DE10009730A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abgas - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Reinigen von Abgas, insbesondere Abgas von Verbrennungsmotoren, das einer elektrischen Gasentladung unterworfen wird und in Kontakt mit katalytischem Material gelangt. DOLLAR A Um einen verbesserten Schadstoffaubbau und eine verringerte Anheizzeit des Katalysators zu erreichen, wird das Verfahren so durchgeführt, daß ein die elektrische Gasendladung bewirkendes Plasmamodul (3) einem das katalytische Material aufweisenden Katalysator (4) in einem solchen Abstand strömungsmäßig vorgeordnet verwendet wird, daß instabil angeregte Gasmoleküle mit dem Abgas in den Katalysator (4) strömen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Rei­ nigen von Abgas, insbesondere Abgas von Verbrennungsmotoren, das einer elektrischen Gasentadung unterworfen wird und in Kontakt mit katalytischem Material gelangt.

Verbrennungsmotoren werden mit Katalysatoren betrie­ ben, die Schadstoffe des Abgases abbauen. Die katalytische Aktivität von Katalysatoren beginnt bei den heute verwendeten Werkstoffen jedoch erst im Bereich von 250-300°C. Kaltstarts des Verbrennungsmotors führen daher dazu, daß Schadstoff emis­ sionen praktisch unvermindert in die Umgebung entlassen wer­ den. Die Kaltstartemissionen stellen den überwiegenden Teil der Gesamtemissionen dar, und zwar sowohl bei ihren Ermitt­ lungen in den europäischen Fahrzyklen NEFZ, wie auch in den amerikanischen Fahrzyklen FTP. Für zukünftige direkt ein­ spritzende Ottomotoren wird dieses Problem weiter verschärft. Zur Verringerung der Kaltstartemissionen ist es bekannt, Ka­ talysatoren aufzuheizen.

Zur Beschleunigung ihres Aufheizverhaltens werden Katalysatoren möglichst nahe am Auslaßkrümmer des Motors an­ geordnet, was jedoch zu thermischen Problemen bei Vollast führen kann. In einem alternativen Ansatz wurden elektrische Beheizungen oder Brenner mit einigen Kilowatt Heizleistung entwickelt, die durch Zufuhr thermischer Energie das Abgas vor dem Katalysator zusätzlich erwärmen. Darüber hinaus ist es üblich, durch Eingriffe in die Motorsteuerung während des Kaltstarts ein fetteres Gemisch zu fahren, was einerseits in einer Temperaturerhöhung resultiert und andererseits durch die chemische Energie von unverbrannt in den Katalysator gelangenden Bestandteilen des Abgases eine lokale Erwärmung herbeiführt. Die Umsetzung eines an unverbrannten Bestandtei­ len reichen Rohabgases kann durch die Zufuhr von Sauerstoff hinter dem Motor und vor dem Katalysator mittels einer Sekun­ därluftpumpe unterstützt werden. Nachteil aller beschriebenen Verfahren ist, daß sie alle durch den Strömungswiderstand des meist kleinvolumigen motornahen Katalysators, durch den Ener­ gieverbrauch der Zusatzbeheizung oder durch die nichtoptima­ len Motorparameter aufgrund der Anfettung den Kraftstoffver­ brauch erhöhen. Ein fettes Gemisch oder ein mit Kraftstoff betriebener Brenner führen zudem unmittelbar zu zusätzlichen Emissionen, die aufgrund des im kalten Zustand unwirksamen Katalysators unvermindert in die Umwelt entlassen werden.

