DE102005035555A1 - Exhaust gas treatment unit for motor vehicle`s internal combustion engine, has oxidation catalytic converter for oxidization of nitric oxide, and SCR catalyzer for selective catalytic reduction of nitrogen oxide, and particle separator - Google Patents

Exhaust gas treatment unit for motor vehicle`s internal combustion engine, has oxidation catalytic converter for oxidization of nitric oxide, and SCR catalyzer for selective catalytic reduction of nitrogen oxide, and particle separator Download PDF

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Rolf BRÜCK
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Abstract

The unit has an oxidation catalytic converter (2) for oxidization of nitric oxide. A SCR- catalyzer (3) for the selective catalytic reduction of nitrogen oxide. A reduction agent supply is designed between the oxidation catalytic converter and SCR- catalyzer. A particle separator comprises of a closed particle filter, where the separator, converter and catalyzer are successively arranged. The particle separator has a unit for electrostatic separation of the particles. An independent claim is also included for a method for reducing the nitrogen oxide and particle emission of an internal combustion engine.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Abgasnachbehandlungseinheit zur gleichzeitigen Verminderung der Stickoxid- und Partikelemissionen einer Verbrennungskraftmaschine, sowie ein entsprechendes Verfahren. Die Abgasnachbehandlungseinheit sowie das entsprechende Verfahren können insbesondere bei mobilen Anwendungen wie beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen.object The present invention is an exhaust aftertreatment unit for the simultaneous reduction of nitrogen oxide and particulate emissions an internal combustion engine, and a corresponding method. The exhaust aftertreatment unit and the corresponding method can in particular in mobile applications such as in motor vehicles for Use come.

In zahlreichen Ländern existieren gesetzlich einzuhaltende Grenzwerte für die Anteile bestimmter unerwünschter Substanzen im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen. Unter anderem handelt es sich bei den nicht erwünschten Stoffen auch um Stickoxide (NOx) und Partikelemissionen. Auf Grund des Betriebs der Verbrennungskraftmaschinen mit Kohlenwasserstoffen enthalten diese Partikel Kohlenstoff. Gerade bei sehr kleinen und/oder mittleren Partikeldurchmessern ist der Effekt der Feinstaub genannten Partikelemissionen auf Lebewesen unklar, eine gesundheitsschädliche Wirkung insbesondere der Lungengängigen Partikel erscheint jedoch möglich. Auf Grund der Konzeption der modernen Verbrennungskraftmaschinen ist jedoch der Anteil an Stickoxiden und Partikeln regelmäßig aneinander gekoppelt. Das heißt, dass eine Verringerung des Stickoxidanteils oft quasi als Nebenwirkung eine Erhöhung des entsprechenden Partikelanteils des Abgases zur Folge hat.In many countries, there are legal limits for the proportions of certain undesirable substances in the exhaust gas of internal combustion engines. Among other things, the undesired substances are also nitrogen oxides (NO x ) and particulate emissions. Due to the operation of the internal combustion engines with hydrocarbons, these particles contain carbon. Especially with very small and / or average particle diameters, the effect of the particulate matter particle emissions on organisms is unclear, but a harmful effect, in particular of the respirable particles, appears possible. Due to the design of modern internal combustion engines, however, the proportion of nitrogen oxides and particles is regularly coupled together. This means that a reduction in the proportion of nitrogen oxide often results, as a side effect, in an increase in the corresponding particle fraction of the exhaust gas.

Von daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Reduzierung sowohl des Stickoxid-, als auch des Partikelanteils im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen sowie eine entsprechende Abgasnachbehandlungseinheit vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasnachbe handlungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.From Therefore, the present invention is based on the object, a Method for reducing both the nitrogen oxide and the particle content in the exhaust of internal combustion engines and a corresponding To propose exhaust aftertreatment unit. This task is solved by a Abgasnachbe treatment unit with the features of claim 1 and a method having the features of claim 8. Advantageous developments are the subject of the respective dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit ist in einer Strömungsrichtung durchströmbar und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander die folgenden Komponenten:

  • 1.1) einen Oxidationskatalysator zumindest zur Oxidation von Stickstoffmonoxid (NO),
  • 1.2) einen SCR-Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (NOx) und
  • 1.3) einen Partikelabscheider.
An exhaust gas aftertreatment unit according to the invention can be flowed through in a flow direction and comprises the following components one behind the other in the flow direction:
  • 1.1) an oxidation catalyst at least for the oxidation of nitric oxide (NO),
  • 1.2) an SCR catalyst for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (NO x ) and
  • 1.3) a particle separator.

Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit erlaubt es in vorteilhafter Weise, gleichzeitig den Gehalt an Stickoxiden und den Gehalt an Partikeln im Abgas zu reduzieren. Jede der drei Komponenten 1.1), 1.2) und 1.3) kann einen Wabenkörper umfassen. Hierbei sind beispielsweise keramische Wabenkörper und/oder metallische Wabenkörper einsetzbar. Besonders bevorzugt sind hierbei Wabenkörper die mindestens eine zumindest teilweise strukturierte metallische Lage umfassen, die so aufgebaut sind, dass sich für ein Fluid zumindest durchströmbare Hohlräume bilden. Die Wabenkörper können zumindest teilweise auch zumindest teilweise für ein Fluid durchströmbare Wände aufweisen, die beispielsweise aus poröser Keramik oder einem entsprechenden porösem metallischen Material ausgebildet sind.The Exhaust after treatment unit according to the invention allows it in an advantageous manner, at the same time the content of nitrogen oxides and to reduce the content of particles in the exhaust gas. Each of the three Components 1.1), 1.2) and 1.3) may comprise a honeycomb body. Here, for example, ceramic honeycomb body and / or metallic honeycomb body can be used. In this case, honeycomb bodies which are at least one at least are particularly preferred comprise partially structured metallic layer, which are constructed so are that up for a fluid at least through a fluid cavities form. The honeycomb body can at least Partially also at least partially for a fluid flow through walls, the for example, porous Ceramic or a corresponding porous metallic material formed are.

Zumindest die Katalysatoren 1.1) und 1.2) weisen eine entsprechende katalytisch aktive Beschichtung oder eine eine katalytisch aktive Substanz umfassende Beschichtung auf. Insbesondere kann die Beschichtung Washcoat umfassen.At least the catalysts 1.1) and 1.2) have a corresponding catalytic active coating or a catalytically active substance comprising Coating on. In particular, the coating may comprise washcoat.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit ist zwischen Oxidationskatalysator und SCR-Katalysator eine Reduktionsmittelzufuhr ausgebildet.According to one advantageous development of the exhaust aftertreatment unit according to the invention is between the oxidation catalyst and SCR catalyst, a reducing agent supply educated.

Bei der selektiven katalytischen Reduktion werden regelmäßig stickstoffhaltige Reduktionsmittel eingesetzt. Insbesondere bevorzugt ist hierbei der Einsatz von Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel. Der SCR-Katalysator bzw. die Abgasnachbehandlungseinheit kann so ausgebildet werden, dass die so genannte „fast-SCR Reaktion" abläuft. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators regelmäßig etwa 200°C nicht überschreitet. Hierbei erfolgt eine Reaktion von Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) mit Ammoniak (NH3) zu molekularem Stickstoff (N2) und Wasser (H2O): NO + NO2 + 2NH3 -> 2N2 + 3H2O In the selective catalytic reduction nitrogen-containing reducing agents are regularly used. Particularly preferred here is the use of ammonia (NH 3) as reducing agent. The SCR catalytic converter or the exhaust gas aftertreatment unit can be designed such that the so-called "fast SCR reaction" takes place, which is the case in particular when the temperature of the SCR catalytic converter regularly does not exceed about 200 ° C. Reaction of nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) with ammonia (NH 3 ) to form molecular nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O): NO + NO 2 + 2NH 3 -> 2N 2 + 3H 2 O

Weiterhin laufen hierbei Nebenreaktionen ab, bei denen beispielsweise Stickstoffdioxid mit Ammoniak zu molekularem Stickstoff und Wasser und gegebenenfalls noch Ammoniumnitrat (NH4NO3) umgesetzt wird: 6NO2 + 8NH3 -> 7N2 + 12H2O ; 2NO2 + 2NH3 -> N2 + H2O + NH4NO3 In addition, side reactions take place in which, for example, nitrogen dioxide is reacted with ammonia to give molecular nitrogen and water and optionally also ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ): 6NO 2 + 8NH 3 -> 7N 2 + 12H 2 O ; 2NO 2 + 2NH 3 -> N 2 + H 2 O + NH 4 NO 3

