WO2006128711A1 - Verfahren und vorrichtung zur verminderung des partikelanteils in abgasen - Google Patents

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WO2006128711A1 PCT/EP2006/005260 EP2006005260W WO2006128711A1 WO 2006128711 A1 WO2006128711 A1 WO 2006128711A1 EP 2006005260 W EP2006005260 W EP 2006005260W WO 2006128711 A1 WO2006128711 A1 WO 2006128711A1
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Rolf BRÜCK
Peter Hirth
Ulf Klein
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Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
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    • F01N2330/30—Honeycomb supports characterised by their structural details
    • F01N2330/42—Honeycomb supports characterised by their structural details made of three or more different sheets, foils or plates stacked one on the other

Definitions

  • the subject matter of the present invention is a method and a device for reducing the proportion of particles in exhaust gases of internal combustion engines.
  • the invention can be used advantageously in exhaust systems of motor vehicles such as automobiles.
  • the present invention is based on the object of proposing a method and a device with which the proportion of particles in the exhaust gas of internal combustion engines can be effectively lowered, in particular, the proportion of particles with small diameters to be reduced.
  • the method according to the invention for reducing the proportion of particles in the exhaust gas of an internal combustion engine comprises the following steps:
  • steps 1.1) and 1.2) are at least partially effected by at least one first electric field and step 1.3) by at least one second electric field.
  • Step 1.2) advantageously causes the enlargement of the diameter of at least a portion of the particles in the exhaust gas, so that in particular the emission of fine dust can be reduced.
  • step 1.1) particles are removed from the exhaust gas, so that the emission of particles decreases overall.
  • step 1.1) and optionally also step 1.2) can be carried out on a correspondingly formed particle filter.
  • Step 1.3) causes the conversion of the carbon in the particles to carbon monoxide or carbon dioxide, wherein preferably such a procedure is carried out that preferably carbon dioxide is formed.
  • the particles are converted into gaseous products, which can get into the atmosphere, especially in the case of carbon dioxide.
  • the emission of the particles are reduced overall and in particular the emission of particulate matter, ie in particular of particles with aerodynamic diameters of less than 10 microns, lowered above average.
  • steps 1.1), 1.2) and / or 1.3 can also be supported by further measures, In particular it is possible in accordance with the invention to cause one caused by a second electric field Alternatively, other regeneration measures may also be provided, in which case a CRT process (continuous regenerating trap, continuously regenerating particle trap) may be used.
  • Kefilter a corresponding oxidizing agent, for example, nitrogen dioxide added, which leads to oxidation of the soot particles to carbon dioxide.
  • steps 1.1), 1.2) and 1.3) can be carried out in a single component, for example a particle filter or separator. In particular, all steps 1.1), 1.2) and 1.3) can be carried out simultaneously.
  • the method according to the invention can be used particularly advantageously for reducing the particle emission of internal combustion engines, in particular of diesel engines.
  • the steps 1.1) and 1.2) are preferably carried out in parallel. In particular, these can also be done by a single common first electric field.
  • At least one of steps 1.1) and 1.2) is carried out by at least one continuously applied first electric field.
  • a continuously applied first electric field can be generated, for example, by applying a DC voltage between two electrodes. Due to this DC voltage, a first electric field builds up between the two electrodes.
  • step 1.1) is based on transferring electrical charge to the particles.
  • This charge transfer can take place, for example, from the negatively charged electrode (cathode) by nitrogen ions. Basically, the particles get a negative charge.
  • the positively charged electrode (anode) exerts a force on the charged particles and attracts them. This leads to the deposition of the particle on the anode. Consequently, the first electric field in this case causes the deposition of the particles.
  • the deposition of the particles also leads to the agglomeration of the particles by several particles adhere to each other.
  • this bond between the particles is relatively strong, so that even if the particle separates from the wall of the particle separator, a particle with a substantial larger diameter leaves the particle separator than the particles from which the dissolved particle was formed.
  • the emission of fine dust with particle sizes of less than 10 microns, preferably even less than 1 micron can be prevented.
  • steps 1.1) and 1.2) can also be carried out by means of a low-frequency electric field.
  • a low-frequency alternating voltage is used to construct the at least one first electric field.
  • the frequency of this alternating voltage is chosen so that energy can still be introduced into the oscillating system of a particle with a predeterminable mean diameter, so that it can still come to an effective deposition of such particles.
  • Particularly preferred are frequencies of less than 120 Hz, preferably even less than 100 Hz, more preferably between 70 and 90 Hz.
  • step 1.3 is carried out by at least one discontinuously applied second electric field.
  • step 1.3) can only take place when a certain minimum amount of particles has been deposited for the reaction.
  • a method for regeneration of a particulate filter by step 1.3) can be realized in an advantageous manner, in which only a very low electric power is applied to the particulate filter regeneration, since the regeneration takes place only if an implementation of the particles can take place with acceptable efficiencies.
  • the regeneration of the particle filter ie the reaction of the particles, is triggered by non-thermal, electrical surface sliding discharges on the particle-coated surfaces.
  • a non-thermal Mix surface sliding discharge is understood in particular a burning in contact with a generally electrically insulating or only weakly conductive surface electric gas discharge for generating a non-thermal plasma while largely avoiding gas heating.
  • the plasma state thermodynamically can not be described by a temperature, in general, the average energy of the electrons is much larger than that of the heavy particles (ions, atoms, molecules).
  • Non-thermal surface slip discharge for example, generates radicals by electron impact with oxygen, which can react with the carbon surface of a particle.
  • surface-bound carbon monoxide molecules are formed, which may optionally react with another oxygen radical to form carbon dioxide.
  • the surface-bound carbon monoxide can also be released.
  • the surface sliding discharge can be induced, for example, by electrodes embedded in a coating of a filter wall or in a filter wall and / or by surface electrodes.
  • the electrodes are connected to a voltage source.
  • This voltage source is suitable for generating a time-varying high voltage. This may be an alternating voltage or a repetitive pulse voltage.
  • a pulse voltage is understood to mean a voltage at which the duration of the voltage pulse is small compared to the period given by the pulse sweeping frequency.
  • step 1.1) leads to the deposition of particles on a particle separator, wherein the at least one second electric field is established and / or maintained in dependence on the particle loading of the particle separator.
  • the at least one second electric field is established and / or maintained in dependence on the particle loading of the particle separator.
  • the particle separator can be constructed in particular of metallic materials.
  • channels which have a porous wall and through which the exhaust gas can flow, can be formed here, for example, by the interaction of substantially smooth and at least partially structured layers.
  • the layers used herein are films, if appropriate perforated and / or provided with conductive structures, fiber layers, in particular welded and / or sintered fiber layers, sintered metal elements, in particular of powder and / or fiber sintered elements and / or "wiremesh" structures
  • a body called honeycomb body, can be particularly Particularly preferred is an embodiment in which the actual metallic layers comprise and / or comprise electrodes, by means of which the first electric field can be formed
  • Each of these layers is provided with a substantially electrically insulating layer Beschi provided in the or above which second electrodes are formed, which can serve to build the second electric field.
  • particles can be agglomerated to a sufficient extent in accordance with steps 1.1) and 1.2) at suitably applied voltages and deposited on the surface of the coating, while a surface slip generated on the surface of this coating according to step 1.3) converts the Particles, in particular special carbon content of the particles, in particular to carbon monoxide and / or carbon dioxide can be done.
  • the particle separator used here can be designed, in particular, as a plate filter, which comprises a stack of at least partially structured and possibly substantially smooth layers.
  • a structured layer is understood to mean, in particular, a layer having structures which, in cooperation with other structures and / or with smooth layers, form flow-through channels. Under a structuring is not understood here a pure winding a smooth layer.
  • the exhaust gas flows through a particle separator which can be flowed through in a throughflow direction, the at least one first electric field being oriented essentially perpendicular to the flow direction.
  • the exhaust gas flows through a particle separator in at least one flow channel, which is at least partially delimited by walls. If now the first electric field is built up perpendicular to the direction of flow, the deflection of the charged particles based on the Coulomb force leads to a separation of the particles on the positively charged wall. This allows a particularly efficient agglomeration and separation of the particles.
  • the exhaust gas flows through a particle separator which can be flowed through in a flow direction, wherein the at least one second electric field is aligned substantially parallel or antiparallel to the flow direction.
