DE10020555A1 - Method and apparatus for purification of exhaust gases of a combustion engine - Google Patents

Method and apparatus for purification of exhaust gases of a combustion engine

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DE10020555A1
DE10020555A1 DE2000120555 DE10020555A DE10020555A1 DE 10020555 A1 DE10020555 A1 DE 10020555A1 DE 2000120555 DE2000120555 DE 2000120555 DE 10020555 A DE10020555 A DE 10020555A DE 10020555 A1 DE10020555 A1 DE 10020555A1
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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 of an 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 CO 2 -Emission begleitet wird. In recent years, a tightening of the legal limits for emissions from passenger cars worldwide to observe, which is partly accompanied by efforts to reduce CO 2 emissions. Damit gewinnen mager verbrennende, direkt einspritzende Motoren an Bedeutung, für die jedoch wegen des Sauerstoffüberschusses die Abgasreinigung hinsichtlich der Stickoxide (NO x bestehend aus NO und NO 2 ) noch Probleme bereitet. Thus lean-burn, direct-injection engines gain in importance, but for which the emission in terms of nitrogen oxide because of the excess of oxygen (NOx consisting of NO and NO 2) is still causing problems. Für Diesel-Pkw besteht eine Lösung in der selektiven katalytischen Reduktion (SCR - Selective Catalytic Reduction) der Stickoxide über geeignete Katalysatoren. For diesel cars is a solution to the selective catalytic reduction (SCR - Selective Catalytic Reduction) of the nitrogen oxides by means of suitable catalysts. Eine weitere Möglichkeit zur Stickoxidreduzierung stellt der NO x - Speicherkatalysator dar. Another option for reducing nitrogen oxides, the NOx - storage catalyst is.

Dieselmotoren weisen bei effizienter Verbrennung sehr niedrige HC-Konzentrationen (HC - Hydro Carbons) im Abgas auf. Diesel engines have more efficient combustion with very low HC concentrations (HC - hydrocarbons) in the exhaust gas. 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. Here reductant offer that release ammonia, such as urea or urea-water solution or ammonia itself. This reducing agent can reduce over suitable catalysts to more than 80%, even at sub-stoichiometric dosage nitrogen oxides. Mit Ammoniak (NH 3 ) als Reduktionsmittel wird diese Technik in Kraftwerken zur Stickoxidreduktion seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt. With ammonia (NH3) as a reducing agent, this technique has been successfully used in power plants for nitrogen oxide reduction for many years. 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. For mobile use solid or liquid substances are better suited that are unlike ammonia in itself harmless, but allow the generation of the necessary for the catalytic reaction of ammonia on board a motor vehicle. Ein Beispiel für eine derartige Substanz ist Harnstoff, aus dem Ammoniak durch thermische Zerlegung gewonnen werden kann. An example of such a substance is urea, can be recovered from the ammonia by thermal decomposition. 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. The hydrolysis of urea, is metered into 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 particular, in passenger cars is independent of catalyst and reducing agent, the problem that the exhaust gas temperatures in the starting phase and in city driving are not sufficient with frequent idling phases for selective catalytic reduction. In diesem Zusammenhang ist es schwierig, zukünftige Grenzwerte zu erfüllen. In this context, it is difficult to meet future limits.

Eine energetisch aufwendige Möglichkeit zur Lösung dieses Problems bestünde im Einsatz beheizter Katalysatoren. An energy-intensive way to solve this problem would be to use heated catalysts. 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. It is also known to treat waste gases with non-thermal plasmas in combination with catalysts, thereby to be achieved for effective exhaust gas cleaning temperature ranges in catalysts to 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. Non-thermal plasmas are known to be energy efficient chemically active radicals are produced in them by electron impact dissociation of the main components of an exhaust gas, which attack the present in low concentrations pollutants. Beispiele für nicht thermische Plasmen sind gepulste Corona-Entladungen sowie die dielektrisch behinderten Entladungen (DBE). Examples of non-thermal plasmas are pulsed corona discharges and the dielectric barrier discharge (DBD). Bei mager betriebenen Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise dem Dieselmotor, sind N-, O- und OH-Radikale zu erwarten, die sowohl reduzierende als auch oxidierende Reaktionen auslösen. In lean-burn internal combustion engines such as the diesel engine, N, O and OH radicals can be expected that trigger both reducing and oxidizing reactions.