Von daher ist in besonders vorteilhafter Weise der Oxidationskatalysator 1.1) so ausgebildet, dass nicht eine gänzliche Umwandlung von Stickstoffmonoxid in Stickstoffdioxid katalysiert wird. Weiterhin ist es auch möglich, zumindest einen Teil des Abgasstroms in Abhängigkeit von der anliegenden Stickstoffmonoxid- und Stickstoffdioxidkonzentration um den Oxidationskatalysator herum zu leiten, um so beim Eintritt in den SCR-Katalysator 1.2) ein möglichst optimales Gemisch von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid zur Durchführung der „fast-SCR-reaction" vorliegen zu haben. Sollte die Endtemperatur des SCR-Katalysators 1.2) beispielsweise oberhalb von 200°C liegen und somit statt der „fast-SCR-reaction" andere SCR-Reaktionen vermehrt ablaufen, also beispielsweise die Umsetzung von Stickstoffmonoxid mit Ammoniak zu molekularem Stickstoff und Wasser: 4NO + 4NH3 + O2 -> 4N2 + 6H2O abläuft, kann ebenfalls ein Bypass des Oxidationskatalysators erfolgen, um ein möglichst optimales Gemisch von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid im SCR-Katalysator 1.2) zu erhalten. Hierzu kann es beispielsweise vorteilhaft sein, die Temperatur des SCR-Katalysators 1.2), sowie gegebenenfalls den Stickoxid- oder Stickstoffmonoxid- oder Stickstoffdioxidgehalt direkt vor dem SCR-Katalysator 1.2) zu bestimmen, also beispielsweise zu berechnen oder zu messen. Ausgehend von diesen Daten kann in vorteilhafter Weise ein Bypass des Oxidationskatalysators erfolgen. Diese Regelung des Bypasses kann unabhängig von der Lage des Partikelabscheiders 1.3) relativ zum SCR-Katalysator 1.2) und auch ohne, dass ein Partikelabscheider 1.3) ausgebildet ist.Therefore, the oxidation catalyst 1.1) is formed in a particularly advantageous manner so that not a complete conversion of stick substance monoxide is catalyzed in nitrogen dioxide. Furthermore, it is also possible to direct at least a portion of the exhaust gas flow around the oxidation catalyst in dependence on the applied nitrogen monoxide and nitrogen dioxide concentration, so as to enter the SCR catalyst 1.2) as optimally as possible a mixture of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide for carrying out the " If, for example, the end temperature of the SCR catalyst 1.2) is above 200 ° C., and thus instead of the "fast SCR reaction", other SCR reactions increasingly take place, for example the conversion of nitrogen monoxide with ammonia to molecular nitrogen and water: 4NO + 4NH 3 + O 2 -> 4N 2 + 6H 2 O a bypass of the oxidation catalyst can also take place in order to obtain the best possible mixture of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide in the SCR catalyst 1.2). For this purpose, it may be advantageous, for example, to determine the temperature of the SCR catalyst 1.2), and, if appropriate, the nitrogen oxide or nitrogen monoxide or nitrogen dioxide content directly in front of the SCR catalyst 1.2), ie to calculate or measure, for example. Based on these data, a bypass of the oxidation catalyst can be carried out in an advantageous manner. This regulation of the bypass can be independent of the position of the Partikelabscheiders 1.3) relative to the SCR catalyst 1.2) and also without that a Partikelabscheider 1.3) is formed.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit umfasst die Reduktionsmittelzufuhr Zufuhrmittel für einen Reduktionsmittelvorläufer und Mittel zur Umwandlung des Reduktionsmittelvorläufers in das Reduktionsmittel.According to one further advantageous embodiment of the exhaust gas aftertreatment unit according to the invention the reducing agent supply comprises supply means for one Reducing agent precursor and means for converting the reducing agent precursor into the reducing agent.

Das Reduktionsmittel umfasst insbesondere eine stickstoffhaltige Verbindung, besonders bevorzugt Ammoniak. Der Reduktionsmittelvorläufer stellt einen Stoff dar, der das Reduktionsmittel abspaltet oder der in das Reduktionsmittel umgewandelt werden kann. Besonders bevorzugt ist hierbei der Einsatz von Harnstoff als Reduktionsmittelvorläufer. Der Harnstoff kann insbesondere in Form einer wässrigen Harnstofflösung oder auch als Feststoff durch Zufuhrmittel eingebracht werden.The Reducing agent comprises in particular a nitrogen-containing compound, particularly preferably ammonia. The reducing agent precursor provides a Substance that splits off the reducing agent or in the reducing agent can be converted. Particularly preferred here is the use of urea as a reducing agent precursor. The urea can in particular in the form of an aqueous urea solution or introduced as a solid by feed.

Insbesondere können die Mittel zur Umwandlung des Reduktionsmittelvorläufers in das Reduktionsmittel Mittel zur Thermolyse und/oder Hydrolyse des Reduktionsmittelvorläufers umfassen. Wird als Reduktionsmittelvorläufer Harnstoff eingesetzt, so können hier insbesondere eine Thermolyse von Harnstoff ((NH2)2CO) zu Ammoniak (NH3) und Isocyansäure (HCNO) erfolgen. Bei diesem Beispiel erfolgt bei der Hydrolyse die Umwandlung von Isocyansäure (HCNO) und Wasser zu Ammoniak und Kohlendioxid. (NH2)2CO -> NH3 + HCNO HCNO + H2O -> NH3 + CO2 In particular, the means for converting the reducing agent precursor into the reducing agent may comprise means for thermolysis and / or hydrolysis of the reducing agent precursor. If urea is used as the reducing agent precursor, in particular thermolysis of urea ((NH 2 ) 2 CO) to ammonia (NH 3 ) and isocyanic acid (HCNO) can take place here. In this example, hydrolysis involves the conversion of isocyanic acid (HCNO) and water to ammonia and carbon dioxide. (NH 2 ) 2 CO -> NH 3 + HCNO HCNO + H 2 O -> NH 3 + CO 2

Thermolyse und Hydrolyse können insbesondere auch in einem einzigen Bauteil, beispielsweise einem mit einer Hydrolysekatalysatorbeschichtung versehenen Wabenkörper ablaufen.thermolysis and hydrolysis can especially in a single component, for example a run off honeycomb body provided with a hydrolysis catalyst coating.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit sind Mittel zur Regeneration des Partikelabscheiders ausgebildet.According to one further advantageous development of the exhaust gas aftertreatment unit according to the invention are formed means for the regeneration of the Partikelabscheiders.