  • a substantially parallel or anti-parallel to the flow direction aligned second electric field can be particularly advantageous for training a surface sliding discharge on the surface of the wall of a flow channel can be used.
  • the at least one first electric field and the at least one second electric field are aligned substantially perpendicular to one another.
  • the mean particle diameter is increased by step 1.2) over a predefinable limit value.
  • the distribution function of the size distribution of the particles is changed by step 1.2).
  • step 1.2 it is possible, in particular by step 1.2), to modify at least one of these distribution functions, in particular that of the size distribution of the particles.
  • step 1.2) is carried out in such a way that at least one of the following functions is fulfilled:
  • the width in the sense of function 11.2) is to be understood in particular as the full width at half height (filling width half maximum, FWHM).
  • the change of the limit values according to 11.4) and 11.5) causes a shift of correspondingly present minimum and maximum limit values of the distribution function.
  • the agglomeration makes it possible, in particular, to change the minimum limit value of the distribution function. In particular, the agglomeration can shift the expected value of the distribution function towards larger average diameters of the particles.
  • step 1.3) is at least partially effected by a plasma. It is particularly preferred in this case that step 1.3) is at least partially effected by a surface sliding discharge.
  • first electric fields exhibited which are generated by forming an electrical voltage difference between two electrodes, the voltage difference being an absolute value. from 10 to 25 kV, preferably from 15 to 20 kV, more preferably from 12 to 16 kV.
  • the formation of a spray electrode can be dispensed with in particular. This means an additional effort for the regeneration of the filter.
  • the durability of a corresponding particle separator is advantageously increased.
  • a device for reducing the proportion of particles in the exhaust gas of an internal combustion engine wherein the device for an exhaust gas is flowed through, at least a first field-building means for building a first electric field and at least one second field-building means for building at least a second electric field are formed and wherein the field construction means are formed so that the first electric field can deposit and / or agglomerate at least a portion of the particles in the exhaust gas and that the at least one second electric field can cause an implementation of at least a portion of the particles ,
  • the field-building means may in particular comprise correspondingly formed electrodes. Due to the agglomeration of the particles, the device according to the invention can serve, in particular, to reduce the emission of particles of small diameter.
  • the latter comprises at least one cavity which can be passed through at least and which is at least partially bounded by at least one wall.
  • An at least accessible cavity is understood as meaning a cavity, which may in particular also be closed. However, further preferred is an embodiment in which the corresponding device is open, that is the
  • a device according to the invention may comprise a corresponding honeycomb body.
  • This may be, for example, a ceramic honeycomb body having porous walls.
  • the device comprises a ceramic structure
  • wires can be stored in the formation of the ceramic in the walls.
  • the structures are built up layer by layer from a raw material, which is then solidified at least in some areas, for example by the optionally locally inhomoge- nen use of high-energy laser radiation.
  • a new layer of raw material is now applied, which is solidified again at least in some areas.
  • different conductivities can be generated in the walls of the structure.
  • the first field-building means comprise at least one wall at least partially.
  • a construction of a substantially ceramic honeycomb or carrier body can take place in which electrically conductive materials are incorporated into the walls during the construction of the walls.
  • an electrically substantially insulating layer is at least partially formed on the wall.
  • This electrically insulating layer may preferably serve to separate the anode and cathode in contact areas between at least partially structured and substantially smooth layers.
  • the second field-building means comprise at least one electrode, which is formed on and / or in the substantially insulating layer.
  • the second field-building means are suitable for causing a surface sliding discharge.
  • the electrodes of the second field-building means By forming the electrodes of the second field-building means on and / or in the electrically insulating layer, it is possible to easily produce a surface-sliding discharge as defined above. This promotes radical formation by the oxidation of carbon and thus at least partially causes the implementation of the particles according to step 1.3) of the method according to the invention.
  • the field-building means can be connected to at least one voltage source.
  • both the first and the second field-building means can be connected to a single voltage source, so that the structural complexity is minimized.
  • separate power supplies and voltage sources can be formed for each of the field-building means, since this enables a particularly simple and particularly efficient control of the different circuits.
  • the at least one voltage source is suitable for delivering voltage of up to 25 kV.
  • Such stresses are particularly suitable for carrying out the agglomeration and separation of the particles.
  • it may be DC voltage or low-frequency AC voltage, which bears in particular on the first field-building means.
  • the at least one wall comprises a metal.
  • Walls which are at least partially made of metal or which comprise a metal are particularly suitable because they can be used directly as part of the first and / or second field-building means.
  • the walls of the channels are at least partially part of the first field-building means, with at least part of the walls thus constituting the first electric field according to step 1.2) and step 1.1) of the method according to the invention.
  • the at least one wall comprises a ceramic material.
  • the formation of electrodes in and / or on the walls of the ceramic carrier may be advantageous.
  • Fig. 1 shows schematically a first embodiment of a device according to the invention
  • Fig. 3 shows schematically a third embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 4 schematically shows a fourth embodiment of a device according to the invention.
  • 5 shows schematically a section of a device according to the invention
  • 6 shows schematically a shading of a device according to the invention
  • Fig. 1 shows schematically a first embodiment of a device 1 according to the invention for reducing the proportion of particles in the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • This device 1 comprises first field construction means 2, namely a first anode 3 which can be connected to a positive pool of a DC voltage source and a first cathode 4 which can be connected to a negative pole of a DC voltage source.
  • the first anode 3 and the first cathode 4 produce the structure of a first electric field 5, which is symbolized by an arrow.
  • This first electric field 5 is designed such that, according to the method step 1.2) according to the invention, an agglomeration of particles on the first anode 3 and according to step 1.1) a precipitation of particles on the first anode 3 occurs.
  • the separation and agglomeration of particles generally occurs on the first anode 3.
  • the exhaust gas flow 6 flows through a particle separator 21 formed by the first electrodes 2, 3, which can be flowed through in a flow direction 22.
  • the first anode 3 is covered by an insulating layer 7.
  • a substantially insulating layer 7 is present when the electrical conductance of this layer is significantly smaller than the conductance of the first anode 3 and / or the first cathode 4.
  • Exhaust gas particles which preferably contain carbon, on the upper This deposited and agglomerated particles lead to an occupancy of the insulating layer 7. Due to the increasing thickness of the lining of the insulating layer 7, a flow resistance of a flow channel formed by the first anode 3 and the first cathode 4 8 increases This is an undesirable effect since, to achieve the same performance of the internal combustion engine, as a rule, a fuel consumption of the internal combustion engine is necessary. In addition, there is the possibility that the separated particles are again mechanically separated from the first anode 3.
  • the device 1 must be regenerated. This is done by a chemical reaction of the deposited on the insulating layer 7 particles.
  • a thermal regeneration of the device is fundamentally involved, in which a temperature increase of the particles is effected above a limiting temperature, above which an oxidation of the carbon in the particles with residual oxygen in the exhaust gas stream 6 takes place.
  • Another possibility is a chemical regeneration, in which upstream of the device 1, an oxidant-containing exhaust gas stream 6 is generated, which flows through the device 1.
  • this oxidizing agent with the carbon in the deposited on the insulating layer 7 particles, there is a chemical reaction, namely an oxidation of the carbon to carbon monoxide and / or carbon dioxide.
  • Nitrogen dioxide (NO 2 ) is particularly advantageous as the oxidizing agent. This nitrogen dioxide can be generated directly from the exhaust gas by means of an oxidation catalyst located upstream of the device.
  • the conversion of particles by at least one second electric field 9 is at least partially effected according to process step 1.3).
  • This second electric field 9 is also symbolized by an arrow. It is by the connection of a second anode 10 and a second Cathode 11 is generated with a voltage source.
  • the second anode 10 and the second cathode 11 form a second field constructing means 12.
  • the second anode 10 and the second cathode 11 - more generally the second electrodes 10, 11 - are formed on the surface of the insulating layer 7 in the present embodiment.
  • the insulating layer 7 is located between the first electrons 10, 11 and the first anode 3.
  • the second electrodes 10, 11 are formed at least partially within the insulating layer 7. It is thus possible, for example, for the second anode 10 to be completely integrated in the insulating layer 7, while the second cathode 11 is formed on the surface of the insulating layer 7, as shown here.