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

Zur Beseitigung der festen Partikel im Abgas von Dieselmotoren sind Rußfilter bekannt. The management of solid particles in the exhaust gas of diesel engines are known soot filter. 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. Various filtration systems are used in this case, wherein, according to a so-called ceramic monolith filter currently represents the state of the art the best compromise with respect to the imposed on the filter requirements. 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. In contrast to continuous catalyst monolith, the channels for the soot filter are mutually locked so that the particulate-laden exhaust gas flowing through the uncoated, porous walls of the honeycomb body. Die Partikel lagern sich in den Poren ab. The particles are deposited in the pores. Je nach Porosität des Keramikkörpers schwankt der Wirkungsgrad der Filter zwischen 70 und 90%. Depending on the porosity of the ceramic body the efficiency of the filter between 70 and 90% fluctuates.

Es sind ferner kombinierte Systeme mit Katalysatoren und Partikelfiltern bekannt. There are also combined systems with catalytic converters and particulate filters known. Hier sei beispielsweise auf das CRT-System (Continuously Regenerating Trap) hingewiesen, welches einen Oxidationskatalysator, insbesondere zur Durchführung einer Hauptreaktion gemäß NO+1/2O 2 →NO 2 und einen nachgeschalteten Partikelfilter, in welchem eine Reaktion der Form C+2NO 2 →CO 2 +2NO realisierbar ist, aufweist. Here, it is, for example, on the CRT system (Continuously Regenerating Trap) noted that an oxidation catalyst, in particular for carrying out a main reaction of NO + 1 / 2O 2 → NO 2 and a downstream particulate filter, in which a reaction of the form C + 2NO 2 → CO 2 + 2NO be realized, comprising.

Als nachteilig bei Partikelfiltern oder kombinierten Systemen aus Partikelfiltern und Katalysatoren erweist sich der hohe bei derartigen Systemen entstehende Abgasgegendruck. A disadvantage of particulate filters or combined systems of particulate filters and catalysts, the high resulting in such systems exhaust backpressure turns. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß nach ca. 80.000 km Laufleistung eines Pkws ein Ausbau des Partikelfilters zur Reinigung von Ölasche notwendig ist. Furthermore, it should be noted that after about 80,000 km mileage of a car an extension of the particle filter for cleaning oil ash is necessary. 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. For CRT systems should also be pointed out that the mentioned running in the particulate reaction encounters difficulties in so far as the soot or carbon particles adhere poorly to the particulate filter.

Zur Gewährleistung der vollen Funktionsfähigkeit der Filter müssen diese in gewissen Zeitabständen regeneriert werden. To ensure the full functionality of the filter, these need to be regenerated at certain intervals. 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. For cleaning, two methods are available, which soot particles are burned in two cases: In the chemical process additives put in the fuel the ignition capability of the soot particles in the usual exhaust gas temperature down. Nachteilig können sich dabei die durch die Zusätze hervorgerufenen Sekundär-Emissionen auswirken. The disadvantage may thereby affect the caused by the additives secondary emissions. Beim thermischen Verfahren wird ein Brennelement hinzugeschaltet, welches die Abgastemperatur auf etwa 700°C erhöht. In the thermal process, a fuel assembly is hooked up, which increases the exhaust gas temperature to about 700 ° C. Hierfür werden Brennerelemente mit hoher Leistung benötigt. For this purpose, the burner elements are required with high performance. Die Regeneration läßt sich im einfachsten Fall bei abgeschaltetem Motor durchführen. The regeneration can be carried out with the engine in the simplest case. Der Zeitpunkt der Filterregeneration wird entweder über eine Zeitsteuerung oder über eine Druckmeßdose ermittelt. The timing of the filter regeneration is determined either by a timer or by a load cell. 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. In particular, the provision of a soot filter in combination with a fuel element turns out in practice to be relatively expensive and large by building so that searching for additional ways to dispense with 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. Therefore, an object of the invention to provide a method and a device for cleaning exhaust gases of an internal combustion engine, which in the simplest possible manner, efficient carrying out cleaning is possible.

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 object is achieved by a method for the purification of exhaust gases of an internal combustion engine having the features of claim 1 and a corresponding apparatus having the features of patent claim. 4

Erfindungsgemäß ist ein kompaktes Abgasbehandlungssystem zur Verfügung gestellt, welches hohe Schadstoff- Konvertierungsraten realisiert. According to the invention a compact exhaust gas treatment system is provided that realizes high pollutant conversion rates. Als besonders vorteilhaft erweist sich, daß bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen im Vergleich zu herkömmlichen Vorgehensweisen nur geringe Abgasgegendrücke entstehen. Particularly advantageous proves that arise in applying the measures according to the invention compared to conventional approaches only low exhaust back pressures.

