiently large concentration of nitrogen dioxide in the exhaust gas in the particle separator so as to continuously convert the carbon particles. A regeneration possibility based on an electrical discharge is based, for example, on a surface sliding discharge.
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.According to a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the particle separator comprises means for generating an electric field in the particle separator, by which at least one of the following functions is fulfilled: 12.1) agglomeration of particles; or 12.2) Separation of particles. Under an agglomeration of particles is here in particular the cumulation of several small particles to larger particles understood. The deposition of particles is understood to mean, in particular, the adsorption of the particles on the filter.
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 Auf- nähme 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 mög- liehst solche mittleren Durchmesser der Partikel zu erreichen, dass diese überwiegend nicht mehr in das Lungenwebe aufgenommen werden können.Particulate matter, such as particles 10 microns in diameter and less, is an undesirable exhaust gas component due to the ability of these particles to enter human lung tissue. The larger the mean diameter of the particles, the less likely it will be to take up these particles in the lung tissue. Therefore, it is advantageous, in addition to a deposition of particles, which may still lead to a later - release of the small particles, for example by mechanical effects on the Partikelabscheider agglomeration of the particles to larger particles, so as to increase the proportion of particulate matter in the Reducing the exhaust gas and allowing such average diameter of the particles to be achieved that they can not be taken up into the lung tissue predominantly.
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 Wan¬ dungen 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.Such an agglomeration can also be achieved by applying an electric field. The electric field can be generated, for example, by the particle separator having a ground pole and a pole at a positive potential, so that a corresponding electric field is formed, in particular transversely to a channel longitudinal axis or the direction of flow through the particle separator. Preferably, a plurality of poles, which construct such a field, may be formed parallel to each other, so that the particle separator comprises a plurality of electric fields for agglomeration and separation of particles. The fields can be operated in particular by a DC voltage, however, an operation with an AC voltage, in particular a low-frequency AC voltage with a frequency of 10 Hz or less is also possible and according to the invention. By polarizing the soot particles, they are drawn to one of the electrical poles and deposited there. The poles may, in particular with the Wan ¬ applications of the particle separator may be combined, in particular be designed as part of this or these form itself. In this case, the formation of the particle separator made of metal foam is preferred, wherein the particle separator preferably comprises at least two components, which are in particular of the same design. Particularly preferred is the formation of the Partikelabscheiders of a metal foam, which forms a plurality of cavities, which are flowed through by exhaust gas.
Bevorzugt umfasst der Partikelabscheider Mittel zum Erzeugen eines zweiten e- lektrischen Feldes im Partikelabscheider, durch welches eine Oberflächengleitent- ladung zur Regeneration des Partikelabscheiders erzeugt wird.The particle separator preferably comprises means for generating a second electrical field in the particle separator, by means of which a surface sliding discharge is generated for regeneration of the particle separator.
Die im Rahmen dieser Anmeldung offenbarten Details des Partikelabscheiders können auch in Alleinstellung ohne die übrigen Komponenten der Vorrichtung verwirklicht werden.The details of the Partikelabscheiders disclosed in the context of this application can also be realized alone without the other components of the device.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor- richtung umfasst der Ammoniakgenerator einen Plasmagenerator.According to a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the ammonia generator comprises a plasma generator.
Insbesondere kann es sich hierbei um einen Plasmagenerator wie in der DE 102 58 185 Al 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 wer- den, dass das Reaktionsgleichgewicht der im Plasma ablaufenden Reaktionen so verschoben ist, dass bevorzugt Stickstoffmonoxid erzeugt wird. Dieses Stick- stoffrnόnoxid 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, Ab- gas oder mit Luft angereichertes Abgas eingesetzt werden.In particular, this may be a plasma generator as described in DE 102 58 185 A1, the disclosure content of which is incorporated in particular in relation to the operating parameters of the plasma generator, the formation of the electrodes and the addition of operating gas in the disclosure of this application. The plasma generator is preferably operated so that the operating gas heats up to temperatures of more than 2500 K in the short term. The plasma generator is operated with a nitrogen and oxygen-containing gas as operating gas, wherein the operating parameters of the plasma generator are chosen such that the reaction equilibrium of the reactions taking place in the plasma is shifted in such a way that nitrogen monoxide is preferably produced. This embroidery Substance oxide can then be reduced via an appropriately designed reduction catalyst, which is applied in particular to a honeycomb body, with the addition of, for example, hydrogen and / or hydrocarbons as the reducing agent to give ammonia. In particular, the operating gas used can be air, exhaust gas or air enriched exhaust gas.
Bevorzugt ist hierbei die Ausbildung eines Ammoniakgenerators, welcher mindestens ein Speicherelement zur temporären Speicherung mindestens einer der folgenden Komponenten umfasst: 15.1) Ammoniak oderPreference is given here to the formation of an ammonia generator, which comprises at least one storage element for the temporary storage of at least one of the following components: 15.1) ammonia or
15.2) ein Ammoniakprecursor.15.2) an ammonia precursor.
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 Kraft- stoffmehrverbrauch 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 NOx-An ammonia precursor is understood as meaning a substance which liberates ammonia, for example by thermal, pyro- and / or hydrolysis, or which can react with ammonia to form another starting material. Preference is given in this case to component 15.2) comprising nitrogen monoxide, since a relatively high yield of ammonia can be achieved here, in particular in cooperation with a ammonia generator comprising a plasma generator for reducing the nitrogen monoxide to ammonia at a relatively low additional fuel consumption. , The stored components 15.1) and / or 15.2) can in particular also serve as a buffer for very large NO x occurring in the exhaust gas.
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 ein- gesetzt werden wie oben dargestellt. Unter Ammoniakprecursorn werden neben Stickstoffmonoxid ferner beispielsweise auch Harnstoff, Isocyansäure, Cyanur- säure oder Ammoniumcarbamat verstanden.Concentrations are used, in which a relatively large amount of ammonia is needed. In addition, the storage element can be used advantageously for the intermittent storage and release of nitrogen monoxide as shown above. In addition to nitrogen monoxide, the term "ammonia precursors" also includes, for example, urea, isocyanic acid, cyanuric acid or ammonium carbamate.
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 Desorpti- on des Ammoniakprecursors erfolgt. Eine Chemisorption erfolgt in nennenswertem Maße oberhalb einer zweiten Grenztemperatur, da ein entsprechend verschobenes Reaktionsgleichgewicht eine gewisse Temperatur erfordert. Durch entspre- chende 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.It is further preferred here that the storage element temporarily stores the at least one component by sorption, in particular by chemical and / or physisorption. Physical absorption is understood to mean, in particular, storage due to physical interactions, whereas chemisorption involves adsorption based on a chemical bond. Physical absorption takes place in particular at low temperatures below a first limit temperature, while above this first limit temperature desorption of the ammonia precursor takes place. Chemisorption occurs to a significant extent above a second limit temperature, since a correspondingly shifted reaction equilibrium requires a certain temperature. By appropriate selection of the storage element, for example a correspondingly designed coating of the storage element, the first and the second limit temperature can be selected such that adsorption of nitrogen monoxide is made possible over a wide temperature range.
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.A corresponding coating of a honeycomb body may, for example, be designed such that a region of the coating which is farther away from a surface swept by exhaust gas is more suitable for physisorption, whereas a region closer to a surface of the coating flowed by exhaust gas is more suitable for chemisorption.
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 ei¬ nem Wasserstoffhaltigen Gas gemischt würde.For example, it is possible to provide an ammonia generator which has at least two storage elements, one of which is filled with nitrogen monoxide, while another storage element at least partially releases the nitrogen monoxide stored in it, so that it can be reduced to ammonia. In particular, the delivery of the nitrogen monoxide into a hydrogen-containing and preferably oxygen-poor gas stream can take place here. This reduces the required hydrogen content, since hydrogen would normally first react with oxygen. If the operating gas of the plasma generator comprises at least air, then the oxygen content of the operating gas when leaving the plasma generator is still relatively high, for example in the range from 18% to 19%. If now a low-oxygen, hydrogen-containing gas is used in which or in which the provision of the nitrogen monoxide is made, the demand for hydrogen is much lower than when the working gas directly would mixed with egg ¬ nem hydrogen-containing gas.
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 Kraftstoffmehr- verbrauch 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 Ammoni- ak 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.The hydrogen-containing gas may in particular be a cracking or synthesis gas which is produced by partial oxidation of hydrocarbon. In particular, the fuel used for operating the internal combustion engine can serve as starting material for the cracking or synthesis gas. Since the required hydrogen content is reduced, the fuel consumption also decreases compared to conventional systems. The plasma generator can be operated intermittently with two gas strands, each comprising a storage element for the temporary storage of nitrogen monoxide and optionally a reduction unit for the reduction of nitrogen monoxide to ammonia. If appropriate, the reduction unit for the reduction of nitrogen monoxide to ammonia can also be charged together by the two gas strands. Furthermore, it is possible to form memory element and reduction unit in a single component, for example by forming a honeycomb body with a corresponding storage reduction coating.
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 Speicherele- ment in den ersten Nebenstrang mündet, so dass das mindestens eine Speicherelement durch das Spalt- und/oder Synthesegas durchströmt werden kann.The generation of fission and / or synthesis gas can be carried out in a suitably designed reformer or reactor, preferably in a second secondary strand. Preference is given here to the production of the cracking and / or synthesis gas by partial oxidation of hydrocarbons. The second secondary line is in particular designed so that it opens in front of the at least one Speicherele- ment in the first secondary line, so that the at least one storage element can be flowed through by the cracking and / or synthesis gas.
Weiterhin kann der Ammoniakgenerator alternativ oder kumulativ Mittel umfassen, die Stickstoffmonoxid in einem Gasstrom anreichern, beispielsweise in dem ein Stickoxide (NOx) enthaltender Gasstrom in einen ersten Gasstrom getrennt wird, in dem der relative Anteil von NO an NOx erhöht ist und einen zweiten Gasstrom, in dem der relative Anteil von NO2 an NOx erhöht ist. Dies ist beispielsweise durch entsprechende Membrane möglich.Furthermore, the ammonia generator may alternatively or cumulatively comprise means which accumulate nitrogen monoxide in a gas stream, for example by separating a gas stream containing nitrogen oxides (NO x ) into a first gas stream in which the relative proportion of NO to NO x is increased and a second one Gas flow in which the relative proportion of NO2 to NO x is increased. This is possible for example by appropriate membrane.
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 Verfahrensgrö- ße das in diesem Speicherelement temporär gespeicherte Stickstoffmonoxid herausgelöst und in einen Wasserstoffhaitigen Gasstrom abgegeben werden, worauf ebenfalls eine Reduktion zu Ammoniak durch einen entsprechenden Katalysator katalysiert wird.Another possibility is a storage element which can selectively store only nitrogen monoxide but not nitrogen dioxide. This can be achieved by appropriately designed molecular sieves, in particular zeolites. Such a storage element can then be traversed by exhaust gas until a certain amount of nitrogen monoxide is stored. Then, for example, by changing a physical and / or chemical process variable, the nitrogen monoxide temporarily stored in this storage element can be dissolved out and released into a hydrogen-containing gas stream, whereupon a reduction to ammonia by a corresponding catalyst is also catalyzed.
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.The possibilities described here of enriching or storing nitrogen monoxide directly from the exhaust gas can preferably also be implemented in the main exhaust gas stream and, in particular, without a particle filter or an SCR catalyst being formed.
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 um- fasst:Preferably, the ammonia generator comprises means for supplying a reducing agent for the reduction of nitrogen monoxide to ammonia. Preferably, these are connectable to a reservoir of the reducing agent and / or a reducing agent forming reactor and / or reformer. It is furthermore preferred that the reducing agent comprises at least one of the following substances:
19.1) Kohlenwasserstoffe oder19.1) hydrocarbons or
19.2) Wasserstoff.19.2) hydrogen.
