DE3142481C2 - Verfahren zum Schutz von Katalysatoren im Abgasstrom von Ottomotoren vor Vergiftung durch abgelagerte Schadstoffpartikel - Google Patents
Verfahren zum Schutz von Katalysatoren im Abgasstrom von Ottomotoren vor Vergiftung durch abgelagerte SchadstoffpartikelInfo
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Abstract
Im Abgasstrom vom Ottomotoren angebrachte Katalysatoren werden dadurch vor Vergiftung durch Schadstoffpartikel, insbesondere durch Bleipartikel, geschützt, daß die Schadstoffpartikel und die Katalysatoroberfläche gleichsinnig elektrostatisch aufgeladen werden. Die Schadstoffpartikel werden dadurch von der Katalysatoroberfläche abgestoßen und können sich nicht mehr festsetzen. Zur Aufladung wird eine Hochspannung von etwa 10 bis 40 KV eingesetzt. Bevorzugt werden Partikel und Katalysator negativ aufgeladen.
Description
Zur Reduzierung des Gehalts schädlicher Bestandteile im Abgas von Ottomotoren ist es bekannt, den Abgasstrom
einer katalytischen Nachverbrennung an Abgaskatalysatoren zu unterwerfen oder die Zusammensetzung
des dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches mittels im Abgasstrom angebrachter Meßfühler,
sogenannter /Z-Sonden, zu regeln, die ebenfalls über eine katalytische aktive Zone verfugen und auf den
Gehalt an Sauerstoff und unverbrannten Kohlenwasserstoffen reagieren.
Bei der Verwendung bleihaltiger Kraftstoffe werden diese Katalysatoren jedoch durch die im Abgas befindlichen
Schadstoffpartikel, insbesondere Blei-, aber auch Schwefel- oder Rußpartikel innerhalb kurzer Zeit inaktiviert.
Die Entwicklung bleiresistenter Katalysatoren oder die Abscheidung der Bleipartikel aus dem Abgasstrom
mittels Filtern hat noch nicht zu dem gewünschten Erfolg geführt. Aus DE-OS 21 39 775 ist es bekannt,
die Schadstoffpartikel der heißen Abgase eines Motors in Strömungsrichtung der Abgase gesehen vor der Katalysatoroberfläche
mit hochgespannter Gleichspannung aufzuladen und die Schadstoffpartikel vor dem Katalysator elektrostatisch abzuscheiden. Auch bei an
sich sehr guten Filtern werden bei hohen Abgasgeschwindigkeiten und starker Filterbeladung bereits abgeschiedene
Partikel wieder von der Filteroberfläche abgerissen, die dann den Katalysator schädigen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zu finden, mit dem die im Abgasstrom
befindlichen Katalysatoren zuverlässiger vor der Vergiftung durch Schadstoffpartikel geschützt werden.
Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst.
Durch die gleichsinnige elektrostatische Aufladung von Katalysatoroberfläche und Schadstoffpartikeln
werden die Schadstoffpartikel von der Katalysatoroberfläche abgestoßen und können sich daher nicht mehr auf
ihr ablagern.
Die Aufladung der Schadstoffpartike! erfolgt im elektrostatischen
Feld einer Ladungsstrecke vor dem Katalysator mittels einer Hochspanniingsquelle analog der
Aufladung von Partikeln für die elektrostatische Partikelabscheidung mit Gleichstrom, wie sie z. B. in Perry,
Chemical Engineers Handbook, McGraw-Hill 1973, Seiten 20—103 bis 20—115 eingehend beschrieben ist.
Die Erzeugung des ionisierenden elektrischen Feldes erfolgt vorteühaft zwischen einer konzentrisch im Auspuffrohr
angebrachten Drahtelektrode und dem als Gegenelektrode wirkenden Auspuffrohr. Die Drahtelektrode
kann auch zur Erhöhung der Wirksamkeit mit Borsten, Stacheln und dergleichen versehen sein. Bei
größeren Auspuffrohrdurchmessern können auch mehrere Drahtelektroden zur Anwendung kommen. Die an
die Drahtelektrode angelegte Hochspannung beträgt etwa 10 bis 40 kV. Unterhalb 10 kV ist die Wirkung zu
gering, oberhaib 40 kV nimmt die Gefahr von Funkenbildung stark zu. Die Entladungsstrecke soll so lang sein,
daß alle Partikel weitgehend aufgeladen werden, ohne daß jedoch eine nennenswerte Ablagerung /on Partikeln
an der als Gegenelektrode dienenden Auspuffrohrwand stattfindet. Die Länge der Ladungsstrecke richtet
sich nach der Gasgeschwindigkeit dem angelegten Potential, dem Auspuffrohrdurchmesser und der Partikelbeweglichkeit
der Schadstoffpartikel und kann unter Anwendung der bekannten Formeln (z. B. Perry, a. a. 0.)
errechnet werden.
