DE3142482A1 - "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 schadstoffpartikel"Info
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Description
Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim ik 050/Jl·
Stuttgart EPT Dr.Am-pfa
- *- 26.10.1981
"Verfahren zum Schutz von Katalysatoren im Abgasstrom von Ottomotoren vor Vergiftung
durch abgelagerte Schadstoffpartikel"
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 λ -Sonden, zu regeln, die ebenfalls über eine katalytisch
aktive Zone verfügen 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.
Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, diese Partikel aus dem Auspuffgasstrom durch elektrostatische Abscheidung
zu entfernen (DE-AS 10 17 1^7 oder DE-OS 21 39 775 und DE-OS 17 51 135)·
Die Abscheidung der Bleipartikel aus dem Abgasstrom mittels elektrostatischer Filter hat noch nicht zu dem ge-
Daim l't O50A
-3
wünschten Erfolg geführt. Auch bei an sich sehr wirksamen
Filtern werden bei hohen Abgasgeschwindigkeiten und starker Filterbeladung bereits abgeschiedene Partikel
wieder von der Filteroberfläche abgerissen, die dann den Katalysator schädigen. Ein regelmäßiger Ausbau
des Filters und seine Reinigung sind daher erforderlich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin,
ein mit einem elektrostatischen Filter arbeitendes Verfahren zu finden, mit dem die im Abgasstrom befind-?
liehen Katalysatoren vor der Vergiftung durch Schadstoffpartikel geschützt werden können.
Diese Aufgabe wird durch das in den Patentansprüchen beschriebene Verfahren gelöst.
Es konnte gefunden werden, daß die Schadstoffpartikel den Katalysator nur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs
schädigen, außerhalb dieses Temperaturbereichs findet keine oder nur eine ganz geringe Schädigung
statt. Aufgrund dieser Temperaturabhängigkeit werden die Schadstoffpartikel nur innerhalb des schädlichen
Temperaturbereichs abgeschieden. Außerhalb des schädlichen Temperaturbereichs wird keine Abscheidung vorgenommen
und die bereits abgeschiedenen Schadstoffpartikel werden durch den Auspuffgasstrom und die Rüttelbewegungen
des Fahrzeugs von der Abscheideelektrode entfernt. Die Entfernung ist besonders gründlich, wenn das Abscheidesystem
umgepolt wird und die abgeschiedenen Teilchen von der Abscheideelektrode abgestoßen werden. Durch diese
Maßnahmen wird erreicht, daß die Filteroberfläche
- 5 „
-ST- Daim lA 050/4
-V-
immer regeneriert wird, daß keine überladung des Filters
auftritt und daß bei der Abscheidung immer ein Filter mit frischer Oberfläche vorliegt.
Die Aufladung der Schadstoffpartikel erfolgt im elektrostatischen Feld einer Ladungsstrecke vor dem Katalysator
mittels einer Hochspannungsquelle, wie sie bei der elektrostatischen Partikelabscheidung mit Gleichstrom üblich
und z.B. in Perry, Chemical Engineers Handbook, Mc Graw-Hill 1973, Seiten 20 - IO3 bis 20 - II5 eingehend
beschrieben ist. Die Erzeugung des ionisierenden elektrischen Feldes erfolgt vorteilhaft zwischen einer
konzentrisch im Auspuffrohr angebrachten Drahtelektrode und dem als Gegenelektrode (Abscheideelektrode) 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 k0 kV. Unterhalb 10 kV ist die Wirkung
zu gering, oberhalb 4o kV nimmt die Gefahr von Funkenbildung stark zu. Als Gegenelektrode, an der die Schadstoff
partikel abgeschieden werden, dient das Auspuffrohr. Die Länge der Abscheidungsstrecke 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, loc. cit.) errechnet werden.
Da die elektrostatische Aufladung von Partikeln temperaturabhängig
ist, wird die Aufladungsstrecke zweckmäßiger-
weise an einer Stelle im Aufpuffstrang angeordnet, an
der die Temperatur der Abgase 8θΟ C nicht übersteigt und die Abgase auch noch heiß genug sind, um an dem
Abgaskatalysator 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.
Hinter der Abscheidungsstrecke ist im Verlauf des Abgasstranges
der Katalysator angeordnet. Der Katalysator kann gegebenenfalls gleichsinnig mit den Schadstoffpartikeln
elektrostatisch aufgeladen werden, um Schadstoffpartikel,
die nicht abgeschieden worden sind, von seiner Oberfläche' abzustoßen.
