DE3233461C2 - Elektrostatische Vorrichtung zum Schutz von Katalysatoren im Abgaskanal von Ottomotoren vor Vergiftung durch Schadstoffpartikel - Google Patents
Elektrostatische Vorrichtung zum Schutz von Katalysatoren im Abgaskanal von Ottomotoren vor Vergiftung durch SchadstoffpartikelInfo
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Abstract
Es wird eine elektrostatische Vorrichtung zum Schutz von Abgaskatalysatoren durch Vergiftung beschrieben, bei der der Abgasstrom und der Katalysator gleichsinnig elektrostatisch aufgeladen werden, so daß sich Schadstoffpartikel nicht mehr an dem Katalysator festsetzen können. Die Aufladung des Abgasstroms erfolgt in axialer Richtung von dem negativ geladenen Katalysator in Richtung gegen den Abgasstrom zu einer gasdurchlässigen flächenhaft ausgebildeten Gegenelektrode, die im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung ausgebildet ist und den Querschnitt des Abgaskanals, der im Bereich des Katalysators und der Ionisierungsstrecke innenseitig elektrisch isoliert ist, im wesentlichen ausfüllt. Bevorzugt wird die Gegenelektrode als Drahtnetz ausgebildet.
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 Abgasstfom angebrachter Meßfühler,
sogenannter Lambda-Sonden, zu regeln, die ebenfalls über eine katalytisch aktive Zone verfügen
und auf den Gehalt an Sauerstoff und unverbrannten Kohlenwasserstoffen reagieren. Bei Verwendung bleihaltiger
Kraftstoffe werden diese Katalysatoren jedoch durch die im Abgas befindlichen Schadstoffpartikel, insbesondere
Blei, aber auch Schwefel-, Ruß- oder Schwermetallpartikel
innerhalb kurzer Zeit inaktiviert. Auch die elektrostatische Abscheidung der Partikel vor dem
Katalysator (DE-OS 21 39 775) ist unbefriedigend, da bei hohen Abgasgeschwindigkeiten und starker Filterbelegung
Partikel von der Filteroberflächc abgerissen werden und den Katalysator schädigen.
Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die Schadstoffpartikel und die Katalysatoroberfläche mit einer
hochgespannten Gleichspannung gleichsinnig elektrostatisch aufzuladen, so daß sich die Schadstoffparlikel
und die Katalysatoroberfläche gegenseitig abstoßen und die Schadstoffpartikel so an dem Katalysator vorbeifliegen,
ohne sich auf ihm abzuscheiden (Patentanmeldung P 31 42 481. 3-13). Die Erzeugung des für die
vorzugsweise negative Aufladung erforderlichen ionisierenden elektrischen Feldes erfolgt dabei zwischen einer
konzentrisch im Auspuffrohr angebrachten Drahtelektrode und dem als Gegenelektrode wirkenden Auspuffrohr.
Unmittelbar hinter der Ladungsstrecke ist der t>o
Katalysator angeordnet, der gegenüber dem Auspuffrohr elektrisch isoliert ist und an dem dieselbe Spannung
wie an der Drahtelektrode anliegt. Bei der Ionisierung des Abgasstroms zwischen Drahtclcktrodc und
Auspuffwandung vor dem Katalysator kann es jedoch br>
vorkommen, daß einzelne ionisierte Partikel noch vor dem Katalysator an die Auspuffrohrwandung geraten
und dort entladen werden. Diese Partikel werden dann selbstverständlich von dem Katalysator nicht mehr abgestoßen
und können sich auf ihm festsetzen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher
darin, eine gattungsgemäße elektrostatische Vorrichtung zum Schutz der Katalysatoren im Abgaskanal
von Ottomotoren zu finden, bei der die Möglichkeit, daß sich aufgeladene Schadstoff partikel noch vor dem Katalysator
wieder entladen können, weitestgehend ausgeschaltet ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 beschriebene elektrostatische Vorrichtung gelöst. Die
Aufladung der Partikai erfolgt nicht mehr in radialer Richtung (von der minusgeladenen drahtförmigen Innenelektrode
zur Auspuffwandung), sondern in axialer Richtung, d. h. von dem negativ geladenen Katalysator
in Richtung gegen den Abgasstrom zu einer gasdurchlässigen flächenhaft ausgebildeten Gegenelektrode, die
im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist und den Querschnitt des Abgaskanals im wesentlichen
ausfüllt. Dabei ist der Abgaskanal im Bereich des Katalysators und der lonisierungsstrecke innenseitig
mit einer elektrischen Isolierung, im allgemeinen in Anbetracht der dort herrschenden Temperaturen einer
Keramikschicht, versehen. Als Gegenelektrode geeignet sind Lochbleche, Drahlsiebe oder -netze, die so ausgebildet
sind, daß sie den Auspuffgasen einen möglichst geringen Strömungswiderstand entgegensetzen, z. B.
