Abgasreinigungsanlagen dieser Art werden insbesondere zur Abgasreinigung bei Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren ver- wendet und sind z. B. in den Offenlegungsschriften EP 0 802 315 A2 und WO 97/17532 A1 beschrieben. Sie beinhalten einen Stickoxidreduktionskatalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von im emittierten Abgas der Verbrennungsquelle enthaltenen Stickoxiden unter Verwendung von Ammoniak als Reduktionsmittel, abgekürzt als SCR-Verfahren bezeichnet.

Um den Ammoniak oder ein Vorläuferprodukt nicht als Vorrat in einem Tank bereithalten zu müssen, ist dem Stickoxidre- duktionskatalysator ein Ammoniakerzeugungskatalysator vor- geschaltet, der den benötigten Ammoniak unter Verwendung von Bestandteilen wenigstens eines Teils des von der Ver- brennungsquelle emittierten Abgases während entsprechender Am- moniakerzeugungs-Betriebsphasen intern erzeugt, speziell durch eine Synthesereaktion von Wasserstoff und Stickstoff- monoxid. In diesen Ammoniakerzeugungs-Betriebsphasen wird für das dem Ammoniakerzeugungskatalysator zugeführte Abgas ein fettes Luftverhältnis eingestellt, um ausreichend Was- serstoff zur Verfügung zu haben. Unter fettem und magerem Luftverhältnis, auch Lambdawert genannt, wird hierbei wie üblich eine von der stöchiometrischen Zusammensetzung in Richtung kraftstoffreich bzw. sauerstoffreich abweichende Zusammensetzung des Abgases bzw. des zugehörigen, in der Verbrennungsquelle verbrannten Brennstoffgemischs verstan- den. Dabei wird unter anderem schon aus Kraftstoffver- brauchsgründen angestrebt, die Verbrennungsquelle möglichst viel im Magerbetrieb und möglichst wenig im Fettbetrieb zu betreiben, z. B. dadurch, daß längere Magerbetriebsphasen mit kurzzeitigen Fettbetriebsphasen abwechseln oder im Fall einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine nur ein Teil der Zylinder bevorzugt ebenfalls nur zeitweise fett, die übri- gen Zylinder dagegen kontinuierlich mager betrieben werden.

Als Ammoniakerzeugungskatalysator wird üblicherweise ein Dreiwegekatalysator eingesetzt, der als Katalysatormaterial z. B. Pt und/oder Rh auf einem Y-Al2O3-Trager beinhaltet, das geeignet ist, die Synthesereaktion von Wasserstoff und Stickstoffmonoxid zu Ammoniak zu katalysieren. Es zeigt sich jedoch, daß ohne weitere Maßnahmen die Selektivität für eine effektive Ammoniakbildung durch diese Synthesere- aktion erst bei ausreichend hoher Temperatur in der Größen- ordnung ab etwa 250°C bis 300°C gegeben ist. Dies liegt vor allem daran, daß die Selektivität dieser katalytischen Am- moniaksynthesereaktion erst ab dieser Temperatur auf einen für die Praxis brauchbaren Wert ansteigt.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel- lung einer Abgasreinigungsanlage der eingangs genannten Art zugrunde, bei der im Ammoniakerzeugungskatalysator Ammoniak auch schon bei relativ niedrigen Temperaturen unterhalb von etwa 250°C bis 300°C in nennenswerten Mengen synthetisiert werden kann und als Reduktionsmittel zur Stickoxidreduktion zur Verfügung steht.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Abgasreinigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Anlage beinhaltet charakteristischerweise einen dem Ammoniakerzeugungskatalysator vorgeschalteten Plasmage- nerator. Von diesem wird wenigstens zeitweise während der Ammoniakerzeugungs-Betriebsphasen ein Plasma generiert, durch welches das anschließend dem Ammoniakerzeugungskata- lysator zugeführte Abgas hindurchgeleitet wird. Die Plasma- erzeugungsparameter werden dabei so eingestellt, daß aus Bestandteilen des hindurchgeleiteten Abgases reaktive Teil- chen, wie H-, OH-und/oder 02H-Radikale, gebildet werden, welche die Ammoniakerzeugungsreaktion im Ammo- niakerzeugungskatalysator fördern. Damit kann speziell im niedrigen Temperaturbereich, in welchem die Ammoniaksynthe- sereaktion aus den Abgasbestandteilen ohne weitere Hilfs- mittel nicht effektiv abläuft, bereits Ammoniak in merkli- cher Menge intern erzeugt werden, der dann zur Stickoxidre- duktion zur Verfügung steht. Eine externe Zudosierung von Ammoniak oder eines Vorläuferprodukts in diesen Zeiträumen mit relativ niedriger Ammoniakerzeugungskatalysatortempera- tur kann daher im allgemeinen entfallen, ohne daß auf eine effektive, ammoniakbasierte Stickoxidreduktion verzichtet werden muß.

Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Abgasreinigungs- anlage sind Mittel zur Erfassung der Ammoniakerzeugungska- talysatortemperatur und eine Plasmasteuereinheit dergestalt vorgesehen, daß während der Ammoniakerzeugungs- Betriebsphasen das Plasma zur Erzeugung reaktiver Teilchen genau in den Zeiträumen bereitgestellt wird, in denen die Temperatur des Ammoniakerzeugungskatalysators unterhalb ei- nes vorgebbaren Temperaturschwellwertes liegt. Dieser ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß bei Temperaturen über dem Schwellwert eine effektive Ammoniaksynthese im Ammoniaker- zeugungskatalysator auch ohne die plasmatechnisch erzeugten reaktiven Teilchen bewirkt wird. In einer weiteren, bevor- zugten Ausgestaltung dieser Maßnahme ist die betreffende Plasmasteuereinheit auf einen Temperaturschwellwert zwi- schen 200°C und 300°C ausgelegt, vorzugsweise auf einen solchen von etwa 250°C. Es zeigt sich, daß unterhalb dieses Temperaturbereichs eine effektive plasmagestützte Ammoniak- synthese und oberhalb dieses Temperaturbereichs eine effek- tive Ammoniaksynthese schon ohne zusätzliche Plasmaaktivie- rung bewirkt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockdiagramm ei- ner Brennkraftmaschine mit zugeordneter Abgasreinigungsan- lage.

Die gezeigte Abgasreinigungsanlage dient zur Reinigung des Abgases einer Verbrennungsquelle in Form eines Vierzylin- der-Verbrennungsmotors 1, wie er insbesondere in Kraftfahr- zeugen als überwiegend mager betriebene Brennkraftmaschine einsetzbar ist. Von den vier Zylindern 2a bis 2d sind ein erster und zweiter Zylinder 2a, 2b parallel an einen ersten Abgasleitungszweig 3a und ein dritter und vierter Zylinder 2c, 2d an einen zum ersten parallelen zweiten Abgaslei- tungszweig 3b angeschlossen. Beide Abgasleitungszweige 3a, 3b münden gemeinsam in einen Stickoxidreduktionskatalysator 4. Im zweiten Abgasleitungszweig 3b ist stromaufwärts des Stickoxidreduktionskatalysators 4 ein Ammo- niakerzeugungskatalysator 5 angeordnet. Dieser kann z. B. von einem Dreiwegekatalysator gebildet sein, der ein Pt- und/oder Rh-Katalysatormaterial auf einem 7-Al203- Trägermaterial beinhaltet, das in der Lage ist, bei ausrei- chend hoher Temperatur die Synthese von Ammoniak aus Was- serstoff und Stickstoffmonoxid gemäß der Reaktionsgleichung 5/2-H2 + NO < NH3 + H20 zu katalysieren. Wenn keine anderweitigen Maßnahmen getrof- fen werden, läßt sich damit Ammoniak bei Temperaturen von mindestens etwa 250°C bis 300°C mit ausreichender Selekti- vität synthetisieren. Der Ammoniak kann dann im Stickoxi- dreduktionskatalysator 4 als Stickoxidreduktionsmittel ein- gesetzt werden.