Als Katalysatoren werden üblicherweise Katalysatoren
auf Platin-,Rhodium- oder Palladium-Basis benutzt. Der
Temperaturbereich, in dem die im Abgas enthaltenen Schadstoffpartikel schädlich auf den Katalysator einwirken,
ist von der Natur des Katalysators abhängig und muß von Fall zu Fall durch Versuche ermittelt werden,
was jedoch für einen Fachmann keine Schwierigkeiten bietet. Bei den üblichen Abgaskatalysatoren auf PIatin-Basis
findet unterhalb einer Abgastemperatur von etwa 200 C praktisch keine Schädigung des Katalysators
mehr statt. Oberhalb dieser Temperaturuntergrenze kann die AbScheidungsvorrichtung immer in Betrieb sein. Bei
sehr hohen Temperaturen geht zwar die Abscheidungseffektivität stark zurück, es findet aber auch keine
Schädigung des Katalysator mehr statt, so daß es zur Ver-
Daim I^
meidung von elektrischen überschlagen vorteilhaft sein
kann, die AbScheidungsvorrichtung außer Betrieb zu setzen.
Durch ein Auspuffrohr von 9 cni Innendurchmesser wurde
ein Abgasstrom aus einem Verbrennungsmotor geleitet, in dem Ottokraftstoff mit einem Bleigehalt von
0,4 g/l verbraucht wurde. Der Abgasstrom hatte ein Volumen von 9OO m /h, was einer Fahrgeschwindigkeit für
einen Mittelklasse-PKW von etwa 6"0 km/h entsprach. In dem Auspuffrohr war ein aus einem 90 cm langen zum Auspuffrohr
zentrisch gespannter Draht mit einem Durchmesser von 0,2 cm angebracht. An den Draht wurde eine
Gleichspannung von -13 kV angelegt, das Auspuffrohr hatte das Potential OV. Die Länge des Auspuffrohres
vom Beginn der Ladungsstrecke bis zum Katalysator betrug 90 cm. Der Abgaskatalysator bestand aus einer
katalytisch aktiven Schicht auf Platin-Basis und war auf einem wabenförmigen Stahlträger angebracht.
Die elektrostatische Abscheidung der Schadstoffpartikel
wurde nur vorgenommen, wenn die Temperatur der Auspuffgase zwischen 3OO und 6OO C lag. Außerhalb dieser Abgastemperaturen,
die durch einen Thermofühler unmittelbar vor dem Katalysator ermittelt wurden, wurde keine
Abscheidung vorgenommen. Es wurde ein zyklischer Betrieb mit Stillstands-, Leerlauf-, Beschleunigungsund
Fahrphasen simuliert (gemäß DIN 70 030 Teil 1 zur
Ermittelung des Stadtverbrauchs), wie er auch im prak-
Daim
lk
050Α
tischen Betrieb eines Kraftfahrzeugs üblich ist.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens konnte
auch noch nach 50 Stunden praktisch keine Verschlechterung
der Katalysatorwirkung festgestellt werden.
10
10
Ohne elektrostatische Abscheidung war der Katalysator bereits nach 10 Stunden stark geschädigt.
Bei dauernder Einschaltung des elektrostatischen FiI-ters,
wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist,
ließ die Wirksamkeit des Filters wegen Überladung der Abscheideflächen nach ca. 15 Stunden stark nach, was
sich durch eine deutliche Verschlechterung der Kataly satorleistung bemerkbar machte.
sich durch eine deutliche Verschlechterung der Kataly satorleistung bemerkbar machte.
Claims (3)
- Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim IkStuttgart EPT Dr.Am/pfa26 . 10 . 198 1Patentansprüchefly Verfahren zum Schutz von Katalysatoren im Abgasstrom von Ottomotoren vor Vergiftung durch abgelagerte Schadstoffpartikel mittels elektrostatischer Abscheidung, dadurch gekennzeichnet,*5 daß die elektrostatische Abscheidung nur bei solchen Temperaturen des Abgasstromes vorgenommen wird, bei denen die Schadstoffpartikel eine schädigende Wirkung auf den Katalysator ausüben.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des schädlichen Temperatur-Bereichs die abgeschiedenen Schadstoffpartikel durch Systemumpolung von der Abscheideelektrode entfernt werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb einer Temperatur von etwa 200 C keine elektrostatische Abscheidung vorgenommen wird.- 3
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