  • the second electrodes 10, 11 shown by way of example are configured in this way and are operated in particular such that a non-thermal plasma, particularly preferably a non-thermal surface sliding discharge, is formed between them.
  • the second field-building means 12 are designed such that a non-thermal surface sliding discharge can form between them.
  • the second field-building means 12 are provided with a time-varying high voltage either in the form of an AC voltage or in the form of a repetitive pulse voltage.
  • oxygen radicals are formed by the non-thermal plasma, which can react with the carbon of the particles to form carbon monoxide. The further oxidation of the carbon monoxide to carbon dioxide can then take place with another oxygen radical.
  • FIG. 2 schematically shows a second exemplary embodiment of a device 1 according to the invention.
  • This device comprises two first electrodes 13 which form a first field-building device 2.
  • these first electrodes 13 are operated alternately as anodes and cathodes, for which purpose they are subjected to a preferably low-frequency alternating voltage.
  • the first electrodes 13 can be connected to a corresponding voltage source.
  • the first field-building means 2 form a first electric field 5, which, as described above, results in agglomeration and deposition of particles on the insulating layers 7 formed on both first electrodes 13.
  • the orientation of the first electric field 5 changes in accordance with the change in polarity of the first electrodes 13.
  • the arrow representing that electric field 5 in FIG. 2 is to be understood only as an example.
  • second field-building means 12 comprising second anodes 10 and second cathodes 11 are formed.
  • the direction of the corresponding second electric field 9 formed by these second field-building means 12 is to be understood as an example, since the second field-building means 12 can also be operated with an alternating voltage.
  • the second field-constructing means 12 are also designed so that a surface-sliding discharge can be generated on both insulating layers, by means of which the Particles can be carried out according to process step 1.3.
  • one of the second anodes 10 is shown formed inside the corresponding insulating layer 7.
  • the first electrodes 13 or the insulating layers 7 applied to them delimit a flow channel 8.
  • the flow channel 8, whose walls 23 are formed here by the first electrodes 2, 3 and the respectively applied insulating layer 7, is can be flowed through in a flow direction 22.
  • the first electrodes 13 form a particle separator 21.
  • Fig. 3 shows schematically a third embodiment of a device according to the invention 1.
  • This comprises a plurality of first anodes 3 and a plurality of first cathodes 4.
  • a first anode 3 on each side of a first anode 3 is a corresponding insulating layer 7 is formed.
  • the corresponding second field-building means 12 are likewise designed as surface electrodes on the insulating layers 7, in particular as described in FIG.
  • the second field-building means 12 are connected in pairs to one another via contact means 14 and these contact means 14 are connected to a voltage source (not shown).
  • the contact means 14 are in particular designed so that an electrical contacting of the second field-building means 12 is possible, however, a corresponding insulation is provided to the first anode 3 and / or first cathode 4, so that here lie Lie borrowed electrical potentials.
  • a corresponding insulation is provided to the first anode 3 and / or first cathode 4, so that here lie Lie borrowed electrical potentials.
  • Fig. 4 shows schematically a fourth Ausf ⁇ ihrungsbeispiel of a device 1 according to the invention in cross section.
  • This is a spirally wound support body 15, which is formed from a corrugated layer 16 and a smooth layer 17. Between the corrugated layer 16 and the smooth layer 17 form channels 18 through which the exhaust stream of an internal combustion engine can flow.
  • the corrugated layer 17 comprises a metallic layer 19, which is surrounded on both sides by insulating layers 7.
  • the representation in FIG. 4 is a cross section through the carrier body 15.
  • the metallic layer 19 and the corrugated layer 16 cooperate together in the formation of a first electric field. In this case, the metallic layer 19 forms the first anode 3, while the corrugated layer 16 forms the first cathode 4.
  • the metallic layer 19 and / or the insulating layers 7 can preferably also be porous and / or at least partially designed to be permeable to a field. This includes in particular materials which are produced from fibers, for example metallic fiber mats, metallic fiber fabrics, Wiremesh plies, metallic sintered structures, in particular of powder and / or fibers.
  • the second field construction means 12 are not shown. Again, these cause a second electrical field that the imple ⁇ wetting is present in the exhaust particles.
  • the second field-building means 12 are preferably formed in each channel 19.
  • corresponding voltage supplies and control means are formed, which can apply a corresponding voltage to the first and / or second field-building means 12.
  • Fig. 5 shows schematically a section of a first anode 3, which is provided on one side with an insulating layer 7.
  • the first anode 3 is provided with one or more tips 20 that break through the insulating layer 7.
  • These tips 20 facilitate the charging and deposition of soot-containing particles, as at tips 20, the first electric field is amplified.
  • the tips 20 are shown here by way of example.
  • the electrically insulating layer 7 may comprise a washcoat, which is applied as a coating on the first anode 3.
  • the coating can be variable in its thickness in a certain tolerance range.
  • FIG. 6 schematically shows a sonication of a device 1 according to the invention.
  • the first anode 3 and the first cathode 4 are electrically connected to the corresponding poles of a first voltage source 24, which emits a DC voltage.
  • a first voltage source 24 which emits a DC voltage.
  • an insulating layer 7 is formed, on which second electrodes 25 are formed, which can cause a surface sliding discharge.
  • the second electrodes 25 are connected to a second voltage source 26, which can deliver a high-amplitude AC voltage.
  • the first electrodes 3, 4 cause a first electric field for at least partially effecting the method steps 1.2) and 1.1), while the second electrodes 25 can generate a second electric field, which can effect the method step 1.3).
  • FIG. 7 shows schematically a first distribution function V (d) of an average particle diameter d of the particles in the exhaust gas of an internal combustion engine before the use of the method according to the invention, while a second distribution function V (d) of an average particle diameter d of the particles in the exhaust gas of a Internal combustion engine is obtained after the use of the method according to the invention.
  • the distribution function V (d) indicates the probability of the presence of a particle of the particle diameter d.
  • Both V (d) and d are given in units of 1 in FIG.
  • the distribution functions 27, 28 are each normalized such that the integral of the distribution function V (d) over d gives zero to infinity one.
  • the second distribution function 28 has similarly high values V (d) as the first distribution function 27. Without normalization, that is, not as a representation of the probability distribution function but as a distribution function of the particle size frequencies, the integral results from the second distribution function the deposited particles a much smaller value than the first distribution function.
  • the first distribution function 27 has a first width (FWHM) 29, as a second width 30 of the second distribution function 28, so that the width 29, 30 of the distribution function is changed by the fiction, contemporary method.
  • the first distribution function 27 has a first minimum limit value 31, while the second distribution function 28 has a second minimum limit value 32 that is greater than the first minimum limit value 31.
  • the first distribution function 27 has a first maximum limit value 33, while the second distribution function 28 has a second maximum limit value 34 different from this first maximum limit value 33.
  • the inventive device 1 for reducing the proportion of particles in the exhaust gas of an internal combustion engine and the corresponding method according to the invention are characterized in that a proportion of particulate matter in the particle emissions of the internal combustion engine can be effectively reduced by the combined agglomeration and separation of the particles.
  • a proportion of particulate matter in the particle emissions of the internal combustion engine can be effectively reduced by the combined agglomeration and separation of the particles.
  • the reaction of the particles based on a second electric field 9 advantageously leads to a very good regeneration of the device 1.
  • the agglomeration ensures that no fine dust is emitted, even if there is an emission of already deposited particles.

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verminderung des Anteils an Partikeln im Abgas (6) einer Verbrennungskraftmaschine, umfasst die folgenden Schritte: 1.1) Abscheidung von Partikeln; 1.2) Agglomeration von Partikeln; und 1.3) Umsetzung von Partikeln und zeichnet sich dadurch aus, dass die Schritte 1.1) und 1.2) durch mindestens ein erstes elektrisches Feld (5) und Schritt 1.3) durch mindestens ein zweites elektrisches Feld (9) zumindest teilweise bewirkt werden. Hierbei erfolgt Schritt 1.3) bevorzugt zumindest teilweise durch eine nichtthermisches Plasma, insbesondere eine Oberflächengleitentladung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) zur Verringerung des Anteils an Partikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine sowie das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass durch die kombinierte Agglomeration und Abscheidung der Partikel ein Anteil an Feinstaub an den Partikelemissionen der Verbrennungskraftmaschine wirkungsvoll verringert werden kann. Insbesondere kann durch die entsprechende Ausbildung der ersten elektrischen Felder (5) genau vorgegeben werden, was für eine Partikelgrößenverteilung erreicht wird. Die auf einem zweiten elektrischen Feld (9) beruhende Umsetzung der Partikel führt in vorteilhafter Weise zu einer sehr guten Regeneration der Vorrichtung (1). Durch die Agglomeration ist selbst dann, wenn es zu einer Emission bereits abgeschiedener Partikel kommt, gewährleistet, dass kein Feinstaub emittiert wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung des Partikelanteils in Abgasen
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verminderung des Anteils von Partikeln in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen. Insbesondere kann die Erfindung in vorteilhafter Weise in Abgassystemen von Kraftfahrzeugen wie Automobilen eingesetzt werden.
