DE102005034033A1

DE102005034033A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung des Partikelanteils in Abgasen

Info

Publication number: DE102005034033A1
Application number: DE102005034033A
Authority: DE
Inventors: Rolf BRÜCK; Peter Hirth; Ulf Klein
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-02-15

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verminderung des Anteils an Partikeln im Abgas (6) einer Verbrennungskraftmaschine, umfasst die folgenden Schritte: DOLLAR A 1.1) Abscheidung von Partikeln; DOLLAR A 1.2) Agglomeration von Partikeln; und DOLLAR A 1.3) Umsetzung von Partikeln DOLLAR A und zeichnet sich dadurch aus, dass die Schritte 1.1) und 1.2) durch mindestens ein erstes elektrisches Feld (5) und Schritt 1.3) durch mindestens ein zweites elektrisches Feld (9) zumindest teilweise bewirkt werden. Hierbei erfolgt Schritt 1.3), bevorzugt zumindest teilweise durch ein nichtthermisches Plasma, insbesondere eine Oberflächengleitentladung. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) zur Verringerung des Anteils an Partikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine sowie das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass durch die kombinierte Agglomeration und Abscheidung der Partikel ein Anteil an Feinstaub an den Partikelemissionen der Verbrennungskraftmaschine wirkungsvoll verringert werden kann. Insbesondere kann durch die entsprechende Ausbildung der ersten elektrischen Felder (5) genau vorgegeben werden, was für eine Partikelgrößenverteilung erreicht wird. Die auf einem zweiten elektrischen Feld (9) beruhende Umsetzung der Partikel führt in vorteilhafter Weise zu einer sehr guten Regeneration der Vorrichtung (1). Durch die Agglomeration ist selbst dann, wenn es zu einer Emission bereits abgeschiedener Partikel kommt, gewährleistet, dass kein Feinstaub emittiert wird.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verminderung des Anteils von Partikeln in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen. Insbesondere kann die Erfindung in vorteilhafter Weise in Abgassystemen von Kraftfahrzeugen wie Automobilen eingesetzt werden.

Verbrennungskraftmaschinen werden weltweit im großen Umfang zum Erzeugen von Energie und zum Antrieb von Fortbewegungsmitteln eingesetzt. Durch die Verbrennung von Kraftstoff, insbesondere von fossilen Kraftstoffen, enthält das Abgas der Verbrennungskraftmaschinen auch Stoffe, deren Emission unerwünscht ist. Hierbei handelt es sich unter anderem auch um Partikel, insbesondere Kohlenstoffpartikel oder Kohlenstoff umfassende Partikel, deren Anteil, insbesondere für Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 10 µm oder weniger im Abgas reduziert werden soll. Zur Einhaltung der in vielen Ländern der Welt geltenden oder bald in Kraft tretenden Grenzwerte ist deshalb oftmals eine Aufbereitung des Abgases der Verbrennungskraftmaschine nötig.

Da insbesondere kleine Partikel, die als Feinstaub bezeichnet werden, auf Grund einer Lungengängigkeit bei Mensch und Tier unerwünscht sind, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der der Anteil an Partikeln im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen wirkungsvoll gesenkt werden kann, wobei insbesondere der Anteil an Partikeln mit kleinen Durchmessern reduziert werden soll.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verminderung des Anteils an Partikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine umfasst die folgenden Schritte:

1.1) Abscheidung von Partikeln;
1.2) Agglomeration von Partikeln; und
1.3) Umsetzung von Partikeln.

Erfindungsgemäß werden die Schritte 1.1) und 1.2) durch mindestens ein erstes elektrisches Feld und Schritt 1.3) durch mindestens ein zweites elektrisches Feld zumindest teilweise bewirkt.

Schritt 1.2) bewirkt in vorteilhafter Weise die Vergrößerung der Durchmesser zumindest eines Teils der Partikel im Abgas, so dass insbesondere die Emission von Feinstaub verringert werden kann. Durch Schritt 1.1) werden Partikel aus dem Abgas entfernt, so dass die Emission von Partikeln insgesamt sinkt. Insbesondere kann Schritt 1.1) und gegebenenfalls auch Schritt 1.2) an einem entsprechend ausgebildeten Partikelfilter durchgeführt werden. Schritt 1.3) bewirkt die Umsetzung des Kohlenstoffs in den Partikeln zu Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid, wobei bevorzugt eine solche Verfahrensführung vorgenommen wird, dass bevorzugt Kohlendioxid entsteht. Somit werden die Partikel in gasförmige Produkte überführt, die insbesondere im Fall des Kohlendioxids in die Atmosphäre gelangen können. Somit werden durch die Verfahrensschritte 1.2), 1.1) und 1.3) die Emission der Partikel insgesamt gesenkt und insbesondere die Emission von Feinstaub, also insbesondere von Partikeln mit aerodynamischen Durchmessern von weniger als 10 μm, überdurchschnittlich hoch gesenkt.

Unter dem Begriff „zumindest teilweise bewirken" ist hier insbesondere zu verstehen, dass die Schritte 1.1), 1.2) und/oder 1.3) auch durch weitere Maßnahmen unterstützt werden können. Insbesondere ist es erfindungsgemäß möglich, dass neben einer durch ein zweites elektrisches Feld bewirkten Umsetzung von Partikeln auch andere Regenerationsmaßnahmen alternativ vorgesehen sind. Hierbei kann insbesondere ein CRT-Verfahren (continuous regenerating trap, kontinuierlich regenerierende Partikelfalle) zum Einsatz kommen. Hierbei wird einem Partikelfilter ein entsprechendes Oxidationsmittel, beispielsweise Stickstoffdioxid zugesetzt, welches zu einer Oxidation der Russpartikel zu Kohlendioxid führt. Insbesondere können die Schritte 1.1), 1.2) und 1.3) in einem einzigen Bauteil, beispielsweise einem Partikelfilter oder -abscheider durchgeführt werden. Insbesondere können alle Schritte 1.1), 1.2) und 1.3) gleichzeitig durchgeführt werden.

Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft zur Reduktion der Partikelemission von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Dieselmaschinen, eingesetzt werden.

Bevorzugt erfolgen die Schritte 1.1) und 1.2) parallel. Insbesondere können diese auch durch ein einziges gemeinsames erstes elektrisches Feld erfolgen.