Darüber hinaus ist es bekannt, motorische Abgase plasmachemisch zu behandeln. Hierbei werden unter ständiger Energiezufuhr Elektronen erzeugt, die mittels Elektronenstos­ ses Abgasmoleküle spalten. Dabei werden sowohl Schadstoffmo­ leküle gespalten, wie auch andere, z. B. atomarer Stickstoff oder Sauerstoff. Spaltprodukte können mit Schadstoffen des Abgases reagieren. Für eine ausschließlich plasmachemische Schadstoffminderung ist der Energieaufwand jedoch vielfach zu hoch. Es ist daher in der DE 196 26 381 C2 bereits beschrie­ ben worden, das plasmachemische Verfahren nicht während der gesamten Betriebsdauer anzuwenden, sondern nur während vorbe­ stimmter Phasen. Dabei wird dieses Verfahren vornehmlich nach dem Einschalten eingesetzt, das heißt während der Zeit, in der ein Katalysator noch nicht wirksam ist, weil er seine Be­ triebstemperatur noch nicht erreicht hat. Das plasmachemische Verfahren durch elektrische Gasentladung und die katalytische Abgasbeeinflussung sind jedoch entkoppelt. Es wurde daher versucht, die positiven Wirkungen der elektrischen Gasentla­ dung und des Katalysators zu kombinieren.

Aus der DE 44 23 397 C2 ist ein Verfahren mit den eingangs genannten Verfahrensschritten bekannt. Es findet in­ nerhalb eines einzigen abgegrenzten Raumes statt, der den Elektrodenraum des Plasmamoduls darstellt, in dem Barrierenentladungen erzeugt werden und in dem auf die aus Dielektri­ kum bestehenden Barrieren eine katalytische Beschichtung aufgebracht wurde. Die dabei zur Verfügung stehende Elektro­ denfläche ist jedoch deutlich kleiner als die aktiven Flächen üblicher Katalysatoren, die eine monolitische keramische Zel­ lenstruktur aufweisen. Die Wirkung dieses bekannten Verfah­ rens ist verbesserungswürdig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den eingangs genannten Verfahrensschritten so zu verbessern, daß der Schadstoffabbau günstig beeinflußt und das Einsetzen katalytischer Wirkung möglichst beschleunigt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein die elek­ trische Gasentladung bewirkendes Plasmamodul einem das kata­ lytische Material aufweisenden Katalysator in einem solchen Abstand strömungsmäßig vorgeordnet verwendet wird, daß insta­ bil angeregte Gasmoleküle mit dem Abgas in den Katalysator strömen.

Für die Erfindung ist zunächst von Bedeutung, daß die elektrische Gasentladung einerseits und die Katalyse anderer­ seits in speziell für sie ausgebildeten Bereichen erfolgen. Diese können entsprechend auf die jeweiligen Prozesse opti­ miert werden. Dabei ist von Bedeutung, daß das Plasmamodul dem Katalysator strömungsmäßig vorgeordnet verwendet wird. Das erfolgt im Hinblick darauf, daß auch bei dem hier vorlie­ genden Verfahren, wie bei dem bekannten Verfahren, eine für den Schadstoffabbau wirksame Kombination der plasmachemischen Vorgänge im Plasmamodul und der Katalysevorgänge im Katalysa­ tor stattfindet. Insbesondere wird also ein Effekt erreicht, der mehr als eine Summierung der Wirkung des Plasmas einer­ seits und der Wirkung des Katalysators andererseits bedeutet. Hierbei wird so verfahren, daß instabil angeregte Gasmoleküle noch vor Ablauf ihrer Abreaktionszeit mit dem Abgas in den Katalysator strömen. Es ist also von Bedeutung, das Plasmamo­ dul und den Katalysator so anzuordnen, daß die instabil angeregten Gasmoleküle aus dem Plasmamodul in den Katalysator gelangen können, bevor sie in stabile Zustände oder in Reak­ tionsprodukte fallen.

