DE10020555A1 - Method and device for cleaning exhaust gases from an internal combustion engine - Google Patents

Method and device for cleaning exhaust gases from an internal combustion engine

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Abstract

The invention relates to a method for purifying the exhaust gases of an internal combustion engine, comprising the following steps: introduction of the exhaust gas, which contains gaseous and particulate pollutants, into an oxidation catalyst and/or a plasma reactor for at least partially oxidizing the gaseous pollutants that are contained in the exhaust gas, in particular according to the reactions NO}NO2, CO}CO2, HC}CO2, application of an electric current to the exhaust gas for electrically charging or polarizing the particulate pollutants, deposition of the electrically charged or polarized particulate pollutants onto an electric pole opposite to that of the charge or polarization, or onto the earth of a deposition device, in particular of a second catalyst, and combustion of the soot particles that have been deposited in this manner, by means of the NO2 contained in the exhaust gas.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors.The present invention relates to a method and a Device for cleaning exhaust gases Internal combustion engine.

In den letzten Jahren ist weltweit eine Verschärfung der gesetzlichen Grenzwerte für die Emissionen von Pkw zu beobachten, die teilweise von Bemühungen zur Reduzierung der CO2-Emission begleitet wird. Damit gewinnen mager verbrennende, direkt einspritzende Motoren an Bedeutung, für die jedoch wegen des Sauerstoffüberschusses die Abgasreinigung hinsichtlich der Stickoxide (NOx bestehend aus NO und NO2) noch Probleme bereitet. Für Diesel-Pkw besteht eine Lösung in der selektiven katalytischen Reduktion (SCR - Selective Catalytic Reduction) der Stickoxide über geeignete Katalysatoren. Eine weitere Möglichkeit zur Stickoxidreduzierung stellt der NOx- Speicherkatalysator dar. In recent years, there has been a tightening of the legal limit values for car emissions worldwide, which is partly accompanied by efforts to reduce CO 2 emissions. As a result, lean-burning, direct-injection engines are becoming increasingly important, but due to the excess of oxygen, exhaust gas cleaning still causes problems with regard to nitrogen oxides (NO x consisting of NO and NO 2 ). One solution for diesel cars is the selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides using suitable catalysts. Another option for nitrogen oxide reduction is the NO x storage catalytic converter.

Dieselmotoren weisen bei effizienter Verbrennung sehr niedrige HC-Konzentrationen (HC - Hydro Carbons) im Abgas auf. Hier bieten sich Reduktionsmittel an, die Ammoniak freigeben, beispielsweise Harnstoff bzw. Harnstoff-Wasser- Lösung, oder Ammoniak selbst. Dieser Reduktionsmittel können selbst bei unterstöchiometrischer Dosierung Stickoxide über geeignete Katalysatoren zu mehr als 80% reduzieren können. Mit Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel wird diese Technik in Kraftwerken zur Stickoxidreduktion seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt. Für den mobilen Einsatz sind feste oder flüssige Substanzen besser geeignet, die im Unterschied zu Ammoniak an sich unschädlich sind, aber die Erzeugung des für die katalytische Reaktion erforderlichen Ammoniaks an Bord eines Kraftfahrzeuges erlauben. Ein Beispiel für eine derartige Substanz ist Harnstoff, aus dem Ammoniak durch thermische Zerlegung gewonnen werden kann. Die Hydrolyse von Harnstoff, der dem Abgas zum Beispiel in Form einer wässrigen Lösung zudosiert wird, kann auf dem gleichen Katalysator erfolgen wie die selektive katalytische Reduktion.With efficient combustion, diesel engines have very low HC concentrations (HC - Hydro Carbons) in the exhaust gas. Here, reducing agents are suitable that release ammonia, for example urea or urea-water solution, or ammonia itself. These reducing agents can reduce nitrogen oxides to more than 80% using suitable catalysts even with substoichiometric metering. With ammonia (NH 3 ) as a reducing agent, this technology has been used successfully in power plants for nitrogen oxide reduction for many years. Solid or liquid substances are better suited for mobile use. In contrast to ammonia, they are harmless per se, but allow the generation of the ammonia required for the catalytic reaction on board a motor vehicle. An example of such a substance is urea, from which ammonia can be obtained by thermal decomposition. The hydrolysis of urea, which is added to the exhaust gas, for example in the form of an aqueous solution, can be carried out on the same catalyst as the selective catalytic reduction.

Insbesondere bei Personenkraftwagen besteht unabhängig von Katalysator und Reduktionsmittel das Problem, daß die Abgastemperaturen in der Startphase und bei Stadtfahrten mit häufigen Leerlaufphasen zur selektiven katalytischen Reduktion nicht ausreichen. In diesem Zusammenhang ist es schwierig, zukünftige Grenzwerte zu erfüllen.In passenger cars in particular, there is no Catalyst and reducing agent the problem that the Exhaust gas temperatures in the starting phase and during city trips with frequent idle phases for selective catalytic Reduction is not enough. In this context it is difficult to meet future limits.