Verbrennungskraftmaschinen werden weltweit im großen Umfang zum Erzeugen von Energie und zum Antrieb von Fortbewegungsmitteln eingesetzt. Durch die Verbrennung von Kraftstoff, insbesondere von fossilen Kraftstoffen, enthält das Abgas der Verbrennungskraftmaschinen auch Stoffe, deren Emission unerwünscht ist. Hierbei handelt es sich unter anderem auch um Partikel, insbesondere Kohlen- Stoffpartikel oder Kohlenstoff umfassende Partikel, deren Anteil, insbesondere für Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 10 μm oder weniger im Abgas reduziert werden soll. Zur Einhaltung der in vielen Ländern der Welt geltenden oder bald in Kraft tretenden Grenzwerte ist deshalb oftmals eine Aufbereitung des Abgases der Verbrennungskraftmaschine nötig.
Da insbesondere kleine Partikel, die als Feinstaub bezeichnet werden, auf Grund einer Lungengängigkeit bei Mensch und Tier unerwünscht sind, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der der Anteil an Partikeln im Abgas von Verbrennungskraft- maschinen wirkungsvoll gesenkt werden kann, wobei insbesondere der Anteil an Partikeln mit kleinen Durchmessern reduziert werden soll.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhaf- te Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verminderung des Anteils an Partikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine umfasst die folgenden Schritte:
1.1) Abscheidung von Partikeln;
1.2) Agglomeration von Partikeln; und 1.3) Umsetzung von Partikeln.
Erfindungsgemäß werden die Schritte 1.1) und 1.2) durch mindestens ein erstes elektrisches Feld und Schritt 1.3) durch mindestens ein zweites elektrisches Feld zumindest teilweise bewirkt.
Schritt 1.2) bewirkt in vorteilhafter Weise die Vergrößerung der Durchmesser zumindest eines Teils der Partikel im Abgas, so dass insbesondere die Emission von Feinstaub verringert werden kann. Durch Schritt 1.1) werden Partikel aus dem Abgas entfernt, so dass die Emission von Partikeln insgesamt sinkt. Insbesondere kann Schritt 1.1) und gegebenenfalls auch Schritt 1.2) an einem entsprechend aus- gebildeten Partikelfilter durchgeführt werden. Schritt 1.3) bewirkt die Umsetzung des Kohlenstoffs in den Partikeln zu Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid, wobei bevorzugt eine solche Verfahrensführung vorgenommen wird, dass bevorzugt Kohlendioxid entsteht. Somit werden die Partikel in gasförmige Produkte überführt, die insbesondere im Fall des Kohlendioxids in die Atmosphäre gelangen können. Somit werden durch die Verfahrensschritte 1.2), 1.1) und 1.3) die Emission der Partikel insgesamt gesenkt und insbesondere die Emission von Feinstaub, also insbesondere von Partikeln mit aerodynamischen Durchmessern von weniger als 10 μm, überdurchschnittlich hoch gesenkt.
Unter dem Begriff „zumindest teilweise bewirken" ist hier insbesondere zu verstehen, dass die Schritte 1.1), 1.2) und/oder 1.3) auch durch weitere Maßnahmen unterstützt werden können. Insbesondere ist es erfindungsgemäß möglich, dass neben einer durch ein zweites elektrisches Feld bewirkten Umsetzung von Partikeln auch andere Regenerationsmaßnahmen alternativ vorgesehen sind. Hierbei kann insbesondere ein CRT- Verfahren (continuous regenerating trap, kontinuierlich regenerierende Partikelfalle) zum Einsatz kommen. Hierbei wird einem Parti- kelfilter ein entsprechendes Oxidationsmittel, beispielsweise Stickstoffdioxid zugesetzt, welches zu einer Oxidation der Russpartikel zu Kohlendioxid fuhrt. Insbesondere können die Schritte 1.1), 1.2) und 1.3) in einem einzigen Bauteil, beispielsweise einem Partikelfilter oder -abscheider durchgeführt werden. Insbeson- dere können alle Schritte 1.1 ), 1.2) und 1.3) gleichzeitig durchgeführt werden.
Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft zur Reduktion der Partikelemission von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Dieselmaschinen, eingesetzt werden.
Bevorzugt erfolgen die Schritte 1.1) und 1.2) parallel. Insbesondere können diese auch durch ein einziges gemeinsames erstes elektrisches Feld erfolgen.
Bevorzugt erfolgt mindestens einer der Schritte 1.1) und 1.2) durch mindestens ein kontinuierlich anliegendes erstes elektrisches Feld. Ein solches kontinuierlich anliegendes erstes elektrisches Feld kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass zwischen zwei Elektroden eine Gleichspannung angelegt wird. Durch diese Gleichspannung baut sich zwischen den beiden Elektroden ein erstes elektrisches Feld auf.
Grundsätzlich beruht der Schritt 1.1) darauf, dass elektrische Ladung auf die Partikel übertragen werden. Dieser Ladungsübertrag kann beispielsweise von der negativ geladenen Elektrode (Kathode) durch Stickstoffionen erfolgen. Grundsätzlich erhalten die Partikel eine negative Ladung. Daraus folgend übt die positiv geladene Elektrode (Anode) eine Kraft auf die geladenen Teilchen aus und zieht diese an. Dies führt zur Abscheidung des Partikels auf der Anode. Folglich bewirkt das erste elektrische Feld in diesem Fall die Abscheidung der Partikel. Durch die Abscheidung der Partikel kommt es gleichzeitig zur Agglomeration der Partikel, indem mehrere Partikel aneinander haften. Erstaunlicherweise ist diese Bindung zwischen den Partikeln relativ fest, so dass selbst dann, wenn sich das Partikel von der Wand des Partikelabscheiders löst, ein Partikel mit einem wesent- lieh größeren Durchmesser den Partikelabscheider verlässt als die Partikel, aus denen das gelöste Partikel gebildet wurde. So kann insbesondere die Emission von Feinstaub mit Partikelgrößen von weniger als 10 μm, bevorzugt sogar weniger als 1 μm verhindert werden.
Statt einem kontinuierlich anliegenden ersten elektrischen Feld ist die Durchführung der Schritte 1.1) und 1.2) auch mittels eines niederfrequenten elektrischen Feldes durchfuhrbar. Hierzu wird eine niederfrequente Wechselspannung zum Aufbau des mindestens einen ersten elektrischen Feldes eingesetzt. Die Frequenz dieser Wechselspannung wird so gewählt, dass noch Energie in das schwingende System eines Teilchens mit einem vorgebbaren mittleren Durchmesser eingebracht werden kann, so dass es also noch zu einer wirkungsvollen Abscheidung solcher Partikel kommen kann. Insbesondere bevorzugt sind hier Frequenzen von weniger als 120 Hz, bevorzugt sogar weniger als 100 Hz, besonders bevorzugt zwischen 70 und 90 Hz.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt Schritt 1.3) durch mindestens ein diskontinuierlich anliegendes zweites e- lektrisches Feld.
Insbesondere kann so der Schritt 1.3) erst dann erfolgen, wenn eine gewisse Mindestmenge an Partikeln zur Umsetzung abgeschieden worden ist. So kann in vorteilhafter Weise ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters durch Schritt 1.3) realisiert werden, bei dem nur eine recht geringe elektrische Leistung zur Partikelfilterregeneration aufgebracht wird, da die Regeneration nur dann erfolgt, wenn mit annehmbaren Wirkungsgraden eine Umsetzung der Partikel erfolgen kann.