Die vorbeschriebene Optimierung des Schadstoffabbaus wird mit einem Plasmamodul erreicht, in dem eine Barrieren­ entladung oxidative Reaktionen auslöst, die einen Teil der Schadstoffe abbauen. Bei dem Betrieb des Plasmamoduls entste­ hen in der Barrierenentladung langlebige oxidative Radikale und reaktive teiloxidierte Schadstoffprodukte, die mit dem Gasstrom aus dem Plasmamodul in den praktisch unmittelbar angrenzenden Katalysator getragen werden. Dabei können die Parameter der elektrischen Gasentladung, die z. B. entspre­ chend der DE 196 26 381 C2 intermittierend zugeschaltet wird, so gewählt, daß ein möglichst großer Teil der Abreaktionen erst abgeschlossen ist, nachdem das bearbeitete Volumenele­ ment mit dem Abgas in den Katalysator geströmt ist. Die in einem solchen Volumenelement enthaltenen instabil angeregten Gasmoleküle sind Radikale, wie atomarer Sauerstoff oder Stickstoff, metastabiles Ozon oder Reaktionsprodukte der im Abgas enthaltenen Stoffe Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Stickoxide, Kohlenwasserstoffe oder Partikel. Es treten elek­ tronische Anregungszustände oder Ionen auf, aber auch vibra­ torische oder rotatorische Anregungszustände. Die Radikale kommen im Katalysator mit den dort vorhandenen katalytisch wirkenden Oberflächen durch Stöße zur Reaktion. Dabei heizen sie infolge ihrer chemischen Exothermie den Katalysator auf.

Für die Aufheizung des Katalysators ist weiterhin Abwärme vorhanden, die das Abgas aus dem Plasmamodul mit­ bringt, da hier nicht die gesamte elektrische Energie für die Erzeugung von Radikalen benutzt wird, sondern die Abwärme zu einem beträchtlichen Grad das Abgas aufheizt. Das ist mit einer elektrischen Beheizung vergleichbar, wobei der Wärme­ übergang zum Abgas bei einer Barrierenentladung im Bereich von 0,5-5 mm aufgrund dieser kleinen Spaltmaße sehr gut ist. Außer der elektrischen Verluste bei der Plasmaerzeugung dienen auch die o. g. vibratorischen und rotatorischen Anregungszustände der Gasmoleküle einer Aufheizung des Abgases und damit einer Aufheizung des Katalysators. Die Ausnutzung der vorbeschriebenen, vom Plasmamodul herrührenden Effekte bewirkt ein früheres Erreichen der Anspringtemperatur des Ka­ talysators, also derjenigen Temperatur, ab der der Katalysa­ tor die Schadstoffe umsetzen kann und dabei seine Temperatur behält bzw. erhöht. Diese Anspringtemperatur wird bei Anwen­ dung des Plasmamoduls bzw. dessen elektrischer Gasentladung durch die erhöhte Reaktivität der Radikale und aufgrund der elektrischen Aufheizung früher erreicht.

Das Verfahren kann so durchgeführt werden, daß als instabil angeregte Gasmoleküle chemische Radikale des Abga­ ses, dessen Zersetzungs- oder Reaktionsprodukte im Ka­ talysator verwendet werden, wie es also vorbeschrieben wurde. Dabei ist von Bedeutung, daß auch in der elektrischen Gas­ entladung entstandene Zersetzungsprodukte und/oder Reaktions­ produkte des Abgases verwendet werden können. Es handelt sich hier um mehratomige Verbindungen oder Partikel, die in dem Plasma nicht instantan völlig zersetzt wurden, sondern in Reaktionsketten schrittweise abgebaut werden. Häufig tritt beispielsweise Wasserstoffabstraktion auf. Die sich ergeben­ den Zwischenprodukte erreichen zumindest zum Teil die Katalysatoroberfläche. Dabei ist von Bedeutung, daß diese Stoffe im Katalysator bereits bei niedrigeren Temperaturen reagieren können, weil sie eine geringere Stabilität haben. Auch insoweit findet eine Wechselwirkung des Plasmamoduls und des Katalysators statt.