Eine energetisch aufwendige Möglichkeit zur Lösung dieses Problems bestünde im Einsatz beheizter Katalysatoren. Es ist ebenfalls bekannt, Abgase mit nicht thermischen Plasmen in Kombination mit Katalysatoren zu behandeln, wodurch für eine wirksame Abgasreinigung zu erzielende Temperaturbereiche in Katalysatoren auf unter 100°C vermindert werden können.An energetically complex way to solve this Problems exist in the use of heated catalysts. It is also known exhaust gases with non-thermal plasmas  to treat in combination with catalysts, thus for to achieve an effective exhaust gas cleaning Temperature ranges in catalysts below 100 ° C can be reduced.

Nicht thermische Plasmen sind bekannt dafür, daß in ihnen durch Elektronenstoß-Dissoziation der Hauptkomponenten eines Abgases energetisch effiziente chemisch aktive Radikale erzeugt werden, die die in niedrigen Konzentrationen vorhandenen Schadstoffe angreifen. Beispiele für nicht thermische Plasmen sind gepulste Corona-Entladungen sowie die dielektrisch behinderten Entladungen (DBE). Bei mager betriebenen Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise dem Dieselmotor, sind N-, O- und OH-Radikale zu erwarten, die sowohl reduzierende als auch oxidierende Reaktionen auslösen.Non-thermal plasmas are known to be in them by electron impact dissociation of the main components of an exhaust gas energetically efficient chemically active Radicals are generated that are in low Attack concentrations of existing pollutants. Examples of non-thermal plasmas are pulsed Corona discharges as well as the dielectric barrier Discharges (DBE). When operated lean Internal combustion engines, such as the diesel engine, N, O and OH radicals are expected, both trigger reducing and oxidizing reactions.

Zusätzlich zu den gasförmigen Schadstoffen in einem Abgas, insbesondere Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx) und Schwefeldioxid (SO2) ist das besondere Augenmerk auf feste Schadstoffe, insbesondere Rußpartikel zu richten. Rußpartikel entstehen bei der Verbrennung unter Luftmangel, was beispielsweise beim Dieselmotor durch das inhomogene Gemisch örtlich der Fall ist. Die starke Zunahme von Ruß bei einer Annäherung an λ = 1 folgt aus der zunehmenden Ausdehnung der fetten Gemischzonen in Folge einer erhöhten Einspritzmenge. Durch die Rußpartikelemission, im wesentlichen Kohlenstoffpartikel, gerät der Dieselmotor immer wieder in die öffentliche Kritik. Die Partikel bestehen aus festen, löslichen und flüchtigen Anteilen, die wegen ihres Durchmessers von nur wenigen zehntausendstel Millimetern in der Luft im Schwebezustand vorliegen.In addition to the gaseous pollutants in an exhaust gas, in particular carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NO x ) and sulfur dioxide (SO 2 ), special attention should be paid to solid pollutants, in particular soot particles. Soot particles are formed during combustion with a lack of air, which is the case locally, for example in the case of a diesel engine due to the inhomogeneous mixture. The sharp increase in soot when approaching λ = 1 follows from the increasing expansion of the rich mixture zones as a result of an increased injection quantity. Due to the soot particle emissions, essentially carbon particles, the diesel engine repeatedly comes into public criticism. The particles consist of solid, soluble and volatile components which, due to their diameter of only a few ten thousandths of a millimeter, are suspended in the air.

Zur Beseitigung der festen Partikel im Abgas von Dieselmotoren sind Rußfilter bekannt. Es werden hierbei verschiedene Filtersysteme eingesetzt, wobei gemäß dem Stand der Technik ein sogenannter Keramik-Monolith-Filter zur Zeit den besten Kompromiß bezüglich der an das Filter gestellten Anforderungen darstellt. Im Gegensatz zu durchgängigen Katalysatormonolithen sind die Kanäle für das Rußfilter wechselseitig verschlossen, so daß das partikelbeladene Abgas durch die unbeschichteten, porösen Wände des Wabenkörpers strömen muß. Die Partikel lagern sich in den Poren ab. Je nach Porosität des Keramikkörpers schwankt der Wirkungsgrad der Filter zwischen 70 und 90%.To remove the solid particles in the exhaust gas from Diesel engines are known as soot filters. It will be here various filter systems used, according to State of the art a so-called ceramic monolith filter currently the best compromise on the filter represents requirements. In contrast to continuous catalyst monoliths are the channels for that Soot filter mutually closed, so that particle-laden exhaust gas due to the uncoated, porous Walls of the honeycomb body must flow. Store the particles themselves in the pores. Depending on the porosity of the ceramic body The efficiency of the filter fluctuates between 70 and 90%.