Besonders bevorzugt ist, dass die Regeneration des Partikelfilters, also die Umset- zung der Partikel, durch nichtthermische, elektrische Oberflächengleitentladungen an den mit Partikeln belegten Oberflächen ausgelöst wird. Unter einer nichtther- mischen Oberflächengleitentladung wird insbesondere eine im Kontakt mit einer im allgemeinen elektrisch isolierenden oder nur schwach leitfähigen Oberfläche brennende elektrische Gasentladung zur Erzeugung eines nichtthermischen Plasmas unter weitgehender Vermeidung einer Gasaufheizung verstanden. Bei einer solchen Oberflächengleitentladung kann der Plasmazustand thermodynamisch nicht durch eine Temperatur beschrieben, im Allgemeinen ist die mittlere Energie der Elektronen wesentlich größer als die der Schwerteilchen (Ionen, Atome, Moleküle).
Durch die nichtthermische Oberflächengleitentladung werden zum Beispiel durch Elektronenstöße mit Sauerstoff Radikale gebildet, die mit der Kohlenstoffoberfläche eines Partikels reagieren können. Dabei werden beispielsweise oberflächengebundene Kohlenmonoxidmoleküle gebildet, die gegebenenfalls mit einem weiteren Sauerstoffradikalen zu Kohlendioxid reagieren können. Das oberflächenge- bundene Kohlenmonoxid kann auch freigesetzt werden.
Die Oberflächengleitentladung kann beispielsweise durch in eine Beschichtung einer Filterwand oder in eine Filterwand eingebettete Elektroden oder/und durch Oberflächenelektroden induziert werden. Hierzu werden die Elektroden an eine Spannungsquelle angeschlossen. Diese Spannungsquelle ist geeignet, eine zeitveränderliche Hochspannung zu erzeugen. Hierbei kann es sich um eine Wechselspannung oder um eine zeitlich repetierbare Impulsspannung handeln. Unter einer Impulsspannung wird in diesem Zusammenhang eine Spannung verstanden, bei der die Dauer des Spannungsimpulses klein ist gegenüber der durch die Pulswie- derholfrequenz gegebenen Periode.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens fuhrt Schritt 1.1) zur Abscheidung von Partikeln an einem Partikelabscheider, wobei das mindestens eine zweite elektrische Feld in Abhängigkeit von der Partikelbeladung des Partikelabscheiders aufgebaut und/oder aufrecht erhalten wird. In Abhängigkeit von der Belegung insbesondere der Oberfläche des Partikelab¬ scheiders erfolgt hier eine Regeneration des Filters durch Schritt 1.3).
Der Partikelabscheider kann insbesondere aus metallischen Materialien aufgebaut sein. Insbesondere können hier beispielsweise durch Zusammenwirken von im Wesentlichen glatten und zumindest teilweise strukturierten Lagen Kanäle ausgebildet werden, die eine poröse Wand aufweisen und durch die das Abgas strömen kann. Als Lagen kommen hier Folien, gegebenenfalls perforiert und/oder mit Leitstrukturen versehen, Faserlagen, insbesondere verschweißte und/oder gesinterte Faserlagen, Sintermetallelemente, insbesondere aus Pulver und/oder Fasern gesinterte Elemente und/oder „Wiremesh"-Strukturen in Frage. Diese Lagen können beispielsweise aufgewickelt werden, ferner ist es auch möglich, Stapel aus zumindest einer zumindest teilweise strukturierten Lage und gegebenenfalls einer im Wesentlichen glatten Lage zu bilden, mindestens einer diese Stapel zu verwinden und so einen Körper zu bilden. Ein solcher Körper, genannt Wabenkörper, kann besonders bevorzugt als Partikelabscheider im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden werden. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die eigentlichen metallischen Lagen Elektroden aufweisen und/oder umfassen, mittels derer das erste elektrische Feld ausgebildet werden kann. Jede dieser Lagen ist mit einer im Wesentlichen elektrisch isolierenden Beschichtung versehen, in der oder oberhalb derer zweite Elektroden ausgebildet sind, die zum Aufbau des zweiten elektrischen Feldes dienen können. Unter einer im Wesentlichen elektrisch isolierenden Beschichtung wird eine Beschichtung verstanden, deren elektrische Leit- fähigkeit deutlich kleiner ist als die eines Metalls.
Durch eine solche Ausbildung eines Partikelabscheiders können bei geeignet angelegten Spannungen einerseits Partikel im ausreichenden Maße gemäß Schritten 1.1) und 1.2) agglomeriert und auf der Oberfläche der Beschichtung abgeschieden werden, während durch eine auf der Oberfläche dieser Beschichtung erzeugten Oberflächengleitentladung gemäß Schritt 1.3) eine Umsetzung der Partikel, insbe- sondere des Kohlenstoffanteils der Partikel, insbesondere zu Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid erfolgen kann. Der hier eingesetzte Partikelabscheider kann insbesondere als Plattenfilter, welcher einen Stapel aus zumindest teilweise strukturierten und gegebenenfalls im Wesentlichen glatten Lagen umfasst, ausge- bildet sein.
Unter einer strukturierten Lage wird insbesondere eine Lage mit Strukturen verstanden, welche im Zusammenwirken mit anderen Strukturen und/oder mit glatten Lagen durchströmbare Kanäle bilden. Unter einer Strukturierung wird hier nicht ein reines Aufwickeln einer glatten Lage verstanden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens strömt das Abgas durch einen in einer Durchströmungsrichtung durchströmbaren Partikelabscheider, wobei das mindestens eine erste elektrische Feld im Wesentlichen senkrecht zur Durchströmungsrichtung ausgerichtet ist.
Im Regelfall durchströmt das Abgas einen Partikelabscheider in mindestens einem Strömungskanal, der von Wänden zumindest teilweise begrenzt ist. Wird nun das erste elektrische Feld senkrecht zur Durchströmungsrichtung aufgebaut, so führt die auf der Coulombkraft beruhende Ablenkung der aufgeladenen Partikel zu einer Abscheidung der Partikel auf der positiv geladenen Wand. So kann eine besonders effiziente Agglomeration und Abscheidung der Partikel erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens strömt das Abgas durch einen in einer Durchströmungsrichtung durchströmbaren Partikelabscheider, wobei das mindestens eine zweite elektrische Feld im Wesentlichen parallel oder antiparallel zur Durchströmungsrichtung ausgerichtet ist.
Ein im Wesentlichen parallel oder antiparallel zur Durchströmungsrichtung ausgerichtetes zweites elektrisches Feld kann insbesondere vorteilhaft zur Ausbildung einer Oberflächengleitentladung auf der Oberfläche der Wand eines Strömungskanals eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens sind das mindestens eine erste elektrische Feld und das mindestens eine zweite elektrische Feld im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet.
Dies bewirkt eine besonders vorteilhafte sowohl optimale Agglomeration und Abscheidung von Partikeln als auch eine möglichst optimale Regeneration und Umsetzung der Partikel.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der mittlere Partikeldurchmesser durch Schritt 1.2) über ein vorgebbaren Grenzwert vergrößert.
Je nach Ausgestaltung der Elektroden bzw. der Wände der Kanäle sowie in Abhängigkeit von der angelegten Spannung bzw. dem aufgebauten ersten elektrischen Feld können unterschiedliche mittlere Durchmesser durch Agglomeration und Abscheidung erhalten werden. So ist es möglich, bei einem vorgebbaren oder vorgegebenen Grenzwert die Elektroden entsprechend so zu gestalten und das erste elektrische Feld entsprechend so zu betreiben, dass der mittlere Partikeldurchmesser diesen vorgebbaren Grenzwert nach Abscheidung und Agglomeration übersteigt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch Schritt 1.2) die Verteilungsfunktion der Größenverteilung der Partikel verändert.
Grundsätzlich erzeugt der Vorgang der Verbrennung von Kraftstoffen einer Verbrennungskraftmaschine Partikel, die keine identischen Durchmesser haben.