Die vorbeschriebene Wechselwirkung wird insbesondere dann verbessert, wenn das Verfahren so durchgeführt wird, daß eine zwischen dem Plasmamodul und dem Katalysator erfolgende Abgasströmung mit einer solchen Geschwindigkeit erfolgt, daß die instabil angeregten Gasmoleküle den Katalysator während ihrer Instabilitätsdauer erreichen. Dementsprechend wird die Abgasströmung dazu benutzt, instabil angeregte Gasmoleküle möglichst schnell in den Katalysator zu befördern, um dort die vorbeschriebenen Reaktionen zu ermöglichen und damit die Aufheizung des Katalysators.

Vorteilhafterweise wird so verfahren, daß die Gasent­ ladung unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors zu­ geschaltet wird. Infolgedessen findet sofort ein Schadstoff­ abbau statt und entsprechend der dabei gegebenen Aufheizung des Abgases und der Ausnutzung der instabilen Anregungszu­ stände der Gasmoleküle im Katalysator wird dessen Anspring­ temperatur gesenkt. Die schnelle Aufheizung des Katalysators durch die Gasentladung nach den vorbeschriebenen Verfahren wird vorteilhaft zusammen mit den üblichen Maßnahmen einge­ setzt, wie einer motornahen Anordnung des Katalysators oder einer Sekundärlufteinblasung. Da die sofortige Gasentladung auch noch bei völlig unwirksamem Katalysator Schadstoffe ab­ baut, kann durch das Verfahren in jedem Betriebszustand des Motors eine Schadstoffminderung erzielt werden.

Es kann auch so verfahren werden, daß die Gasentla­ dung bei einem Erreichen einer durch vorbestimmten selbstän­ digen Schadstoffabbau gekennzeichneten Anspringtemperatur des Katalysators abgeschaltet wird. Der Katalysator übernimmt den gesamten Schadstoffabbau. Ein Betrieb des Plasmamoduls ist nicht mehr nötig und die dafür an sich erforderliche Energie wird eingespart.

Das Verfahren kann auch so durchgeführt werden, daß die Gasentladung während des Motorbetriebs bei Unterschreiten einer vorbestimmten Katalysatortemperatur für eine begrenzte Zeit zugeschaltet wird. Das ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Motor eine Betriebsphase mit niedriger Teillast län­ gere Zeit durchläuft, so daß infolgedessen eine Absenkung der Temperatur des Katalysators erfolgt, bei der der vollständige bzw. vorbestimmte Abbau der Schadstoffe nicht mehr gewährlei­ stet ist.

In vergleichbarer Weise kann so verfahren werden, daß die Gasentladung während des Motorbetriebs zugeschaltet wird, falls eine Abgaszusammensetzung ermittelt wird, die dem kata­ lytischen Schadstoffabbau abträglich ist. Hierdurch wird ver­ mieden, daß der Katalysator in seiner Funktion gestört wird, beispielsweise durch sich ablagernde Partikel, die den Strö­ mungswiderstand in unzulässiger Weise erhöhen und die wirksa­ me Katalysator-Gesamtfläche verringern.

Es kann auch kurzzeitiges Verfahren stattfinden, in­ dem die Gasentladung während des Motorbetriebs bei Emissions­ peaks zugeschaltet wird. Solche Emissionspeaks können bei­ spielsweise während des Warmlaufens des Motors oder während einer Laständerung des Motors auftreten, und zwar bei einem Betriebszustand bei dem die Katalysatortemperatur entweder abgefallen ist oder eine Belastung auftritt, für die der Ka­ talysator nicht ausgelegt ist. Insbesondere ist es dadurch möglich, die Auslegung des Katalysators zu optimieren, also beispielsweise im Hinblick auf seine Größe und/oder auf seine Betriebsdauer.

Das Verfahren wird vorteilhafterweise so durchge­ führt, daß die Leistung der Gasentladung nach Erreichen einer vorbestimmten Anspringtemperatur während einer vorbestimmten Zeit auf Null zurückgenommen wird. Damit ist es möglich, die Selbsterwärmung des Katalysators durch Schadstoffabbau dazu zu nutzen, daß er sich selbst auf eine höhere als die vorbe­ stimmte Anspringtemperatur erwärmt, bei der er den vorbe­ stimmten Schadstoffabbau ohne Mitwirkung des Plasmamoduls durchführen kann.