Unmittelbar hinter der Ladungsstrecke wird der Katalysator angeordnet, an den dieselbe Spannung wie an
die Drahtelektrode angelegt wird. Der Katalysator muß dabei von dem als Gegenelektrode wirkenden Auspuffrohr
isoliert sein. Der Katalysator kann mit einer getrennten Spannungszuführung versehen sein, besonders
einfach ist es jedoch, die Drehelektrode mit dem Katalysator zu verbinden. Damit der Aufbau eines elektrischen
Feldes auf der Katalysatoroberfläche stattfinden kann, muß der Katalysator in dünner Schicht auf einem elektrisch
leitenden Träger, z. B. einem Stahlnetz oder insbesondere einem wabenförmigen Stahlgerüst, angebracht
sein, oder er muß selbst eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit besitzen, was gegebenenfalls auch durch
Beifügung elektrisch leitender Stoffe, wie Edelmetall, Kupfer, Aluminium etc. zur Katalysatormasse bewirkt
werden kann.
Nachdem die geladenen Schadstoffpartikel, die nicht nur blei-, sondern auch schwefelhaltig sein können oder
aus Ruß bestehen können, an dem Katalysator, der gleichsinnig aufgeladen ist, vorbeigeflogen sind, werden
sie im weiteren Verlauf des Auspuffstranges elektrostatisch niedergeschlagen. Durch die Rüttelbewegungen
während des Fahrens werden die niedergeschlagenen Teilchen allmählich wieder von der Warid des Auspuffrohres
abgerüttelt und gelangen mit dem Abgasstrom ins freie, so daß eine Verstopfung der Auspuffanlage
ausgeschlossen ist.
Da die elektrostatische Aufladung von Partikeln temperaturabhängig
ist, wird die Aufladungsstrecke zweckmäßigerweise an einer Stelle im Auspuffstrang angeordnet,
an der die Temperatur der Abgase 8000C nicht
übersteigt und die Abgase auch noch heiß genug sind, um an dem Abgaskanalysator oder an der Λ-Sonde zu
reagieren. Vorzugsweise werden die Partikel negativ aufgeladen, da sich bei negativer Aufladung höhere Potentiale
erreichen lassen. Eine dabei etwa auftretende Ozonbildung hat einen zusätzlichen positiven Einfluß
auf den Geruch und die Zusammensetzung der Abgase. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann erreicht
werden, daß sich praktisch keine Schadstoffpartikel mehr auf der Katalysatoroberfläche niederschlagen und
die Lebensdauer der Katalysatoren beträchtlich verlängert wird.
Durch ein Auspuffrohr von 9 cm Innendurchmesser wurde ein 459°C heißer Abgasstrom aus einem Verbrennungsmotor
geleitet, in dem Ottokraftstoff mit einem Bleigehalt von 0,15 g/l verbraucht wurde. Der Abgasstrom
hatte ein Volumen von 150m3/h, was einer
Fahrgeschwindigkeit für einen Mittelklasse-PKW von etwa 100 km/h entsprach. In dem Auspuffrohr war ein
70 cm langer zum Auspuffrohr zentrisch gespannter Draht mit einem Durchmesser von 0,2 cm angebrachL
An den Draht wurde eine Gleichspannung von —13 kV angelegt, das Auspuffrohr hatte das Potential 0 V. Die
Ladungsstrecke hatte eine Länge von 60 cm. Unmittelbar hinter der Ladungsstrecke war der Abgaskatalysator,
bestehend aus einer katalytisch aktiven Schicht auf einem wabenförmigen Stahlgerüst, angebracht. Der Katalysator
war von der Auspuffrohrwand elektrisch isoliert und mit den? cpannungsführenden Draht elektrisch
leitend verbunder=.
Während ohne Anlegen einer Spannung der Katalysator nach ca. 10 Stunden inaktiv wurde, zeigte sich bei
eingeschalteter Spannung noch nach 30 Stunden, wonach das Experiment aus Zeitgründen abgebrochen
wurde, kein Abfall der Wirksamkeit.
30
40
45
Claims (2)
1. Verfahren zum Schutz von Katalysatoren im Abgasstrom von Ottomotoren vor Vergiftung durch
abgelagerte Schadstoffpartikel, bei dem Schadstoffpartikel in Strömungsrichtung der Abgase gesehen
vor der Katalysatoroberfläche mit hochgespannter Gleichspannung aufgeladen werden, dadurch
gekennzeichnet, daß die Katalysatoroberfläche gleichsinnig aufgeladen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffpartikel und die Katalysatoroberfläche
mit einer Spannung von etwa 10 000 bis 40 000 V aufgeladen werden.
3: Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffpartikel und die Katalysatoroberfläche
negativ aufgeladen werden.
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