Es sind ferner kombinierte Systeme mit Katalysatoren und Partikelfiltern bekannt. Hier sei beispielsweise auf das CRT-System (Continuously Regenerating Trap) hingewiesen, welches einen Oxidationskatalysator, insbesondere zur Durchführung einer Hauptreaktion gemäß NO+1/2O2→NO2 und einen nachgeschalteten Partikelfilter, in welchem eine Reaktion der Form C+2NO2→CO2+2NO realisierbar ist, aufweist.Combined systems with catalysts and particle filters are also known. Here, for example, the CRT system (Continuously Regenerating Trap) is pointed out, which has an oxidation catalyst, in particular for carrying out a main reaction according to NO + 1 / 2O 2 → NO 2 and a downstream particle filter, in which a reaction of the form C + 2NO 2 → CO 2 + 2NO is feasible.

Als nachteilig bei Partikelfiltern oder kombinierten Systemen aus Partikelfiltern und Katalysatoren erweist sich der hohe bei derartigen Systemen entstehende Abgasgegendruck. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß nach ca. 80.000 km Laufleistung eines Pkws ein Ausbau des Partikelfilters zur Reinigung von Ölasche notwendig ist. Bei CRT-Systemen ist ferner darauf hinzuweisen, daß die erwähnte, im Partikelfilter ablaufende Reaktion insofern auf Schwierigkeiten stößt, als die Ruß- bzw. Kohlenstoffpartikel nur schlecht an dem Partikelfilter haften.As a disadvantage with particle filters or combined Systems made of particle filters and catalysts have been proven the high resulting in such systems Exhaust back pressure. It should also be noted that after approx. 80,000 km mileage of a car an expansion of the Particulate filter for cleaning oil ash is necessary. In the case of CRT systems, it should also be pointed out that the  mentioned reaction taking place in the particle filter encountered difficulties when the soot or Carbon particles only poorly on the particle filter be liable.

Zur Gewährleistung der vollen Funktionsfähigkeit der Filter müssen diese in gewissen Zeitabständen regeneriert werden. Für die Reinigung bieten sich zwei Verfahren an, wobei in beiden Fällen Rußpartikel verbrannt werden: Im chemischen Verfahren setzen Additive im Kraftstoff die Zündfähigkeit der Rußpartikel auf die übliche Abgastemperatur herab. Nachteilig können sich dabei die durch die Zusätze hervorgerufenen Sekundär-Emissionen auswirken. Beim thermischen Verfahren wird ein Brennelement hinzugeschaltet, welches die Abgastemperatur auf etwa 700°C erhöht. Hierfür werden Brennerelemente mit hoher Leistung benötigt. Die Regeneration läßt sich im einfachsten Fall bei abgeschaltetem Motor durchführen. Der Zeitpunkt der Filterregeneration wird entweder über eine Zeitsteuerung oder über eine Druckmeßdose ermittelt. Insbesondere das Vorsehen eines Rußfilters in Kombination mit einem Brennelement erweist sich in der Praxis als relativ teuer und groß bauend, so daß nach weiteren Möglichkeiten gesucht wird, auf derartige Maßnahmen verzichten zu können.To ensure the full functionality of the filter they have to be regenerated at certain intervals. There are two methods for cleaning, in in both cases soot particles are burned: in the chemical Processes add additives to the fuel's ignitability the soot particles down to the usual exhaust gas temperature. The additions can be disadvantageous secondary emissions. At the thermal process becomes a fuel assembly switched on, which the exhaust gas temperature to about 700 ° C. elevated. For this, burner elements with high performance needed. The regeneration can be done in the simplest case Carry out with the engine switched off. The time of Filter regeneration is either via a time control or determined via a pressure cell. Especially that Providing a soot filter in combination with a Fuel element proves to be relatively expensive in practice and large building, so that searched for further possibilities will be able to do without such measures.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens bzw. einer Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit denen in möglichst einfacher Weise eine effiziente Durchführung einer Reinigung möglich ist. The object of the invention is therefore to provide a Process or an apparatus for cleaning exhaust gases of an internal combustion engine with which in as simple as possible Wise efficient cleaning possible is.  

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4.This problem is solved by a cleaning process of exhaust gases from an internal combustion engine with the characteristics of Claim 1 and a corresponding device with the features of claim 4.

Erfindungsgemäß ist ein kompaktes Abgasbehandlungssystem zur Verfügung gestellt, welches hohe Schadstoff- Konvertierungsraten realisiert. Als besonders vorteilhaft erweist sich, daß bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen im Vergleich zu herkömmlichen Vorgehensweisen nur geringe Abgasgegendrücke entstehen.According to the invention is a compact exhaust gas treatment system provided which high pollutant Conversion rates realized. To be particularly advantageous proves that when using the invention Measures compared to traditional approaches only low exhaust back pressures arise.