Das erfindungsgemäße System ist robust und erweist sich für Dieselmotoren und Ottomotoren als gleichermaßen geeignet. The inventive system is robust and proves for diesel engines and gasoline engines alike. Auf ein aufwendiges Partikelfiltersystem kann, wenigstens teilweise, verzichtet werden, insbesondere ist kein Brenner zur Regeneration eines Partikelfilters notwendig. can be at least partially, to dispense with a complicated particulate filter system, in particular is not a burner for the regeneration of a particulate filter necessary. 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 furthermore distinguished by the fact that it is not susceptible to oil ash, which in conventional systems is a practical problem.

Das erfindungsgemäß vorgesehene erste elektrische Feld kann in einfachsten Fall als Kondensator ausgebildet sein. The inventively provided first electric field may be formed as a capacitor in the simplest case. Es ist ebenfalls denkbar, den Oxidationkatalysator mit entsprechenden Mitteln zur Erzeugung des elektrischen Feldes auszubilden. It is also conceivable to form the oxidation catalyst with corresponding means for generating the electric field. Hier ist es beispielsweise möglich, einen integrierten Oxidationskatalysator/Plasmareaktor vorzusehen. Here it is for example possible to provide an integrated oxidation catalyst / plasma reactor. Es ist erfindungsgemäß ebenfalls möglich, auf einen Oxidationskatalysator zu verzichten und das System eingangsseitig nur mit einem Plasmareaktor auszubilden. It is also possible according to the invention to dispense with an oxidation catalyst and to train the system on the input side with a plasma reactor. 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. Such a plasma reactor on the one hand at respective temperatures able to support an oxidation of exhaust gas components, and secondly to ensure the inventively provided charging or polarization of 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. Conveniently, the electrical excitation of the exhaust gas by means of a first electric field that operates in particular in the form of a plasma reactor according to the principle of the barrier discharge or after the discharge or dielectric barrier is realized in the form of suitable condenser means.

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. The electrical opposite pole or ground pole of the second electric field can be realized for example as a ceramic monolith or in the form of bulk material, metal foam, ceramic foam or as a metal support. Bei geeigneter katalytischer Beschichtung ist eine Integration des Gegenpols bzw. Massepols mit einem zweiten Katalysator realisierbar. With a suitable catalytic coating an integration of the opposite pole or Massepols with a second catalyst can be realized.

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 may be implemented as DC or AC power source (or plasma or corona discharge).

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the method according to the invention are the subject of the dependent claims.

Zweckmäßigerweise wird NO, welches bei der Verbrennung der Rußpartikel entsteht oder im ursprünglichen Abgas enthalten war, mittels eines nachgeschalteten Entstickungskatalysators reduziert. Conveniently, NO, which results from the combustion of the soot particles or contained in the original exhaust gas is reduced by means of a downstream denitrification catalyst. Mit dieser Maßnahme ist eine weitere Reinigung des Abgases von Schadstoffen erzielbar. This measure further purification of exhaust gas pollutants can be achieved. Es ist möglich, den Entstickungskatalysator und den zweiten Katalysator integriert auszubilden. It is possible to form the denitrification catalyst and 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. It is preferred that the waste gas before and / or after its introduction into the first electric field / plasma, subjected to a reducing agent, in particular urea or a urea-water solution. 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. By this measure, a particle growth can be promoted, which promotes the deposition of particles on the electric pole and / or the mass of the second electric field, thus facilitating the oxidation of the particles. Es sei erwähnt, daß auch H 2 oder O 3 als Reduktionsmittel einsetzbar sind: It should be mentioned that H 2 or O 3 are used as the reducing agent:

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. Expediently, the said second electrical field associated or downstream catalyst means a hydrolysis catalyst and / or a denitrification catalyst, in particular an SCR catalytic converter and / or an oxidation catalyst. Mittels derartiger Katalysatoren, welche gegebenenfalls als Einheit ausgebildet sein können, ist eine weitere wirksame Abgasreinigung erzielbar. By means of such catalysts which may optionally be formed as a unit, a more effective exhaust gas purification can be achieved. Es sei darauf hingewiesen, daß gegebenenfalls auf einzelne der genannten Katalysatorkomponenten verzichtet werden kann. It should be noted that it may be possible to dispense with some of these catalyst components.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner wenigstens einen NO x - Sensor und/oder wenigstens einen Partikelsensor und/oder einen Temperatursensor auf. According to a further preferred embodiment, the inventive apparatus further comprises at least one NO x - sensor and / or at least one particle sensor and / or a temperature sensor. Derartige Sensoren können insbesondere vor und nach dem Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen sein, um die Effektivität des Systems zu überprüfen bzw. zu steuern/regeln. Such sensors may be particularly are provided before and after the aftertreatment system to verify the effectiveness of the system or to control / regulate.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. Preferred embodiments of the invention will now be further illustrated by the accompanying drawings. In dieser zeigt, jeweils schematisch In this shows 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 of a block diagram of a second preferred embodiment of the device according to the invention, and