Unter der Regeneration des Partikelabscheiders wird im Rahmen dieser Erfindung insbesondere die Umsetzung der kohlenstoffhaltigen Partikel zu Kohlenmonoxid (CO) und/oder Kohlendioxid (CO2) verstanden. Die Mittel zur Regeneration des Partikelabscheiders können beispielsweise einen Oxidationskatalysator umfassen, vor dem Kohlenwasserstoffe, beispielsweise durch eine überstöchiometrische Befüllung zumindest eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine in den Abgas strom eingebracht werden. In oder an dem Oxidationskatalysator, der ebenfalls in Form einer entsprechend ausgebildeten Beschichtung auf einem Wabenkörper aufgebracht sein kann, erfolgt die exotherme Umsetzung und Oxidation der Kohlenwasserstoffe. Hierdurch heizt sich das Abgas auf, so dass auch der stromabwärts liegende Partikelabscheider 1.3) aufgeheizt wird. Ab einer bestimmten Grenztemperatur erfolgt bei Vorliegen von Sauerstoff eine Oxidation des Kohlenstoffs in den Partikeln und damit einer Regeneration des Partikelfilters. Eine weitere Möglichkeit der Regeneration besteht darin, als Mittel zur Regeneration Heizmittel auszubilden, die den Partikelfilter aufheizbar machen. So kann in bestimmten Regenerationsintervallen der Partikelfilter über die eben genannte Grenztemperatur aufgeheizt werden, um so die Umsetzung des Kohlenstoffs in Gang zu bringen. Weiterhin kann der Partikelabscheider 1.3) Mittel zur Regeneration umfassen, mittels derer eine Oberflächengleitentladung zur Förderung der Oxidation der Kohlenstoffpartikel gebildet werden kann. Zusätzlich zu allen oben genannten Möglichkeiten der Regeneration kann der Partikelabscheider eine entsprechende Beschichtung aufweisen, die die Temperatur senkt ab der eine Oxidation des Kohlenstoffs abläuft. Die oben angegebenen unterschiedlichen Mittel zur Regeneration des Partikelabscheiders können auch in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden.In the context of this invention, the regeneration of the particle separator is understood in particular to mean the reaction of the carbon-containing particles into carbon monoxide (CO) and / or carbon dioxide (CO 2 ). The means for regenerating the Partikelabscheiders may include, for example, an oxidation catalyst, before the hydrocarbons, for example, by an over-stoichiometric filling of at least one cylinder of the internal combustion engine into the exhaust gas stream introduced. In or on the oxidation catalyst, which may also be applied in the form of a correspondingly formed coating on a honeycomb body, the exothermic reaction and oxidation of the hydrocarbons takes place. As a result, the exhaust gas heats up, so that the downstream particle separator 1.3) is heated. From a certain limit temperature occurs in the presence of oxygen oxidation of the carbon in the particles and thus a regeneration of the particulate filter. Another way of regeneration is to form as a means of regeneration heating means that make the particulate filter heatable. Thus, in certain regeneration intervals of the particulate filter can be heated above the above-mentioned limit temperature, so as to bring the implementation of the carbon in motion. Furthermore, the particle separator 1.3) may comprise means for regeneration, by means of which a surface sliding discharge for promoting the oxidation of the carbon particles can be formed. In addition to all of the above-mentioned possibilities of regeneration, the particle separator can have a corresponding coating which lowers the temperature from which oxidation of the carbon takes place. The above-mentioned different means for regeneration of the Partikelabscheiders can also be combined with each other in an advantageous manner.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit umfassen die Mittel zur Regeneration des Partikelabscheiders Mittel zur Erzeugung eines Plasmas.According to a further advantageous embodiment of the exhaust gas aftertreatment according to the invention The means for regenerating the particle separator comprise means for generating a plasma.

Bevorzugt ist hierbei die Ausbildung eines nichtthermischen Plasmas, insbesondere einer nichtthermischen Oberflächengleitentladung. Hierunter wird insbesondere eine im Kontakt mit einer im Allgemeinen elektrisch isolierenden oder nur schwach leitfähigen Oberfläche brennende elektrischen Gasentladung zur Erzeugung eines nichtthermischen Plasmas unter weitgehender Vermeidung einer Gas aufheizung verstanden. Diese Oberflächengleitentladung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich, insbesondere abhängig vom Beladungszustand des Partikelabscheiders betrieben werden. In Bezug auf die Ausbildung des Partikelabscheiders, der Elektroden und/oder dem Betrieb des Plasmas wird auf die DE 100 57 862 C1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung aufgenommen wird.Preference is given to the formation of a non-thermal plasma, in particular a non-thermal surface sliding discharge. This is understood to mean, in particular, an electrical gas discharge burning in contact with a generally electrically insulating or only weakly conductive surface for producing a non-thermal plasma while largely avoiding gas heating. This surface sliding discharge can be operated continuously or discontinuously, in particular depending on the loading state of the particle separator. With regard to the formation of the particle separator, the electrodes and / or the operation of the plasma is on the DE 100 57 862 C1 whose disclosure content is hereby included in the disclosure of the present invention.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit umfasst der Partikelabscheider einen geschlossenen Partikelfilter. Unter einem geschlossenen Partikelfilter wird insbesondere ein Partikelfilter verstanden, bei dem mehrere Kanäle ausgebildet sind und bei dem das Abgas mindestens eine Wand zwischen diesen Kanälen durchströmen muss.According to one further advantageous embodiment of the exhaust gas aftertreatment unit according to the invention the particle separator comprises a closed particle filter. Under a closed particulate filter is in particular a particle filter understood, in which several channels are formed and wherein the exhaust gas at least one wall between these channels flow through got to.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit umfasst der Partikelabscheider Mittel zum elektrostatischen Abscheiden von Partikeln.According to one further advantageous embodiment of an exhaust gas aftertreatment unit according to the invention The particle separator comprises means for electrostatic precipitation of particles.