Das erfindungsgemäße System ist robust und erweist sich für Dieselmotoren und Ottomotoren als gleichermaßen geeignet. Auf ein aufwendiges Partikelfiltersystem kann, wenigstens teilweise, verzichtet werden, insbesondere ist kein Brenner zur Regeneration eines Partikelfilters notwendig. Das erfindungsgemäße System zeichnet sich ferner dadurch aus, daß es nicht anfällig gegen Ölasche ist, was bei herkömmlichen Systemen ein praktisches Problem darstellt.The system according to the invention is robust and has proven itself for Diesel engines and gasoline engines are equally suitable. At least on a complex particle filter system partially, can be dispensed with, in particular there is no burner necessary for the regeneration of a particle filter. The System according to the invention is further characterized in that that it is not susceptible to oil ash, which is the case with conventional systems is a practical problem.

Das erfindungsgemäß vorgesehene erste elektrische Feld kann in einfachsten Fall als Kondensator ausgebildet sein. Es ist ebenfalls denkbar, den Oxidationkatalysator mit entsprechenden Mitteln zur Erzeugung des elektrischen Feldes auszubilden. Hier ist es beispielsweise möglich, einen integrierten Oxidationskatalysator/Plasmareaktor vorzusehen. Es ist erfindungsgemäß ebenfalls möglich, auf einen Oxidationskatalysator zu verzichten und das System eingangsseitig nur mit einem Plasmareaktor auszubilden. Ein derartiger Plasmareaktor ist einerseits bei entsprechenden Temperaturen in der Lage, eine Oxidation von Abgasbestandteilen zu unterstützen und andererseits die erfindungsgemäß vorgesehene Aufladung bzw. Polarisierung der partikelförmigen Schadstoffe zu gewährleisten.The first electric field provided according to the invention can in the simplest case, be designed as a capacitor. It is also conceivable with the oxidation catalyst appropriate means for generating the electrical Field. Here, for example, it is possible an integrated oxidation catalyst / plasma reactor to provide. It is also possible according to the invention to dispense with an oxidation catalyst and the system only on the input side with a plasma reactor. On such a plasma reactor is on the one hand with appropriate Temperatures capable of oxidation  To support exhaust gas components and on the other hand the Charging or polarization provided according to the invention to ensure the particulate pollutants.

Zweckmäßigerweise erfolgt die elektrische Beaufschlagung des Abgases mittels eines ersten elektrischen Feldes, welches insbesondere in Form eines Plasmareaktors nach dem Prinzip der Barrierenentladung oder nach der dielektrisch behinderten Entladung arbeitet oder in Form geeigneter Kondensatormittel realisiert ist.The electrical supply is expediently carried out the exhaust gas by means of a first electric field, which in particular in the form of a plasma reactor after Principle of barrier discharge or according to the dielectric disabled discharge works or in the form of suitable Capacitor means is realized.

Der elektrische Gegenpol bzw. Massepol des zweiten elektrischen Feldes kann beispielsweise als Keramik- Monolith oder in Form von Schüttgut, Metallschaum, Keramikschaum oder als Metallträger realisiert sein. Bei geeigneter katalytischer Beschichtung ist eine Integration des Gegenpols bzw. Massepols mit einem zweiten Katalysator realisierbar.The electrical opposite pole or ground pole of the second electrical field can be used, for example, as a ceramic Monolith or in the form of bulk material, metal foam, Ceramic foam or be implemented as a metal carrier. At suitable catalytic coating is an integration the opposite pole or ground pole with a second catalyst realizable.

Das erste bzw. das zweite elektrische Feld kann als Gleichspannungs- oder Wechselspannungsquelle (bzw. Plasma- oder Coronaentladung) ausgeführt sein.The first and the second electric field can be used as DC or AC voltage source (or plasma or corona discharge).

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention Procedures are the subject of the subclaims.

Zweckmäßigerweise wird NO, welches bei der Verbrennung der Rußpartikel entsteht oder im ursprünglichen Abgas enthalten war, mittels eines nachgeschalteten Entstickungskatalysators reduziert. Mit dieser Maßnahme ist eine weitere Reinigung des Abgases von Schadstoffen erzielbar. Es ist möglich, den Entstickungskatalysator und den zweiten Katalysator integriert auszubilden.Expediently, NO, which is the combustion of the Soot particles are formed or contained in the original exhaust gas was, by means of a downstream Denitrification catalyst reduced. With this measure is a further purification of the exhaust gas from pollutants  achievable. It is possible to use the denitrification catalyst and to train the second catalyst integrated.