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

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

Das aus dem Oxidationskatalysator 1 austretende, wenigstens teilweise wie beschrieben oxidierte Abgas wird anschließend in ein erstes elektrisches Feld 2 eingebracht. The light emerging from the oxidation catalyst 1, at least partially as described oxidized gas is then introduced into a first electric field. 2 Das elektrische Feld 2 dient zur elektrischen Aufladung bzw. Polarisierung von ebenfalls in dem Abgas enthaltenen Rußpartikeln (Kohlenstoffpartikeln). The electric field 2 is used for electrically charging or polarization of likewise contained in the exhaust particulates (carbon particles). Das erste elektrische Feld 1 kann in beliebiger geeigneter Weise realisiert sein, im einfachsten Fall als Kondensator. The first electric field 1 may be implemented in any suitable manner, in the simplest case as a capacitor. Es ist ebenfalls einstückig bzw. integriert mit dem Oxidationskatalysator 1 und/oder einem Plasmareaktor ausführbar. It is also integrally formed or integrated with the oxidation catalyst 1 and / or a plasma reactor executable. Insbesondere kann der Plasmareaktor zur Erzeugung des ersten elektrischen Feldes eingesetzt werden. Specifically, the plasma reactor can be used for producing the first electric 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. The charged by means of the first electric field 2 particles are then introduced into the effective range of an electrical counter pole performing the charging of the particles to the second electric field. 3 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. This second electric field 3 or the electrical opposite pole can be located prior to entry, or directly at the inlet in a first portion of a subsequent further catalyst. 4 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. It is also possible to provide the electric field associated with a non-catalytic separation device whereby an effective particle filter may be practiced without catalytic effect.

Die aufgeladenen Rußpartikel scheiden sich aufgrund einer elektrostatischen Wechselwirkung auf dem elektrischen Gegenpol ab. The charged soot particles are deposited as a result of electrostatic interaction at the electrical opposite pole from. Es sei noch einmal angemerkt, daß auch eine Abscheidung auf Masse vorteilhaft möglich ist. It should again be noted that a deposition on 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. NO 2 verbrennbar, als dies bei Lösungen gemäß dem Stand der Technik möglich war. The thus adhering to the catalyst 4 (by means Impaktation) soot particles are, precisely because they are electrostatically assisted attachment, also located easily by means of the exhaust gas and NO and NO 2 generated in the first oxidation catalyst 1 combustible than in solutions according to the 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. The water formed in this combustion NO, as well as the non-oxidized in the first catalyst 1 is NO, 5 (DeNOx catalyst) is reduced in a subsequent denitrification catalyst. Als Beispiel für einen in diesem Zusammenhang geeigneten DeNOx-Katalysator sei der SCR- Katalysator (Selective Catalytic Reduction) oder auch der NO x -Speicherkatalysator erwähnt. As an example of a suitable in this context DeNOx catalyst SCR catalyst is (Selective Catalytic Reduction) or the NO x storage mentioned.

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 a comparison with conventional solutions significantly better adhesion of the soot particles in the second catalyst 4 is likely to be observed even without providing the second electric field 3, because this catalyst is usually applied to the vehicle mass.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß der zweite Katalysator 4 und der Entstickungskatalysator 5 gegebenenfalls als Einheit ausgeführt sein können. It is further noted that the second catalyst 4 and the denitrification catalyst 5 may optionally be carried as a unit.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems erläutert. Referring to FIG. 2 shows another preferred embodiment of the system according to the invention will be explained.