Um auch bei niedrigeren Temperaturen unterhalb von etwa 250°C bis 300°C schon merkliche Mengen an Ammoniak zur Stickoxidreduktion bereitstellen zu können, ist dem Ammoni- akerzeugungskatalysator 5 im zweiten Abgasleitungszweig 3b ein Plasmagenerator 6 vorgeschaltet. Mit dem Plasmagenera- tor 6 kann an der betreffenden Stelle im zweiten Abgaslei- tungszweig 3b ein Plasma gezündet werden, durch welches das vom dritten und vierten Zylinder 2c, 2d der Brennkraftma- schine 1 emittierte, über den zweiten Abgasleitungszweig 3b geführte Abgas vor Erreichen des Ammoniakerzeugungskataly- sators 5 hindurchgeleitet wird. Die Plasmaparameter werden so gewählt, daß aus im durchströmenden Abgas enthaltenen Bestandteilen reaktive Teilchen, insbesondere Radikale, ge- bildet werden, welche die Ammoniaksynthesereaktion im nach- folgenden Ammoniakerzeugungskatalysator 5 begünstigen, wie H-, OH-und O2H-Radikale. Der Plasmagenerator 6 wird von einer Plasmasteuereinheit angesteuert, die im gezeigten Beispiel von einem Motorsteuergerät 7 gebildet ist, das zu- sätzlich die Brennkraftmaschine 1 und die übrigen Komponen- ten der Abgasreinigungsanlage nach herkömmlichen Steue- rungsprinzipien steuert.

Dabei kann der Plasmagenerator 6 von der Plasmasteuerein- heit 7 in Abhängigkeit von der Temperatur des Ammoniaker- zeugungskatalysators 5 gesteuert werden. Zur Erfassung der Ammoniakerzeugungskatalysatortemperatur ist im zweiten Ab- gasleitungszweig 3b zwischen Plasmagenerator 6 und Ammonia- kerzeugungskatalysator 5 ein Temperatursensor 8 vorgesehen, der die Temperatur des dortigen Abgasstroms mißt, die ein eindeutiges Maß für die Temperatur des von diesem Ab- gasstrom aufgeheizten Ammoniakerzeugungskatalysators 5 ist.

Es versteht sich, daß alternativ die Ammoniakerzeugungska- talysatortemperatur auch auf andere Weise erfaßt werden kann, z. B. durch einen Temperatursensor direkt im Ammonia- kerzeugungskatalysator 5 oder durch eine indirekte Abga- stemperaturbestimmung aus den Betriebsparametern der Brenn- kraftmaschine 1.

Mit dem gezeigten Aufbau läßt sich folgende vorteilhafte Betriebsweise für die Brennkraftmaschine 1 und die zugehö- rige Abgasreinigungsanlage realisieren. Die Brennkraftma- schine 1 wird schon aus Kraftstoffverbrauchsgründen mög- lichst viel im Magerbetrieb gefahren. Dazu können die bei- den ersten Zylinder 2a, 2b kontinuierlich mit magerem Luft/Kraftstoff-Gemisch, d. h. mit Luft/Kraftstoff- Verhaltnissen als der stöchiometrische Wert eins, betrieben werden. Dementsprechend liegt das Luftverhältnis des von diesen beiden Zylindern 2a, 2b in den ersten Ab- gasleitungszweig 3a emittierten Abgases über dem stöchiome- trischen Wert eins. Eine solche Abgaszusammensetzung weist neben überschüssigem Sauerstoff in der Regel auch eine er- höhte Menge an Stickoxiden auf. Um diese im Stickoxidreduk- tionskatalysator 4 wirksam durch selektive katalytische Re- duktion mit Ammoniak als Reduktionsmittel umsetzen zu kön- nen, wird über den zweiten Abgasleitungszweig 3b der benötigte Ammoniak im laufenden Betrieb erzeugt.