Vielmehr liegt im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine eine Vielzahl von Par- tikeln vor, deren Größe und Form verschiedenen Verteilungsfunktionen folgen. Grundsätzlich ist es insbesondere durch Schritt 1.2) möglich, mindestens eine dieser Verteilfunktionen, insbesondere die der Größenverteilung der Partikel zu verändern. Besonders bevorzugt ist in diesem Verfahren, dass Schritt 1.2) so aus- geführt wird, dass mindestens eine der folgenden Funktionen erfüllt wird:
11.1) Verschieben eines Erwartungswertes der Verteilungsfunktion;
11.2) Veränderung einer Breite der Verteilungsfunktion;
11.3) Veränderung eines Verlaufs der Verteilungsfunktion;
11.4) Veränderung eines minimalen Grenzwertes der Verteilungsfunktion; und 11.5) Veränderung eines maximalen Grenzwertes der Verteilungsfunktion.
Unter der Breite im Sinne der Funktion 11.2) ist insbesondere die volle Breite bei halber Höhe (Füll width half maximum, FWHM) zu verstehen. Die Veränderung der Grenzwerte gemäß 11.4) und 11.5) bewirkt eine Verschiebung von entspre- chend vorliegenden minimalen und maximalen Grenzwerten der Verteilungsfunktion. Durch die Agglomeration ist insbesondere eine Veränderung des minimalen Grenzwertes der Verteilungsfunktion möglich. Durch die Agglomeration kann insbesondere eine Verschiebung des Erwartungswertes der Verteilungsfunktion hin zu größeren mittleren Durchmessern der Partikel erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Schritt 1.3) zumindest teilweise durch ein Plasma bewirkt. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass Schritt 1.3) zumindest teilweise durch eine Oberflä- chengleitentladung bewirkt wird.
Insbesondere können in Schritt 1.3) bereits abgeschiedene Partikel umgesetzt werden.
Als besonders vorteilhaft und bevorzugt haben sich erste elektrische Felder her- ausgestellt, die durch Ausbildung einer elektrischen Spannungsdifferenz zwischen zwei Elektroden erzeugt werden, wobei die Spannungsdifferenz einen Absolutbe- trag von 10 bis 25 kV, bevorzugt von 15 bis 20 kV, besonders bevorzugt von 12 bis 16 kV aufweist. Bei solchen Spannungsdifferenzen kann insbesondere bevorzugt auf die Ausbildung einer Sprühelektrode verzichtet werden. Diese bedeutet einen zusätzlichen Aufwand zur Regeneration des Filters. Durch den Verzicht auf die Sprühelektrode wird in vorteilhafter Weise die Dauerhaltbarkeit eines entsprechenden Partikelabscheiders erhöht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verminderung des Anteils an Partikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine vor- geschlagen, wobei die Vorrichtung für ein Abgas durchströmbar ist, mindestens ein erstes Feldaufbaumittel zum Aufbau eines ersten elektrischen Feldes und mindestens ein zweites Feldaufbaumittel zum Aufbau mindestens eines zweiten elektrischen Feldes ausgebildet sind und wobei die Feldaufbaumittel so ausgebildet sind, dass das erste elektrische Feld zumindest einen Teil der Partikel im Abgas abscheiden und/oder agglomerieren kann und, dass das mindestens eine zweite elektrische Feld eine Umsetzung zumindest eines Teils der Partikel bewirken kann.
Die Feldaufbaumittel können insbesondere entsprechend ausgebildete Elektroden umfassen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch die Agglomeration der Partikel insbesondere dazu dienen, die Emission von Partikeln mit geringem Durchmesser zu senken.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese mindestens einen zumindest beströmbaren Hohlraum, der von mindestens einer Wand zumindest teilweise begrenzt ist.
Unter einem zumindest beströmbaren Hohlraum wird ein Hohlraum verstanden, welcher insbesondere auch verschlossen sein kann. Weiterhin bevorzugt ist jedoch eine Ausbildung, bei der die entsprechende Vorrichtung offen ist, dass heißt die
Kanäle nicht nur beströmbar sondern vielmehr durchströmbar sind. In diesem FaI- Ie sind Kanäle ausgebildet, durch die ein Abgas strömen kann. Diese Kanäle werden regelmäßig von Wänden begrenzt. Beispielsweise kann eine erfindungsgemä- ße Vorrichtung einen entsprechenden Wabenkörper umfassen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen keramischen Wabenkörper handeln, welcher poröse Wände aufweist. Weiterhin ist es möglich, einen Wabenkörper aus metallischen Lagen auszubilden, welcher durch Aufwickeln zumindest einer zumindest teilweise strukturierten Lage und gegebenenfalls einer im Wesentlichen glatten Lage oder durch Stapeln mindestens einer zumindest teilweise strukturierten Lage und gegebenenfalls einer im Wesentlichen glatten Lage zu einem Stapel und gleich- oder gegensinniges Verwinden mindestens eines Stapels herstellbar.
Sofern die Vorrichtung eine keramische Struktur umfasst, ist es bevorzugt, entsprechende Elektroden für die ersten und zweiten Feldaufbaumittel in den keramischen Wänden oder auf den keramischen Wänden auszubilden. Hierzu können beispielsweise Drähte beim Ausbilden der Keramik in die Wände eingelagert werden. Weiterhin ist es auch möglich, die Struktur schichtweise durch Rapid Prototyping Techniken aufzubauen. Hierbei werden die Strukturen Schicht für Schicht aus einem Rohmaterial aufgebaut, welches dann zumindest in Teilbereichen verfestigt wird, beispielsweise durch den gegebenenfalls örtlich inhomoge- nen Einsatz einer hochenergetischen Laserstrahlung. Auf die teilweise verfestigte Schicht wird nun eine neue Schicht Rohmaterial aufgetragen, welches erneut zumindest in Teilbereichen verfestigt wird. So können durch Einsatz mehrerer Rohmaterialien verschiedene Leitfähigkeiten in den Wänden der Struktur erzeugt werden.
Bei Strukturen, die aus metallischen Lagen ausgebildet sind, können diese bevorzugt als Feldaufbaumittel, besonders bevorzugt als erstes Feldaufbaumittel eingesetzt werden. Hierzu ist es erforderlich, die unterschiedlichen Lagen elektrisch voneinander zu isolieren, was durch gängige Isolationsmaterialien erreicht werden kann. Beispielsweise kann ein keramischer Washcoat auf die Lagen vor oder nach dem Wickeln aufgetragen werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die ersten Feldaufbaumittel zumindest eine Wand zumindest teilweise.
Hier kann insbesondere ein Aufbau eines im Wesentlichen keramischen Wabenoder Trägerkörpers erfolgen, bei dem beim Aufbau der Wände elektrisch leitfähige Materialien in diese eingelagert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auf der Wand zumindest teilweise eine elektrische im Wesentlichen isolierende Schicht ausgebildet.
Diese elektrisch isolierende Schicht kann bevorzugt zur Trennung von Anode und Kathode in Berührungsbereichen zwischen zumindest teilweise strukturierten und im Wesentlichen glatten Lagen dienen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die zweiten Feldaufbaumittel zumindest eine Elektrode, die auf und/oder in der im Wesentlichen isolierenden Schicht ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass die zweiten Feldaufbaumittel geeignet sind, eine Oberflächengleitentladung hervorzurufen.
Durch die Ausbildung der Elektroden der zweiten Feldaufbaumittel auf und/oder in der elektrisch isolierenden Schicht ist es möglich, auf einfache Art und Weise eine Oberflächengleitentladung wie oben definiert zu erzeugen. Diese fördert durch Radikalbildung die Oxidation von Kohlenstoff und damit bewirkt sie zumindest teilweise die Umsetzung der Partikel gemäß Schritt 1.3) des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Feldaufbaumittel mit mindestens einer Spannungsquelle verbindbar.
So können insbesondere sowohl die ersten als auch die zweiten Feldaufbaumittel mit einer einzigen Spannungsquelle verbunden werden, so dass der bauliche Aufwand möglichst gering ist. Andererseits können für jedes der Feldaufbaumittel jeweils eigene Stromversorgungen und Spannungsquellen ausgebildet sein, da dies eine besonders einfache und besonders effiziente Steuerung der unterschied- liehen Stromkreise ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die mindestens eine Spannungsquelle geeignet, Spannung von bis zu 25 kV abzugeben. Solche Spannungen sind in besonders vorteilhafter Weise ge- eignet, die Agglomeration und Abscheidung der Partikel durchzuführen. Insbesondere kann es sich um Gleichspannung oder niederfrequente Wechselspannung halten, die insbesondere an den ersten Feldaufbaumitteln anliegt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens umfasst die mindestens eine Wand ein Metall.