Siebe mit einer Maschenweite von 2 bis 4 mm. Die Gegenelektrode soll eine möglichst große Fläche aufweisen,
d. h. sie soll im allgemeinen den Querschnitt des Abgaskanals im wesentlichen ausfüllen. Je kleiner die
Fläche der Gegenelektrode im Verhältnis zum Querschnitt des Abgaskanals wird, desto schlechter wird
auch die Ionisierung der Schadstoffpartikel. Durch die Aufladung der Schadstoffpartikel im entgegengesetzten
Ionisicrungsfeld zwischen Katalysator und Gegenelektrode werden die Schadsloffpartikel negativ aufgeladen
und können sich nicht an einem positiven Potential entladen, bevor sie den Katalysator erreichen. Als positives
Potential vor dem Katalysator ist nur die Gegenelektrode vorhanden. Hier können zwar negativ geladene Partikel,
die entgegen dem Gasstrom zur Gegenelektrode gelangen, sich anlagern bzw. entladen, diese Partikel
müssen jedoch, bevor sie zu dem Katalysator gelangen, das lonisierungsfeld wieder durchqueren, d. h., daß nur
negativ geladene Partikel den negativ geladenen Katalysator erreichen können. Nach Durchtritt durch den
Katalysator lagern sich die negativ geladenen Partikel im weiteren Verlauf des Abgasstranges an dessen Wandüngen
an, sie werden dort durch »Rütteln« im Fahrbetrieb nach Entladung an der Auspuffwandung wieder
abgelöst und gelangen so ins Freie.
Die Länge der Ladungsstrecke zwischen dem als negative Elektrode dienenden Katalysator und der Gegenelektrode
richtet sich nach der Gasgeschwindigkeit, dem angelegten Potential, dem Abstand der Elektroden
und der Partikelbeweglichkeit der Schadstoffpartikel und kann unter Anwendung der für die Aufladung von
Partikeln für die elektrostatische Partikelabscheidung mit Gleichstrom bekannten Formeln (z. B. Perry, Chemical
Engineers Handbook, McGraw-Hill 1973, Seiten 20—103 bis 20—115) leicht errechnet werden. Im
allgemeinen kommen Spannungen von etwa 1OkV bis
40 kV zur Anwendung, und die lonisierungsstrecke ist 5 bis 15 cm lang.
Selbstverständlich können nur solche Katalysatoren zur Anwendung kommen, die auf einem elektrisch leitenden
Triigcr niedergeschlagen sind, /. Ii. auf einem
Stahlnetz oder insbesondere einem wabenförmigen
Stahlgerüst, oder Katalysatoren, die selbst eine ausreichende
elektrische Leitfähigkeit besitzen, was gegebenenfalls auch durch Beifügung elektrisch leitender Stoffe
wie Edelmetall, Kupfer, Aluminium usw. nur Katalysatormasse
bewirkt werden kann.
Da die elektrostatische Aufladung der Schadstoffpartikel temperaturabhängig ist, wird die Vorrichtung
zweckmäßigerweise an einer Stelle im Auspuffstra.ig angeordnet, an der die Temperatur der Abgase 800°C
nicht übersteigt, die Abgase jedoch noch heiß genug sind, um an dem Abgaskatalysator oder an der Lambda-Sonde
zu reagieren.
Die erfindungsgemäQe Vorrichtung wird in der
Zeichnung beispielsweise dargestellt. Hierbei zeigt
F i g. 1 eine Darstellung der gesamten Vorrichtung im Prinzip,
F i g. 2 und F i g. 3 zeigen verschiedene Ausführungsformen für die Gegenelektrode.
Die Vorrichtung besteht aus dem Gehäuse 1. dem die Abgase durch das Rohr 2 zugeführt und aus dem die
Abgase durch das Rohr 3 wieder abgeführt werden. Innerhalb des Gehäuses befindet sich der Katalysator 4,
die Ionisierungsstrecke 5 sowie die als Lochblech ausgeführte Gegenelektrode 6. Katalysator, lonisierungsstrecke
und Gegenelektrode sind durch das Aluminiumoxidrohr 7 gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert.