Bevorzugt erfolgt mindestens einer der Schritte 1.1) und 1.2) durch mindestens ein kontinuierlich anliegendes erstes elektrisches Feld. Ein solches kontinuierlich anliegendes erstes elektrisches Feld kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass zwischen zwei Elektroden eine Gleichspannung angelegt wird. Durch diese Gleichspannung baut sich zwischen den beiden Elektroden ein erstes elektrisches Feld auf.

Grundsätzlich beruht der Schritt 1.1) darauf, dass elektrische Ladung auf die Partikel übertragen werden. Dieser Ladungsübertrag kann beispielsweise von der negativ geladenen Elektrode (Kathode) durch Stickstoffionen erfolgen. Grundsätzlich erhalten die Partikel eine negative Ladung. Daraus folgend übt die positiv geladene Elektrode (Anode) eine Kraft auf die geladenen Teilchen aus und zieht diese an. Dies führt zur Abscheidung des Partikels auf der Anode. Folglich bewirkt das erste elektrische Feld in diesem Fall die Abscheidung der Partikel. Durch die Abscheidung der Partikel kommt es gleichzeitig zur Agglomeration der Partikel, indem mehrere Partikel aneinander haften. Erstaunlicherweise ist diese Bindung zwischen den Partikeln relativ fest, so dass selbst dann, wenn sich das Partikel von der Wand des Partikelabscheiders löst, ein Partikel mit einem wesentlich größeren Durchmesser den Partikelabscheider verlässt als die Partikel, aus denen das gelöste Partikel gebildet wurde. So kann insbesondere die Emission von Feinstaub mit Partikelgrößen von weniger als 10 µm, bevorzugt sogar weniger als 1 µm verhindert werden.

Statt einem kontinuierlich anliegenden ersten elektrischen Feld ist die Durchführung der Schritte 1.1) und 1.2) auch mittels eines niederfrequenten elektrischen Feldes durchführbar. Hierzu wird eine niederfrequente Wechselspannung zum Aufbau des mindestens einen ersten elektrischen Feldes eingesetzt. Die Frequenz dieser Wechselspannung wird so gewählt, dass noch Energie in das schwingende System eines Teilchens mit einem vorgebbaren mittleren Durchmesser eingebracht werden kann, so dass es also noch zu einer wirkungsvollen Abscheidung solcher Partikel kommen kann. Insbesondere bevorzugt sind hier Frequenzen von weniger als 120 Hz, bevorzugt sogar weniger als 100 Hz, besonders bevorzugt zwischen 70 und 90 Hz.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt Schritt 1.3) durch mindestens ein diskontinuierlich anliegendes zweites elektrisches Feld.

Insbesondere kann so der Schritt 1.3) erst dann erfolgen, wenn eine gewisse Mindestmenge an Partikeln zur Umsetzung abgeschieden worden ist. So kann in vorteilhafter Weise ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters durch Schritt 1.3) realisiert werden, bei dem nur eine recht geringe elektrische Leistung zur Partikelfilterregeneration aufgebracht wird, da die Regeneration nur dann erfolgt, wenn mit annehmbaren Wirkungsgraden eine Umsetzung der Partikel erfolgen kann.

Besonders bevorzugt ist, dass die Regeneration des Partikelfilters, also die Umsetzung der Partikel, durch nichtthermische, elektrische Oberflächengleitentladungen an den mit Partikeln belegten Oberflächen ausgelöst wird. Unter einer nichtthermischen Oberflächengleitentladung wird insbesondere eine im Kontakt mit einer im allgemeinen elektrisch isolierenden oder nur schwach leitfähigen Oberfläche brennende elektrische Gasentladung zur Erzeugung eines nichtthermischen Plasmas unter weitgehender Vermeidung einer Gasaufheizung verstanden. Bei einer solchen Oberflächengleitentladung kann der Plasmazustand thermodynamisch nicht durch eine Temperatur beschrieben, im Allgemeinen ist die mittlere Energie der Elektronen wesentlich größer als die der Schwerteilchen (Ionen, Atome, Moleküle).

Durch die nichtthermische Oberflächengleitentladung werden zum Beispiel durch Elektronenstöße mit Sauerstoff Radikale gebildet, die mit der Kohlenstoffoberfläche eines Partikels reagieren können. Dabei werden beispielsweise oberflächengebundene Kohlenmonoxidmoleküle gebildet, die gegebenenfalls mit einem weiteren Sauerstoffradikalen zu Kohlendioxid reagieren können. Das oberflächengebundene Kohlenmonoxid kann auch freigesetzt werden.

Die Oberflächengleitentladung kann beispielsweise durch in eine Beschichtung einer Filterwand oder in eine Filterwand eingebettete Elektroden oder/und durch Oberflächenelektroden induziert werden. Hierzu werden die Elektroden an eine Spannungsquelle angeschlossen. Diese Spannungsquelle ist geeignet, eine zeitveränderliche Hochspannung zu erzeugen. Hierbei kann es sich um eine Wechselspannung oder um eine zeitlich repetierbare Impulsspannung handeln. Unter einer Impulsspannung wird in diesem Zusammenhang eine Spannung verstanden, bei der die Dauer des Spannungsimpulses klein ist gegenüber der durch die Pulswiederholfrequenz gegebenen Periode.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt Schritt 1.1) zur Abscheidung von Partikeln an einem Partikelabscheider, wobei das mindestens eine zweite elektrische Feld in Abhängigkeit von der Partikelbeladung des Partikelabscheiders aufgebaut und/oder aufrecht erhalten wird.

In Abhängigkeit von der Belegung insbesondere der Oberfläche des Partikelabscheiders erfolgt hier eine Regeneration des Filters durch Schritt 1.3).