Dazu werden der dritte und vierte Zylinder 2c, 2d wenig- stens zeitweise in entsprechenden Ammoniakerzeugungs- Betriebsphasen mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Gemisch be- trieben. Dementsprechend liegt das Luftverhältnis X des von diesen Zylindern 2c, 2d in den zweiten Abgasleitungszweig 3b emittierten Abgases unter dem stöchiometrischen Wert eins. Eine solche Abgaszusammensetzung enthält neben unver- brannten Kohlenwasserstoffen zusätzlich auch Wasserstoff und eine gewisse Menge Stickoxide. Je nach der anhand einer Abgastemperaturmessung durch den Temperatursensor 8 oder auf andere Weise ermittelten Temperatur im Ammoniakerzeu- gungskatalysator 5 wird der Plasmagenerator 6 ein-und aus- geschaltet.

Speziell bleibt der Plasmagenerator 6 abgeschaltet, solange die Ammoniakerzeugungskatalysatortemperatur über einem vor- gegebenen Temperaturschwellwert liegt, der vorzugsweise auf ca. 250°C, allgemein auf einen geeigneten Wert z. B. im Be- reich zwischen 200°C und 300°C festgesetzt wird. Der je- weils fallabhängig am besten geeignete Temperatursollwert kann an der Plasmasteuereinheit eingestellt werden. In die- sem höheren Temperaturbereich durchquert der angefettete Abgasstrom im zweiten Abgasleitungszweig 3b unbeeinflußt den Plasmagenerator 6 und gelangt in den Ammoniakerzeu- gungskatalysator 5, in welchem aus den Abgasbestandteilen Wasserstoff und Stickstoffmonoxid gemäß der obigen Synthe- sereaktion Ammoniak erzeugt wird. Bei diesen Temperaturen von mehr als etwa 250°C bis 300°C läuft die Synthesereakti- on mit hoher Selektivität unter der katalytischen Wirkung des dortigen Katalysatormaterials und damit sehr effektiv ab. Der erzeugte Ammoniak gelangt mit dem Abgasstrom des zweiten Abgasleitungszweiges 3b zum Stickoxidreduktionska- talysator 4, wo er als Reduktionsmittel zur selektiven ka- talytischen Reduktion der Stickoxide wirkt, die in den bei- den, dem Stickoxidreduktionskatalysator 4 zugeführten Abga- steilströmen der parallelen Abgasleitungszweige 3a, 3b enthalten sind. Bei dieser Reduktionsreaktion werden die Stickoxide zu Stickstoff unter Bildung von Wasser redu- ziert.

Wenn während der Ammoniakerzeugungs-Betriebsphase die Ammo- niakerzeugungskatalysatortemperatur unterhalb des vorgege- benen Schwellwertes liegt, wird der Plasmagenerator 6 durch die Plasmasteuereinheit 7 aktiv betrieben. Das vom dritten und vierten Zylinder 2c, 2d in den zweiten Abgasleitungs- zweig 3b emittierte Abgas durchquert dann im Plasmagenera- tor 6 das gezündete Plasma, wodurch die erwähnten reaktiven Teilchen, vor allem H-, OH-und/oder 02H-Radikale, gebildet werden, die mit dem Abgasstrom zum Ammoniakerzeugungskata- lysator 5 gelangen und dort bewirken, daß die Ammoniaksyn- thesereaktion trotz der bei diesen niedrigen Temperaturen noch niedrigen Selektivität bezüglich Ammoniakbildung schon in einem Maß abläuft, das zur Bereitstellung einer für die nachfolgende Stickoxidreduktion im Stickoxidreduktionskata- lysator 4 genügenden Ammoniakmenge ausreicht. Sobald dann durch den weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine 1 die Ab- gastemperatur über den Temperaturschwellwert ansteigt, schaltet die Plasmasteuereinheit 7 den Plasmagenerator 6 ab.