Mit 1 ist wiederum ein Oxidationskatalysator (bzw. ein Plasmareaktor) beschrieben. 1 again, an oxidation catalyst is described (or a plasma reactor). Mittels einer Harnstoffdosiereinrichtung 6 ist es möglich, vor oder nach dem ersten elektrischen Feld 2 Harnstoff bzw. eine Harnstoff-Wasser-Lösung dem Abgas zuzudosieren. By means of a Harnstoffdosiereinrichtung 6, it is possible to meter 2 urea or a urea-water solution before or after the first electric field to the exhaust gas. 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. Urea or urea-water solution in this case acts as a reducing agent and further supports growth of the soot particles, whereby the deposition of particles is supported on the opposite pole of the electrical catalyst. 4 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. As further shown in Fig. 2, a hydrolysis catalyst 7 and a further oxidation catalyst 8 may be the second catalyst further comprises in addition to the already described with reference to Fig. 1 SCR catalyst 5 to be connected downstream. 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. The particular the second electric field 3 catalyst comprising 4, the hydrolysis catalytic converter 7, the SCR catalyst 5 and the oxidation catalyst 8 can be combined into a single unit if appropriate, but it is also possible for the second catalyst 4 and the hydrolysis catalytic converter 7 to a first, 8 summarize and the SCR catalyst 5 and the oxidation catalyst to a second unit.

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

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

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

Es sei schließlich angemerkt, daß beispielsweise die Ausführungsform gemäß Fig. 1 auch ohne das Vorsehen des Entstickungskatalysators 5 , dh 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 of FIG. 1 without the provision of the denitrification catalyst 5, that is used as a particulate filter only with the oxidation catalyst 1, the electric field 2 and the second catalytic converter 4.

Claims (8)

  1. 1. Verfahren zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors mit folgenden Schritten: 1. A process for purification of exhaust gases of an internal combustion engine comprising the steps of:
    • - 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→CO 2 , HC→CO 2 . - introduction of the comprehensive gaseous and particulate matter exhaust gas in an oxidation catalyst and / or a plasma reactor for at least partial oxidation of gaseous pollutants contained in the exhaust gas, in particular accordingly the reaction NO → NO2, CO → CO 2, HC → CO 2.
    • - elektrische Beaufschlagung des Abgases zur elektrischen Aufladung bzw. Polarisierung von partikelförmigen Schadstoffen, - electrical excitation of the exhaust gas for electrically charging or polarization of particulate pollutants,
    • - 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 - depositing the electrically charged or polarized particulate contaminants on a with respect to the charging or polarization opposite electrical pole or to ground a particular ceramic foam, metal foam or bulk extensive deposition device, in particular a second catalyst, and
    • - Verbrennung der so abgeschiedenen Rußpartikel mittels des im Abgas befindlichen NO 2 . - burning of the soot particles thus deposited by means of the in the exhaust gas NO 2.
  2. 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 of claim 1, characterized in that the electrical excitation of the exhaust gas by means of a first electric field that works or, in particular in the form of a plasma reactor according to the principle of the barrier discharge or after the dielectric barrier discharge realized in the form of suitable condenser means.
  3. 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. A method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that arising in the combustion of particulate pollutants NO is reduced by means of a downstream denitrification catalyst (5).
  4. 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 in that the exhaust gas before and / or after its introduction into the first electric field with a reducing agent, in particular urea or a urea-water solution, or hydrogen or oxygen, acted ,
  5. 5. Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit 5. The device for cleaning exhaust gases of an internal combustion engine, having
    einem Oxidationskatalysator ( 1 ) und/oder einem Plasmareaktor zur wenigstens teilweisen Oxidation von im Abgas enthaltenen gasförmigen Schadstoffen, an oxidation catalyst (1) and / or a plasma reactor for at least partial oxidation of contained in the exhaust gaseous pollutants,
    Mitteln ( 2 ) zur Erzeugung eines ersten elektrischen Feldes, in welchem in dem Abgas enthaltene partikelförmige Schadstoffe elektrisch aufladbar bzw. polarisierbar sind, und Means (2) for generating a first electric field, in which contained in the exhaust gas particulate matter is electrically charged or polarizable are, and
    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 NO 2 durchführbar ist. Means (3) for generating a second electric field, which are formed such that the electrically charged or polarized particulate contaminants on a with respect to the charging or polarization opposite pole or to ground a deposition device, in particular of a second catalyst (4), deposited are, so that combustion of the deposited particulate pollutants by means of the contained in the exhaust gas NO 2 can be performed.
  6. 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 subjecting the exhaust gas with a reducing agent, in particular urea or urea-water solution, before and / or after its impingement by the first electric field.
  7. 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 in that the second catalyst has a hydrolysis catalyst and / or a denitrification catalyst, in particular an SCR catalytic converter and / or an oxidation catalyst.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch wenigstens einen NO x -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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