Der Partikelabscheider kann insbesondere aus metallischen Materialien aufgebaut sein. Insbesondere können hier beispielsweise durch Zusammenwirken von im Wesentlichen glatten und zumindest teilweise strukturierten Lagen Kanäle ausgebildet werden, die eine poröse Wand aufweisen und durch die das Abgas strömen kann. Als Lagen kommen hier Folien, gegebenenfalls perforiert und/oder mit Leitstrukturen versehen, Faserlagen, insbesondere verschweißte und/oder gesinterte Faserlagen, Sintermetallelemente, insbesondere aus Pulver und/oder Fasern gesinterte Elemente und/oder „Wiremesh"-Strukturen in Frage. Diese Lagen können beispielsweise aufgewickelt werden, ferner ist es auch möglich, Stapel aus zumindest einer zumindest teilweise strukturierten Lage und gegebenenfalls einer im Wesentlichen glatten Lage zu bilden, mindestens einer diese Stapel zu verwinden und so einen Körper zu bilden. Ein solcher Körper, genannt Wabenkörper, kann besonders bevorzugt als Partikelabscheider im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden werden. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die eigentlichen metallischen Lagen Elektroden aufweisen und/oder umfassen, mittels derer das erste elektrische Feld ausgebildet werden kann. Jede dieser Lagen ist mit einer im Wesentlichen elektrisch isolierenden Beschichtung versehen, in der oder oberhalb derer zweite Elektroden ausgebildet sind, die zum Aufbau des zweiten elektrischen Feldes dienen können. Unter einer im Wesentlichen elektrisch isolierenden Beschichtung wird eine Beschichtung verstanden, deren elektrische Leitfähigkeit deutlich kleiner ist als die eines Metalls.

Durch eine solche Ausbildung eines Partikelabscheiders können bei geeignet angelegten Spannungen einerseits Partikel im ausreichenden Maße gemäß Schritten 1.1) und 1.2) agglomeriert und auf der Oberfläche der Beschichtung abgeschieden werden, während durch eine auf der Oberfläche dieser Beschichtung erzeugten Oberflächengleitentladung gemäß Schritt 1.3) eine Umsetzung der Partikel, insbesondere des Kohlenstoffanteils der Partikel, insbesondere zu Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid erfolgen kann. Der hier eingesetzte Partikelabscheider kann insbesondere als Plattenfilter, welcher einen Stapel aus zumindest teilweise strukturierten und gegebenenfalls im Wesentlichen glatten Lagen umfasst, ausgebildet sein.

Unter einer strukturierten Lage wird insbesondere eine Lage mit Strukturen verstanden, welche im Zusammenwirken mit anderen Strukturen und/oder mit glatten Lagen durchströmbare Kanäle bilden. Unter einer Strukturierung wird hier nicht ein reines Aufwickeln einer glatten Lage verstanden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens strömt das Abgas durch einen in einer Durchströmungsrichtung durch strömbaren Partikelabscheider, wobei das mindestens eine erste elektrische Feld im Wesentlichen senkrecht zur Durchströmungsrichtung ausgerichtet ist.

Im Regelfall durchströmt das Abgas einen Partikelabscheider in mindestens einem Strömungskanal, der von Wänden zumindest teilweise begrenzt ist. Wird nun das erste elektrische Feld senkrecht zur Durchströmungsrichtung aufgebaut, so führt die auf der Coulombkraft beruhende Ablenkung der aufgeladenen Partikel zu einer Abscheidung der Partikel auf der positiv geladenen Wand. So kann eine besonders effiziente Agglomeration und Abscheidung der Partikel erfolgen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens strömt das Abgas durch einen in einer Durchströmungsrichtung durchströmbaren Partikelabscheider, wobei das mindestens eine zweite elektrische Feld im Wesentlichen parallel oder antiparallel zur Durchströmungsrichtung ausgerichtet ist.

Ein im Wesentlichen parallel oder antiparallel zur Durchströmungsrichtung ausgerichtetes zweites elektrisches Feld kann insbesondere vorteilhaft zur Ausbildung einer Oberflächengleitentladung auf der Oberfläche der Wand eines Strömungskanals eingesetzt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind das mindestens eine erste elektrische Feld und das mindestens eine zweite elektrische Feld im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet.

Dies bewirkt eine besonders vorteilhafte sowohl optimale Agglomeration und Abscheidung von Partikeln als auch eine möglichst optimale Regeneration und Umsetzung der Partikel.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der mittlere Partikeldurchmesser durch Schritt 1.2) über ein vorgebbaren Grenzwert vergrößert.

Je nach Ausgestaltung der Elektroden bzw. der Wände der Kanäle sowie in Abhängigkeit von der angelegten Spannung bzw. dem aufgebauten ersten elektrischen Feld können unterschiedliche mittlere Durchmesser durch Agglomeration und Abscheidung erhalten werden. So ist es möglich, bei einem vorgebbaren oder vorgegebenen Grenzwert die Elektroden entsprechend so zu gestalten und das erste elektrische Feld entsprechend so zu betreiben, dass der mittlere Partikeldurchmesser diesen vorgebbaren Grenzwert nach Abscheidung und Agglomeration übersteigt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch Schritt 1.2) die Verteilungsfunktion der Größenverteilung der Partikel verändert.

Grundsätzlich erzeugt der Vorgang der Verbrennung von Kraftstoffen einer Verbrennungskraftmaschine Partikel, die keine identischen Durchmesser haben. Vielmehr liegt im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine eine Vielzahl von Partikeln vor, deren Größe und Form verschiedenen Verteilungsfunktionen folgen. Grundsätzlich ist es insbesondere durch Schritt 1.2) möglich, mindestens eine dieser Verteilfunktionen, insbesondere die der Größenverteilung der Partikel zu verändern. Besonders bevorzugt ist in diesem Verfahren, dass Schritt 1.2) so ausgeführt wird, dass mindestens eine der folgenden Funktionen erfüllt wird:

11.1) Verschieben eines Erwartungswertes der Verteilungsfunktion;
11.2) Veränderung einer Breite der Verteilungsfunktion;
11.3) Veränderung eines Verlaufs der Verteilungsfunktion;
11.4) Veränderung eines minimalen Grenzwertes der Verteilungsfunktion; und
11.5) Veränderung eines maximalen Grenzwertes der Verteilungsfunktion.

Unter der Breite im Sinne der Funktion 11.2) ist insbesondere die volle Breite bei halber Höhe (Full width half maximum, FWHM) zu verstehen. Die Veränderung der Grenzwerte gemäß 11.4) und 11.5) bewirkt eine Verschiebung von entsprechend vorliegenden minimalen und maximalen Grenzwerten der Verteilungsfunktion. Durch die Agglomeration ist insbesondere eine Veränderung des minimalen Grenzwertes der Verteilungsfunktion möglich. Durch die Agglomeration kann insbesondere eine Verschiebung des Erwartungswertes der Verteilungsfunktion hin zu größeren mittleren Durchmessern der Partikel erfolgen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Schritt 1.3) zumindest teilweise durch ein Plasma bewirkt. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass Schritt 1.3) zumindest teilweise durch eine Oberflächengleitentladung bewirkt wird.