Bevorzugt ist die Ausbildung von ersten Reduktionsvorrichtungen, die so ausge- bildet sind, dass an oder in ihnen eine Reduktion von Stickoxiden, bevorzugt vonPreference is given to the formation of first reduction devices, which are designed so that on or in them a reduction of nitrogen oxides, preferably from
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 Nit¬ ratgruppen vorliegen.Nitric oxide, with the reducing agent 19.1) and / or 19.2) can be carried out. In particular, a reaction with nitrogen oxides in bound form can be carried out, for example with chemisorbed nitrogen oxides, which are present in the form of nitrite or ratgruppen Nit ¬.
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.In particular, means for providing and / or generating the reducing agent are formed. These include in particular a reformer and / or a reactor for the partial oxidation of hydrocarbons. The means for supplying the reducing agent preferably comprise a mixer which is suitable for mixing the reducing agent with another gas. This may be an active and / or a passive mixer.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der erste Nebenstrang von mindestens einem der folgenden Gase durchströmt: 24.1) Abgas;According to a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the first secondary line is traversed by at least one of the following gases: 24.1) exhaust gas;
24.2) einem zumindest Sauerstoff und Stickstoff umfassenden Gas; oder24.2) a gas comprising at least oxygen and nitrogen; or
24.3) Luft.24.3) air.
Hierbei können erfindungs gemäß 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.In this case, according fiction, any mixing ratios of the gases 24.1), 24.2) and 24.3) occur. In particular, the first secondary line flows through pure exhaust gas, preferably when the exhaust gas has a high oxygen content, for example when the internal combustion engine is a diesel engine. Furthermore, the first secondary strand can be traversed by pure air. In particular, when a plasma generator is included in the ammonia generator, it may be advantageous to design the first secondary line such that, in addition to the gases 24.1), 24.2) and / or 24.3), a hydrogen-containing gas can flow through the secondary line, so as to reduce it from nitric oxide to ammonia. The first secondary line is preferably designed such that the ratios of the gases 24.1), 24.2) and / or 24.3) are adjustable and / or changeable relative to one another. According to a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the particle separator comprises means for generating an electric field in the particle and the ammonia generator a plasma generator, wherein at least one control device for generating and controlling the electric field of the Partikelabscheiders and for driving the plasma generator is formed.
Insbesondere ist die Ausbildung einer einzigen Steuerungseinrichtung sowohl für den Partikelabscheider als auch für den Plasmagenerator vorteilhaft, da die Be- triebsbedingungen 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.In particular, the formation of a single control device is advantageous both for the particle separator and for the plasma generator, since the operating conditions of both components can be optimally adjusted to one another. In particular, an operating method in which the particle fraction, the particle size distribution and / or the nitrogen oxide content can likewise be reduced or changed can be carried out by a common control device. Furthermore, such a method can be carried out, in which, in addition to an adjustable or selectable reduction or modification of the above-mentioned parameters, the lowest possible energy and / or additional fuel consumption is achieved at the same time. For this purpose, the control device can also be connected to corresponding sensors, for example temperature sensors, lambda probes, gas partial pressure sensors, 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.The means for generating an electric field comprise in particular electrodes in the particle separator and a voltage source which is electrically connectable to the electrodes in the particle separator. Preference is given to the formation of a single control device, via which both the means for generating an electric field in the particle separator and the plasma generator are controlled and optionally supplied with electrical energy. In particular during the cold start, the means for generating an electric field in the particle separator can be supplied with electrical energy in an advantageous manner, after which the plasma generator is also supplied with electrical energy after a predefinable period of time. This has the advantage that the particles are generally agglomerated and / or precipitated while a reaction The nitrogen oxides only take place when the SCR catalytic converter has reached its minimum operating temperature ("light-off temperature"). However, this operating temperature reaches the SCR catalyst only after a certain time.
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.The ammonia generator described in this application, as well as the first secondary strand, can also be realized in an advantageous manner even in isolation, ie without the other components of the device according to the invention.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an mindestens einer der folgenden Stellen ein Oxidationskatalysator ausgebildet:According to a further advantageous embodiment of the device according to the invention, an oxidation catalyst is formed at at least one of the following locations:
26.1) stromaufwärts des Partikelabscheiders;26.1) upstream of the particle separator;
26.2) stromabwärts des Ammoniakgenerators und stromaufwärts des SCR- Katalysators; oder26.2) downstream of the ammonia generator and upstream of the SCR catalyst; or
26.3) stromabwärts des SCR-Katalysators.26.3) downstream of the SCR catalyst.
An der Stelle 26.1) kann der Oxidationskatalysator insbesondere die Oxidation von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid katalysieren und somit eine Regenera- tionsmöglichkeit 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.At point 26.1), the oxidation catalyst can in particular catalyze the oxidation of nitrogen monoxide to nitrogen dioxide and thus provide a regeneration possibility for the particle separator. At point 26.3), the oxidation catalyst can serve as a barrier catalyst, which effectively prevents the breakthrough of, for example, ammonia and / or hydrocarbons. At point 26.2), the oxidation catalyst can advantageously serve the consumption of oxygen, which may contain the gas leaving the particle separator. The coatings of the oxidation catalyst, in particular with regard to the nature and concentration of the catalytically active substances used, can be adapted differently to the respective catalysts to be catalyzed at the oxidation catalysts at points 26.1), 26.2) and 26.3). According to a further advantageous embodiment of the device according to the invention, this comprises a first flow region and at least one second flow region, which can be flowed through substantially parallel to each other, wherein the first flow region is at least a part of the main exhaust line, wherein the first and the second flow region are formed so that a heat input from the first flow region into the at least one second flow region can take place.
Bevorzugt sind die Strömungsbereiche koaxial und/oder konzentrisch. Weiterhin ist bevorzugt, dass in einem zweiten Strömungsbereich mindestens eine der folgenden Komponenten ausgebildet ist:Preferably, the flow areas are coaxial and / or concentric. Furthermore, it is preferred that at least one of the following components is formed in a second flow region:
31.1) mindestens ein Plasmagenerator31.1) at least one plasma generator
31.2) mindestens ein Reformer oder31.2) at least one reformer or
31.3) mindestens ein Reaktor.31.3) at least one reactor.
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.Preferably, in a first second flow region, a plasma generator and in a second second flow region, a reformer or reactor is formed, which in particular generates hydrogen via a partial oxidation of hydrocarbons. Further preferred is a development in which the first and the at least one second flow region are separated from each other by at least one partition wall.
Insbesondere liegt der erste Strömungsbereich auf einer ersten Seite der Trennwand, während der zweite Strömungsbereich auf einer zweiten Seite der Trenn- wand 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 erfϊndungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Führung von Abgas in einem ersten Teilstrom im ersten Strömungsbereich und in einem zweiten Abgasteüstrom 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 hochenergeti- sehen 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.In particular, the first flow region lies on a first side of the dividing wall, while the second flow region is formed on a second side of the dividing wall. The partition may be formed one or more layers. In particular, it is preferred to form the two flow regions by surface-integral connection of two conventional tubes, wherein the tubes may optionally still be deformed. In addition to a coaxial design of the first and second flow region and a concentric arrangement of these areas is possible and according to the invention. The device according to the invention permits the guidance of exhaust gas in a first partial flow in the first flow region and in a second exhaust gas flow in a second flow region. Since the components 31.1) ,. 31.2) and / or 31.3) is formed only in the first flow area, it can thus be ensured, for example, without major design effort, that only an exhaust or partial gas stream is subjected to plasma treatment in a flow region or partial only in an exhaust or partial gas stream Oxidation of hydrocarbons takes place. In particular, a plasma generator can be integrated very compactly in the exhaust system of motor vehicles. In particular, the plasma generator is designed so that the exhaust gas is heated in the plasma generator by the gas discharge to temperatures above 2000 Kelvin, preferably even over 2800 Kelvin. In operation, molecular nitrogen, which is present in both the exhaust gas and in the - optionally zugebbaren - air, and oxygen electronically excited, disassociated and ionized by non-thermal, plasma-induced collision processes with high-energy electrons. Nitrogen oxides are preferably formed by reactions of the electronically excited molecules, radicals and ions with the exhaust gas heated by the plasma. Nitrogen monoxide (NO) is preferably formed on account of the high applied temperature, since the reaction equilibrium at these temperatures correspondingly prefers the formation of nitrogen monoxide and that of nitrogen dioxide. The response times are in the range of less than 10 milliseconds.
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 Al 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.Thus, the concentration of nitric oxide can be increased during operation by the plasma generator. This nitrogen monoxide may furthermore preferably be reduced to ammonia. The plasma generator can be constructed, for example, as described in DE 102 58 185 A1, the content of which is completely included in the disclosure content of this application with regard to the construction and operation of the plasma generator.
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 erfmdungsgemäß ausgebildet sein.In the region of the plasma generator, the device has suitable connections with which the plasma generator with a corresponding power supply and a corresponding controller can be connected. Corresponding insulation and the like may be designed according to the invention.
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 Stickstoffmo- noxid 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.If the plasma generator is operated in such a way that the exhaust gas is locally heated by the gas discharge to fairly high temperatures, such as 2800 Kelvin and more, in the presence of molecular nitrogen (N2), on the one hand, it reacts with oxygen radicals formed by the plasma Nitrogen monoxide and nitrogen are formed and, on the other hand, to the reaction of such a nitrogen atom with molecular oxygen (O2) to nitrogen monoxide and an oxygen radical. Further reactions are rather of minor importance at relatively high temperatures, so that a high yield of nitrogen monoxide can be achieved by use and corresponding operation of the plasma generator.
Bevorzugt ist der mindestens eine zweite Strömungsbereich an mindestens einer der folgenden Stellen ausgebildet:Preferably, the at least one second flow region is formed at at least one of the following locations:
32.1) stromaufwärts eines Speicherelements;32.1) upstream of a storage element;
32.2) stromaufwärts eines Reformers oder Reaktors; oder32.2) upstream of a reformer or reactor; or
32.3) stromaufwärts eines Plasmagenerators.32.3) upstream of a plasma generator.
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 Ab- gases, 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 Gaszufuhrmittel ausgebildet, insbesondere zum Zufuhren eines Sauerstoff und/oder Stickstoff umfassenden Gases.Thus, advantageously, a heat input into the respective operating gas of the storage element, the reformer or reactor and / or the plasma generator, so that the energy to operate these components and thus the overall system can be reduced. In particular, the heat of the exhaust gas, which can flow through the first flow region, can thus be used for heating the storage element, the reformer or reactor and / or the plasma generator. In particular, an education at the point 32.1) is advantageous if sorption takes place on the storage element. Gas supply means are preferably provided in an axial preferred flow direction upstream of the plasma generator, in particular for supplying a gas comprising oxygen and / or nitrogen.
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.The gas supply means may be formed both in the first flow region and in a part of the exhaust gas treatment unit in which the flow regions are not yet separated from one another. Such a region can be formed upstream, for example, by the fact that the dividing wall is not yet formed there.
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.For example, ambient air can be supplied as gas comprising oxygen. This has the further advantage that molecular nitrogen is supplied to the system, which can serve in the same way for the formation of nitrogen monoxide. In this case, it is basically possible to supply air, for example via a compressor, under pressure.
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 Strömungs- bereiche 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 Reduktionskatalysa- torbeschichtung zur Reduktion von Sauerstoff ausgebildet.Preferably, at least in an axial preferred flow direction downstream of the first and the second flow region, a common third flow region is formed. In this, the two gas flows formed by the separating wall can flow together again after flowing through the respective flow areas and are in particular mixed there. In this area, when the plasma generator is operated to produce nitrogen monoxide in the second flow area, formation of a nitrogen oxide-enriched total exhaust gas flow occurs that includes both partial exhaust gas streams flowing through the two flow areas. It is also possible to provide for the reduction of the nitrogen monoxide to ammonia before merging the two gas streams by, for example, a corresponding catalyst is introduced, for example, on a catalyst carrier body in the first flow region downstream of the plasma generator. Preferably, in a preferred axial flow direction downstream of the plasma generator, a first honeycomb structure is formed with a first reduction catalyst coating for reducing oxygen.