Es ist bevorzugt, daß das Abgas vor und/oder nach seiner Einbringung in das erste elektrische Feld/Plasma mit einem Reduktionsmittel, insbesondere Harnstoff bzw. einer Harnstoff-Wasser-Lösung, beaufschlagt wird. Durch diese Maßnahme kann ein Partikelwachstum unterstützt werden, welches die Abscheidung der Partikel auf dem elektrischen Gegenpol und/oder der Masse des zweiten elektrischen Feldes begünstigt und so die Oxidation der Partikel erleichtert. Es sei erwähnt, daß auch H2 oder O3 als Reduktionsmittel einsetzbar sind:It is preferred that the exhaust gas is subjected to a reducing agent, in particular urea or a urea-water solution, before and / or after its introduction into the first electric field / plasma. Particle growth can be supported by this measure, which promotes the deposition of the particles on the electrical opposite pole and / or the mass of the second electrical field and thus facilitates the oxidation of the particles. It should be mentioned that H 2 or O 3 can also be used as reducing agents:

Zweckmäßigerweise weisen die dem zweiten elektrischen Feld zugeordneten oder nachgeschalteten Katalysatormittel einen Hydrolysekatalysator und/oder einen Entstickungskatalysator, insbesondere einen SCR- Katalysator, und/oder einen Oxidationskatalysator auf. Mittels derartiger Katalysatoren, welche gegebenenfalls als Einheit ausgebildet sein können, ist eine weitere wirksame Abgasreinigung erzielbar. Es sei darauf hingewiesen, daß gegebenenfalls auf einzelne der genannten Katalysatorkomponenten verzichtet werden kann.The expediently point to the second electrical field assigned or downstream catalyst means Hydrolysis catalyst and / or one Denitrification catalyst, especially an SCR Catalyst, and / or an oxidation catalyst. By means of such catalysts, which if necessary as Unity can be formed is another effective Exhaust gas cleaning achievable. It should be noted that if necessary to individual of the above Catalyst components can be dispensed with.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner wenigstens einen NOx- Sensor und/oder wenigstens einen Partikelsensor und/oder einen Temperatursensor auf. Derartige Sensoren können insbesondere vor und nach dem Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen sein, um die Effektivität des Systems zu überprüfen bzw. zu steuern/regeln. According to a further preferred embodiment, the device according to the invention also has at least one NO x sensor and / or at least one particle sensor and / or a temperature sensor. Such sensors can be provided in particular before and after the exhaust gas aftertreatment system in order to check or control the effectiveness of the system.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt, jeweils schematischPreferred embodiments of the invention will now further explained with reference to the accompanying drawing. In this shows, each schematically

Fig. 1 blockschaltbildartig eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 of a block diagram a first preferred embodiment of the device according to the invention,

Fig. 2 blockschaltbildartig eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und Fig. 2 block diagram-like a second preferred embodiment of the device according to the invention, and

Fig. 3 blockschaltbildartig eine dritte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 3 block diagram-like a third preferred embodiment of the device according to the invention.

Das in Fig. 1 dargestellte Abgasreinigungssystem weist zunächst einen Oxidationskatalysator 1 auf. Der Oxidationskatalysator 1 dient zur Oxidation der in einem Verbrennungsmotorabgas enthaltenen gasförmigen Schadstoffe, insbesondere Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide, beispielsweise gemäß den Reaktionsgleichungen CO→CO2, HC→CO2 und NO→NO2. Es sei angemerkt, daß anstelle des Oxidationskatalysators 1 oder zusätzlich zu diesem ein Plasmareaktor vorgesehen sein kann.The exhaust gas purification system shown in FIG. 1 initially has an oxidation catalytic converter 1 . The oxidation catalytic converter 1 serves to oxidize the gaseous pollutants contained in an internal combustion engine exhaust gas, in particular carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides, for example in accordance with the reaction equations CO → CO 2 , HC → CO 2 and NO → NO 2 . It should be noted that a plasma reactor can be provided instead of or in addition to the oxidation catalyst 1 .

Das aus dem Oxidationskatalysator 1 austretende, wenigstens teilweise wie beschrieben oxidierte Abgas wird anschließend in ein erstes elektrisches Feld 2 eingebracht. Das elektrische Feld 2 dient zur elektrischen Aufladung bzw. Polarisierung von ebenfalls in dem Abgas enthaltenen Rußpartikeln (Kohlenstoffpartikeln). Das erste elektrische Feld 1 kann in beliebiger geeigneter Weise realisiert sein, im einfachsten Fall als Kondensator. Es ist ebenfalls einstückig bzw. integriert mit dem Oxidationskatalysator 1 und/oder einem Plasmareaktor ausführbar. Insbesondere kann der Plasmareaktor zur Erzeugung des ersten elektrischen Feldes eingesetzt werden.The exhaust gas emerging from the oxidation catalytic converter 1 , which is at least partially oxidized as described, is then introduced into a first electrical field 2 . The electric field 2 serves for the electrical charging or polarization of soot particles (carbon particles) also contained in the exhaust gas. The first electrical field 1 can be implemented in any suitable manner, in the simplest case as a capacitor. It can also be made in one piece or integrated with the oxidation catalyst 1 and / or a plasma reactor. In particular, the plasma reactor can be used to generate the first electrical field.