Insbesondere können in Schritt 1.3) bereits abgeschiedene Partikel umgesetzt werden.

Als besonders vorteilhaft und bevorzugt haben sich erste elektrische Felder herausgestellt, die durch Ausbildung einer elektrischen Spannungsdifferenz zwischen zwei Elektroden erzeugt werden, wobei die Spannungsdifferenz einen Absolutbetrag von 10 bis 25 kV, bevorzugt von 15 bis 20 kV, besonders bevorzugt von 12 bis 16 kV aufweist. Bei solchen Spannungsdifferenzen kann insbesondere bevorzugt auf die Ausbildung einer Sprühelektrode verzichtet werden. Diese bedeutet einen zusätzlichen Aufwand zur Regeneration des Filters. Durch den Verzicht auf die Sprühelektrode wird in vorteilhafter Weise die Dauerhaltbarkeit eines entsprechenden Partikelabscheiders erhöht.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verminderung des Anteils an Partikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung für ein Abgas durchströmbar ist, mindestens ein erstes Feldaufbaumittel zum Aufbau eines ersten elektrischen Feldes und mindestens ein zweites Feldaufbaumittel zum Aufbau mindestens eines zweiten elektrischen Feldes ausgebildet sind und wobei die Feldaufbaumittel so ausgebildet sind, dass das erste elektrische Feld zumindest einen Teil der Partikel im Abgas abscheiden und/oder agglomerieren kann und, dass das mindestens eine zweite elektrische Feld eine Umsetzung zumindest eines Teils der Partikel bewirken kann.

Die Feldaufbaumittel können insbesondere entsprechend ausgebildete Elektroden umfassen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch die Agglomeration der Partikel insbesondere dazu dienen, die Emission von Partikeln mit geringem Durchmesser zu senken.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese mindestens einen zumindest beströmbaren Hohlraum, der von mindestens einer Wand zumindest teilweise begrenzt ist.

Unter einem zumindest beströmbaren Hohlraum wird ein Hohlraum verstanden, welcher insbesondere auch verschlossen sein kann. Weiterhin bevorzugt ist jedoch eine Ausbildung, bei der die entsprechende Vorrichtung offen ist, dass heißt die Kanäle nicht nur beströmbar sondern vielmehr durchströmbar sind. In diesem Falle sind Kanäle ausgebildet, durch die ein Abgas strömen kann. Diese Kanäle werden regelmäßig von Wänden begrenzt. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung einen entsprechenden Wabenkörper umfassen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen keramischen Wabenkörper handeln, welcher poröse Wände aufweist. Weiterhin ist es möglich, einen Wabenkörper aus metallischen Lagen auszubilden, welcher durch Aufwickeln zumindest einer zumindest teilweise strukturierten Lage und gegebenenfalls einer im Wesentlichen glatten Lage oder durch Stapeln mindestens einer zumindest teilweise strukturierten Lage und gegebenenfalls einer im Wesentlichen glatten Lage zu einem Stapel und gleich- oder gegensinniges Verwinden mindestens eines Stapels herstellbar.

Sofern die Vorrichtung eine keramische Struktur umfasst, ist es bevorzugt, entsprechende Elektroden für die ersten und zweiten Feldaufhaumittel in den keramischen Wänden oder auf den keramischen Wänden auszubilden. Hierzu können beispielsweise Drähte beim Ausbilden der Keramik in die Wände eingelagert werden. Weiterhin ist es auch möglich, die Struktur schichtweise durch Rapid Prototyping Techniken aufzubauen. Hierbei werden die Strukturen Schicht für Schicht aus einem Rohmaterial aufgebaut, welches dann zumindest in Teilbereichen verfestigt wird, beispielsweise durch den gegebenenfalls örtlich inhomogenen Einsatz einer hochenergetischen Laserstrahlung. Auf die teilweise verfestigte Schicht wird nun eine neue Schicht Rohmaterial aufgetragen, welches erneut zumindest in Teilbereichen verfestigt wird. So können durch Einsatz mehrerer Rohmaterialien verschiedene Leitfähigkeiten in den Wänden der Struktur erzeugt werden.

Bei Strukturen, die aus metallischen Lagen ausgebildet sind, können diese bevorzugt als Feldaufhaumittel, besonders bevorzugt als erstes Feldaufbaumittel eingesetzt werden. Hierzu ist es erforderlich, die unterschiedlichen Lagen elektrisch voneinander zu isolieren, was durch gängige Isolationsmaterialien erreicht werden kann. Beispielsweise kann ein keramischer Washcoat auf die Lagen vor oder nach dem Wickeln aufgetragen werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die ersten Feldaufbaumittel zumindest eine Wand zumindest teilweise.

Hier kann insbesondere ein Aufbau eines im Wesentlichen keramischen Waben- oder Trägerkörpers erfolgen, bei dem beim Aufbau der Wände elektrisch leitfähige Materialien in diese eingelagert werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auf der Wand zumindest teilweise eine elektrische im Wesentlichen isolierende Schicht ausgebildet.

Diese elektrisch isolierende Schicht kann bevorzugt zur Trennung von Anode und Kathode in Berührungsbereichen zwischen zumindest teilweise strukturierten und im Wesentlichen glatten Lagen dienen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die zweiten Feldaufbaumittel zumindest eine Elektrode, die auf und/oder in der im Wesentlichen isolierenden Schicht ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass die zweiten Feldaufbaumittel geeignet sind, eine Oberflächengleitentladung hervorzurufen.

Durch die Ausbildung der Elektroden der zweiten Feldaufbaumittel auf und/oder in der elektrisch isolierenden Schicht ist es möglich, auf einfache An und Weise eine Oberflächengleitentladung wie oben definiert zu erzeugen. Diese fördert durch Radikalbildung die Oxidation von Kohlenstoff und damit bewirkt sie zumindest teilweise die Umsetzung der Partikel gemäß Schritt 1.3) des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Feldaufbaumittel mit mindestens einer Spannungsquelle verbindbar.