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 Reduk- tionskatalysatorbeschichtung wird insbesondere ein keramisches Beschichtungs- material wie insbesondere Washcoat eingesetzt, in den Edelmetallhaltige Kompo- nenten enthaltend beispielsweise Platin und/oder Palladium eingebracht werden.This first honeycomb structure can serve in particular for removing the residual oxygen from the exhaust gas flow. This residual oxygen content can be high, especially when air has been supplied via the gas supply means. The first reduction catalyst coating used is, in particular, a ceramic coating material such as, in particular, washcoat, in which components containing precious metals, for example platinum and / or palladium, are introduced.
Bevorzugt ist in einer axialen bevorzugten Strömungsrichtung stromabwärts des Plasmagenerators eine zweite Wabenstruktur mit einer zweiten Reduktionskataly- satorbeschichtung 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.Preferably, in a preferred axial flow direction downstream of the plasma generator, a second honeycomb structure with a second Reduktionskataly- satorbeschichtung for reducing nitrogen oxide to ammonia formed. The second reduction catalyst coating comprises, in particular, platinum and / or palladium as active components; in particular, only little rhodium is present in this coating, preferably substantially no 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 reduc- tion) von Stickoxiden dienen. Insbesondere bei mobilen Anwendungen kann so auf die Ausbildung von Tanks für Reduktionsmittel wie beispielsweise für Am- moniakprecursoren (z. B. Harnstoff, Ammoniumcarbamat, Isocyansäure, Cyanur- säure, etc.) in Lösung oder als Feststoff verzichtet werden.Thus, the two flow range allow the provision of a compact on-board ammonia generator, which can be used in particular in mobile applications in the exhaust system of internal combustion engines. The ammonia which can be produced in this way can serve downstream as a reducing agent in a selective catalytic reduction (SCR) process of nitrogen oxides. In mobile applications in particular, the formation of tanks for reducing agents such as, for example, ammonia precursors (eg urea, ammonium carbamate, isocyanic acid, cyanuric acid, etc.) in solution or as a solid can thus be dispensed with.
Durch eine entsprechende Ausgestaltung der zweiten Reduktionskatalysatorbe- Schichtung der zweiten Wabenstruktur können auch andere Reaktionen katalysiert werden, durch welche statt Ammoniak andere Reduktionsmittel wie beispielswei- se 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.By a corresponding embodiment of the second Reduktionskatalysatorbe- layering of the second honeycomb structure, other reactions can be catalyzed by which instead of ammonia other reducing agents such as se isocyanic acid or cyanuric acid are generated. Also such reducing agents and corresponding second reduction catalyst coatings are possible and according to the invention. The second reduction catalyst coating comprises in particular noble metals as catalysts such as platinum. The second reduction catalyst coating comprises, in particular, titanium dioxide (anatase) -treated vanadium / tungsten oxide or else metal-exchanged zeolites, in particular zeolites of the type X, Y, ZSM-5 or 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 Reduktionszufuhrmit- tel bevorzugt zwischen der ersten und der zweiten Wabenstruktur ausgebildet.Reduction supply means for supplying a reducing agent are preferably formed in the flow direction between the plasma generator and the second honeycomb structure. If a first honeycomb structure is also formed for the reduction of, in particular, the remaining oxygen, the reduction feed means are preferably formed between the first and the second honeycomb structure.
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 Wa- benstruktur in den Abgasstrom einzuspritzen. Insbesondere sind die Reduktions- zufuhrmittel 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.As a reducing agent for the reduction of nitrogen monoxide to ammonia, in particular hydrocarbons have proven. These can be obtained in a simple manner from the fuel of the internal combustion engine. For example, it is possible to inject fuel, in particular diesel fuel, of the internal combustion engine via the reduction supply means directly into the exhaust gas flow upstream of the second honeycomb structure. In particular, the reduction feed means are designed as nozzles. The reduction supply means are in particular designed so that the most uniform possible concentration of the reducing agent over the flow cross-section is achieved. In particular, it has been proven to spray the reducing agent in the form of small droplets.
Bevorzugt ist im gemeinsamen Strömungsbereich ein Mischer, insbesondere eine Mischerstruktur, ausgebildet.In the common flow region, a mixer, in particular a mixer structure, is preferably formed.
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.A mixer structure may for example consist of a honeycomb structure which has openings between the individual channels, through which the exhaust gas can flow at least partially substantially transversely to the flow direction. This causes the mixing of the exhaust gas flow. Particularly preferred here is the formation of conductive structures in the channel wall, which guide the exhaust gas flow toward the openings located between the channels.
Bevorzugt ist in Strömungsrichtung stromabwärts der zweiten Wabenstruktur eine dritte Wabenstruktur mit einer SCR-Katalysatorbeschichtung ausgebildet.A third honeycomb structure with an SCR catalyst coating is preferably formed in the flow direction downstream of the second honeycomb structure.
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.This SCR catalyst coating is a coating containing a catalyst that catalyzes the selective catalytic reduction of nitrogen oxides. The SCR catalyst coating comprises, in particular, titanium dioxide (anatase) -treated vanadium / tungsten oxide or else metal-exchanged zeolites, in particular zeolites of the type X, Y, ZSM-5 or 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.In operation, it may thus come to molecular nitrogen due to the ammonia component formed in the second honeycomb structure for the selective catalytic reduction of the nitrogen oxides. As a result, the nitrogen oxide emissions of the internal combustion engine are effectively reduced.
Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn zwischen zweiter Wabenstruktur und dritter Wabenstruktur Mittel zur temporären Speicherung eines Reduktionsmittels ausgebildet sind.It is particularly advantageous in this context if means for temporary storage of a reducing agent are formed between the second honeycomb structure and the third honeycomb structure.
Insbesondere handelt es sich hierbei um Mittel zur temporären Speicherung des Reduktionsmittels, welches im vorhergehenden Prozessschritt gebildet wird. Ins- besondere handelt es sich als um Mittel zur temporären Speicherung von Ammoniak. Jedoch können auch andere Reduktionsmittel entsprechend gespeichert werden wie beispielsweise Isocyansäure oder Cyanursäure.In particular, these are means for the temporary storage of the reducing agent, which is formed in the preceding process step. In particular, they are agents for the temporary storage of ammonia. However, other reducing agents can be stored accordingly, such as, for example, isocyanic acid or cyanuric acid.
Die Ausbildung von Mitteln zur temporären Speicherung ermöglicht die Vorhal- tung 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 Waben- strukturen handeln, die insbesondere mit bestimmten Zeolithen, wie beispielsweise Zeolithen der Typen A, X, Y oder ZSM-5 beschichtet sind.The formation of means for temporary storage allows the presence of a certain amount of reducing agent, which can then be used when a very rapidly very high concentration of To reduce nitrogen oxides. In order to eliminate the possible inertia of the system for generating the reducing agent here, the provision of a certain amount of reducing agent in the means for temporary storage is advantageous. In particular, these agents may be coated honeycomb structures, which are coated in particular with certain zeolites, such as zeolites of types A, X, Y or ZSM-5.
Besonders vorteilhaft ist hierbei die Ausbildung eines Regelkreises, mit welchem einerseits die Konzentration von Stickoxiden im Abgas direkt oder indirekt be- stimmt 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.Particularly advantageous here is the formation of a control circuit with which, on the one hand, the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas is determined directly or indirectly, which further detects the amount of incorporated reducing agent in the temporary storage means. In this case, in particular the generation of nitrogen monoxide in the plasma generator is regulated, for example via switching the plasma generator on and off, a change in the current intensity and / or frequency or even a change in the gas composition, for example by supplying or changing the amount of an oxygen-like gas. It is particularly advantageous in this case if the control tries in a certain way to anticipate the extrapolation of the content of nitrogen oxides in the exhaust gas of the internal combustion engine at a future time. This can be done, for example, by observing the nitrogen concentration in addition to the nitrogen oxide concentration by means of a memory module and a differentiator and the slope of the nitrogen concentration. Thus, it is possible in a simple manner to extrapolate the nitrogen oxide concentration in the future and thus also to be able to make estimates for the required amount of reducing agent. According to this estimate, the generation of nitrogen oxides and subsequently of ammonia can take place.
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 Abgasteilstroman- teil, 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 Strömungsbe- reich. 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 Ver- engung 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.In this context, it is particularly preferred that in the direction of flow in front of the common wall between the first and the second flow region flow guide means are formed, which allow the Abgasteilstroman- part, which flows in the first flow region set. Basically, by the formation of the partition per se, a division of the exhaust gas flows to the first and the second flow region. In this situation, a first partial exhaust gas stream flows into the first flow area and a second partial exhaust gas flow into the second flow area. Depending on the connection, it may be necessary for the first partial exhaust gas flow, which flows through the first flow region, to be greater or smaller than the first geometric partial exhaust gas flow. For example, it is advantageous to conduct only a very small mass flow through the first flow region and relatively large mass flows through the second flow region. If, in such a case, due to, for example, the space requirement of the plasma generator or the reformer / reactor, the first partial exhaust gas stream is greater than the required partial exhaust gas flow, it may be necessary to form means in the front flow zone of the wall, which reduce the partial flow of exhaust gas flowing into the first flow region , This may, for example, consist in an entanglement in this area or else in a movable flap which makes the proportion of exhaust gas flow variable. Preference is also given to the formation of flow-guiding means in which essentially the entire mass flow is passed through the second flow region. In such a case, it must be ensured that the operating gas, which is supplied to the plasma generator, contains sufficient nitrogen in addition to oxygen. For example, here air can be used as operating gas.
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 Plasma¬ generators 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.Regardless of the formation of flow-guiding means, the first flow region can also be formed on the input side substantially closed. This means in particular that essentially no exhaust gas can flow into the first flow region. In such a case, it is preferred that the first flow region is designed such that the operating gas for the plasma generator, for example air, can flow into the first flow region and the exhaust gas heats the operating gas through contact with the common wall. It is advantageous to preheat the operating gas of the reformer / reactor and / or the plasma ¬ generator. This can be done by an electrical resistance heater or by a heat input from the exhaust. It may furthermore be part way before ¬, to cool the gas which flows in at least one storage element in the desorption temperature is exceeded in the physisorption or chemisorption by addition of air.
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.The embodiment of first and second flow regions described in this application can also be realized advantageously independently of the remaining embodiment of the device, that is to say in isolation, and is also inventive in its own right.
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; oderPreferably, a mixer is formed at at least one of the following points: 39.1) at the junction of the first secondary strand into the main strand; 39.2) upstream of the particle separator; or
39.3) an der Einmündung des zweiten Nebenstrangs in den ersten Nebenstrang.39.3) at the junction of the second secondary strand into the first secondary strand.
Der mindestens eine Mischer kann hier als aktiver Mischer und/oder als passiver Mischer ausgebildet sein. Ein passiver Mischer umfasst beispielsweise eine Mi- scherstruktur 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.The at least one mixer can be designed here as an active mixer and / or as a passive mixer. For example, a passive mixer includes a mixer structure as described above. Furthermore, the particle separator can also comprise a passive mixer, that is to say a mixing, in particular a cross-mixing of the gas streams flowing through it. An active mixer is understood in particular to mean a turbine or a turbocharger. Furthermore, the mixer can be designed as a swirl mixer.
Das Mischen von Gasströmen, beispielsweise des Ammoniakhaitigen 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.The mixing of gas streams, for example of the ammonia-containing gas stream with the main exhaust gas stream, can preferably take place by means of an active mixer, for example a turbocharger. Furthermore, it is possible to mix the gas streams to be mixed tangentially. Furthermore, a mixer may be formed which has, for example, a honeycomb body with channels of a first repetition length and holes or caverns which have a dimension, which is greater than the repetition length. Furthermore, the channel walls may have apertures of dimensions substantially smaller than the repetition length of the structures and conductive structures directing a gas flow into an adjacent channel.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, den Ammoniakhaitigen Gasstrom auch durch den Partikelabscheider zu fuhren. 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 Durchmi- schung des Ammoniakhaiti gen 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.Furthermore, it may be advantageous to also drive the ammonia-containing gas stream through the particle separator. In particular, the ammonia-containing gas stream can have a positive effect on the regeneration of the particulate filter. In such a case, the particle separator can also advantageously effect the mixing of the ammonia gas stream with the main exhaust gas stream. In such a case, a structure of the device may be selected in which the first secondary line opens into the main exhaust line upstream of the Partikelabscheiders and the SCR catalyst.