Der im Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordnete und aus dem Modul sowie dem Katalysator bestehende Reaktor ist nahe am Motor angeordnet, um Wärmeverluste zu vermeiden und um die Anspringzeit des Katalysators zu minimieren. Wenn mit dem Fahrzeug ein Kaltstart durchgeführt wird, das heißt wenn ein Fahrer den Anlasser betätigt, so werden die folgenden Verfahrensschritte von der Motorsteuerung oder anderen Steuergeräten veranlaßt: Die Zündung, die Kraft­ stoffzufuhr, sowie die elektrische Versorgung des Plasmamoduls werden während der ersten Motorumdrehung eingeschal­ tet, nämlich sobald ein Gasdurchsatz im Plasmamodul auftritt. Die Motorsteuerung wirkt so, daß sich eine hohe Abgastempera­ tur einstellt. Zusätzlich kann eine Sekundärluftpumpe einge­ schaltet werden, um im Hinblick auf Rundlauf und/oder Wandde­ sorption betriebsbedingt fettes Abgas mit Sauerstoff anzurei­ chern. Eine Prozeßführung kann auch so erfolgen, daß das Plasmamodul etwas früher oder etwas später als die erste Mo­ torumdrehung eingeschaltet wird.

Die elektrische Leistung beim Betrieb des Plasmamo­ duls sollte so gewählt sein, daß hierin während der Aufheiz­ zeit des Katalysators ein signifikanter, aber nicht zu großer Anteil abgebaut wird. Denn bei einem größeren Abbau der im Rohabgas vorhandenen Schadstoffe von zum Beispiel über 50% sinkt der spezifische Wirkungsgrad, das heißt der Energieauf­ wand pro plasmachemisch abgebautem Molekül. Eine Optimierung der elektrischen Leistung erfolgt so, daß eine erhebliche Verkürzung der Aufheizzeit des Katalysators resultiert. Die für übliche PKW-Motoren erforderliche Leistung liegt typi­ scherweise bei einigen hundert Watt, also deutlich unter der­ jenigen Leistung, die für einen elektrisch beheizten Kataly­ sator erforderlich ist. Die während der Anschaltzeit des Plasmamoduls insgesamt verbrauchte Energie kann darüber hi­ naus weiter minimiert werden, wenn die elektrische Leistung an die momentane Schadstoffkonzentration und an den Abgasvo­ lumenstrom angepaßt wird.

Das im Plasmamodul während der Gasentladung zusätz­ lich erwärmte und mit instabil angeregten Gasmolekülen ange­ reicherte Abgas strömt vom Plasmamodul auf kurzem Weg zum Ka­ talysator. Dieser wird von der Abgaswärme und infolge der exotherm ablaufenden Reaktionen innerhalb einiger zehn Sekun­ den auf seine Anspringtemperatur aufgeheizt. Es setzt dann katalytische Aktivität ein, bei der Sauerstoff- und Stick­ oxidmoleküle dissoziativ am Edelmetallkontakt adsorbieren, was erst oberhalb einer Temperatur von 200-250°C möglich ist. Unter weiterer Energiezufuhr, zum Beispiel durch Übertragung von der heißen Katalysatorwand, kann gebildeter atomarer Sau­ erstoff mit Schadstoffen reagieren, wie Kohlenmonoxid oder Rußpartikel. Bei abgeschaltetem Plasma laufen nur diese tem­ peraturabhängigen Reaktionen ab.