So können insbesondere sowohl die ersten als auch die zweiten Feldaufbaumittel mit einer einzigen Spannungsquelle verbunden werden, so dass der bauliche Aufwand möglichst gering ist. Andererseits können für jedes der Feldaufbaumittel jeweils eigene Stromversorgungen und Spannungsquellen ausgebildet sein, da dies eine besonders einfache und besonders effiziente Steuerung der unterschiedlichen Stromkreise ermöglicht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die mindestens eine Spannungsquelle geeignet, Spannung von bis zu 25 kV abzugeben. Solche Spannungen sind in besonders vorteilhafter Weise geeignet, die Agglomeration und Abscheidung der Partikel durchzuführen. Insbesondere kann es sich um Gleichspannung oder niederfrequente Wechselspannung halten, die insbesondere an den ersten Feldaufbaumitteln anliegt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die mindestens eine Wand ein Metall.

Wände, die zumindest teilweise aus Metall ausgebildet sind oder die ein Metall umfassen, sind insbesondere deshalb geeignet, weil sie direkt als Teil der ersten und/oder zweiten Feldaufbaumittel eingesetzt werden können. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass die Wände der Kanäle zumindest zum Teil Teil der ersten Feldaufbaumittel sind, mit zumindest einem Teil der Wände also das erste elektrische Feld gemäß Schritt 1.2) und Schritt 1.1) des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebaut wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die mindestens eine Wand ein keramisches Material.

Insbesondere in diesem Fall kann die Ausbildung von Elektroden in und/oder auf den Wandungen des keramischen Trägers von Vorteil sein.