Die mittels des ersten elektrischen Feldes 2 aufgeladenen Partikel werden nun in den Wirkungsbereich eines einen elektrischen Gegenpol zu der Aufladung der Partikel darstellenden zweiten elektrischen Feldes 3 eingebracht. Dieses zweite elektrische Feld 3 bzw. der elektrische Gegenpol kann sich vor dem Eintritt, unmittelbar am Eintritt oder in einem ersten Abschnitt eines nachfolgenden weiteren Katalysators 4 befinden. Es ist ebenfalls möglich, das elektrische Feld im Zusammenhang mit einer nicht katalytisch wirkenden Abscheidungseinrichtung vorzusehen, wodurch auch ohne katalytische Wirkung ein wirksames Partikelfilter realisierbar ist.The particles charged by means of the first electrical field 2 are now introduced into the effective range of a second electrical field 3, which represents an electrical opposite pole to the charging of the particles. This second electrical field 3 or the electrical opposite pole can be located before the entry, directly at the entry or in a first section of a subsequent further catalyst 4 . It is also possible to provide the electric field in connection with a non-catalytic separating device, whereby an effective particle filter can be implemented even without a catalytic effect.

Die aufgeladenen Rußpartikel scheiden sich aufgrund einer elektrostatischen Wechselwirkung auf dem elektrischen Gegenpol ab. Es sei noch einmal angemerkt, daß auch eine Abscheidung auf Masse vorteilhaft möglich ist.The charged soot particles differ due to a electrostatic interaction on the electrical Opposite pole. It should be noted once again that a Deposition to mass is advantageously possible.

Die so (mittels Impaktation) auf dem Katalysator 4 anhaftenden Rußpartikel sind nun, eben aufgrund ihrer elektrostatisch unterstützten Anhaftung, leichter mittels des ebenfalls im Abgas befindlichen bzw. in dem ersten Oxidationskatalysator 1 erzeugten NO bzw. NO2 verbrennbar, als dies bei Lösungen gemäß dem Stand der Technik möglich war. The soot particles adhering to the catalyst 4 (by means of impactation) are now easier to burn by means of the NO or NO 2 also present in the exhaust gas or generated in the first oxidation catalyst 1 , precisely because of their electrostatically assisted adhesion, than is the case with solutions according to the State of the art was possible.

Das bei dieser Verbrennung entstehende NO, sowie auch das in dem ersten Katalysator 1 nicht oxidierte NO, wird in einem nachfolgenden Entstickungskatalysator 5 (DeNOx- Katalysator) reduziert. Als Beispiel für einen in diesem Zusammenhang geeigneten DeNOx-Katalysator sei der SCR- Katalysator (Selective Catalytic Reduction) oder auch der NOx-Speicherkatalysator erwähnt.The NO produced during this combustion, as well as the NO not oxidized in the first catalytic converter 1 , is reduced in a subsequent denitrification catalytic converter 5 (DeNOx catalytic converter). The SCR catalytic converter (Selective Catalytic Reduction) or the NO x storage catalytic converter may be mentioned as an example of a DeNOx catalytic converter suitable in this context.

Es sei angemerkt, daß auch ohne Vorsehen des zweiten elektrischen Feldes 3 eine gegenüber herkömmlichen Lösungen wesentlich bessere Haftung der Rußpartikel auf dem zweiten Katalysator 4 zu beobachten sein dürfte, da dieser Katalysator üblicherweise an Fahrzeugmasse anliegt.It should be noted that even without the provision of the second electric field 3, a much better adhesion of the soot particles to the second catalytic converter 4 should be observed compared to conventional solutions, since this catalytic converter is usually in contact with the vehicle mass.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß der zweite Katalysator 4 und der Entstickungskatalysator 5 gegebenenfalls als Einheit ausgeführt sein können.It should also be pointed out that the second catalytic converter 4 and the denitrification catalytic converter 5 can optionally be designed as a unit.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems erläutert.A further preferred embodiment of the system according to the invention is explained with reference to FIG. 2.