Zur Verringerung der Bruchgefahr des loslierrohres 7 befindet sich zwischen dem Isolierrohr 7, dem Gehäusemantel
8 sowie dem Katalysator 4 noch je eine Schicht jo aus anorganischem Fasermaterial 9, die in der Lage kl,
durch Temperaturänderungen verursachte Längenänderungen aufzunehmen. Dem Katalysator 4 wird die
Hochspannung in Höhe von minus 10 bis minus 3OkV durch den Zuführungsdraht 10, der gegenüber dem Gehäuse
durch das Isolierrohr 11 elektrisch isoliert ist, zugeführt. Die Gegenelektrode 6 ist über die in der Führung
13 gelagerte Metallstange 12 mit dem Gehäuse verbunden und liegt auf dem Potential 0. Durch Verschieben
der Stange 12 in der Führung 13 läßt sich der Abstand der Gegenelektrode 6 zum Katalysator 4 und
damit die Länge der lonisierungsstrecke 5 verändern. Damit kann die lonisierungsstrecke leicht den jeweils
unterschiedlichen Bedingungen in Kraftfahrzeugen z. B. hinsichtlich Temperatur der Abgase oder Höhe der erzeugten
Hochspannung anpassen. So wäre es z. B. möglich, unter Verwendung der z. B. aus Perry (I. c.) bekannten
Schaltungen zur Ermittlung der Funkenüberschläge den Abstand der Gegenelektrode 6 zum Katalysator 4
mit Hilfe eines Servomotors so zu steuern, daß stets eine optimale Ionisierung der Auspuffgase erfolgt. Normalerweise
wird man jedoch die Gegenelektrode 6 fest einbauen und keine Verschiebungsmöglichkeitrn vorsehen.
Da zum Betrieb der Vorrichtung zwar hohe Gleichspannungen
in Höhe von 10 bis 40 000 Volt erforderlich sind, aber nur sehr kleine Ströme von etwa 1 bis 10 mA,
ist es möglich, die erforderliche Hochspannung aus der Zündspannung der Ottomotoren zu entnehmen, wie das
z. B. in DE-AS 10 80 349 ausführlich beschrieben ist. Die t>o
Betriebsspannung für die Vorrichtung kann aber auch in einem von der Zündanlage unabhängigen Stromversorgungsgerät
erzeugt werden. Hierfür können entweder aus einer Batterie gespeiste Zerhackergeräle, sogenannte
Wechselrichter, bevorzugt jedoch elektronische b5 Apparaturen bekannter Bauart benutzt werden, die angesichts
des sehr niedrigen Stromverbrauchs ohne großen technischen Aufwand realisierbar sind.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen vor allem darin, daß die ionisierten Schadstofrpartikei keine
Möglichkeit haben, sich auf ihrem Weg durch die lonisierungsstrecke zu entladen und sich deshalb nicht an
dem Katalysator festsetzen können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Elektrostatische Vorrichtung zum Schutz von Katalysatoren im Abgaskanal von Ottomotoren vor
Vergiftung durch Schadstoffpartikel, bei der in Strömungsrichtung der Abgase vor dem Katalysator eine
aus Elektrode und Gegenelektrode gebildete lonisierungsstrecke für die Schadstoffpartikel vorgesehen
ist und der Katalysator gleichsinnig mit den Schadstoffpartikeln negativ aufgeladen und gegenüber
dem Abgaskanal mit einer elektrischen Isolierung versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abgaskanal auch im Bereich der lonisierungsstrecke (5) innenseitig mit einer elektrischen
Isolierung versehen ist und die positiv geladene Gegenelektrode (6, 6') vor dem Katalysator ^4) strömungsdurchlässig
flächenhaft ausgebildet, im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung ausgerichtet
ist und den Querschnitt des Abgaskanals im wesentliehen ausfüllt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode aus einem Drahtnetz
(61) besteht.
25
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19823233461 DE3233461C2 (de) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | Elektrostatische Vorrichtung zum Schutz von Katalysatoren im Abgaskanal von Ottomotoren vor Vergiftung durch Schadstoffpartikel |
Publications (2)
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ID=6172803
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19823233461 Expired DE3233461C2 (de) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | Elektrostatische Vorrichtung zum Schutz von Katalysatoren im Abgaskanal von Ottomotoren vor Vergiftung durch Schadstoffpartikel |
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DE (1) | DE3233461C2 (de) |
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1982
- 1982-09-09 DE DE19823233461 patent/DE3233461C2/de not_active Expired
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1983
- 1983-08-26 CH CH468383A patent/CH661563A5/de not_active IP Right Cessation
Also Published As
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