Sämtliche im Rahmen dieses Dokuments für das erfindungsgemäße Verfahren offenbarten Details sind auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertrag- und anwendbar. Sämtliche für die erfindungsgemäße Vorrichtung offenbarten Details sind in gleicher Weise auf das erfindungsgemäße Verfahren anwend- und übertragbar. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie deren Vorteile anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wird. Es zeigen:
1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
5 schematisch einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
6 schematisch eine Beschattung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
7 schematisch zwei Verteilungsfunktionen der Partikelgröße;
1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Verminderung des Anteils an Partikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine. Diese Vorrichtung 1 umfasst erste Feldaufbaumittel 2, nämlich eine mit einem positiven Pool einer Gleichspannungsquelle verbindbare erste Anode 3 und eine mit einem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle verbindbare erste Kathode 4. Die erste Anode 3 und die erste Kathode 4 bewirken im Betrieb den Aufbau eines ersten elektrischen Feldes 5, welches durch einen Pfeil symbolisiert ist. Dieses erste elektrische Feld 5 ist so ausgebildet, dass es gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrensschritt 1.2) zu einer Agglomeration von Partikeln auf der ersten Anode 3 und gemäß Schritt 1.1) zu einer Abscheidung von Partikeln auf der ersten Anode 3 kommt. Insbesondere liegt zwischen oder ersten Anode 3 und der ersten Kathode 4 eine so große Spannung an, dass die entsprechenden Verfahrensschritte 1.2) und 1.1) für einen möglichst großen Anteil der Partikel im Abgasstrom 6 erfüllt werden. Somit kommt es zur Abscheidung und Agglomeration von Partikeln grundsätzlich auf der ersten Anode 3. Der Abgasstrom 6 durchströmt einen durch die ersten Elektroden 2, 3 gebildeten Partikelabscheider 21, der in einer Durchströmungsrichtung 22 durchströmbar ist.
Im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel ist die erste Anode 3 durch eine isolierende Schicht 7 bedeckt. Eine im Wesentlichen isolierende Schicht 7 liegt dann vor, wenn der elektrische Leitwert dieser Schicht deutlich kleiner ist als der Leitwert der ersten Anode 3 und/oder der ersten Kathode 4.
Der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bevorzugt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, führt also zu Agglomeration und Abscheidung von im Abgas befindlichen Partikeln, die bevorzugt Kohlenstoff enthalten, auf der Oberfläche der isolierenden Schicht 7. Diese abgeschiedenen und agglomerierten Partikel führen zu einer Belegung der isolierenden Schicht 7. Durch die zunehmende Dicke des Belags der isolierenden Schicht 7 erhöht sich ein Strömungswiderstand eines durch die erste Anode 3 und die erste Kathode 4 gebildeten Strömungskanals 8. Dies ist ein unerwünschter Effekt, da zum Erreichen derselben Leistung der Verbrennungskraftmaschine im Regelfall ein Kraftstoffmehrverbrauch der Verbrennungskraftmaschine nötig ist. Zudem besteht die Möglichkeit, dass die abgeschiedenen Partikel wieder mechanisch von der ersten Anode 3 getrennt werden.
Von daher muss die Vorrichtung 1 regeneriert werden. Dies erfolgt durch eine chemische Umsetzung der auf der isolierenden Schicht 7 abgelagerten Partikel. Eine solche Umsetzung kann auf verschiedene Arten und Weisen erfolgen. Zum einen ist hier eine thermische Regeneration der Vorrichtung grundsätzlich bekannt, bei der eine Temperaturerhöhung der Partikel über eine Grenztemperatur bewirkt wird, oberhalb derer eine Oxidation des Kohlenstoffes in den Partikeln mit Restsauerstoff im Abgasstrom 6 erfolgt. Eine weitere Möglichkeit besteht in einer chemischen Regeneration, bei der stromaufwärts der Vorrichtung 1 ein oxidationsmittelhaltiger Abgasstrom 6 erzeugt wird, welcher die Vorrichtung 1 durchströmt. Durch Reaktion dieses Oxidationsmittels mit dem Kohlenstoff in den auf der isolierenden Schicht 7 abgelagerten Partikeln kommt es zu einer chemischen Umsetzung, nämlich einer Oxidation, des Kohlenstoffes zu Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid. Als Oxidationsmittel ist insbesondere Stickstoffdioxid (NO₂) vorteilhaft. Dieses Stickstoffdioxid kann direkt aus dem Abgas mittels eines stromaufwärts der Vorrichtung liegenden Oxidationskatalysators erzeugt werden.
Erfindungsgemäß wird jedoch gemäß Verfahrensschritt 1.3) die Umsetzung von Partikeln durch mindestens ein zweites elektrisches Feld 9 zumindest teilweise bewirkt. Dieses zweite elektrische Feld 9 ist ebenfalls durch einen Pfeil symbolisiert. Es wird durch die Verbindung einer zweiten Anode 10 und einer zweiten Kathode 11 mit einer Spannungsquelle erzeugt. Die zweite Anode 10 und die zweite Kathode 11 bilden ein zweites Feldaufbaumittel 12. Die zweite Anode 10 und die zweite Kathode 11 – allgemeiner die zweiten Elektroden 10, 11 – sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Oberfläche der isolierenden Schicht 7 ausgebildet. Hierbei liegt die isolierende Schicht 7 zwischen den ersten Elektronen 10, 11 und der ersten Anode 3. Es ist ebenfalls erfindungsgemäß möglich, die zweiten Elektroden 10, 11 zumindest zum Teil innerhalb der isolierenden Schicht 7 auszubilden. So ist es möglich, dass beispielsweise die zweite Anode 10 vollständig in die isolierende Schicht 7 zu integrieren, während die zweite Kathode 11 wie hier dargestellt auf der Oberfläche der isolierenden Schicht 7 ausgebildet ist.
Die beispielhaft gezeigten zweiten Elektroden 10, 11 sind insbesondere so ausgebildet und werden insbesondere so betrieben, dass sich zwischen ihnen ein nichtthermisches Plasma, besonders bevorzugt eine nichtthermische Oberflächengleitentladung ausbildet.
Insbesondere sind die zweiten Feldaufbaumittel 12 so ausgebildet, dass sich zwischen ihnen eine nichtthermische Oberflächengleitentladung bilden kann. Hierzu werden die zweiten Feldaufbaumittel 12 mit einer zeitlich veränderlichen Hochspannung entweder in Form einer Wechselspannung oder in Form einer zeitlich repetierenden Impulsspannung versehen. Durch die entstehende Oberflächengleit entladung werden durch das nichtthermische Plasma Sauerstoffradikale gebildet, die mit dem Kohlenstoff der Partikel zu Kohlenmonoxid reagieren können. Mit einem weiteren Sauerstoffradikal kann dann die weitere Oxidation des Kohlenmonoxides zu Kohlendioxid erfolgen.
2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Dieser umfasst zwei erste Elektroden 13, die ein erstes Feldaufbaumittel 2 bilden. Wie durch die „+/–" – Beschriftung angedeutet werden diese ersten Elektroden 13 wechselweise als Anoden und Kathoden betrieben. Hierzu werden sie mit einer bevorzugt niederfrequenten Wechselspannung beaufschlagt. Hierzu sind die ersten Elektroden 13 mit einer entsprechenden Spannungsquelle verbindbar. Die ersten Feldaufbaumittel 2 bilden ein erstes elektrisches Feld 5 aus, welches wie oben beschrieben zu Agglomeration und Abscheidung von Partikeln auf den auf beiden ersten Elektroden 13 ausgebildeten isolierenden Schichten 7 erfolgt. Die Ausrichtung des ersten elektrischen Feldes 5 wechselt entsprechend dem Polaritätenwechsel der ersten Elektroden 13. Insofern ist der dass elektrische Feld 5 repräsentierende Pfeil in 2 nur exemplarisch zu verstehen.
Weiterhin sind zweite Feldaufbaumittel 12 umfassend zweite Anoden 10 und zweite Kathoden 11 ausgebildet. Auch hier ist die durch diese zweiten Feldaufbaumittel 12 gebildete Richtung des entsprechenden zweiten elektrischen Feldes 9 exemplarisch zu verstehen, da auch die zweiten Feldaufbaumittel 12 mit einer Wechselspannung betrieben werden können.