Mit 1 ist wiederum ein Oxidationskatalysator (bzw. ein Plasmareaktor) beschrieben. Mittels einer Harnstoffdosiereinrichtung 6 ist es möglich, vor oder nach dem ersten elektrischen Feld 2 Harnstoff bzw. eine Harnstoff-Wasser-Lösung dem Abgas zuzudosieren. Harnstoff bzw. Harnstoff-Wasser-Lösung wirkt hierbei als Reduktionsmittel und unterstützt ferner ein Wachstum der Rußpartikel, wodurch die Abscheidung der Partikel auf dem elektrischen Gegenpol des Katalysators 4 unterstützt wird. Wie in Fig. 2 ferner dargestellt ist, können dem zweiten Katalysator ferner ein Hydrolysekatalysator 7 und ein weiterer Oxidationskatalysator 8 zusätzlich zum bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen SCR-Katalysator 5 nachgeschaltet sein. Der insbesondere das zweite elektrische Feld 3 umfassende Katalysator 4, der Hydrolysekatalysator 7, der SCR-Katalysator 5 und der Oxidationskatalysator 8 können gegebenenfalls zu einer Einheit zusammengefaßt werden, wobei es auch möglich ist, den zweiten Katalysator 4 und den Hydrolysekatalysator 7 zu einer ersten, und den SCR-Katalysator 5 und den Oxidationskatalysator 8 zu einer zweiten Einheit zusammenzufassen. 1 again describes an oxidation catalyst (or a plasma reactor). By means of a urea metering device 6 , it is possible to meter urea or a urea-water solution into the exhaust gas before or after the first electrical field 2 . In this case, urea or urea-water solution acts as a reducing agent and also supports growth of the soot particles, which supports the deposition of the particles on the electrical opposite pole of the catalyst 4 . As further shown in FIG. 2, a hydrolysis catalytic converter 7 and a further oxidation catalytic converter 8 can be connected downstream of the second catalytic converter in addition to the SCR catalytic converter 5 already described with reference to FIG. 1. The catalyst 4 , in particular the second electric field 3 , the hydrolysis catalyst 7 , the SCR catalyst 5 and the oxidation catalyst 8 can optionally be combined into one unit, it also being possible to combine the second catalyst 4 and the hydrolysis catalyst 7 into a first, and to combine the SCR catalytic converter 5 and the oxidation catalytic converter 8 into a second unit.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 2 dadurch, daß auf einen Hydrolysekatalysator 7 verzichtet ist. Es ist ebenfalls denkbar, auf den Oxidationskatalysator 8 zu verzichten.The embodiment according to FIG. 3 differs from that of FIG. 2 in that a hydrolysis catalytic converter 7 is dispensed with. It is also conceivable to dispense with the oxidation catalytic converter 8 .

Der als Entstickungskatalysator 5 vorzugsweise verwendete SCR-Katalysator ist zweckmäßigerweise mit einem (nicht dargestellten) weiteren Harnstoff-Dosiersystem ausgebildet. Die erwähnten Katalysatoren können Katalysatoren auf metallischer oder keramischer Basis (Metallträger, Keramikmonolithen, Schüttgut, Metallschaum, Keramikschaum) sein.The SCR catalytic converter, which is preferably used as a denitrification catalytic converter 5, is expediently designed with a further urea metering system (not shown). The catalysts mentioned can be catalysts based on metal or ceramic (metal support, ceramic monoliths, bulk material, metal foam, ceramic foam).

Anschließend an die jeweils dargestellten Systeme sind ferner vorzugsweise NOx-, HC und/oder NH3-Sensoren sowie ein Abgastemperatursensor vorgesehen. Weiterhin erweist sich eine Temperaturmeßstelle vor oder nach dem ersten Oxidationskatalysator 1 (bzw. Plasmareaktor) als vorteilhaft. Zusätzlich kann ein NOx-Sensor vor dem Abgasnachbehandlungssystem eingesetzt werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß auch Partikelsensoren vor oder nach dem Abgasnachbehandlungssystem oder zwischen dessen einzelnen Komponenten vorsehbar sind.Following the systems shown in each case, NO x , HC and / or NH 3 sensors and an exhaust gas temperature sensor are preferably also provided. Furthermore, a temperature measuring point before or after the first oxidation catalyst 1 (or plasma reactor) has proven to be advantageous. In addition, a NO x sensor can be used in front of the exhaust gas aftertreatment system. It should also be pointed out that particle sensors can also be provided before or after the exhaust gas aftertreatment system or between its individual components.

Es sei schließlich angemerkt, daß beispielsweise die Ausführungsform gemäß Fig. 1 auch ohne das Vorsehen des Entstickungskatalysators 5, d. h. lediglich mit dem Oxidationskatalysator 1, dem elektrischen Feld 2 und dem zweitem Katalysator 4 als Partikelfilter einsetzbar ist.Finally, it should be noted that, for example, the embodiment according to FIG. 1 can also be used as a particle filter without the provision of the denitrification catalyst 5 , ie only with the oxidation catalyst 1 , the electric field 2 and the second catalyst 4 .

Claims (8)