Bevorzugt ist auch eine Weiterbildung der Vorrichtung, bei der Strömungslei- tungsmittel ausgebildet sind, die es erlauben, einen Abgas- oder Gasstromanteil, welcher in den ersten Nebenstrang strömt, einzustellen. Diese Strömungslei- tungsmittel können Drosselklappen und/oder Ventile umfassen.Also preferred is a further development of the device in which flow line means are formed, which make it possible to adjust an exhaust gas or gas flow component which flows into the first secondary line. These flow conduit means may comprise throttle valves and / or valves.
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.Advantageously, the enrichment of nitrogen monoxide in the cold start phase takes place only when the at least one memory element formed downstream of the plasma generator is in an operating state which permits sorption of nitrogen oxides. In particular, this is the case with chemisorbing storage elements at temperatures above about 200 ° C the case.
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.In principle, a plurality of storage elements may be formed in series, in addition downstream of a reduction device may be formed, on which a reduction of nitrogen oxides, preferably nitrogen monoxide, is catalysed to ammonia. The formation of, for example, two storage elements, one of which is based on physisorption and one on chemisorption, is possible and according to the invention. Ammonia is preferably not provided until the SCR catalyst has reached its operating temperature above the light-off temperature, which preferably has a coating in which ammonia can be stored be used by occurring nitrogen oxide in the exhaust gas.
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.Preferably, the method can be designed so that during operation a positive heat transfer takes place before or into a chemisorption-based storage element, in order to keep it above the limit temperature, from which the corresponding reaction proceeds to a significant extent. Preferably, the method can be designed so that during operation, a negative heat transfer takes place before or in a physisorption based storage element to keep it below its desorption temperature.
Bevorzugt kann ein Luftzufuhrmittel wie ein Gebläse oder Kompressor ausgebildet sein, welches den Plasmagenerator mit Luft als zumindest ein Teil dessen Betriebsgases versorgt.Preferably, an air supply means such as a blower or compressor may be formed, which supplies the plasma generator with air as at least a part of its operating gas.
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.Preferably, a temperature and / or concentration monitoring of the gas flows with a computer-based model, in which data on other points of the system are calculated via input data, for example, at least one sensor or even from the engine management.
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.Preferred is an embodiment of the device in which the SCR catalyst and the particle separator form a unit. It is particularly preferred here that the same surfaces serve both for particle separation and / or agglomeration, and for catalyzing the SCR process.
Die Verbindung von Partikelabscheider und SCR-Katalysator zu einer Einheit erlaubt in vorteilhafter Weise den Aufbau einer kompakten erfϊndungsgemäßen Vorrichtung. Durch den Einsatz einer Oberfläche sowohl zur Partikelabscheidung als auch zur SCR-Katalyse wird ein noch kompakterer Aufbau der Einheit möglich.The connection of particle separator and SCR catalyst to a unit advantageously allows the construction of a compact erfϊndungsgemäßen Contraption. By using a surface for both particle separation and SCR catalysis, a more compact design of the unit becomes possible.
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.It is furthermore preferred that the SCR catalyst is designed such that a first amount of reducing agent, preferably ammonia, can be stored in it, in particular by a corresponding configuration of the coating of the SCR catalyst.
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 Druckgefalle 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.Also preferred is an embodiment of the device according to the invention, in which at least one turbine is formed in the main exhaust line and the first secondary line branches off from the main exhaust line in front of the turbine. It is particularly preferred here that the first secondary line opens into the main line after a turbine. The pressure gradient created by the turbine can advantageously be used for metering the amount of gas flowing into the first secondary line, for example by means of a flutter valve. A turbine is understood here in particular as a turbocharger. If two or more, in particular serial, turbochargers are formed in the system, the junction with one and in front of another turbocharger can advantageously take place.
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 ausge- bildeten Ammoniakgenerators angepasst und eingestellt werden.It is furthermore preferred that means are provided for regulating the amount of gas flowing into the first and / or second secondary line. In particular, these means comprise a flutter valve and / or a movable flap. Thus, advantageously, the operating conditions of the ammonia generator formed in the first secondary line can be adjusted and adjusted.
Bevorzugt ist weiterhin, dass der Reformer und/oder Reaktor mit einem Betriebsgas versehen wird, welches zumindest teilweise einer Abgasrückfuhrleitung 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.It is further preferred that the reformer and / or reactor is provided with an operating gas, which at least partially an exhaust gas recirculation line can be removed. Preference is also given to a device in which all components of the device, ie in particular the ammonia generator, the particle separator and the SCR catalyst are formed in a common housing. This advantageously allows easy connection to the exhaust system, the device can thus be used as a "black box" especially for retrofitting exhaust systems.
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.According to a further aspect of the inventive concept, a method for the treatment of exhaust gas is proposed, are at least partially deposited by a particle in the exhaust particles and are at least partially reduced in the nitrogen oxides in the exhaust gas in an SCR catalyst, wherein the deposition of the particles in a Main exhaust gas is carried out and ammonia is generated in a first secondary strand, which is fed to the SCR catalyst as a reducing agent.
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 die- nen.In this case, the generation of the ammonia in the first secondary strand from at least one educt which is gaseous at room temperature is preferred. Furthermore, the production of ammonia from a gaseous nitrogen source at room temperature is preferred. In particular, air and / or exhaust gas can serve as nitrogen source.
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 Parti- kelabscheider durchströmen kann.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the first secondary line and the main exhaust line are combined so that the ammonia-containing gas stream generated in the first secondary line can flow through the particle separator.
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.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, at least one electric field is formed in the particle separator, which performs at least one of the following functions: 58.1) agglomeration of the particles, 58.2) deposition of the particles, or 58.3) Regeneration of the particle separator.
Unter einer Agglomeration gemäß 58.1) wird hier die Anlagerung von Partikeln an Partikel verstanden, so dass Partikel mit größeren mittleren Durchmessern ent- stehen. 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.An agglomeration according to 58.1) is understood to mean the attachment of particles to particles, so that particles with larger average diameters are formed. This can be done in particular by applying a DC voltage or a low-frequency AC voltage. A separation in the sense of 58.2) is understood to mean the removal of the particles from the exhaust gas stream. 58.3) is understood to mean the removal of particles by means of an electric field.
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;According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the particle separator has a regeneration possibility for the regeneration of the particle separator. It is particularly preferred here for the regeneration possibility to be based on at least one of the following mechanisms: 60.1) provision of nitrogen dioxide upstream of at least part of the particle separator;
60.2) Erhöhung der Temperatur des Partikelabscheiders über eine Grenztemperatur;60.2) raising the temperature of the particle separator above a limit temperature;
60.3) Bereitstellen eines Oxidationsmittels stromaufwärts zumindest eines Teils des Partikelabscheiders; oder60.3) providing an oxidant upstream of at least a portion of the particle separator; or
60.4) Regeneration durch eine elektrische Entladung.60.4) Regeneration by an electrical discharge.
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.A regeneration of a particle separator is understood in particular to mean the removal of the separated particles from the particle separator. A regeneration possibility is understood to mean the suitability of the particle separator for the regeneration of the incorporated and / or deposited particles, that is to say the removal of the particles from and / or from the particle separator. This regeneration option can be designed in particular thermally and / or chemically.
Weist der Partikelabscheider eine thermische Regenerationsmöglichkeit gemäß 60.2) auf, so können Mittel vorgesehen sein, die eine Aufheizung des Partikelab- scheiders 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.If the particle separator has a thermal regeneration option according to 60.2), means may be provided which allow the particle removal to be heated up. cause separators over a temperature at which an oxidation of the carbon of the particles takes place, preferably also with a residual oxygen content in the exhaust gas. The particle separator may comprise catalytically active materials which catalyze such oxidation. A thermal regeneration can be achieved by increasing the exhaust gas temperature and / or by additional heating devices.
Weist der Partikelabscheider eine chemische Regenerationsmöglichkeit gemäß 60.1) und/oder 60.3) auf, so besteht die Möglichkeit, durch eine chemische Reak- tion 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 Partikelabschei- der gewährleisten, um so die Kohlenstoffpartikel kontinuierlich umzusetzen. Eine auf einer elektrischen Entladung gemäß 60.4) beruhende Regenerationsmöglichkeit basiert beispielsweise auf einer Oberflächengleitentladung.If the particle separator has a chemical regeneration capability according to 60.1) and / or 60.3), it is possible to achieve a degradation of the particles by means of a chemical reaction. This can be achieved, for example, via a reaction of the carbon with nitrogen dioxide to form nitrogen monoxide and carbon dioxide. A further possibility for regeneration consists in a CRT process, in which means are formed which ensure, as continuously as possible, a sufficiently large concentration of nitrogen dioxide in the exhaust gas in the particle separator so as to continuously convert the carbon particles. For example, a regeneration option based on an electrical discharge according to 60.4) is based on a surface slip discharge.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens wird Ammoniak durch eine plasmagestützte Erzeugung von Stickstoffmonoxid und anschließende Reduktion zu Ammoniak erzeugt.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, ammonia is produced by a plasma-assisted generation of nitrogen monoxide and subsequent reduction to ammonia.
In Bezug auf die Erzeugung von Stickstoffmonoxid durch ein Plasma wird auf die DE 10258 185 Al Bezug genommen, deren Offenbarung in soweit in die Offen- barung dieser Anmeldung aufgenommen wird.With regard to the production of nitric oxide by a plasma, reference is made to DE 10258185 A1, the disclosure of which is included in the disclosure of this application.
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 mindesten? ein Speicherelement umfasst, in welchem Stickoxide reversibel speicherbar sind.In this case, a plasma generator is preferably operated with a first operating gas comprising at least nitrogen and oxygen. In particular, here air and / or exhaust gas can be used as operating gas. Also preferred is a method in which the ammonia generator preferably at least? a memory element comprises, in which nitrogen oxides are reversibly storable.
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 Speicherreduktionsbe- Schichtung, in denen Stickoxide als Nitrite und/oder Nitrate chemisorbiert werden.The reversible storage of nitrogen oxides, it is possible to provide two gas strands that are connectable to the plasma generator, so that each stored in a gas line nitrogen oxides and released in another nitrogen oxides, which can then be reduced to ammonia. Preference is given to memory elements comprising honeycomb body with a Speicherreduktionsbe- layering, in which nitrogen oxides are chemisorbed as nitrites and / or nitrates.
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.Further preferred is a method in which at least two storage elements are formed, wherein nitrogen oxides are stored in at least one storage element, while stored from at least one storage element stored nitrogen oxides. Further preferred in this context is a method in which nitrogen oxide is stored and dissolved out alternately in each storage element.
Bevorzugt ist eine Ausbildung des Verfahrens, bei dem die Speicherung von Stickoxiden auf einer Physi- und/oder Chemisorption beruht.Preference is given to an embodiment of the method in which the storage of nitrogen oxides is based on physical and / or chemisorption.
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 mindes- tens eine Verfahrensgröße in diesem Zusammenhang zumindest eine der folgenden Größen umfasst:Furthermore, a method is preferred in which the storage and removal of the nitrogen oxides takes place as a function of at least one physical and / or chemical process variable. Particularly preferably, the at least one process variable in this context comprises at least one of the following variables:
69.1) Temperatur des Abgases;69.1) temperature of the exhaust gas;
69.2) Temperatur des Speicherelements; oder69.2) temperature of the storage element; or
69.3) Konzentration einer Komponente des das Speicherelement durchströ- menden Gases. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang ein Verfahren, bei dem die Verfahrensgrϋße gemäß 69.3) die Konzentration mindestens eines der folgenden Stoffe umfasst: 70.1) Wasserstoff oder 70.2) Kohlenwasserstoffe.69.3) concentration of a component of the gas flowing through the storage element. Particularly preferred in this context is a process in which the process quantity according to 69.3) comprises the concentration of at least one of the following: 70.1) hydrogen or 70.2) hydrocarbons.