Durch den entsprechenden Betrieb der ersten Elektroden 13 mit einer Wechselspannung kommt es zur Abscheidung von Partikeln auf beiden isolierenden Schichten 7. Von daher sind auch die zweiten Feldaufbaumittel 12 so ausgebildet, dass auf beiden isolierenden Schichten eine Oberflächengleitentladung erzeugt werden kann, durch die eine Umsetzung der Partikel gemäß Verfahrensschritt 1.3 erfolgen kann. Exemplarisch ist im zweiten Ausführungsbeispiel eine der zweiten Anoden 10 im Inneren der entsprechenden isolierenden Schicht 7 ausgebildet gezeigt. Wie im ersten Ausführungsbeispiel begrenzen die ersten Elektroden 13 bzw. die auf diesen aufgetragenen isolierenden Schichten 7 einen Strömungskanal 8. Der Strömungskanal 8, dessen Wände 23 vorliegend durch die ersten Elektroden 2, 3 und die jeweils aufgetragene isolierende Schicht 7 gebildet sind, ist in einer Durchströmungsrichtung 22 durchströmbar. Die ersten Elektroden 13 bilden einen Partikelabscheider 21.
3 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Diese umfasst eine Vielzahl von ersten Anoden 3 und eine Vielzahl von ersten Kathoden 4. Hierbei ist auf jeder Seite einer ersten Anode 3 eine entsprechende isolierende Schicht 7 ausgebildet. Die entsprechenden zweiten Feldaufbaumittel 12 sind ebenfalls als Oberflächenelektroden auf den isolierenden Schichten 7 insbesondere wie in 1 beschrieben ausgebildet. Zur entsprechenden Verbindung mit einer Spannungsquelle sind die zweiten Feldaufbaumittel 12 über Kontaktmittel 14 paarweise miteinander und diese Kontaktmittel 14 mit einer nicht gezeigten Spannungsquelle verbunden. Die Kontaktmittel 14 sind insbesondere so ausgebildet, dass eine elektrische Kontaktierung der zweiten Feldaufbaumittel 12 möglich ist, wobei jedoch eine entsprechende Isolierung hin zu den ersten Anoden 3 und/oder ersten Kathoden 4 vorgesehen ist, so dass hier unterschiedliche elektrische Potenziale anliegen können. Im Übrigen wird auf die oben gemachten Ausführungen zum ersten und zum zweiten Ausführungsbeispiel verwiesen. Der Übersichtlichkeit halber sind die Bezugszeichen der Feldaufbaumittel 12 nur exemplarisch angegeben.
4 zeigt schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 im Querschnitt. Hierbei handelt es sich um einen spiralig aufgewickelten Trägerkörper 15, welcher aus einer Welllage 16 und einer Glattlage 17 gebildet ist. Zwischen der Welllage 16 und der Glattlage 17 bilden sich Kanäle 18 durch die der Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine strömen kann. Die Welllage 17 umfasst eine metallische Lage 19, die auf beiden Seiten von isolierenden Schichten 7 umgeben ist. Die Darstellung in 4 ist ein Querschnitt durch den Trägerkörper 15. Die metallische Lage 19 sowie die Welllage 16 wirken gemeinsam bei der Ausbildung eines ersten elektrischen Feldes zusammen. Hierbei bildet die metallische Lage 19 die erste Anode 3, während die Welllage 16 die erste Kathode 4 bildet. Gemeinsam bilden die erste Anode 3 und die erste Kathode 4 die ersten Feldaufbaumittel 2, die das erste elektrische Feld bilden. Die metallische Lage 19 und/oder die isolierenden Schichten 7 können bevorzugt auch porös und/oder zumindest teilweise für einen Feld durchströmbar ausgeführt sein. Hierrunter fallen insbesondere Materialien, die aus Fasern hergestellt werden, beispielsweise metallische Fasermatten, metallische Fasergewebe, Wiremesh-Lagen, metallische Sintergebilde insbesondere aus Pulver und/oder Fasern. Durch die Darstellung im Querschnitt sind die zweiten Feldaufbaumittel 12 nicht dargestellt. Auch hier bewirken diese ein zweites elektrisches Feld, welches der Umsetzung der im Abgas vorhandenen Partikel dient. Die zweiten Feldaufbaumittel 12 sind bevorzugt in jedem Kanal 19 ausgebildet.
Weiterhin sind entsprechende nicht gezeigte Spannungsversorgungen und Steuerungsmittel ausgebildet, die eine entsprechende Spannung an die ersten und/oder zweiten Feldaufbaumittel 12 anlegen kann.
5 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer ersten Anode 3, welche auf einer Seite mit einer isolierenden Schicht 7 versehen ist. Die erste Anode 3 ist mit einer oder mehreren Spitzen 20, die die isolierende Schicht 7 durchbrechen, versehen. Diese Spitzen 20 erleichtern die Aufladung und Abscheidung der Ruß umfassenden Partikel, da an Spitzen 20 das erste elektrische Feld verstärkt wird. Die Spitzen 20 sind hier exemplarisch eingezeichnet. Insbesondere kann die elektrisch isolierende Schicht 7 einen Washcoat umfassen, welcher als Beschichtung auf der ersten Anode 3 aufgetragen wird. Hierbei kann die Beschichtung in ihrer Dicke in einem gewissen Toleranzbereich variabel sein.
6 zeigt schematisch eine Beschaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die erste Anode 3 und die erste Kathode 4 sind elektrisch mit den entsprechenden Polen einer ersten Spannungsquelle 24 verbunden, die eine Gleichspannung abgibt. Auf der ersten Anode 3 ist eine isolierende Schicht 7 ausgebildet, auf der zweite Elektroden 25 ausgebildet sind, die eine Oberflächengleitentladung bewirken können. Die zweiten Elektroden 25 sind mit einer zweiten Spannungsquelle 26 verbunden, die eine Wechselspannung hoher Amplitude abgeben kann. Die ersten Elektroden 3, 4 bewirken ein erstes elektrisches Feld zur zumindest teilweisen Bewirkung der Verfahrensschritte 1.2) und 1.1), während die zweiten Elektroden 25 ein zweites elektrisches Feld erzeugen können, welches den Verfahrensschritt 1.3) bewirken kann.
7 zeigt schematisch eine erste 27 Verteilungsfunktion V(d) eines mittleren Partikeldurchmessers d der Partikel im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine vor dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens, während eine zweite 28 Verteilungsfunktion V(d) eines mittleren Partikeldurchmessers d der Partikel im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine nach dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wird. Die Verteilungsfunktion V(d) gibt die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens eines Partikels des Partikeldurchmessers d an. Sowohl V(d) als auch d sind in 7 in Einheiten von 1 angegeben. Die Verteilungsfunktionen 27, 28 sind jeweils so normiert, dass das Integral der Verteilungsfunktion V(d) über d von null bis unendlich eins ergibt. So ist zu erklären, dass in dieser Darstellung die zweite Verteilungsfunktion 28 ähnlich hohe Werte V(d) aufweist wie die erste Verteilungsfunktion 27. Ohne Normierung, also als Darstellung nicht der Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion, sondern als Verteilungsfunktion der Par tikelgrößenhäufigkeiten ergibt das Integral über die zweite Verteilungsfunktioⁿ aufgrund der abgeschiedenen Partikel einen deutlich kleineren Wert als bei der ersten Verteilungsfunktion.
Im Vergleich zwischen der zweiten Verteilungsfunktion 28 und der ersten Verteilungsfunktion 28 zeigt sich, dass der Erwartungswert der Verteilungsfunktion durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verschoben wird. Weiterhin weist die erste Verteilungsfunktion 27 eine erste Breite (FWHM) 29 auf, als eine zweite Breite 30 der zweiten Verteilungsfunktion 28, so dass auch die Breite 29, 30 der Verteilungsfunktion durch das erfindungsgemäße Verfahren verändert wird. Die erste Verteilungsfunktion 27 weist einen ersten minimalen Grenzwert 31 auf während die zweite Verteilungsfunktion 28 einen zweiten minimalen Grenzwert 32 aufweist, der größer als der erste minimale Grenzwert 31 ist. Die erste Verteilungsfunktion 27 weist einen ersten maximalen Grenzwert 33 auf, während die zweite Verteilungsfunktion 28 einen von diesem ersten maximalen Grenzwert 33 verschiedenen zweiten maximalen Grenzwert 34 aufweist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Verringerung des Anteils an Partikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine sowie das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass durch die kombinierte Agglomeration und Abscheidung der Partikel ein Anteil an Feinstaub an den Partikelemissionen der Verbrennungskraftmaschine wirkungsvoll verringert werden kann. Insbesondere kann durch die entsprechende Ausbildung der ersten elektrischen Felder 5 genau vorgegeben werden, was für eine Partikelgrößenverteilung erreicht wird. Die auf einem zweiten elektrischen Feld 9 beruhende Umsetzung der Partikel führt in vorteilhafter Weise zu einer sehr guten Regeneration der Vorrichtung 1. Durch die Agglomeration ist selbst dann, wenn es zu einer Emission bereits abgeschiedener Partikel kommt, gewährleistet, dass kein Feinstaub emittiert wird.

