Aus der WO 00/29727 ist bekannt, Kraftstoff vor dem nachmotorischen Einbringen in den Abgastrakt mit einem Plasma zu behandeln.

Aus der WO 00/50743 ist eine Anordnung zur Erzeugung eines Plasmas bekannt, die ähnlich einer konventionellen Zündkerze funktioniert und bei der ein elektrisches Signal im Kilohertzbereich angelegt wird.

Ebenso beschreibt der Artikel"Aftertreatment of Diesel Vehicle Emissions Using Com- pact Plasmatron Fuel Converter-Catalyst Systems"von L. Bromberg, D. R. Cohn und A.

Rabinovich, Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA, vom Dezember 1999 (siehe http ://www. psfc. mit. edu/library/OOrr/OORR001/OORR001 full. pd f die Anregung eines Plasmas mittels eines Lichtbogens.

Bei der Anwendung einer konventionellen Zündkerze bzw. eines Lichtbogens besteht der Nachteil, dass entstehende Funken, in denen sich ein Plasma bilden kann, sich selbst ein- schnüren und damit lediglich dünne Bereiche darstellen, in denen eine partielle Oxidation der Kohlenwasserstoffe erfolgen kann. Darüber hinaus benötigen derartige Anordnungen viel elektrische Energie. Funken belasten die verwendeten Bauteile stark und setzen sie einem raschen Alterungsprozess aus. Darüber können Funken bzw. Bogenentladungen ausgeblasen werden, sodass nicht immer eine kontinuierlicher und sicherer Betrieb ge- währleistet ist.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kenn- zeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, ein energetisch günstiges Verfahren zur Abgasnachbehandlung, insbesondere zur selekti- ven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in Abgasen, bereitzustellen. Darüber hinaus unterliegt eine erfindungsgemäße Vorrichtung vergleichsweise geringen Verschleißer- scheinungen, stellt also eine robuste Anordnung dar.

Als weiterer Vorteil ist anzusehen, dass ein Hochfrequenzplasma einen größeren Raum einnimmt und damit einen größeren Wirkungsquerschnitt bei der Behandlung eines Hilfsmittels aufweist als lokal begrenzte Funkenentladungen bzw. Lichtbogenentladun- gen. Darüber hinaus kann ein Hochfrequenzplasma nicht durch Hereinströmen des Hilfsmittels ausgeblasen werden, wie es bei einem elektrischen Funken unter Umständen der Fall sein kann. Neben einem geringen Elektrodenverschleiß in Vergleich zu Funken- entladungen ist vorteilhaft, dass eventuell sich ablagernde Verunreinigungen in einem Brennraum automatisch abgebrannt werden, da die Anordnung derart ausgeführt sein kann, dass das Plasma mehr oder weniger den gesamten Brennraum erfüllt. Des weiteren erweist sich als Vorteil, dass im Vergleich zu einer Funkenzündung die Brenndauer exakt steuerbar ist. Ferner ist eine erfindungsgemäß vorgesehene Wellenleiterstruktur in einfa- cher Weise exakt skalierbar ; insbesondere das Vorsehen eines Resonators gewährt eine Skalierbarkeit bzw. eine platzsparende Miniaturisierung. Dies kann durch Wahl der Fre- quenz-und damit der Wellenlänge in der Wellenleiterstruktur-erzielt werden, die in ei-

nem bestimmten Verhältnis zu den geometrischen Abmessungen des Wellenleiters stehen muss (zum Beispiel S/4-Koaxialresonator). Desweiteren ist eine Hochfrequenzzündvor- richtung mit Wellenleiterstruktur flexibel handhabbar, insbesondere kann die Flammgrö- ße jederzeit über eine entsprechende Einstellung des Zündvolumens auf den zur Erzeu- gung partiell oxidierte Kohlenwasserstoffe optimalen Wert eingestellt werden. Auch ist in einfacher Weise ein optimaler Wirkungsquerschnitt zwischen Plasma und strömendem Kraftstoff-Luft-Gemisch in einfacher Weise einstellbar, wodurch sich insgesamt eine ho- he Sicherheit im Anregen und Betreiben des Plasmas zur Erzeugung partiell oxidierte Kohlenwasserstoffe ergibt.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Verfahren bzw. Vorrichtung möglich. Vorteilhaft ist insbesondere die Verwendung einer koaxialen Wellenleiterstruktur, weil damit-neben einer kompakten Bauweise-die In- tegration der Leistungserzeugung in die Koaxialstruktur mit günstigen Eigenschaften hin- sichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit erzielt werden kann.

Werden Frequenzen des hochfrequenten elektrischen Signals in einem Bereich zwischen 100 Megahertz und einigen Gigahertz (10 GHz), vorzugsweise in einem Bereich zwi- schen 800 Megahertz und 3 Gigahertz, gewählt, so wird in vorteilhafter Weise eine äu- ßerst kompakte Baugröße erreicht.

Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Frequenz im ISM-Frequenzband liegt, d. h. in ei- nem Frequenzbereich um einen Wert von 2,45 GHz mit einer Bandbreite von beispiels- weise +/-75 MHz. Das ISM-Band (="Industrial Scientific Medical Band") stellt einen frei verfügbaren Frequenzbereich dar und gewährleistet darüber hinaus eine kleine Bau- größe.

Es erweist sich insbesondere als vorteilhaft, das Hilfsmittel nachmotorisch in den Abgas- trakt einzuführen und das Hilfsmittel vor der Zufuhr in den Abgastrakt mittels eines Plasmas zu behandeln. Dadurch muss das Plasma keine Abgasbestandteile chemisch um- setzen, wodurch nur unnötig Energie absorbiert und dem Abgasstrom nur ein zusätzlicher Strömungswiderstand entgegengesetzt würde.

Weitere Vorteile ergeben sich aus in den weiteren abhängigen Ansprüchen und in der Be- schreibung genannten Merkmalen.

Zeichnung Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung, Figur 2 einen Hochfrequenzplasmareaktor und Figur 3 eine Hochfrequenzzündvorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2, deren mit einer Brennkraftma- schine 1 verbundene Abgasleitung 5 zu einer Abgasreinigungsanlage 10 führt, die als Katalysatoranordnung zur selektiven katalytischen Reduktion und/oder als Partikelfilter ausgebildet ist. Ein mit einem Hilfsmittel zur Abgasnachbehandlung versorgbarer Hochfrequenzplasmareaktor 15 weist eine Gasauslassleitung 17 auf, die über eine Do- siereinrichtung 19, insbesondere über ein Ventil, in die Abgasleitung 5 zwischen der Brennkraftmaschine 1 und der Abgasreinigungsanlage 10 mündet.

In dem Hochfrequenzplasmareaktor 15 werden unter Einbringung hochfrequenter elektri- sche Energie im Megahertzbereich ein an partiell oxidierten Kohlenwasserstoffen (HC) reiches Gas durch die teilweise Verbrennung eines Diesel-Luft-Gemischs in einem Hoch- frequenzplasma erzeugt. Das mit partiell oxidierten Kohlenwasserstoffen angereicherte Gas wird über die Gasauslassleitung 17 und die Dosiereinrichtung 19 in den Abgasstrang hinter der Brennkraftmaschine 1 eingeführt, um in der nachgeordneten Abgasreinigungs- anlage 10 eine Unterstützung eines kohlenwasserstoffbasierten Verfahrens zur selektiven katalytischen Reduktion (HC-SCR-Verfahren) bzw. einer Partikelfilterung in einem in der Abgasreinigungsanlage 10 enthaltenen Partikelfilter zu gewährleisten. Daneben wird im Hochfrequenzplasmareaktor auch Wasserstoff und Kohlenmonoxid erzeugt, die auf-

grund ihrer hohen Reduktionsfähigkeit in besonderem Maße geeignet sind, Stickoxide zu Stickstoff zu reduzieren. Aufgrund der stark exothermen Oxidation von Wasserstoff zu Wasser und von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid sind Wasserstoff und Kohlemnonoxid insbesondere auch dazu geeignet, einen Katalysator schnell zu erwärmen.

Figur 2 zeigt eine spezielle Ausführungsform 150 eines Hochfrequenzplasmareaktors mit einem Brennraum 151, der auf einer Seite Einlassleitungen 156 zur Zufuhr eines Kraft- stoff-Luft-Geschmischs und auf der gegenüberliegenden Seite die bereits in der Figur 1 beschriebene Gasauslassleitung 17 aufweist. Auf der Seite der Einlassleitungen 156 ragt eine Hochfrequenzzündvorrichtung 154 mit ihrem Zündstift 207a in den Brennraum 151 hinein. Die Hochfrequenzzündvorrichtung 154 wird über eine Ansteuerleitung 153 mit- tels einer Hochfrequenzgeneratoranordnung 152 mit hochfrequenter elektrischer Energie im Megahertzbereich versorgt. Der Mündungsbereich 158 der Einlassleitungen 156 ist relativ zur Gasauslassleitung nahe am Zündstift 207a angeordnet. Der Pfeil 160 illustriert die Strömungsrichtung des Gemischs aus Luft mit partiell oxidierten Kohlenwasserstof- fen.

Die Hochfrequenzzündvorrichtung 154 zündet im Brennraum 151 in Anwesenheit eines über die Einlassleitungen 156 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs ein Hochfrequenz- plasma, in dem die Kohlenwasserstoffe partiell oxidiert werden. Das entstehende Ge- misch aus Luft mit partiell oxidierten Kohlenwasserstoffen strömt in Richtung 160 zur Abgasleitung 5. Das mit partiell oxidierten Kohlenwasserstoffen angereichte Gas dient nach Einbringung in den Abgasstrang insbesondere im Bereich der Abgasreinigungsanla- ge 10 zur Reduzierung von Stickstoffdioxid zur Stickstoff mit Hilfe des sogenannten HC- SCR-Verfahrens. Die Vorteile eines HC-SCR-Verfahrens bestehen darin, dass kein zu- sätzlicher Hilfsstoff erforderlich ist, wie beispielsweise beim ammoniakbasierten Verfah- ren zur selektiven katalytischen Reduktion. Dadurch wird ein zusätzlicher Tank einge- spart und die Handhabung ist für den Fahrzeugbetreiber einfach.