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 zwei- ten Nebenstrang ausgebildet ist.Preference is given here to the provision of the substance 70.1) by a reformer and / or reactor, in particular by partial oxidation of hydrocarbons. In this case, the reformer and / or reactor is preferably formed in a second secondary line.
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, be- heizt 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 gege- benenfalls Luft als Betriebsgas beschickt werden.It when the second secondary line opens into the first secondary line upstream of the storage element is particularly advantageous. Preferably, the second secondary line, in particular upstream of the reformer and / or reactor, be heated, in particular by the waste heat of the exhaust gas. A direct heating of the reformer and / or reactor is possible and according to the invention. In addition to or in addition to a heating by the waste heat of the exhaust gas, an additional heating can take place, for example by an electrical resistance heater. The second secondary line can be charged with hydrocarbons and, if appropriate, air as operating gas.
Bevorzugt erfolgt die Speicherung der Stickoxide bei Temperaturen im wesentlichen unterhalb einer ersten Grenztemperatur aufgrund einer Physisorption.Preferably, the storage of nitrogen oxides takes place at temperatures substantially below a first limit temperature due to physisorption.
Weiterhin bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Speicherung der Stickoxide bei Temperaturen im wesentlichen oberhalb einer zweiten Grenztemperatur aufgrund einer Chemisorption erfolgt.Further preferred is a method in which the storage of the nitrogen oxides takes place at temperatures substantially above a second limit temperature due to chemisorption.
In diesem Zusammenhang ist bevorzugt 76.1) ein Speicherelement ausgebildet, an oder in welchem eine reversible Speicberung der Stickoxide im wesentlichen durch Physi- und Chemi- sorption erfolgt oderIn this context is preferred 76.1) a storage element is formed on or in which a reversible storage of the nitrogen oxides takes place essentially by physical and chemical absorption or
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 Grenz- temperatur im wesentlichen größer als die zweite Grenztemperatur ist.76.2) at least two storage elements are formed, wherein on or in at least one of these storage elements is a reversible storage of nitrogen oxides substantially by physisorption and on or in at least one other storage element reversible storage of nitrogen oxides substantially by chemisorption, wherein the at least one memory element so is designed so that the first limit temperature is substantially greater than the second limit temperature.
Bei der Möglichkeit 76.1) kann ein Wabenkörper eine entsprechende Beschich- tung umfassen, die beispielsweise einen Zeolithen oder ein ähnliches Molekularsieb zur Physisorption umfasst, welcher entsprechend so ausgestaltet ist, dass al- ternativ oder kumulativ eine Chemisorption erfolgt.In option 76.1), a honeycomb body may comprise a corresponding coating which comprises, for example, a zeolite or a similar molecular sieve for physisorption, which is suitably designed such that chemisorption occurs alternatively or cumulatively.
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:Furthermore, a method is preferred in which a storage temperature is present at the at least one storage element, a reformer temperature at at least one reformer, an exhaust gas temperature in the exhaust gas, with a positive heat transfer from the exhaust gas or a negative heat transfer from at least one of the following components:
77.1) mindestens einem Speicherelement oder77.1) at least one memory element or
77.2) mindestens einem Reformer oder Reaktor, wobei der Wärmeübertrag mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt:77.2) at least one reformer or reactor, the heat transfer meeting at least one of the following conditions:
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 ersten77.1.a) the heat transfer to or from a storage element, at which predominantly physisorption occurs, is controlled and / or controlled such that the storage temperature is substantially below the first
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, oderLimit temperature remains, 77.1.b) the heat transfer to or from a storage element at which predominantly chemisorption occurs, regulated and / or controlled is that the storage temperature substantially above the second limit temperature and below a third limit temperature, above which a desorption of the nitrogen oxides takes place, or
77.2.a) der Wärmeübertrag zu oder von einem Reaktor so geregelt und/oder ge- steuert wird, dass die Reaktortemperatur in einem Bereich liegt, in dem der Reaktor Wasserstoffhaltige Gase erzeugt.77.2.a) the heat transfer to or from a reactor is controlled and / or controlled such that the reactor temperature is within a range in which the reactor produces hydrogen-containing gases.
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.According to a preferred embodiment of the method, an enrichment of nitrogen monoxide by a plasma generator takes place when a storage temperature of at least one at least partially chemisorption-based storage element is above the second limit temperature.
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.Further preferred is a method in which the mass flow of the first operating gas for the plasma generator substantially corresponds to a first predetermined value when the storage temperature of a partially chemisorption based storage element is below the second limit temperature and above a second predetermined value, which is greater than the first predetermined value is, if the storage temperature is above the second limit temperature.
Grundsätzlich ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem die oben genannten Temperaturen zumindest teilweise über ein Rechner-gestütztes Modell bestimmt werden.Basically, a method is preferred in which the above-mentioned temperatures are at least partially determined by a computer-based model.
Besonders bevorzugt ist auch und insbesondere in diesem Zusammenhang die Erfassung zumindest einer Temperatur über einen Messfühler.Also particularly preferred, and in particular in this connection, is the detection of at least one temperature via a measuring sensor.
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 kan 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 Ammoniakkon- zentration erhalten wird. Weiterhin können auch mehrere Messfühler im Abgassystem ausgebildet sein.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the production of ammonia is regulated and / or controlled as a function of the NOx and / or the ammonia concentration in the exhaust gas. In this context, it is particularly preferred that a NOx and / or an ammonia content of the exhaust gas is detected via a measuring sensor. Here kan in particular, an indirect determination of NOx and / or ammonia content of the exhaust gas occur in the recorded another concentration over a sensor and then from this, the NOx and / or Ammoniakkon- obtain concentration. Furthermore, several sensors may be formed in the exhaust system.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die NOx-Konzentration aus den Betriebsdaten der Verbrennungs- kraftmaschine bestimmt.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the NOx concentration is determined from the operating data of the internal combustion engine.
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.In particular, it is possible to deduce the NOx concentration in the exhaust gas from the engine map. An adaptation of the NOx concentration concentration value on the basis of measured values is possible in an advantageous manner.
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.Particularly preferred is a process control in which at least one turbine is formed in the main exhaust line and the first secondary line branches off from the main exhaust line upstream of the turbine. It is further preferred that the first secondary line after a turbine opens into the main exhaust line.
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.In this case, the pressure gradient resulting from the turbine can advantageously be used to regulate the operating gas flow in the first secondary line. In particular, means for regulating the operating gas flow may be formed, for example a flutter valve or the like.
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.Advantageously, the amount of gas flowing into the first and / or second secondary line is regulated and / or controlled, preferably by a flutter valve and / or a movable flap. Preferred is a development of the method in which the reformer and / or reactor is charged with an operating gas which is at least partially an exhaust gas recirculation line can be removed.
Insbesondere kann die Abgasrückführleitung über entsprechende Strömungslei- tungsmittel 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.In particular, the exhaust gas recirculation line can be connectable via corresponding flow line means to a second secondary line in which the reformer and / or reactor is formed. About this flow line means, the gas mass flow can be controlled and / or regulated by the second secondary strand in an advantageous manner.
Besonders bevorzugt ist auch, dass der Reformer und/oder Reaktor und/oder der Plasmagenerator mit einem Betriebsgas beschickt wird, welches vorgeheizt wird.It is also particularly preferred that the reformer and / or reactor and / or the plasma generator is charged with an operating gas which is preheated.
Die Vorheizung kann insbesondere durch eine elektrische Aufheizung und/oder durch Nutzung der Abwärme des Abgases erfolgen.The preheating can be done in particular by electrical heating and / or by using the waste heat of the exhaust gas.
Die für eine erfϊndungsgemäße 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.The details disclosed for a device according to the invention can be transferred in the same way to the method according to the invention. In particular, the description of the components used, such as the Partikelabscheider, the ammonia generator, the SCR catalyst, the honeycomb bodies, etc. can be transferred directly to the inventive method.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren erläutert, ohne dass diese auf die dort gezeigten Ausfuhrungsbeispiele beschränkt wäre. Es zei- gen:In the following, the invention will be explained with reference to the attached figures, without these being limited to the exemplary embodiments shown there. Show it:
Figur 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Abgasbehandlungseinheit als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt; Figur 2 schematisch ein zweites Ausrührungsbeispiel einer Abgasbehandlungseinheit als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt;Figure 1 shows schematically a first embodiment of an exhaust gas treatment unit as part of a device according to the invention in longitudinal section; FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a second exemplary embodiment of an exhaust gas treatment unit as part of a device according to the invention;
Figur 3 schematisch ein erstes Ausfuhrungsbeispiel eines Abgassystems;3 shows schematically a first exemplary embodiment of an exhaust system;
Figur 4 schematisch ein zweites Ausfuhrungsbeispiel eines Abgassystems;Figure 4 schematically shows a second exemplary embodiment of an exhaust system;
Figur 5 schematisch einen Querschnitt durch eine Abgasbehandlungsein- heit als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;FIG. 5 schematically shows a cross section through an exhaust gas treatment unit as part of a device according to the invention;
Figur 6 schematisch ein erstes Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;FIG. 6 schematically shows a first exemplary embodiment of a device according to the invention;
Figur 7 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;Figure 7 schematically shows a second embodiment of a device according to the invention;
Figur 8 schematisch ein erstes Beispiel eines Partikelabscheiders;FIG. 8 schematically shows a first example of a particle separator;
Figur 9 schematisch ein zweites Beispiel eines Partikelabscheiders;FIG. 9 schematically shows a second example of a particle separator;
Figur 10 schematisch ein drittes Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;FIG. 10 shows schematically a third exemplary embodiment of a device according to the invention;
Figur 11 schematisch ein Beispiel eines Ammoniakgenerators; undFigure 11 shows schematically an example of an ammonia generator; and
Figur 12 schematisch ein Beispiel eines Partikelabscheiders.FIG. 12 schematically shows an example of a particle separator.