Insbesondere können hierbei Elektroden ausgebildet sein, die mit einer Gleichspannung oder einer niederfrequenten Wechselspannung, bevorzugt im Bereich von Frequenzen von weniger als 120 Hz, bevorzugt weniger als 90 Hz, besonders bevorzugt sogar von weniger als 10 Hz aufweisen. Mittels dieser Mittel können die Kohle umfassende Partikel aufgeladen werden und an der positiv geladenen Elektrode abgeschieden werden. Hierdurch kann es gleichzeitig zu einer Agglomeration der Partikel kommen, in dem mehrere Partikel aneinander haften.Especially can In this case, electrodes may be formed, which are connected to a DC voltage or a low-frequency AC voltage, preferably in the range of frequencies less than 120 Hz, preferably less than 90 Hz, more preferably even less than 10 Hz. By means of this Means can Charcoal particles are charged and positively charged charged electrode are deposited. This can be done simultaneously come to an agglomeration of particles in which several particles stick to each other.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Verminderung der Stickoxid- und Partikelemission einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst:

  • 8.1) Oxidation zumindest von Stickstoffinonoxid (NO),
  • 8.2) selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden (NOx) und darauf folgend
  • 8.3) Abscheidung zumindest eines Teils der Partikel im Abgas.
According to a further aspect of the invention, a method for reducing the nitrogen oxide and particle emission of an internal combustion engine is proposed, which comprises the following steps:
  • 8.1) Oxidation of at least Nitric Oxide (NO),
  • 8.2) selective catalytic reduction of nitrogen oxides (NO x ) and subsequently
  • 8.3) deposition of at least a portion of the particles in the exhaust gas.

Bevorzugt ist hierbei eine Verfahrensführung, bei der nach der Oxidation 8.1) und vor der selektiven katalytischen Reduktion 8.2) Reduktionsmittel zugeführt und/oder erzeugt wird. Bevorzugt wird hierbei ein stickstoffhaltiges Reduktionsmittel zugeführt und/oder erzeugt, insbesondere Ammoniak. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass ein Reduktionsmittelvorläufer zugeführt und zu Reduktionsmittel umgesetzt wird. Unter einem Reduktionsmittelvorläufer wird hier eine Verbindung verstanden, die Reduktionsmittel abspalten und/oder die in Reduktionsmittel umgewandelt werden kann. Ein möglicher Reduktionsmittelvorläufer für das Reduktionsmittel Ammoniak ist beispielsweise Harnstoff. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass der Partikelabscheider einen geschlossenen Partikelfilter umfasst.Prefers Here is a procedure, when after the oxidation 8.1) and before the selective catalytic Reduction 8.2) reducing agent and / or generated. Preferably, in this case, a nitrogen-containing reducing agent is supplied and / or produced, in particular ammonia. Particularly preferred here is that a reducing agent precursor supplied and converted to reducing agent. Under a reducing agent precursor is here understood a compound that split off reducing agents and / or which can be converted into reducing agents. A possible Reducing agent precursor for the Reducing agent Ammonia is, for example, urea. Especially in this case, it is preferable for the particle separator to be closed Particulate filter includes.

Weiterhin bevorzugt werden die abgeschiedenen Partikel zumindest teilweise umgesetzt. Unter einer zumindest teilweisen Umsetzung wird hier insbesondere eine zumindest teilweise Oxidation des in den Teilchen enthaltenen Kohlenstoffs verstanden. Weiterhin bevorzugt ist ein regenerierbarer Partikelabscheider. Hierbei werden die auf den Partikelabscheider abgeschiedenen Partikel umgesetzt, beispielsweise wie oben dargelegt.Farther Preferably, the deposited particles are at least partially implemented. Under an at least partial implementation will be here in particular an at least partial oxidation of the in the particles understood carbon contained. Further preferred is a regenerable particle separator. Here are the on the particle separator reacted particles deposited, for example, as set forth above.

Besonders bevorzugt ist hierbei eine Verfahrensführung, bei der die Umsetzung der Partikel und damit auch die Regeneration des Partikelabscheiders plasmaunterstützt erfolgt. Insbesondere kann hier die Umsetzung der Partikel bzw. die Regeneration des Partikelabscheiders auf dem Wege einer nichtthermischen Oberflächengleitentladung wie oben dargelegt erfolgen.Especially in this case, preference is given to a process procedure in which the reaction the particle and thus also the regeneration of the particle separator plasma-assisted he follows. In particular, here the implementation of the particles or the regeneration of the particle separator by way of a non-thermal surface creeping as stated above.

Besonders bevorzugt ist weiterhin ein Verfahren, bei dem die Partikelabscheidung zumindest teilweise durch ein elektrisches Feld zumindest unterstützt wird.Especially Preference is furthermore given to a process in which the particle separation at least partially supported by an electric field at least.