Je nach Anwendungsfall wechseln beim Betrieb des dritten und vierten Zylinders 2c, 2d und der zugehörigen Abgasrei- nigungskomponenten im zweiten Abgasleitungszweig 3b die be- schriebenen Ammoniakerzeugungs-Betriebsphasen, in denen ei- ne fette Abgaszusammensetzung für das den Ammoniakerzeu- gungskatalysator 5 durchströmende Abgas eingestellt wird, mit Magerbetriebsphasen ab, in denen diese beiden Zylinder 2c, 2d mit magerem Luft/Kraftstoff-Gemisch betrieben wer- den, oder es erfolgt kontinuierlich der beschriebene Ammo- niakerzeugungsbetrieb. Wenn der dritte und der vierte Zy- linder 2c, 2d wenigstens zeitweise auch im Magerbetrieb ge- fahren werden, hält die Plasmasteuereinheit 7 den Plasmagenerator 6 in diesen Magerbetriebsphasen abgeschal- tet. Der nachgeschaltete Dreiwegekatalysator 5 dient wäh- rend der Magerbetriebsphasen nicht primär der Ammoniaksyn- these, sondern erfüllt vorrangig seine für einen Dreiwege- katalysator übliche Abgasreinigungsfunktion zur Reinigung eines mageren Abgasstroms. Ein solcher zeitweiser Magerbe- trieb des in Fettbetriebsphasen Ammoniak erzeugenden Sy- stemteils ist insbesondere dann möglich, wenn eine Ammoni- akspeicherkomponente vorhanden ist, z. B. dadurch, daß der Ammoniakerzeugungskatalysator 5 oder der Stickoxidredukti- onskatalysator 4 eine gewissen Ammoniakspeicherfähigkeit besitzen oder ein zusätzlicher Ammoniakspeicher, z. B. in Form eines Ammoniakadsorptionskatalystors, zwischen dem Am- moniakerzeugungskatalysator 5 und dem Stickoxidreduktions- katalysator 4 angeordnet ist. In diesem Fall wird das Sy- stem so ausgelegt, daß der ammoniakerzeugende Systemteil in den Ammoniakerzeugungs-Betriebsphasen mehr Ammoniak erzeugt als zur gleichen Zeit für die Stickoxidreduktion benötigt wird, so daß der überschüssige Ammoniak zwischengespeichert werden kann und in einer anschließenden Magerbetriebsphase des ammoniakerzeugenden Systemteils zur kontinuierlichen Stickoxidreduktion zur Verfügung steht.

Als eine weitere Variante kann in herkömmlicher Weise ein Systembetrieb mit wechselnden Stickoxidadsorptions-und Stickoxiddesorptionsphasen vorgesehen sein, wozu die Abgas- reinigungsanlage dann wenigstens einen entsprechenden Stickoxidadsorber an geeigneter Stelle im Abgasstrang auf- weist, z. B. vor oder hinter dem Ammoniakerzeugungskatalysa- tor 5 oder in einem zu dessen Abgasleitungszweig parallelen Abgasleitungszweig.

Es versteht sich, daß sich die erfindungsgemäße Kombination von Ammoniakerzeugungskatalysator und vorgeschaltetem, ab- gastemperaturabhängig steuerbarem Plasmagenerator außer fur das gezeigte Beispiel auch für Systeme mit einer anderen instationären oder stationären Verbrennungsquelle mit zuge- hörigem, aus einem oder mehreren parallelen Teilsträngen bestehendem Abgasstrang anwenden läßt. Des weiteren ver- steht sich, daß die Abgasreinigungsanlage in nicht gezeig- ter Weise je nach Bedarf weitere herkömmliche Abgasreini- gungskomponenten beinhalten kann.

In allen Fällen ermöglicht es die Erfindung, wie anhand der oben erwähnten Beispiele deutlich wird, im Abgas einer Brennkraftmaschine oder einer beliebigen anderen instatio- nären oder stationären Verbrennungsquelle enthaltene Stickoxide durch selektive katalytische Reduktion mit in- tern erzeugtem Ammoniak als Reduktionsmittel in einem brei- ten Abgastemperaturbereich zwischen etwa 200°C und etwa 500°C oder allgemeiner zwischen etwa 150°C und etwa 700°C umzusetzen, wobei es in der Regel nicht notwendig ist, Am- moniak oder ein Vorlauferprodukt, wie z. B. Harnstoff, in einem Vorratstank bereitzuhalten.