Figur 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Abgasbehand- lungseinheit 1 im Längsschnitt, die Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sein kann, die jedoch auch ohne die übrigen Komponenten der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung in vorteilhafter Weise verwirklicht werden kann. Die Abgasbe- handlungseinheit 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. Ln 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.FIG. 1 schematically shows a longitudinal section of a first exemplary embodiment of an exhaust gas treatment unit 1, which may be part of a device according to the invention, but which also functions without the other components of the present invention. The device can be realized in an advantageous manner. The exhaust gas treatment unit 1 comprises a first flow region 3 and a second flow region 2, which can be flowed through substantially parallel to one another and are separated from one another by a partition 4. In the second flow region 2, a plasma generator 5 is formed. The second flow region 2 is part of the first secondary strand 105, the first flow region 3 is part of the main exhaust line 104. When forming an alternative or cumulative second flow region 2 with a reactor 133 and / or reformer 111, the second flow region 2 can be part of the second secondary strand 110 ,
Im vorliegenden Beispiel ist im zweiten Strömungsbereich 2 ein Plasmagenerator 5 ausgebildet, der insbesondere nach einer der in der DE 102 58 185 Al gezeigten Arten ausgebildet sein. Der Plasmagenerator umfasst eine erste Elektrode 6 und eine zweite Elektrode 7. Die zweite Elektrode 7 ist trichterförmig um den Plasma- kanal 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 Strom- Versorgung erfolgt über die Anschlüsse 9.In the present example, a plasma generator 5 is formed in the second flow area 2, which in particular may be designed according to one of the types shown in DE 102 58 185 A1. The plasma generator comprises a first electrode 6 and a second electrode 7. The second electrode 7 is funnel-shaped around the plasma channel 8. In the plasma channel 8, a plasma is generated upon application of the electrodes 6, 7 with a high voltage, which may be formed as a DC or AC voltage. By means of this plasma, which briefly causes gas temperatures of more than 2500 Kelvin, there is an increased conversion of nitrogen and oxygen to nitrogen monoxide. The electrical power supply via the connections. 9
Figur 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Abgasbehandlungseinheit 1 mit einem ersten Strömungsbereich 3 und einem zweiten Strömungsbereich 2, die insbesondere Teil einer erfϊndungsgemäßen 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 Anreiche- rang von Stickstoffmonoxid. Vor der Anreicherung im Plasmagenerator 5 kann mittels Gaεzufuhrrnitteln 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 (NOx), 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 Reduktionskatalysa- torbeschichtung zur Reduktion von Stickstoffmonoxid zu Ammoniak auf. Somit liegt in Strömungsrichtung 11 stromabwärts der zweiten Wabenstruktur 16 ein Ammoniakhaitiger erster Abgasstrom 12 vor.FIG. 2 schematically shows a second exemplary embodiment of an exhaust gas treatment unit 1 having a first flow region 3 and a second flow region 2, which may in particular be part of an apparatus according to the invention for exhaust gas treatment. When using the exhaust gas treatment unit 1 in the exhaust system of an internal combustion engine 100, the exhaust gas treatment unit 1 is flowed through by an exhaust gas stream 10 in a flow direction 11. By dividing wall 4 separating flow regions 2, 3, the exhaust gas stream 10 is split into a first partial exhaust gas stream 12 and a second partial exhaust gas stream 13. In the first partial exhaust gas stream 12, which flows through the second flow zone 2, an enrichment is effected by means of the plasma generator 5. of nitric oxide. Before the enrichment in the plasma generator 5, an oxygen and optionally nitrogen-containing gas can be supplied by means of gas supply means 14. This may in particular be air. Due to the contact of the oxygen-containing gas with the common wall 4, the oxygen-containing gas is preheated by the exhaust gas flowing on the other side of the common wall 4. Both exhaust gas and air contain sufficient nitrogen (N2) » which is available for oxidation to nitrogen oxides (NO x ), preferably to nitric oxide (NO). After enrichment of the first partial exhaust gas stream 12 with nitrogen monoxide in the second embodiment of an exhaust gas treatment unit 1 in a first honeycomb structure 15, which has a first reduction catalyst coating, the reduction of still contained in the first partial exhaust stream 12 oxygen. The first honeycomb structure 15 can be traversed in the flow direction 11 for an exhaust gas and has in particular corresponding through the first honeycomb structure 15 continuous cavities or channels. The first honeycomb structure 15, like all other honeycomb structures disclosed herein, can be constructed, in particular, as a ceramic monolith or from at least partially structured metallic layers. In the flow direction 11 downstream of the first honeycomb structure 15, a second honeycomb structure 16 is formed. The second honeycomb structure 16 has a second reduction catalyst coating for the reduction of nitrogen monoxide to ammonia. Thus, in the flow direction 11 downstream of the second honeycomb structure 16 there is an ammonia-containing first exhaust gas flow 12.
Durch das in Strömungsrichtung 11 stromabwärts liegende Ende der Trennwand 4 bildet sich stromabwärts dieses Endes ein gemeinsamer dritter StrömungsbereichAs a result of the end of the dividing wall 4 located downstream in the flow direction 11, a common third flow region forms downstream of this end
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.17, in which the first partial exhaust gas stream 12 and the second partial exhaust gas stream 13 are brought together again. In the flow direction 11 upstream of the second honeycomb structure 16, a reducing agent supply 18 is formed. By means of this reducing agent supply 18, it is possible to supply reducing agent, which is required for the reduction of nitrogen monoxide to ammonia in the second honeycomb structure 16. In particular, as a reducing agent here coal W sour substances, for example, the fuel of the internal combustion engine, are supplied.
Figur 3 zeigt schematisch ein Abgassystem 19. Der Abgasstrom 10 einer Verbrennungskraftmaschine 20 durchströmt das Abgassystem 19. Die TrennwandFigure 3 shows schematically an exhaust system 19. The exhaust stream 10 of an internal combustion engine 20 flows through the exhaust system 19. The partition
4 trennt einen ersten Strömungsbereich 3 von einem zweiten Strömungsbereich 2.4 separates a first flow region 3 from a second flow region 2.
Hier erfolgt eine Aufteilung des Abgasstroms 10 in einen ersten AbgasteilstromHere is a division of the exhaust stream 10 into a first partial exhaust stream
12 und einen zweiten Abgasteilstrom 13, die den zweiten Strömungsbereich 2 und den ersten Strömungsbereich 3 durchströmen. Der erste Abgasteilstrom 12 pas- siert einen Plasmagenerator 5, in dem Stickstoffmonoxid im ersten Abgasteilstrom12 and a second exhaust gas partial stream 13, which flow through the second flow region 2 and the first flow region 3. The first partial exhaust gas flow 12 passes through a plasma generator 5, in which nitrogen monoxide in the first partial exhaust gas flow
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 Verbrennungskrafτmaschine, 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 12,12 is enriched. After leaving the plasma generator 5, the first partial exhaust gas stream 12 flows through a second honeycomb structure 16, in which a reduction of the nitrogen monoxide to ammonia takes place. For this purpose, a hydrocarbon or hydrogen-containing reducing agent, in particular fuel of the internal combustion engine, is added via a reducing agent feed 18. After leaving the first flow region 3, the first ammonia-containing first partial exhaust gas stream 12 mixes in the common third flow region 17 with the second partial exhaust gas stream 13, which has passed through the first flow region 3. The mixture of the two partial exhaust gas streams 12, 13 is promoted by a mixer structure 21, in which there is a mixing of the two partial exhaust gas streams 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.13 is coming. The mixer structure 21 can be constructed from corresponding metal foils such that on the one hand a transverse flow can take place substantially perpendicular to the flow direction 11 and that further conductive structures are formed which force or convey a transverse flow.
Nach Verlassen der Mischerstruktur 21 strömt der Abgasstrom dann in eine dritte Wabenstruktur 22. Diese dritte Wabenstruktur 22 ist mit einer dritten Reduktions- katalysatorbeschichtung 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 Stickoxid- gehalt im Vergleich zum Stickoxidgehalt des Abgasstroms 10 zumindest wesentlich reduziert istAfter leaving the mixer structure 21, the exhaust gas stream then flows into a third honeycomb structure 22. This third honeycomb structure 22 is provided with a third reduction catalyst coating which catalyzes a selective catalytic reduction of nitrogen oxides with the reducing agent ammonia. The third honeycomb structure 22 thus leaves a cleaned exhaust gas stream 23 whose nitrogen oxide content is at least substantially reduced compared to the nitrogen oxide content of the exhaust stream 10
Figur 4 zeigt schematisch ein zweites Ausfuhrungsbeispiel 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 Redukti- onsmittelüberschusses 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.Figure 4 shows schematically a second exemplary embodiment of an exhaust system in longitudinal section. In the exhaust system 19, a plasma generator 5 is first formed in a second flow region 2. Downstream in the flow direction 11, behind the plasma generator 5, a first honeycomb structure 15 is formed for the reduction of any residual oxygen still present in the partial exhaust gas flow. Further downstream, a second honeycomb structure 16 is formed, in which a reduction of the nitrogen monoxide produced in the plasma generator 5 to ammonia takes place. Further downstream, means 24 for temporary storage of a reducing agent are formed. This may in particular be ammonia, which is formed in the second honeycomb structure 16. The means 24 for the temporary storage of a reducing agent make it possible to store a portion of the reducing agent in times of a reductant excess and to release it later if necessary. This can be done, for example, by a process based on chemical or physisorption, which can be reversed by supplying heat if necessary.
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 Strömungsbereich 3 erlaubt. Die Beweglichkeit der Strömungsleitmittel 26 ist durch den Pfeil angedeutet worden. Figur 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 Aufheizen eines den zweiten Strömungsbereich 2 durch- strömenden relativ kalten Gases durch ein den ersten Strömungsbereich 3 durchströmendes relativ warmes Gas erfolgen. Bevorzugt ist hierbei die Aufheizung eines Betriebsgases für den Plasmagenerator 5 im zweiten Strömungsbereich 2 durch das den ersten Strömungsbereich 3 durchströmende Abgas der Verbren- nungskraftmaschine 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.The plasma generator 5 is connected to control means 25, via which the plasma generator is supplied with power. Furthermore, the exhaust system 19 on Strömungsleitmittel 26, which are formed in the flow direction 11 in front of the partition wall 4 between the first 2 and the second flow region 3. This Strömungsleitmittel 26 as well as all other disclosed herein Strömungsleit- and -leitungsmittel may be formed, for example, as a conduit sheet or as a pivotable flap, which allows a variation of the distribution of the exhaust gas partial streams on the first 2 and the second flow region 3 during operation. The mobility of the flow guide 26 has been indicated by the arrow. FIG. 5 schematically shows a cross section through an exhaust gas treatment unit 1 in a region in which the first flow region 3 and the second flow region 2 are already formed. These are separated by the partition wall 4. In particular, such a heating of a relatively cold gas flowing through the second flow region 2 can take place through a relatively warm gas flowing through the first flow region 3. In this case, the heating of an operating gas for the plasma generator 5 in the second flow region 2 by the exhaust gas flowing through the first flow region 3 of the internal combustion engine 20 is preferred. An exhaust gas treatment unit 1 according to the invention may in particular also comprise a so-called "double-D pipe", which for example consists of two D-shaped deformed tubes, which are optionally held in a common tubular outer tube.
Bevorzugt ist der den zweiten Strömungsbereich 2 durchströmende Abgas- oder Gasmassenstrom klein im Vergleich zum den ersten Strömungsbereich 3 durchströmenden Abgasmassenstrom.The exhaust gas or gas mass flow flowing through the second flow region 2 is preferably small in comparison with the exhaust gas mass flow flowing through the first flow region 3.
Die Abgasbehandlungseinheit 1 erlaubt in vorteilhafter Weise den kompakten Aufbau eines Plasmagenerators 5, welcher in nur einem Teilstrom des das Abgas- behandlungseinheit 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.The exhaust gas treatment unit 1 advantageously permits the compact construction of a plasma generator 5 which operates in only a partial flow of the gas flowing through the exhaust gas treatment unit. Particularly advantageous is an exhaust gas treatment unit 1 with a plasma generator 5 for use in an exhaust system 19 in the context of a system or a method for reducing the nitrogen oxide emissions of an internal combustion engine 20. Due to the compact construction of the plasma generator 5, this is particularly suitable for use in exhaust systems 19 of mobile systems such as motor vehicles, especially passenger cars and trucks.
Die in den Figuren 1 bis 5 und den entsprechenden anderen Teilen der Erfindung beschriebene Abgasbehandlungseinheit kann auch in Alleinstellung ohne die üb- rigen Teile der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung realisiert werden. Figur 6 zeigt schematisch ein erstes Ausfuhrungsbeispiel 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 Ausführungsbei- spiel ist die Einmündung 106 stromaufwärts des SCR-Katalysators 102 ausgebildet.The exhaust gas treatment unit described in FIGS. 1 to 5 and the corresponding other parts of the invention can also be realized in isolation without the remaining parts of the device for exhaust gas aftertreatment. FIG. 6 schematically shows a first exemplary embodiment of a device according to the invention for treating the exhaust gases of an internal combustion engine 100, which comprises a particle separator 101, an SCR catalytic converter 102 for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (NOx) and an ammonia generator 103, the on-board in the ammonia generator generated ammonia is used as a selective reducing agent for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides in the SCR catalyst. According to the invention, the particle separator 101 is formed in a main exhaust line 104 and the ammonia generator 103 in a first secondary line 105. The first secondary line 105 opens into the main exhaust line 104 in a junction 106. In the first exemplary embodiment, the junction 106 is formed upstream of the SCR catalytic converter 102.