Eine solche elektrostatische Abscheidung oder auch eine Abscheidung, die auf einer niederfrequenten Wechselspannung beruht, kann in besonders vorteilhafter Weise auch mit einem so genannten offenen Partikelfilter oder Partikelabscheider kombiniert werden, der so ausgestaltet ist, dass das Abgas keine Wand zwischen zwei Kanälen durchströmen muss, sondern vielmehr gegebenenfalls auch ohne durch eine Wand zu strömen durch den Partikelabscheider hindurchströmen kann.A such electrostatic deposition or even a deposition, which is based on a low-frequency AC voltage, in particular advantageously also with a so-called open particle filter or particle separators are combined, which is designed that the exhaust gas does not have to flow through a wall between two channels, but rather, if necessary, without passing through a wall can flow through the particle separator.

Die hier im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit offenbarten Anwendungsmöglichkeiten, Vorteile und Details lassen sich in gleicher Weise auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen und anwenden und umgekehrt.The here in connection with the exhaust aftertreatment unit according to the invention disclosed applications, Advantages and details can be transferred in the same way to the inventive method and apply and vice versa.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der beigefügten Figur näher erläutert, ohne dass die Erfindung auf das dort gezeigte Ausführungsbeispiel sowie die dort offenbarten Vorteile und Details beschränkt wäre. Die einzige 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit 1. Diese umfasst einen Oxidationskatalysator 2, einen SCR-Katalysator 3 und einen Partikelabscheider 4. Die Abgasnachbehandlungseinheit 1 ist vom Abgas 5 einer nicht gezeigten Verbrennungskraftmaschine in einer Strömungsrichtung 6 durchströmbar. Erfindungsgemäß sind der Oxidationskatalysator 2, der SCR-Katalysator 3 und der Partikelabscheider 4 in Strömungsrichtung 6 hintereinander ausgebildet.In the following, the invention is on hand explained in more detail the accompanying figure, without the invention being limited to the embodiment shown there and the advantages and details disclosed there. The only 1 shows schematically an exhaust aftertreatment unit according to the invention 1 , This includes an oxidation catalyst 2 , an SCR catalyst 3 and a particle separator 4 , The exhaust aftertreatment unit 1 is from the exhaust 5 a not shown internal combustion engine in a flow direction 6 flow through. According to the invention, the oxidation catalyst 2 , the SCR catalyst 3 and the particle separator 4 in the flow direction 6 formed one behind the other.

Zwischen Oxidationskatalysator 2 und SCR-Katalysator 3 ist eine Reduktionsmittelzufuhr 7 ausgebildet. Diese umfasst Zufuhrmittel 8 zur Zuführung eines Reduktionsmittelvorläufers und Mittel 9 zur Umwandlung des Reduktionsmittelvorläufers in das Reduktionsmittel. Die Mittel 9 zur Umwandlung des Reduktionsmittelvorläufers zu Reduktionsmittel umfassen insbesondere einen Hydrolysekatalysator, auf welchem ein Reduktionsmittelvorläufer Harnstoff zu Ammoniak als Reduktionsmittel thermo- und/oder hydrolisiert wird. Stromabwärts des SCR-Katalysators 3 ist ein Sperrkatalysator 10 ausgebildet. Bei diesem wird eventuell durch den SCR-Katalysator 3 durchdringendes Reduktionsmittel umgesetzt. Insbesondere weist der Sperrkatalysator 10 eine Oxidationskatalysatorbeschichtung auf, die eine Oxidation des Reduktionsmittels bewirkt.Between oxidation catalyst 2 and SCR catalyst 3 is a reductant feed 7 educated. This includes supply means 8th for supplying a reducing agent precursor and means 9 for converting the reducing agent precursor into the reducing agent. The means 9 For converting the reducing agent precursor to reducing agent, in particular, include a hydrolysis catalyst on which a reducing agent precursor urea is thermally and / or hydrolyzed to ammonia as a reducing agent. Downstream of the SCR catalyst 3 is a barrier catalyst 10 educated. This may be due to the SCR catalyst 3 implemented penetrating reducing agent. In particular, the barrier catalyst 10 an oxidation catalyst coating which causes oxidation of the reducing agent.

Der Oxidationskatalysator 2, der SCR-Katalysator 3, die Mittel zur Umwandlung des Reduktionsmittelvorläufers zur Reduktionsmittel 9, der Sperrkatalysator 10 und/oder der Partikelabscheider 4 können in vorteilhafter Weise Wabenkörper umfassen, die durch Wände voneinander getrennte für ein Abgas durchströmbare Kanäle aufweise. Die Wabenkörper können insbesondere aus metallischen Lagen aufgebaut sein, die zumindest teilweise strukturiert sind, so dass die Lagen Kanäle begrenzen.The oxidation catalyst 2 , the SCR catalyst 3 , the means for converting the reducing agent precursor to the reducing agent 9 , the blocking catalyst 10 and / or the particle separator 4 may advantageously comprise honeycomb body, which have walls separated by walls for an exhaust gas flow through channels. The honeycomb bodies can in particular be constructed of metallic layers which are at least partially structured so that the layers limit channels.