1: Vorrichtung zur Verminderung des Anteils an Partikeln
2: erste Feldaufbaumittel
3: erste Anode
4: erste Kathode
5: erstes elektrisches Feld
6: Abgasstrom
7: isolierende Schicht
8: Strömungskanal
9: zweites elektrisches Feld
10: zweite Anode
11: zweite Kathode
12: zweite Feldaufbaumittel
13: erste Elektrode
14: Kontaktmittel
15: Trägerkörper
16: Welllage
17: Glattlage
18: Kanal
19: metallische Lage
20: Spitze
21: Partikelabscheider
22: Durchströmungsrichtung
23: Wand
24: erste Spannungsquelle
25: zweite Elektroden
26: zweite Spannungsquelle
27: erste Verteilungsfunktion
28: zweite Verteilungsfunktion
29: erste Breite
30: zweite Breite
31: erster minimaler Grenzwert
32: zweiter minimaler Grenzwert
33: erster maximaler Grenzwert
34: dritter maximaler Grenzwert
d: Partikeldurchmesser
V(d): Verteilungsfunktion des Partikeldurchmessers

Claims

Verfahren zur Verminderung des Anteils an Partikeln im Abgas (6) einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend die folgenden Schritte: 1.1) Abscheidung von Partikeln; 1.2) Agglomeration von Partikeln; und 1.3) Umsetzung von Partikeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte 1.1) und 1.2) durch mindestens ein erstes elektrisches Feld (5) und Schritt 1.3) durch mindestens ein zweites elektrisches Feld (9) zumindest teilweise bewirkt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schritte 1.1) und 1.2) parallel erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem mindestens einer der Schritte 1.1) und 1.2) durch mindestens ein kontinuierlich anliegendes erstes elektrisches Feld (5) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Schritt 1.3) durch mindestens ein diskontinuierlich anliegendes zweites elektrisches Feld (9) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem Schritt 1.1) zur Abscheidung von Partikeln an einem Partikelabscheider (21) führt und das mindestens eine zweite elektrische Feld (9) in Abhängigkeit von der Partikelbeladung des Partikelabscheiders (21) aufgebaut und/oder aufrechterhalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Abgas (6) durch einen in einer Durchströmungsrichtung (22) durchströmbaren Partikelabscheider (21) strömt, wobei das mindestens eine erste elektrisc^he Feld (5) im wesentlichen senkrecht zur Durchströmungsrichtung (21) ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Abgas (6) durch einen in einer Durchströmungsrichtung (22) durchströmbaren Partikelabscheider (21) strömt, wobei das mindestens eine zweite elektrische Feld (9) im wesentlichen parallel oder antiparallel zur Durchströmungsrichtung (22) ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine erste elektrische Feld (5) und das mindestens eine zweite elektrische Feld (9) im wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mittlere Partikeldurchmesser durch Schritt 1.2) über einen vorgebbaren Grenzwert vergrößert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem durch Schritt 1.2) die Verteilungsfunktion (27, 28) der Größenverteilung der Partikel verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem Schritt 1.2) so ausgeführt wird, dass mindestens eine der folgenden Funktionen erfüllt wird: 11.1) Verschieben eines Erwartungswertes der Verteilungsfunktion (27, 28); 11.2) Veränderung einer Breite (29, 30) der Verteilungsfunktion (27, 28); 11.3) Veränderung eines Verlaufes der Verteilungsfunktion (27, 28); 11.4) Veränderung eines minimalen Grenzwertes (31, 32) der Verteilungsfunktion (27, 28); und 11.5) Veränderung eines maximalen Grenzwertes (33, 34) der Verteilungsfunktion (27, 28).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Schritt 1.3) zumindest teilweise durch ein Plasma bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem Schritt 1.3) zumindest teilweise durch eine Oberflächengleitentladung bewirkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt 1.3) bereits abgeschiedene Partikel umgesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine erste elektrische Feld (5) durch Ausbildung einer elektrischen Spannungsdifferenz zwischen zwei Elektroden (3, 4) erzeugt wird, wobei die Spannungsdifferenz einen Absolutbetrag von 10 bis 25 kV (Kilovolt), bevorzugt von 15 bis 20 kV, besonders bevorzugt von 12 bis 16 kV aufweist.
Vorrichtung zur Verminderung des Anteils an Partikeln im Abgas (6) einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Vorrichtung für ein Abgas (6) durchströmbar ist, mindestens ein erstes Feldaufbaumittel (2) zum Aufbau eines ersten elektrischen Feldes (5) und mindestens ein zweites Feldaufbaumittel (12) zum Aufbau mindestens eines zweiten elektrischen Feldes (9) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldaufbaumittel (2, 12) so ausgebildet sind, dass das erste elektrische Feld (5) zumindest einen Teil der Partikel im Abgas abscheiden und/oder agglomerieren kann und dass das mindestens eine zweite elektrische Feld (9) eine Umsetzung zumindest eines Teils der Partikel bewirken kann.
Vorrichtung nach Anspruch 16, die mindestens einen zumindest beströmbaren Hohlraum (8, 18) umfasst, der von mindestens einer Wand (23) zumindest teilweise begrenzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die ersten Feldaufbaumittel (2) zumindest eine Wand (23) zumindest teilweise umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, bei der auf der Wand (23) zumindest teilweise eine elektrisch im Wesentlichen isolierende Schicht (7) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei dem die zweiten Feldaufbaumittel (12) zumindest eine Elektrode (10, 11, 13, 25) umfassen, die auf und/oder in der im Wesentlichen isolierenden Schicht (7) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei der die zweiten Feldaufbaumittel (12) geeignet sind, eine Oberflächengleitentladung hervorzurufen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei der die Feldaufbaumittel (2, 12) mit mindestens einer Spannungsquelle (24, 26) verbindbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der die mindestens eine Spannungsquelle (24, 26) geeignet ist, Spannungen von bis zu 25 kV abzugeben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, bei der die mindestens eine Wand (23) ein Metall umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, bei der die mindestens eine Wand (23) ein keramisches Material umfasst.