Wände, die zumindest teilweise aus Metall ausgebildet sind oder die ein Metall umfassen, sind insbesondere deshalb geeignet, weil sie direkt als Teil der ersten und/oder zweiten Feldaufbaumittel eingesetzt werden können. Besonders bevor- zugt ist hierbei, dass die Wände der Kanäle zumindest zum Teil Teil der ersten Feldaufbaumittel sind, mit zumindest einem Teil der Wände also das erste elektrische Feld gemäß Schritt 1.2) und Schritt 1.1) des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebaut wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die mindestens eine Wand ein keramisches Material. Insbesondere in diesem Fall kann die Ausbildung von Elektroden in und/oder auf den Wandungen des keramischen Trägers von Vorteil sein.
Sämtliche im Rahmen dieses Dokuments für das erfindungsgemäße Verfahren offenbarten Details sind auf die erfindungsgemäße Vorrichtung Übertrag- und anwendbar. Sämtliche für die erfindungsgemäße Vorrichtung offenbarten Details sind in gleicher Weise auf das erfindungsgemäße Verfahren anwend- und übertragbar. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durch- führung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie deren Vorteile anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wird. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä- ßen Vorrichtung;
Fig. 3 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 5 schematisch einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 6 schematisch eine Beschattung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Fig. 7 schematisch zwei Verteilungsfunktionen der Partikelgröße;
Fig. 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Verminderung des Anteils an Partikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine. Diese Vorrichtung 1 umfasst erste Feldaufbaumittel 2, nämlich eine mit einem positiven Pool einer Gleichspannungsquelle verbindba- re erste Anode 3 und eine mit einem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle verbindbare erste Kathode 4. Die erste Anode 3 und die erste Kathode 4 bewirken im Betrieb den Aufbau eines ersten elektrischen Feldes 5, welches durch einen Pfeil symbolisiert ist. Dieses erste elektrische Feld 5 ist so ausgebildet, dass es gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrensschritt 1.2) zu einer Agglomeration von Partikeln auf der ersten Anode 3 und gemäß Schritt 1.1) zu einer Abscheidung von Partikeln auf der ersten Anode 3 kommt. Insbesondere liegt zwischen oder ersten Anode 3 und der ersten Kathode 4 eine so große Spannung an, dass die entsprechenden Verfahrensschritte 1.2) und 1.1) für einen möglichst großen Anteil der Partikel im Abgasstrom 6 erfüllt werden. Somit kommt es zur Abschei- düng und Agglomeration von Partikeln grundsätzlich auf der ersten Anode 3. Der Abgasstrom 6 durchströmt einen durch die ersten Elektroden 2, 3 gebildeten Partikelabscheider 21, der in einer Durchströmungsrichtung 22 durchströmbar ist.
Im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel ist die erste Anode 3 durch eine iso- lierende Schicht 7 bedeckt. Eine im Wesentlichen isolierende Schicht 7 liegt dann vor, wenn der elektrische Leitwert dieser Schicht deutlich kleiner ist als der Leitwert der ersten Anode 3 und/oder der ersten Kathode 4.
Der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bevorzugt nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren, führt also zu Agglomeration und Abscheidung von im
Abgas befindlichen Partikeln, die bevorzugt Kohlenstoff enthalten, auf der Ober- fläche der isolierenden Schicht 7. Diese abgeschiedenen und agglomerierten Partikel fuhren zu einer Belegung der isolierenden Schicht 7. Durch die zunehmende Dicke des Belags der isolierenden Schicht 7 erhöht sich ein Strömungswiderstand eines durch die erste Anode 3 und die erste Kathode 4 gebildeten Strömungska- nals 8. Dies ist ein unerwünschter Effekt, da zum Erreichen derselben Leistung der Verbrennungskraftmaschine im Regelfall ein Kraftstoffrnehrverbrauch der Verbrennungskraftmaschine nötig ist. Zudem besteht die Möglichkeit, dass die abgeschiedenen Partikel wieder mechanisch von der ersten Anode 3 getrennt werden.
Von daher muss die Vorrichtung 1 regeneriert werden. Dies erfolgt durch eine chemische Umsetzung der auf der isolierenden Schicht 7 abgelagerten Partikel. Eine solche Umsetzung kann auf verschiedene Arten und Weisen erfolgen. Zum einen ist hier eine thermische Regeneration der Vorrichtung grundsätzlich be- kamt, bei der eine Temperaturerhöhung der Partikel über eine Grenztemperatur bewirkt wird, oberhalb derer eine Oxidation des Kohlenstoffes in den Partikeln mit Restsauerstoff im Abgasstrom 6 erfolgt. Eine weitere Möglichkeit besteht in einer chemischen Regeneration, bei der stromaufwärts der Vorrichtung 1 ein oxi- dationsmittelhaltiger Abgasstrom 6 erzeugt wird, welcher die Vorrichtung 1 durchströmt. Durch Reaktion dieses Oxidationsmittels mit dem Kohlenstoff in den auf der isolierenden Schicht 7 abgelagerten Partikeln kommt es zu einer chemischen Umsetzung, nämlich einer Oxidation, des Kohlenstoffes zu Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid. Als Oxidationsmittel ist insbesondere Stickstoffdioxid (NO2) vorteilhaft. Dieses Stickstoffdioxid kann direkt aus dem Abgas mittels ei- nes stromaufwärts der Vorrichtung liegenden Oxidationskatalysators erzeugt werden.
Erfindungsgemäß wird jedoch gemäß Verfahrensschritt 1.3) die Umsetzung von Partikeln durch mindestens ein zweites elektrisches Feld 9 zumindest teilweise bewirkt. Dieses zweite elektrische Feld 9 ist ebenfalls durch einen Pfeil symbolisiert. Es wird durch die Verbindung einer zweiten Anode 10 und einer zweiten Kathode 11 mit einer Spannungsquelle erzeugt. Die zweite Anode 10 und die zweite Kathode 11 bilden ein zweites Feldaufbaumittel 12. Die zweite Anode 10 und die zweite Kathode 11 - allgemeiner die zweiten Elektroden 10, 11 - sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Oberfläche der isolierenden Schicht 7 ausgebildet. Hierbei liegt die isolierende Schicht 7 zwischen den ersten Elektronen 10, 11 und der ersten Anode 3. Es ist ebenfalls erfindungsgemäß möglich, die zweiten Elektroden 10, 11 zumindest zum Teil innerhalb der isolierenden Schicht 7 auszubilden. So ist es möglich, dass beispielsweise die zweite Anode 10 vollständig in die isolierende Schicht 7 zu integrieren, während die zweite Kathode 11 wie hier dargestellt auf der Oberfläche der isolierenden Schicht 7 ausgebildet ist.
Die beispielhaft gezeigten zweiten Elektroden 10, 11 sind insbesondere so ausgebildet und werden insbesondere so betrieben, dass sich zwischen ihnen ein nichtthermisches Plasma, besonders bevorzugt eine nichtthermische Oberflächengleit- entladung ausbildet.
Insbesondere sind die zweiten Feldaufbaumittel 12 so ausgebildet, dass sich zwischen ihnen eine nichtthermische Oberflächengleitentladung bilden kann. Hierzu werden die zweiten Feldaufbaumittel 12 mit einer zeitlich veränderlichen Hoch- Spannung entweder in Form einer Wechselspannung oder in Form einer zeitlich repetierenden Impulsspannung versehen. Durch die entstehende Oberflächengleitentladung werden durch das nichtthermische Plasma Sauerstoffradikale gebildet, die mit dem Kohlenstoff der Partikel zu Kohlenmonoxid reagieren können. Mit einem weiteren Sauerstoffradikal kann dann die weitere Oxidation des Kohlen- monoxides zu Kohlendioxid erfolgen.