Weiterhin ist ein Bypass 11 ausgebildet, mittels dem das Abgas 5 zumindest teilweise um den Oxidationskatalysator 2 herumströmen kann. Es sind Strömungsleitmittel 12 ausgebildet, mittels der der Anteil an Abgas, welcher durch den Bypass 11 strömt, gesteuert und/oder geregelt werden kann. Beispielsweise kann es sich bei den Strömungsleitmitteln 12 um eine bewegliche Klappe handeln. Hierbei wird der Anteil des Abgases 5, der durch den Bypass strömt, in Abhängigkeit von der Temperatur des SCR-Katalysators 3 gesteuert. Die Bypassströmung wird jeweils so eingestellt, dass vor dem SCR-Katalysator ein optimales Verhältnis des Gehalts an Stickstoffinonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) vorliegt, so dass die bei dieser SCR-Katalysatortemperatur ablaufenden SCR-Reaktionen wie oben beschrieben ein möglichst optimales Edukt-Verhältnis aufweisen, so dass eine möglichst vollständige Umsetzung der Stickoxide im Abgas 5 am SCR-Katalysator 3 erfolgt.Furthermore, there is a bypass 11 formed, by means of which the exhaust gas 5 at least partially around the oxidation catalyst 2 can flow around. They are flow directors 12 formed by means of the proportion of exhaust gas, which through the bypass 11 flows, can be controlled and / or regulated. For example, it may be at the flow guide 12 to act a movable flap. Here, the proportion of the exhaust gas 5 flowing through the bypass, depending on the temperature of the SCR catalyst 3 controlled. The bypass flow is adjusted in each case so that an optimal ratio of the content of nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) is present upstream of the SCR catalyst, so that the SCR reactions taking place at this SCR catalyst temperature as described above are as optimal as possible Have such a ratio, so that as complete as possible implementation of the nitrogen oxides in the exhaust gas 5 on the SCR catalyst 3 he follows.

Der Partikelabscheider 4 weist Mittel 13 zum elektrostatischen oder niederfrequenten Abscheiden von Partikeln aus dem Abgas 5 auf. In der Figur sind diese durch entsprechende Spannungsanschlüsse symbolisiert. Mittels einer elektrostatischen Abscheidung, welche durch die Mittel 13 zum elektrostatischen Abscheiden von Partikeln initiiert wird, können Partikel abgeschieden und agglomeriert werden. Unter einer niederfrequenten Abscheidung ist hier insbesondere auch eine Abscheidung zu verstehen, die auf einer niederfrequenten Wechselspannung beruht. Beispielsweise können hier Kanalwandungen im Partikelabscheider ausgebildet sein, die jeweils an entgegengesetzten Wänden unterschiedliche elektrische Potentiale aufweisen. Weiterhin weist der Partikelabscheider Mittel 14 zum Erzeugen eines Plasmas, insbesondere einer nichtthermischen Oberflächengleitentladung, auf. Durch dieses Plasmas können insbesondere Mittel zur Regeneration des Partikelabscheiders realisiert werden, bei denen eine Regeneration des Partikelabscheiders 4, also eine Umsetzung des Kohlenstoffs in den abgeschiedenen Partikeln, auf Grund der nichtthermischen Oberflächengleitentladungen erfolgt.The particle separator 4 has funds 13 for the electrostatic or low-frequency separation of particles from the exhaust gas 5 on. In the figure, these are symbolized by corresponding voltage connections. By means of an electrostatic precipitation, which by the means 13 For the electrostatic deposition of particles is initiated, particles can be deposited and agglomerated. A low-frequency deposition is to be understood here in particular as a deposition, which is based on a low-frequency AC voltage. For example, here channel walls may be formed in the particle separator, which have different electrical potentials on opposite walls. Furthermore, the particle separator means 14 for generating a plasma, in particular a non-thermal surface slip discharge. By means of this plasma, in particular means for regeneration of the particle separator can be realized, in which a regeneration of the particle separator 4 , Thus, an implementation of the carbon in the deposited particles, due to the non-thermal Oberflächengleitentladungen done.

Grundsätzlich kann die Regeneration des Partikelabscheiders 4, also die zumindest teilweise Umsetzung der Partikel die auf den Partikelabscheider 4 abgeschieden werden, kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Insbesondere vorteilhaft ist eine diskontinuierliche Regeneration, die abhängig vom Beladungszustand oder Abscheidungsgrad des Partikelabscheiders 4 arbeitet.Basically, the regeneration of the particle separator 4 , So the at least partial implementation of the particles on the particle separator 4 be deposited, carried out continuously or discontinuously. Particularly advantageous is a discontinuous regeneration, which depends on the loading state or degree of separation of Partikelabscheiders 4 is working.

Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit 1 ebenso wie das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen in vorteilhafter Weise die Verringerung der Stickoxid- und Partikelemissionen einer Verbrennungskraftmaschine.The exhaust aftertreatment unit according to the invention 1 as well as the inventive method advantageously allow the reduction of nitrogen oxide and particulate emissions of an internal combustion engine.