Bei angeschaltetem Plasma wird zusätzlich ein Teil der Schadstoffe bereits in der Gasentladung gespalten, der Katalysator wird also nur von einer geringeren Schadstoffkon­ zentration erreicht. Ferner werden atomarer Sauerstoff oder metastabiles Ozon in die Poren des Katalysators transpor­ tiert, wo sie bei Stößen mit der Wand unter Bildung atomaren Sauerstoffs erneut zerfallen. Die Sauerstoffspaltung findet also nicht nur am Katalysatormetall bei hohen Temperaturen statt, vielmehr können oxidative Reaktionen aufgrund von im Plasma gespaltenen Sauerstoffs bereits bei niedrigeren Tempe­ raturen einsetzen. Nach einer ersten Anheizphase sind hinter dem Reaktor zumindest die Kohlenwasserstoffe vollständig ab­ gebaut.

In einer dritten Phase hat der Katalysator schließ­ lich die übliche Anspringtemperatur überschritten und die Gasentladung kann zur Einsparung von Energie abgeschaltet werden. Der exakte Leistungsverlauf und die Betriebsdauer der Entladung hängt von der Verfügbarkeit an Energie aus Batterie oder Lichtmaschine ab und muß in einer Abwägung von Kraft­ stoffmehrverbrauch und Schadstoffemission ermittelt werden. In späteren Betriebsphasen des Motors, zum Beispiel bei dem in Testzyklen vorkommenden Instationärbetrieb, steht in der Regel ausreichend Leistung von der Lichtmaschine zur Verfü­ gung und durch kurzzeitiges Zuschalten des Plasmareaktors können eventuell auftretende Emissionsspitzen abgefangen wer­ den. Je nach Erfordernis kann auch nach einer niedriegen Teillast- beziehungsweise Leerlaufphase des Motors das erneu­ te Anspringen des Katalysators durch Zuschalten des Plasmas erleichtert werden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgas, insbesondere Abgas von Verbrennungsmotoren, mit einem Abgasstrang, in dem ein das Abgas einer elektrischen Gasentladung unterwerfendes Plasmamodul und ein Katalysator vorhanden sind, in dem das Abgas in Kontakt mit katalytischem Material gelangt. Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 196 26 381 C2 bekannt und für die Vorrichtung gelten grundsätzlich die oben hierzu beschriebenen Nachteile. Insbesondere ist das bekannte Plasmamodul dem Katalysator nachgeordnet. Es ist also mit Sicherheit keine Kombinations­ wirkung in dem Sinne möglich, daß Wirkungen des Plasmamoduls positiven Einfluß auf den Katalysatorbetrieb hätten. Die Vorrichtung wird daher im Sinne der oben dargelegten Aufgabe dahin gehend vervollkommnet, daß das Plasmamodul im Ab­ gasstrang strömungsmäßig vor dem Katalysator angeordnet ist. Die Anordnung des Plasmamoduls strömungsmäßig vor dem Kataly­ sator bewirkt, daß während der Gasentladung aufgeheiztes Ab­ gas in den Katalysator gelangt. Die Aufheizung des Katalysa­ tors erfolgt dementsprechend schneller. Außerdem lassen sich instabile Gasmoleküle dazu ausnutzen, die Anspringtemperatur des Katalysators in beschriebener Weise abzusenken.

Von besonderer Bedeutung ist es, wenn das Plasmamodul dem Katalysator in einem Abstand vorgeordnet ist, der es ge­ stattet, daß von der Gasentladung instabil angeregte Gasmole­ küle in den Katalysator gelangen. In diesem Falle gelangen instabil angeregte Gasmoleküle vor Ablauf ihrer Abreaktions­ zeit in den Katalysator, wo sie an den katalytisch wirkenden Oberflächen exotherm abreagieren. Es erfolgt überraschender­ weise ein schnelleres Erreichen der Anspringtemperatur des Katalysators als durch elektrische Beheizung mit gleicher Leistung und damit eine unerwartete Verbesserung bei einem Abbau von Schadstoffen des Abgases.

Die Vorrichtung kann so ausgestaltet sein, daß der Katalysator einen mit Edelmetall beschichteten wabenförmigen keramischen Träger aufweist. In diesem Fall kann ein handels­ üblicher, z. B. mit Platin beschichteter Katalysator einge­ setzt werden, mit dem das Plasmamodul zusammenwirkt. Bewährte Katalysatortechnik führt dazu, daß die erforderliche Katalysatorwirkung garantiert werden kann, zugleich aber ein aus diesem Katalysator und aus einem Plasmamodul generierter Reaktor preiswert herzustellen ist.