1. Verfahren zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors mit folgenden Schritten:
  • - Einbringung des gasförmige und partikelförmige Schadstoffe umfassenden Abgases in einen Oxidationskatalysator und/oder einen Plasmareaktor zur wenigstens teilweisen Oxidation der im Abgas enthaltenen gasförmigen Schadstoffe, insbesondere ent sprechend den Reaktionen NO→NO2, CO→CO2, HC→CO2.
  • - elektrische Beaufschlagung des Abgases zur elektrischen Aufladung bzw. Polarisierung von partikelförmigen Schadstoffen,
  • - Abscheiden der elektrisch aufgeladenen bzw. polarisierten partikelförmigen Schadstoffe auf einem bezüglich der Aufladung bzw. Polarisierung entgegengesetzten elektrischen Pol oder auf Masse einer insbesondere Keramikschaum, Metallschaum oder Schüttgut umfassenden Abscheidungseinrichtung, insbesondere eines zweiten Katalysators, und
  • - Verbrennung der so abgeschiedenen Rußpartikel mittels des im Abgas befindlichen NO2.
1. A method for cleaning exhaust gases from an internal combustion engine with the following steps:
  • - Introduction of the gaseous and particulate pollutants exhaust gas in an oxidation catalyst and / or a plasma reactor for at least partial oxidation of the gaseous pollutants contained in the exhaust gas, in particular accordingly the reactions NO → NO2, CO → CO 2 , HC → CO 2 .
  • - electrical loading of the exhaust gas for electrical charging or polarization of particulate pollutants,
  • - Deposition of the electrically charged or polarized particulate pollutants on an opposite electrical pole with respect to the charging or polarization or on the mass of a separation device, in particular a ceramic foam, metal foam or bulk material, in particular a second catalyst, and
  • - Combustion of the soot particles separated in this way by means of the NO 2 present in the exhaust gas.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Beaufschlagung des Abgases mittels eines ersten elektrischen Feldes erfolgt, welches insbesondere in Form eines Plasmareaktors nach dem Prinzip der Barrierenentladung oder nach der dielektrisch behinderten Entladung arbeitet oder in Form geeigneter Kondensatormittel realisiert.2. The method according to claim 1, characterized in that the electrical loading of the exhaust gas by means of a  First electrical field takes place, which in particular in Form of a plasma reactor based on the principle of Barrier discharge or after the dielectric barrier Discharge works or in the form of suitable Capacitor means realized. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verbrennung von partikelförmigen Schadstoffen entstehendes NO mittels eines nachgeschalteten Entstickungskatalysators (5) reduziert wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that NO produced during the combustion of particulate pollutants is reduced by means of a downstream denitrification catalyst ( 5 ). 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas vor und/oder nach seiner Einbringung in das erste elektrische Feld mit einem Reduktionsmittel, insbesondere Harnstoff bzw. einer Harnstoff-wasser-Lösung oder Wasserstoff oder Sauerstoff, beaufschlagt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the exhaust gas before and / or after it Introduction into the first electric field with a Reducing agents, especially urea or one Urea water solution or hydrogen or oxygen, is applied. 5. Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit
einem Oxidationskatalysator (1) und/oder einem Plasmareaktor zur wenigstens teilweisen Oxidation von im Abgas enthaltenen gasförmigen Schadstoffen,
Mitteln (2) zur Erzeugung eines ersten elektrischen Feldes, in welchem in dem Abgas enthaltene partikelförmige Schadstoffe elektrisch aufladbar bzw. polarisierbar sind, und
Mitteln (3) zur Erzeugung eines zweiten elektrischen Feldes, die derart ausgebildet sind, daß die elektrisch aufgeladenen bzw. polarisierten partikelförmigen Schadstoffe auf einem bezüglich der Aufladung bzw. Polarisation entgegengesetzten Pol oder auf Masse einer Abscheidungseinrichtung, insbesondere eines zweiten Katalysators (4), abgeschieden werden, so daß eine Verbrennung der abgeschiedenen partikelförmigen Schadstoffe mittels des in dem Abgas enthaltenen NO2 durchführbar ist.5. Device for cleaning exhaust gases from an internal combustion engine, with
an oxidation catalyst ( 1 ) and / or a plasma reactor for at least partial oxidation of gaseous pollutants contained in the exhaust gas,
Means ( 2 ) for generating a first electric field in which particulate pollutants contained in the exhaust gas can be electrically charged or polarized, and
Means ( 3 ) for generating a second electric field, which are designed such that the electrically charged or polarized particulate pollutants are deposited on an opposite pole with respect to charging or polarization or on the mass of a separating device, in particular a second catalyst ( 4 ) are, so that combustion of the separated particulate pollutants can be carried out by means of the NO 2 contained in the exhaust gas. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel zur Beaufschlagung des Abgases mit einem Reduktionsmittel, insbesondere Harnstoff bzw. Harnstoff- Wasser-Lösung, vor und/oder nach seiner Beaufschlagung mittels des ersten elektrischen Feldes.6. The device according to claim 5, characterized by Means for loading the exhaust gas with a Reducing agents, especially urea or urea Water solution, before and / or after its application by means of the first electric field. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Katalysator einen Hydrolysekatalysator und/oder einen Entstickungskatalysator, insbesondere einen SCR- Katalysator, und/oder einen Oxidationskatalysator aufweist.7. Device according to one of claims 5 or 6, characterized characterized in that the second catalyst Hydrolysis catalyst and / or one Denitrification catalyst, especially an SCR Has catalyst, and / or an oxidation catalyst. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch wenigstens einen NOx-Sensor und/oder wenigstens einen Partikelsensor und/oder wenigstens einem Temperatursensor.8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized by at least one NO x sensor and / or at least one particle sensor and / or at least one temperature sensor.
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