11
Abgasnachbehandlungseinheitexhaust gas treatment unit
22
Oxidationskatalysatoroxidation catalyst
33
SCR-KatalysatorSCR catalyst
44
Partikelabscheiderparticle
55
Abgasexhaust
66
Strömungsrichtungflow direction
77
ReduktionsmittelzufuhrReductant delivery
88th
Zufuhrmittelsupply means
99
Mittel zur Umwandlung des Reduktionsmittelvorläufers in Reduktionsmittelmedium for converting the reducing agent precursor into reducing agent
1010
Sperrkatalysatorblocking catalytic converter
1111
Bypassbypass
1212
Strömungsleitmittelflow guide
1313
Mittel zum elektrostatischen Abscheiden von Partikelnmedium for electrostatic precipitation of particles
1414
Mittel zum Erzeugen eines Plasmasmedium for generating a plasma

Claims (16)

Abgasnachbehandlungseinheit (1), die in einer Strömungsrichtung (6) durchströmbar ist, umfassend in Strömungsrichtung (6) hintereinander die folgenden Komponenten: 1.1) einen Oxidationskatalysator (2) zumindest zur Oxidation von Stickstoffinonoxid (NO), 1.2) einen SCR-Katalysator (3) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (NOx) und 1.3) einen Partikelabscheider (4).Exhaust aftertreatment unit ( 1 ), which in a flow direction ( 6 ) is flowed through, comprising in the flow direction ( 6 ) successively the following components: 1.1) an oxidation catalyst ( 2 ) at least for the oxidation of nitric oxide (NO), 1.2) an SCR catalyst ( 3 ) for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (NO x ) and 1.3) a particle separator ( 4 ). Abgasnachbehandlungseinheit (1) nach Anspruch 1, bei der zwischen Oxidationskatalysator (2) und SCR-Katalysator (3) eine Reduktionsmittelzufuhr (7) ausgebildet ist.Exhaust aftertreatment unit ( 1 ) according to claim 1, wherein between oxidation catalyst ( 2 ) and SCR catalyst ( 3 ) a reducing agent supply ( 7 ) is trained. Abgasnachbehandlungseinheit (1) nach Anspruch 2, bei der die Reduktionsmittelzufuhr (7) Zufuhrmittel (8) für einen Reduktionsmittelvorläufer und Mittel (9) zur Umwandlung des Reduktionsmittelvorläufers in das Reduktionsmittel ausgebildet sind.Exhaust aftertreatment unit ( 1 ) according to claim 2, wherein the reducing agent supply ( 7 ) Feeding means ( 8th ) for a reducing agent precursor and agent ( 9 ) are formed for converting the reducing agent precursor into the reducing agent. Abgasnachbehandlungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Mittel (14) zur Regeneration des Partikelabscheiders (4) ausgebildet sind.Exhaust aftertreatment unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which means ( 14 ) for the regeneration of the particle separator ( 4 ) are formed. Abgasnachbehandlungseinheit (1) nach Anspruch 4, bei der die Mittel (14) zur Regeneration des Partikelabscheiders (4) Mittel zur Erzeugung eines Plasmas umfassen.Exhaust aftertreatment unit ( 1 ) according to claim 4, wherein the means ( 14 ) for the regeneration of the particle separator ( 4 ) Comprise means for generating a plasma. Abgasnachbehandlungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Partikelabscheider (4) einen geschlossenen Partikelfilter umfasst.Exhaust aftertreatment unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the particle separator ( 4 ) comprises a closed particle filter. Abgasnachbehandlungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Partikelabscheider (4) Mittel (13) zum elektrostatischen Abscheiden von Partikeln umfasst.Exhaust aftertreatment unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the particle separator ( 4 ) Medium ( 13 ) for the electrostatic precipitation of particles. Verfahren zur Verminderung der Stickoxid- und Partikelemissionen einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend die folgenden Schritte: 8.1) Oxidation zumindest von Stickstoffmonoxid (NO), 8.2) selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden (NOx) und darauf folgend 8.3) Abscheidung zumindest eines Teils der Partikel im Abgas.A method for reducing the nitrogen oxide and particulate emissions of an internal combustion engine, comprising the following steps: 8.1) oxidation of at least nitrogen monoxide (NO), 8.2) selective catalytic reduction of nitrogen oxides (NO x ) and subsequently 8.3) deposition of at least a portion of the particles in the exhaust gas , Verfahren nach Anspruch 8, bei dem nach der Oxidation und vor der selektiven katalytischen Reduktion Reduktionsmittel zugeführt und/oder erzeugt wird.The method of claim 8, wherein after the oxidation and reducing agents before the selective catalytic reduction supplied and / or generated. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ein Reduktionsmittelvorläufer zugeführt und zu Reduktionsmittel umgesetzt wird.The method of claim 9, wherein a reducing agent precursor is supplied and is converted to reducing agent. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem Schritt 8.3) in einem Partikelabscheider (4) ausgeführt wird.Method according to one of claims 8 to 10, wherein step 8.3) in a particle separator ( 4 ) is performed. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Partikelabscheider (4) einen geschlossenen Partikelfilter umfasst.Process according to claim 11, wherein the particle separator ( 4 ) comprises a closed particle filter. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem die abgeschiedenen Partikel zumindest zeitweise umgesetzt werden.Method according to one of claims 8 to 12, wherein the deposited Particles are at least temporarily implemented. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem der Partikelabscheider (4) regenerierbar ist.Method according to one of claims 11 to 13, wherein the particle separator ( 4 ) is regenerable. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem die Umsetzung der Partikel plasmaunterstützt erfolgt.Method according to one of claims 13 or 14, in which the Implementation of the particles is plasma assisted. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, bei dem die Partikelabscheidung zumindest teilweise durch ein elektrisches Feld zumindest unterstützt wird.Method according to one of claims 8 to 15, wherein the particle deposition at least partially supported by an electric field at least.
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