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 MittelUpstream of the ammonia generator 103, means 107 for providing at least one operating gas for the ammonia generator 103 are formed. These means 107 may also be included in the ammonia generator 103. The means
107 umfassen insbesondere mindestens eines der folgenden Mittel: a) Mittel zum Bereitstellen eines Stickstoffhaltigen Betriebsgasstromes; b) Mittel zum Bereitstellen eines Wasserstoffhaitigen Reduktionsmittelstro- mes; c) Mittel zum Bereitstellen eines Sauerstoffhaltigen Betriebsgasstromes.107 comprise in particular at least one of the following means: a) means for providing a nitrogen-containing operating gas stream; b) means for providing a hydrogen-containing reducing agent stream; c) means for providing an oxygen-containing operating gas stream.
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 kohlenwasser- stoffhaltigen Edukt ein Wasserstoffhaltiges Betriebsgas erzeugt.For the possibilities a) and c) means for supplying exhaust gas, air and / or recirculated exhaust gas may be formed. The agents b) may comprise a reformer which generates a hydrogen-containing operating gas by means of partial oxidation from a hydrocarbon-containing educt.
Stromabwärts des SCR-Katalysators 102 kann ein erster OxidationskatalysatorDownstream of the SCR catalyst 102 may be a first oxidation catalyst
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. Fig. 7 zeigt schematisch ein zweites Ausfuhrungsbeispiel 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.Be formed at which may be oxidized by the SCR catalytic converter 102 breaking ammonia or erupting hydrocarbons and thus are not released to the environment. 7 schematically shows a second exemplary embodiment of a device according to the invention for treating the exhaust gas of an internal combustion engine 100. In a main exhaust line 104, a first catalytic converter 108 is formed in a main exhaust line 101, an SCR catalytic converter 102 and downstream of the SCR catalytic converter 102. In particular, SCR catalyst 102 and first oxidation catalyst 108 may be formed on a single honeycomb body.
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 Kohlen- Wasserstoffen 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.In the first secondary line 105, an ammonia generator 103 comprising a plasma generator 114 is formed. This is supplied via a compressor 109 with air as operating gas. Furthermore, in the second embodiment, a second secondary line 110 is formed, which comprises a reformer 111. This is connected to a fuel tank 112, from which the reformer 111 is supplied with hydrocarbons. Furthermore, the reformer 111 is supplied with an oxygen-containing gas, for example, air or the exhaust gas recirculation line exhaust gas removed. In the reformer 111, a partial oxidation of the hydrocarbons, so that a hydrogen-containing synthesis and / or fission gas stream is formed, which can be fed via the second junction 113 in the first secondary strand 105.
Der Plasmagenerator 114 erzeugt einen Stickoxidhaltigen, bevorzugt Stickstoffmonoxidhaitigen, 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 Ammoniakhaitiger 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. Figur 8 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Hauptabgasstrang 104 ist der Partikelabscheider 101 ausgebildet. Dieser um- fasst Mittel 116 zur Erzeugung einer Oberflächengleitentladung als Regenerati- onsmöglichkeit des Partikelabscheiders 101.The plasma generator 114 generates a nitrogen oxide-containing, preferably nitrogen monoxide-containing, gas stream which is temporarily stored in the storage / reduction element 115. Chemisorption, in which the nitrogen oxides are stored in the form of nitrates and / or nitrites, is preferred here. Here, the nitrites and nitrates can react by means of hydrogen to form ammonia. The storage / reduction element 115 then leaves an ammonia-containing gas stream which first flows through the particle separator 101 and subsequently through the SCR catalytic converter 102. In the SCR catalyst 102, the ammonia acts as a reducing agent for the selective reduction of nitrogen oxides, in the particle separator 101 it can serve as an inhibitor for the regeneration of the particulate filter. Figure 8 shows schematically a section of a device according to the invention. In the main exhaust line 104, the particle separator 101 is formed. This comprises means 116 for generating a surface sliding discharge as a regeneration possibility of the particle separator 101.
Figur 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 Oxi- dationskatalysator 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 Partikelab- scheiders, 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 gasein- trittsseitigen, der Verbrennungskraftmaschine 100 zugewandten, Bereich eine beheizbare Scheibe umfassen.Figure 9 shows schematically a section of a device according to the invention. In the main exhaust line 104, a particle separator 101 is formed. Upstream, ie in the direction of the internal combustion engine 100, a second oxidation catalyst 117 is formed. This can serve as a means of both the thermal regeneration and the chemical regeneration of the Partikelabscheiders 101. In the case of the chemical regeneration possibilities 10.1) and / or 10.3), the second oxidation catalyst 117 can serve for the oxidation of nitrogen monoxide to nitrogen dioxide, which can serve as a regeneration agent of the particle separator, in particular in the context of a CRT process. In the case of a thermal regeneration option 10.2) of the particle separator 101, hydrocarbons can be applied to the second oxidation catalyst 117 through the feed line 118, which are converted there and due to the exothermic oxidation of the hydrocarbons, a heating of the gas stream flowing through the particle separator 101 takes place. The second oxidation catalytic converter 117 may in particular also be part of the particle separator 101. The particle separator 101 can in particular also be equipped with an alternative or additional resistance heater or, for example, in its gas inlet-side, the internal combustion engine 100 facing region comprising a heated disc.
Fig. 10 zeigt schematisch ein drittes Ausfuhrungsbeispiel 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 ausgebil- det. 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.10 shows schematically a third exemplary embodiment of an inventive device for processing the exhaust gas of an internal combustion engine 100. The exhaust system comprises a main exhaust line 104 and a second secondary line 110, which branches off from the main exhaust line 104 upstream of a turbocharger 119. In the second secondary line 110, a reformer 111 is formed. det. The second secondary line 110 branches off in the branch 120 from the main line 104. The branch 120 is formed upstream of the turbocharger 119, while the second junction 113 is formed downstream of the turbocharger 119.
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 Be- triebsgas 121 kann beheizt werden, insbesondere durch Abwärme des Abgases der Verbrennungskraftmaschine und/oder durch eine elektrische Widerstandsheizung 122.Furthermore, a first secondary line 105 is formed, in which an ammonia generator 103 comprising a plasma generator 114 is formed. As the operating gas 121 for the plasma generator 114 air and / or exhaust gas is used here, wherein the operating gas 121 may include exhaust gas and / or air. The operating gas 121 can be heated, in particular by waste heat of the exhaust gas of the internal combustion engine and / or by an electrical resistance heater 122.
Im Betrieb setzt der Plasmagenerator 114 Stickstoff und Sauerstoff aus dem Be- triebsgas 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.In operation, the plasma generator 114 converts nitrogen and oxygen from the operating gas 121 to nitrogen oxides, preferably to nitric oxide. The plasma generator 121 is operated so that the highest possible yield of nitrogen monoxide is achieved. The nitrogen oxide-containing gas stream is then passed through the storage / reduction element 115, in which the nitrogen oxides, preferably nitrogen monoxide, chemisorbed and stored as nitrite and / or nitrate.
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.If the storage / reduction element 115 is now flowed through by the hydrogen-containing gas generated in the reformer 111, the nitrites and / or nitrates are reduced to ammonia. The resulting ammonia-containing gas stream is then passed through the SCR catalyst 102 and used there as a selective reducing agent for nitrogen oxides. The SCR catalyst 102 preferably comprises a honeycomb body as described above.
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 Stickstoff- monoxid (NO) reduziert. Hierdurch kann eine Regeneration des Partikelabschei- dsrs 101 erfolgen.In the main exhaust line 104, a second oxidation catalyst 117 is formed, in which preferably an oxidation of nitrogen monoxide is catalyzed to nitrogen dioxide. This nitrogen dioxide (NO2) then converts carbon (C) contained in the particles into carbon dioxide (CO2) and becomes nitrogen itself. reduced monoxide (NO). This allows a regeneration of the Partikelabschei- DSRs 101 SUC g s.
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 Cl Bezug genommen, deren Offenba- rungsgehalt in soweit in den Offenbarungsgehalt dieser Erfindung aufgenommen wird.In addition to at least one filter element 123, the particle separator 101 may advantageously contain a second plasma generator 124, which cooperates with the at least one filter element 123 and is designed and operated such that electrical surface sliding discharges trigger the regeneration of the filter elements. With regard to the design and operation of the plasma generator, reference is made to DE 100 57 862 C1, the disclosure content of which is included in so far in the disclosure of this invention.
Weiterhin ist eine Steurerungseinheit 125 ausgebildet, die mit einer Spannungsquelle 126 verbindbar ist. Diese Steuerungseinheit 125 steuert den Plasmagenera- tor 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.Furthermore, a control unit 125 is formed, which is connectable to a voltage source 126. This control unit 125 controls the plasma generator 114 and the second plasma generator 124 together. In this case, data from a motor controller 127 can be taken into account. In particular, based on the data of the engine controller 127, preferably based on the engine map, the NOx concentration in the exhaust gas can be determined.
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.The at least one filter element 123, the second oxidation catalytic converter 117, the SCR catalytic converter 102, the reformer 111, the storage / reduction unit 115, the ammonia generator 103 and / or the particle separator 101 may comprise at least one honeycomb body. The components of the device may preferably be formed in a common housing 128.
Figur 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 Spei- cher/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 er- folgt als Nitrit und/oder Nitrat. Im jeweils anderen Gasstrang 130, 129 erfolgt durch Durchleiten eines durch den Reaktor 133 erstellten Wasserstoffhaitigen 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 gele- genen 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.FIG. 11 schematically shows an ammonia generator 103, which is formed in the first secondary line 105. This comprises a plasma generator 114 in which nitrogen oxides, preferably nitrogen monoxide, are produced from a starting material mixture comprising nitrogen and oxygen. The gas stream thus produced nitrogen monoxide is passed into a first gas train 129 or a second gas train 130. The first gas train 129 comprises a first The second gas train 130 has a second storage / reduction element 132. In the gas train 129, 130 through which the exhaust gas of the plasma generator 114 flows, chemisorption of the nitrogen oxides takes place on the corresponding storage / reduction element 131, 132. The storage takes place as nitrite and / or nitrate. In the respective other gas line 130, 129, a reduction and simultaneous conversion of the respective nitrite and / or nitrate groups to ammonia takes place by passing a hydrogen-containing gas stream produced by the reactor 133. The ammonia-containing gas stream thus obtained is passed into the main exhaust line 104 to be used in the downstream SCR catalyst 102 as a selective reducing agent for the reduction of nitrogen oxides. The reactor 133 may in particular comprise a reformer and / or generate hydrogen by partial oxidation of hydrocarbons.
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.By the intermittent operation of the plasma generator 114, in each of which a storage / reduction element 131, 132 filled and parallel the other storage / reduction element 131, 132 is emptied, the required amount of hydrogen is reduced, since it is possible in the emptying the storage / reduction elements 131, 132 to keep the existing oxygen content as low as possible. In this case, there is no hydrogen-consuming reaction between hydrogen and oxygen, but predominantly to the desired reduction of the nitrates / nitrites to ammonia. The gas flows can be controlled by valves 134 accordingly.