Eine weitere Verbesserung der Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß das Plasmamodul und der Katalysator einen als Baueinheit ausgebildeten Reaktor darstellen, der im Abgas­ strang nahe am Motor angeordnet ist. Die Anordnung des Reak­ tors nahe am Motor gewährleistet eine optimale Ausnutzung der Abgastemperatur. Konstruktions- und Montageaufwand werden klein gehalten, da Plasmamodul und Katalysator eine Bauein­ heit bilden. Dementsprechend ist auch der Platzbedarf gering.

Die Erfindung wird anhand einer in der Zeichnung dar­ gestellten Vorrichtung und ebenfalls dargestellten Diagrammen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematisierte Vorrichtung,

Fig. 2a-c zeitliche Verläufe wichtiger Parameter des Verfahrens.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung eines Plasmamoduls 3 und eines Katalysators 4 in einem Abgasstrang 1, 2 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors. Das Plasmamodul 3 ist an ein elektrisches Vorschaltgerät 31 angeschlossen, das bei Bedarf eine zur Erzeugung einer Barrierenentladung erforder­ liche hochfrequente Hochspannung erzeugt. Das Vorschaltge­ rät 31 bezieht seine Leistung aus dem Bordnetz eines Kraft­ fahrzeugs, und zwar je nach Ladezustand der Batterie und mo­ mentaner Motorleistung aus der Lichtmaschine, der Batterie oder aus beiden. Das Vorschaltgerät verfügt über Schnittstel­ len zu einem zentralen Steuergerät, zum Beispiel der Motor­ steuerung, von dem es instantan an- und abgeschaltet werden kann und von dem auch die elektrische Leistung bedarfsweise geregelt werden kann.

Fig. 2a zeigt schematisch den Verlauf der elektri­ schen Leistung P über der Zeit t für den Betrieb der elektri­ schen Gasentladung. Fig. 2b zeigt den Verlauf der Temperatur T im Bereich des Katalysators über der Zeit t. Fig. 2c zeigt schematisch den Verlauf von Schadstoffkonzentrationen über der Zeit t.

Zum Zeitpunkt t = 0 wird eine vorbestimmte elektrische Leistung P_E zum Betrieb der elektrischen Gasentladung einge­ schaltet und bis zum Zeitpunkt t1 beibehalten. Danach wird die elektrische Leistung bis zum Zeitpunkt t2 auf Null zu­ rückgenommen.

Würde man einen Motorbetrieb ohne Ansteuerung eines Plasmamoduls 3 durchführen, so würde die Temperatur T dem Verlauf der unteren Kurve folgen. Nach einer Zeit t0 würde die Anspringtemperatur T0 des Katalysators 4 erreicht werden. Dementsprechend würde der Katalysator wirken und aufgrund der exothermen Umsetzung im Katalysator ein steilerer Temperatur­ anstieg erfolgen. Eine Schadstoffkonzentration c0 würde vom Zeitpunkt t0 entsprechend der Darstellung in Fig. 2c ab­ sinken.

Geht man davon aus, daß mit der Gasentladung eine der Leistung P_E entsprechende Wärme ins Abgas eingebracht wird, so steigt die Temperatur steiler an, nämlich entsprechend der gestrichelten Darstellung. Infolgedessen wird die Anspring­ temperatur T0 bereits zum Zeitpunkt t01 erreicht. Diese Dar­ stellung entspricht grundsätzlich der Anwendung einer elek­ trischen Beheizung des Katalysators, wobei allerdings eine mehreren Kilowatt entsprechende Wärme ins Abgas eingekoppelt wird, so daß sich ein größerer Unterschied in den Zeiten t0 und t01 ergibt, als es in Fig. 2b dargestellt wird.