Alternativ zu einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion oder zu einem Partikelfilter kann das Verfahren auch in Verbindung mit einem NOx-Speicherkatalysator eingesetzt werden. Insbesondere bei einem Speicherkatalysator ergibt sich die Möglich- keit, bei einem normalerweise mit hohen Lambdawerten betriebenen Dieselmotor ohne oder ohne wesentlichen Eingriff in die innermotorische Kraftstoffeinspritzung lokal im

Bereich des Speicherkatalysators durch nachmotorisches Eindüsen von partiell oxidierten Kohlenwasserstoffen einen Lambdawert von 1 zu erzeugen.

Alternativ oder in Kombination mit einer Entstickungsanlage kann der Hochfre- quenzplasmareaktor 150 auch mit einem in der Abgasreinigungsanlage 10 enthaltenen Partikelfilter kombiniert sein, um einen Russabbrand zu unterstützen. Alternativ kann ei- ne Dosiereinrichtung 19 auch entfallen, wenn die Dosierung der Hilfsmittelzufuhr in den Abgastrakt über eine Dosierung der Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemischs in den Brenn- raum 151 erfolgt. Des weiteren können in einer alternativen Ausführungsform des Hochfrequenzplasmareaktors 150 eine oder mehrere Verwirbelungseinheiten insbesonde- re im Bereich der Mündungsbereiche 158 vorgesehen sein, um eine Verwirbelung des Kraftstoffs mit der Luft einerseits und eine Vermischung des zugeführten Kraftstoff-Luft- Gemischs mit dem bereits im Brennraum 151 vorhandenen Hochfrequenzplasma zu un- terstützen.

Figur 3 zeigt eine spezielle Ausführungsform 201 einer Hochfrequenzzündvorrichtung 154. Eine derartige Hochfrequenzzündvorrichtung ist grundsätzlich bereits aus der deut- schen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102 39 410. 5 bekannt. Die Hochfrequenz- generatoranordnung 152 weist einen Hochfrequenzgenerator 202 auf, dessen Hochfre- quenzsignale im Megahertzbereich mittels eines Verstärkers 203 verstärkt und anschlie- ßend der Hochfrequenzzündvorrichtung 201 zugeführt werden. Schematisch ist hier eine induktive Einkopplung 204 der hochfrequenten Schwingungen in einer als M-Resonator 205 aufgebaute koaxiale Wellenleiterstruktur als wesentlicher Bestandteil der Hochfre- quenzzündvorrichtung gezeigt. Der koaxiale Resonator 205 besteht aus einem Außenlei- ter 206 und einem Innenleiter 207, wobei das eine sogenannte offene Ende 208 des Reso- nators 205 mit dem Innenleiter 207 als Zündstift 207a die Zündung bewirkt. Für die hochfrequenten Schwingungen stellt das andere brennraumferne geschlossene Ende 209 des Resonators 205 einen Kurzschluss dar. Das Dielektrikum 210 zwischen dem Außen- leiter 206 und dem Innenleiter 207 besteht im Wesentlichen aus Luft oder einem geeig- neten elektrisch nicht leitenden Material. Lediglich zur Abdichtung des offenen Endes 208 des Resonators 205 zum Brennraum hin ist eine Dichtung 211 vorhanden. Die Dich- tung 211 besteht auch aus einem elektrisch nicht leitenden Material, das den Temperatu- ren im Brennraum 151 stand hält, z. B. Keramik. Dabei bestimmen die die elektrischen

Eigenschaften des Füllmaterials 210 bzw. der Abdichtung 211 die Abmessungen des Re- sonators 205 mit.

Bei dieser Hochfrequenzzündvorrichtung 201 wird das Prinzip der Feldüberhöhung in ei- nem koaxialen Resonator 205 der Länge (2n + 1) 2 eff/4 mit n 0 benutzt. Reff ist hierbei die effektive Wellenlänge der elektromagnetischen Welle im Resonator. Das durch eine genügend starke Mikrowellenquelle als Generator 202 und wahlweise auch dem Verstärker 203 erzeugte hochfrequente Signal wird durch die Einkopplung 204 in- duktiv, aber wahlweise auch kapazitiv, aus beidem gemischt oder durch eine Apertur- kopplung in den Resonator 205 eingeführt. Durch die Ausbildung eines Spannungskno- tens am Kurzschluss 209 und eines Spannungsbauchs am offenen Ende 208 ergibt sich am Zündstift 207a, der eine einstückige Fortsetzung des Innenleiters 207 darstellt, eine Feldüberhöhung, die zu dem vorstehend beschriebenen Plasma im Brennraum 151 führt.