Figur 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.FIG. 12 shows an advantageous development, in which the particle separator 101 comprises at least two elements 136 which can be connected to means 135 for generating a first electric field. The first electric field can be used to agglomerate and / or separate the particles.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben es in vorteilhafter Weise, den Anteil der im Abgas einer Verbrennungskraft- maschine 100 enthaltenen Partikel und Stickoxide (NOx) gleichzeitig zu reduzieren, wobei der Energieverbrauch für diese Reduktion gering ist und gleichzeitig die gesamte Vorrichtung als kompakt bauende Einheit ausfuhrbar ist. The method according to the invention and the device according to the invention make it possible in an advantageous manner to reduce the proportion of exhaust gas in an internal combustion engine. machine 100 contained particles and nitrogen oxides (NO x ) at the same time to reduce, the power consumption for this reduction is low and at the same time the entire device is designed as a compact unit buildable.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Abgasbehandlungseinheit1 exhaust treatment unit
2 zweiter Strömungsbereich 3 erster Strömungsbereich2 second flow region 3 first flow region
4 gemeinsame Wand4 common wall
5 Plasmagenerator5 plasma generator
6 erste Elektrode6 first electrode
7 zweite Elektrode 8 Plasmakanal7 second electrode 8 plasma channel
9 Anschluss9 connection
10 Abgasstrom10 exhaust gas flow
11 Strömungsrichtung11 flow direction
12 erster Abgasteilstrom 13 zweiter Abgasteilstrom12 first partial exhaust gas flow 13 second partial exhaust gas flow
14 Gaszuruhrmittel14 gas circulation means
15 erste Wabenstruktur15 first honeycomb structure
16 zweite Wabenstruktur16 second honeycomb structure
17 dritter Strömungsbereich 18 Reduktionszufuhrmittel17 third flow area 18 reduction feed means
19 Abgassystem19 exhaust system
20 Verbrennungskraftmaschine20 internal combustion engine
21 Mischerstruktur21 mixer structure
22 dritte Wabenstruktur 23 gereinigter Abgasstrom22 third honeycomb structure 23 purified exhaust gas stream
24 Mittel zur temporären Speicherung eines Reduktionsmittels24 means for temporary storage of a reducing agent
25 Steuermittel25 control means
26 Strömungsleitmittel26 flow guide
100 Verbrennungskraftmaschine 101 Partikelabscheider100 Internal combustion engine 101 Particle separator
102 SCR-Katalysator 103 Ammoniakgenerator102 SCR catalyst 103 ammonia generator
104 Hauptabgasstrang104 main exhaust line
105 erster Nebenstrang105 first secondary strand
106 Einmündung 107 Mittel zum Bereitstellen mindestens eines Betriebsgases106 confluence 107 means for providing at least one operating gas
108 erster Oxidationskatalysator108 first oxidation catalyst
109 Kompressor109 compressor
110 zweiter Nebenstrang110 second secondary strand
111 Reformer 112 Kraftstofftank111 reformer 112 fuel tank
113 zweite Einmündung113 second junction
114 Plasmagenerator114 plasma generator
115 Speicher/Reduktionselement115 storage / reduction element
116 Mittel zur Erzeugung einer Oberflächengleitentladung 117 zweiter Oxidationskatalysator116 means for generating a surface sliding discharge 117 second oxidation catalyst
118 Zuleitung118 supply line
119 Turbolader119 turbocharger
120 Abzweigung120 diversion
121 Betriebsgas 122 Widerstandsheizung121 operating gas 122 resistance heating
123 Filterelement123 filter element
124 zweiter Plasmagenerator124 second plasma generator
125 Steuerungseinheit125 control unit
126 Spannungsquelle 127 Motorsteuerung126 Voltage source 127 Motor control
128 Gehäuse128 housing
129 erster Gasstrang129 first gas train
130 zweiter Gasstrang130 second gas train
131 erstes Speicher/Reduktionselement 132 zweites Speicher/Reduktionselement131 first storage / reduction element 132 second storage / reduction element
133 Reaktor 134 Ventil133 reactor 134 valve
135 Mittel zum Erzeugen eines ersten elektrischen Feldes 135 means for generating a first electric field

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Abgasaufbereitung, umfassend - einen Partikelabscheider (101),A device for exhaust gas treatment, comprising - a particle separator (101),
- einen SCR-Katalysator (102) zur selektiven Reduktion von Stickoxiden und- An SCR catalyst (102) for the selective reduction of nitrogen oxides and
- 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 Arnmoniakhaltige Gasstrom den SCR- Katalysator (102) durchströmen kann.- An ammonia generator (103) for generating ammonia as a selective reducing agent for the reduction of nitrogen oxides, wherein the Partikelabscheider (101) in a main exhaust line (104) and the ammonia generator (103) in a first secondary line (105) is formed, wherein the first Nebenstrang (105) opens into an exit in the main exhaust line (104), which is designed so that the Arnmoniakhaltige gas flow generated in the ammonia generator (103) can flow through the SCR catalyst (102).
2. 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.2. Device according to claim 1, wherein the first secondary line (105) in a first junction (106) opens into the main exhaust line, which is designed so that the ammonia-containing gas stream generated in the ammonia generator (103) can also flow through the particle separator (101) ,
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Partikelabscheider (101) eine Regenerationsmöglichkeit zur Regeneration des Partikelabscheiders (101) aufweist.3. Device according to one of the preceding claims, wherein the particle separator (101) has a regeneration option for the regeneration of the Partikelabscheiders (101).
4. 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 eines4. The apparatus of claim 3, wherein the particle separator (101) is formed and / or such means (116, 117, 124) are provided that the regeneration capability is generated by at least one of the following measures: 10.1) providing nitrogen dioxide upstream at least one
Teils des Partikelabscheiders (101); Part of the particle separator (101);
10.2) Erhöhung der Temperatur zumindest eines Teils des Partikelabscheiders (1 Ol) über eine Grenztemperatur;10.2) raising the temperature of at least part of the particle separator (1 oil) above a limit temperature;
10.3) Bereitstellen eines Oxidationsmittels stromaufwärts zumindest eines Teils des Partikelabscheiders (101); oder 10.4) Regeneration durch eine elektrische Entladung.10.3) providing an oxidant upstream of at least a portion of the particle separator (101); or 10.4) regeneration by an electrical discharge.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der Mittel (116) zur Regeneration durch eine Oberflächengleitentladung vorgesehen sind.5. Apparatus according to claim 4, wherein means (116) for regeneration are provided by a surface sliding discharge.
6. 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.6. Device according to one of the preceding claims, wherein the Partikelabscheider (101) comprises means (135) for generating a first electric field in the particle separator (101) through which at least one of the following functions is fulfilled: 12.1) agglomeration of particles; or 12.2) Separation of particles.
7. 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 Oberflä- chengleitentladung zur Regeneration erzeugt wird.7. Device according to one of the preceding claims, wherein the particle separator (101) comprises means (116) for generating a second electric field in the particle separator (101), by means of which a Oberfläch- chengengleitentladung is generated for regeneration.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Ammoniakgenerator (103) einen Plasmagenerator (5, 114) umfasst.8. Device according to one of the preceding claims, wherein the ammonia generator (103) comprises a plasma generator (5, 114).
9. 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. 9. Device according to one of the preceding claims, wherein the ammonia generator (103) at least one storage element (115, 131, 132) for temporarily storing at least one of the following components: 15.1) ammonia or 15.2) an ammonia precursor.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Komponente 15.2) Stickstoffmo¬ noxid umfasst.10. The apparatus of claim 9, wherein the component 15.2) Stickstoffmo ¬ comprises monoxide.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Nebenstrang (105) von mindestens einem der folgenden Gase durchströmt wird:11. Device according to one of the preceding claims, wherein the first secondary strand (105) is flowed through by at least one of the following gases:
24.1) Abgas;24.1) exhaust gas;
24.2) einem zumindest Sauerstoff und Stickstoff umfassenden Gas; oder24.2) a gas comprising at least oxygen and nitrogen; or
24.3) Luft.24.3) air.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an mindestens einer der folgenden Stellen ein Oxidationskatalysator (108, 117) ausgebildet ist:12. Device according to one of the preceding claims, wherein at least one of the following points, an oxidation catalyst (108, 117) is formed:
26.1) stromaufwärts des Partikelabscheiders (101); 26.2) stromabwärts des Ammoniakgenerators (103) und stromaufwärts des26.1) upstream of the particle separator (101); 26.2) downstream of the ammonia generator (103) and upstream of the ammonia generator (103)
SCR-Katalysators (102); oder 26.3) stromabwärts des SCR-Katalysators (102).SCR catalyst (102); or 26.3) downstream of the SCR catalyst (102).
13. 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.13. Device according to one of the preceding claims, comprising a first flow region (3) and at least one second flow region (2), which are flowed through substantially parallel to each other, wherein the first flow region (3) is at least a part of the main exhaust line (104), wherein the first (3) and the second flow region (2) are formed such that a heat input from the first flow region (3) into the at least one second flow region (2) can take place.
14. 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) oder14. The device according to claim 13, wherein at least one of the following components is formed in a second flow region (2): 31.1) at least one plasma generator (5, 114), 31.2) at least one reformer (111) or
31.3) mindestens ein Reaktor (133). 31.3) at least one reactor (133).
15. 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) zu- mindest 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.15. A method for treating exhaust gas, in which by a particle separator (101) located in the exhaust particles are at least partially separated and are at least partially reduced in the nitrogen oxides in the exhaust gas in an SCR catalyst (102), wherein the deposition of the particles in a Main exhaust line (104) takes place and in a first secondary line (105) ammonia is generated, which is the SCR catalyst (102) supplied as a reducing agent.
16. 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.16. The method of claim 15, wherein the first secondary line (105) and the main exhaust line (104) are merged so that the ammonia-containing gas stream generated in the first secondary line (105) can flow through the particle separator (101).
17. 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:17. The method according to any one of claims 15 or 16, wherein in the Partikelabscheider (101) at least one electric field is formed, which fulfills at least one of the following functions:
58.1) Agglomeration der Partikel,58.1) agglomeration of the particles,
58.2) Abscheidung der Partikel oder 58.3) Regeneration des Partikelabscheiders (101).58.2) separation of the particles or 58.3) regeneration of the particle separator (101).
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem der Partikelabscheider (101) eine Regenerationsmöglichkeit zur Regeneration des Partikelabscheiders (101) aufweist.18. The method according to any one of claims 15 to 17, wherein the particle separator (101) has a regeneration possibility for the regeneration of the Partikelabscheiders (101).
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Regenerationsmöglichkeit auf mindestens einem der folgenden Mechanismen beruht:19. The method of claim 18, wherein the regeneration capability is based on at least one of the following mechanisms:
60.1) Bereitstellen von Stickstoffdioxid stromaufwärts zumindest eines60.1) providing at least one nitrogen dioxide upstream
Teils des Partikelabscheiders (101); 60.2) Erhöhung der Temperatur zumindest eines Teils des Partikelabscheiders (101) über eine Grenztemperatur; Part of the particle separator (101); 60.2) raising the temperature of at least part of the particle separator (101) above a limit temperature;
60.3) Bereitstellen eines Oxidationsmittels stromaufwärts zumindest eines Teils des Partikelabscheiders (101); oder60.3) providing an oxidant upstream of at least a portion of the particle separator (101); or
60.4) Regeneration durch eine elektrische Entladung.60.4) Regeneration by an electrical discharge.
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Regenerationsmöglichkeit gemäß 60.4) eine Oberflächengleitentladung umfasst.20. The method of claim 19, wherein the regeneration option according to 60.4) comprises a surface sliding discharge.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei dem Ammoniak (NH3) durch eine plasmagestützte Erzeugung von Stickstoffmonoxid und anschlie- ßende Reduktion zu Ammoniak erzeugt wird.21. The method according to any one of claims 15 to 20, wherein the ammonia (NH3) is generated by a plasma-assisted generation of nitrogen monoxide and subsequent reduction to ammonia.
22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem ein Plasmagenerator mit einem Stickstoff- und Sauerstoff enthaltenden ersten Betriebsgas betrieben wird.22. The method of claim 21, wherein a plasma generator is operated with a nitrogen and oxygen-containing first operating gas.
23. 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 (NOx) reversibel speicherbar sind.23. The method according to any one of claims 15 to 22, wherein the ammonia (NH3) is generated in an ammonia generator (103) and the ammonia generator (103) preferably at least one storage element (131, 132), in which nitrogen oxides (NO x ) reversibly storable.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, bei dem die Ammoniakproduktion in Abhängigkeit von der NOx- und/oder der Ammoniakkonzentration im Abgas geregelt und/oder gesteuert wird.24. The method according to any one of claims 15 to 23, wherein the ammonia production in dependence on the NO x - and / or the ammonia concentration in the exhaust gas regulated and / or controlled.
25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem ein NOx- und/oder ein Ammoniak- gehalt des Abgases über einen Messfühler erfasst wird.25. The method of claim 24, wherein a NO x - and / or an ammonia content of the exhaust gas is detected by a sensor.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei dem die NOx-Konzentration aus den Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine (20, 100) bestimmt wird. 26. The method of claim 24 or 25, wherein the NOx concentration from the operating data of the internal combustion engine (20, 100) is determined.
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