Bei der Anwendung einer elektrischen Gasentladung im Bereich einiger hundert Watt wird eine Barrierenentladung durchgeführt, so daß die Aufheizkurve der Temperatur T defi­ nitionsgemäß ebenfalls dem steileren Verlauf entsprechend der gestrichelten Darstellung folgt. Infolge dieser elektrischen Gasentladung wird die Schadstoffkonzentration c hinter dem Plasmamodul 3 bzw. im Katalysator 4 um einen leistungsabhän­ gigen Anteil von c0 auf c1 verringert. Die Anspringtemperatur T1 wird bereits zu einem früheren Zeitpunkt t1 erreicht. Von diesem Zeitpunkt ab ist der Katalysator wirksam und die Schadstoffkonzentration c1 fällt auf null bzw. auf einen sehr geringen Wert ab. Die Gasentladung bleibt noch eine kurze Zeit t2-t1 angeschaltet, wobei jedoch die Leistung P gemäß Fig. 2a bereits vermindert werden kann.

Claims (13)

1. Verfahren zum Reinigen von Abgas, insbesondere Ab­ gas von Verbrennungsmotoren, das einer elektrischen Gasentadung unterworfen wird und in Kontakt mit ka­ talytischem Material gelangt, dadurch gekennzeich­ net, daß ein die elektrische Gasentladung bewirken­ des Plasmamodul (3) einem das katalytische Material aufweisenden Katalysator (4) in einem solchen Ab­ stand strömungsmäßig vorgeordnet verwendet wird, daß instabil angeregte Gasmoleküle mit dem Abgas in den Katalysator (4) strömen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als instabil angeregte Gasmoleküle chemische Radikale des Abgases, dessen Zersetzungs- oder Reaktionsprodukte im Katalysator (4) verwendet wer­ den.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine zwischen dem Plasmamodul (3) und dem Katalysator (4) erfolgende Abgasströmung mit einer solchen Geschwindigkeit erfolgt, daß die instabil angeregten Gasmoleküle den Katalysator (4) während ihrer Instabilitätsdauer erreichen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors zugeschaltet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung bei einem Er­ reichen einer durch vorbestimmten selbständigen Schadstoffabbau gekennzeichneten Anspringtemperatur des Katalysators (4) abgeschaltet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gasentladung während des Motorbetriebs bei Unterschreiten einer vorbe­ stimmten Katalysatortemperatur für eine begrenzte Zeit zugeschaltet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gasentladung während des Motorbetriebs zugeschaltet wird, falls eine Ab­ gaszusammensetzung ermittelt wird, die dem kataly­ tischen Schadstoffabbau abträglich ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung während des Motorbetriebs bei Emissionspeaks zugeschaltet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Gasentladung nach Erreichen einer vorbestimmten Anspringtempera­ tur (T0) während einer vorbestimmten Zeit (t₂-t₁) auf Null zurückgenommen wird.

10. Vorrichtung zum Reinigen von Abgas, insbesondere Abgas von Verbrennungsmotoren, mit einem Abgas­ strang (1, 2), in dem ein das Abgas einer elektri­ schen Gasentladung unterwerfendes Plasmamodul (3) und ein Katalysator (4) vorhanden sind, in dem das Abgas in Kontakt mit katalytischem Material ge­ langt, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Plasmamodul (3) im Abgasstrang (1, 2) strömungsmäßig vor dem Katalysator (4) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das Plasmamodul (3) dem Katalysator (4) in einem Abstand vorgeordnet ist, der es gestattet, daß von der Gasentladung instabil angeregte Gasmo­ leküle in den Katalysator (4) gelangen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Katalysator (4) einen mit Edelmetall beschichteten wabenförmigen keramischen Träger aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Plasmamodul (3) und der Kata­ lysator (4) einen als Baueinheit ausgebildeten Re­ aktor darstellen, der im Abgasstrang (1, 2) nahe am Motor angeordnet ist.