Fig. 2 zeigt schematisch ein zweites Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Dieser umfasst zwei erste Elektroden 13, die ein erstes Feldaufbaumittel 2 bilden. Wie durch die „+/-" - Beschriftung angedeutet werden die- se ersten Elektroden 13 wechselweise als Anoden und Kathoden betrieben. Hierzu werden sie mit einer bevorzugt niederfrequenten Wechselspannung beaufschlagt. Hierzu sind die ersten Elektroden 13 mit einer entsprechenden Spannungsquelle verbindbar. Die ersten Feldaufbaumittel 2 bilden ein erstes elektrisches Feld 5 aus, welches wie oben beschrieben zu Agglomeration und Abscheidung von Partikeln auf den auf beiden ersten Elektroden 13 ausgebildeten isolierenden Schichten 7 erfolgt. Die Ausrichtung des ersten elektrischen Feldes 5 wechselt entsprechend dem Polaritätenwechsel der ersten Elektroden 13. Insofern ist der dass elektrische Feld 5 repräsentierende Pfeil in Fig. 2 nur exemplarisch zu verstehen.
Weiterhin sind zweite Feldaufbaumittel 12 umfassend zweite Anoden 10 und zweite Kathoden 11 ausgebildet. Auch hier ist die durch diese zweiten Feldaufbaumittel 12 gebildete Richtung des entsprechenden zweiten elektrischen Feldes 9 exemplarisch zu verstehen, da auch die zweiten Feldaufbaumittel 12 mit einer Wechselspannung betrieben werden können.
Durch den entsprechenden Betrieb der ersten Elektroden 13 mit einer Wechselspannung kommt es zur Abscheidung von Partikeln auf beiden isolierenden Schichten 7. Von daher sind auch die zweiten Feldaufbaumittel 12 so ausgebildet, dass auf beiden isolierenden Schichten eine Oberflächengleitentladung erzeugt werden kann, durch die eine Umsetzung der Partikel gemäß Verfahrensschritt 1.3 erfolgen kann. Exemplarisch ist im zweiten Ausführungsbeispiel eine der zweiten Anoden 10 im Inneren der entsprechenden isolierenden Schicht 7 ausgebildet gezeigt. Wie im ersten Ausfuhrungsbeispiel begrenzen die ersten Elektroden 13 bzw. die auf diesen aufgetragenen isolierenden Schichten 7 einen Strömungskanal 8. Der Strömungskanal 8, dessen Wände 23 vorliegend durch die ersten Elektro- den 2, 3 und die jeweils aufgetragene isolierende Schicht 7 gebildet sind, ist in einer Durchströmungsrichtung 22 durchströmbar. Die ersten Elektroden 13 bilden einen Partikelabscheider 21.
Fig. 3 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Diese umfasst eine Vielzahl von ersten Anoden 3 und eine Vielzahl von ersten Kathoden 4. Hierbei ist auf jeder Seite einer ersten Anode 3 eine entsprechende isolierende Schicht 7 ausgebildet. Die entsprechenden zweiten Feldaufbaumittel 12 sind ebenfalls als Oberflächenelektroden auf den isolierenden Schichten 7 insbesondere wie in Fig. 1 beschrieben ausgebildet. Zur entsprechenden Verbindung mit einer Spannungsquelle sind die zweiten Feldaufbaumittel 12 über Kontaktmittel 14 paarweise miteinander und diese Kontaktmittel 14 mit einer nicht gezeigten Spannungsquelle verbunden. Die Kontaktmittel 14 sind insbesondere so ausgebildet, dass eine elektrische Kontaktierung der zweiten Feldaufbaumittel 12 möglich ist, wobei jedoch eine entsprechende Isolierung hin zu den ersten Anoden 3 und/oder ersten Kathoden 4 vorgesehen ist, so dass hier unterschied- liehe elektrische Potenziale anliegen können. Im Übrigen wird auf die oben gemachten Ausführungen zum ersten und zum zweiten Ausführungsbeispiel verwiesen. Der Übersichtlichkeit halber sind die Bezugszeichen der Feldaufbaumittel 12 nur exemplarisch angegeben.
Fig. 4 zeigt schematisch ein viertes Ausfϊihrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 im Querschnitt. Hierbei handelt es sich um einen spiralig aufgewickelten Trägerkörper 15, welcher aus einer Welllage 16 und einer Glattlage 17 gebildet ist. Zwischen der Welllage 16 und der Glattlage 17 bilden sich Kanäle 18 durch die der Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine strömen kann. Die Welllage 17 umfasst eine metallische Lage 19, die auf beiden Seiten von isolierenden Schichten 7 umgeben ist. Die Darstellung in Fig. 4 ist ein Querschnitt durch den Trägerkörper 15. Die metallische Lage 19 sowie die Welllage 16 wirken gemeinsam bei der Ausbildung eines ersten elektrischen Feldes zusammen. Hierbei bildet die metallische Lage 19 die erste Anode 3, während die Welllage 16 die erste Kathode 4 bildet. Gemeinsam bilden die erste Anode 3 und die erste Kathode 4 die ersten Feldaufbaumittel 2, die das erste elektrische Feld bilden. Die metallische Lage 19 und/oder die isolierenden Schichten 7 können bevorzugt auch porös und/oder zumindest teilweise für einen Feld durchströmbar ausgeführt sein. Hierrunter fallen insbesondere Materialien, die aus Fasern hergestellt werden, beispielsweise metallische Fasermatten, metallische Fasergewebe, Wiremesh- Lagen, metallische Sintergebilde insbesondere aus Pulver und/oder Fasern. Durch die Darstellung im Querschnitt sind die zweiten Feldaufbaumittel 12 nicht dargestellt. Auch hier bewirken diese ein zweites elektrisches Feld, welches der Umset¬ zung der im Abgas vorhandenen Partikel dient. Die zweiten Feldaufbaumittel 12 sind bevorzugt in jedem Kanal 19 ausgebildet.
Weiterhin sind entsprechende nicht gezeigte Spannungsversorgungen und Steuerungsmittel ausgebildet, die eine entsprechende Spannung an die ersten und/oder zweiten Feldaufbaumittel 12 anlegen kann.
Fig. 5 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer ersten Anode 3, welche auf einer Seite mit einer isolierenden Schicht 7 versehen ist. Die erste Anode 3 ist mit einer oder mehreren Spitzen 20, die die isolierende Schicht 7 durchbrechen, versehen. Diese Spitzen 20 erleichtern die Aufladung und Abscheidung der Ruß umfassenden Partikel, da an Spitzen 20 das erste elektrische Feld verstärkt wird. Die Spitzen 20 sind hier exemplarisch eingezeichnet. Insbesondere kann die elektrisch isolierende Schicht 7 einen Washcoat umfassen, welcher als Beschichtung auf der ersten Anode 3 aufgetragen wird. Hierbei kann die Beschichtung in ihrer Dicke in einem gewissen Toleranzbereich variabel sein.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Beschallung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die erste Anode 3 und die erste Kathode 4 sind elektrisch mit den entsprechenden Polen einer ersten Spannungsquelle 24 verbunden, die eine Gleichspannung abgibt. Auf der ersten Anode 3 ist eine isolierende Schicht 7 ausgebildet, auf der zweite Elektroden 25 ausgebildet sind, die eine Oberflächengleitentladung bewir- ken können. Die zweiten Elektroden 25 sind mit einer zweiten Spannungsquelle 26 verbunden, die eine Wechselspannung hoher Amplitude abgeben kann. Die ersten Elektroden 3, 4 bewirken ein erstes elektrisches Feld zur zumindest teilweisen Bewirkung der Verfahrensschritte 1.2) und 1.1), während die zweiten Elektroden 25 ein zweites elektrisches Feld erzeugen können, welches den Verfahrens- schritt 1.3) bewirken kann. Fig. 7 zeigt schematisch eine erste 27 Verteilungsfunktion V(d) eines mittleren Partikeldurchmessers d der Partikel im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine vor dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens, während eine zweite 28 Verteilungsfunktion V(d) eines mittleren Partikeldurchmessers d der Partikel im Ab- gas einer Verbrennungskraftmaschine nach dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wird. Die Verteilungsfunktion V(d) gibt die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens eines Partikels des Partikeldurchmessers d an. Sowohl V(d) als auch d sind in Fig. 7 in Einheiten von 1 angegeben. Die Verteilungsfunktionen 27, 28 sind jeweils so normiert, dass das Integral der Verteilungsfunktion V(d) über d von null bis unendlich eins ergibt. So ist zu erklären, dass in dieser Darstellung die zweite Verteilungsfunktion 28 ähnlich hohe Werte V(d) aufweist wie die erste Verteilungsfunktion 27. Ohne Normierung, also als Darstellung nicht der Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion, sondern als Verteilungsfunktion der Partikelgrößenhäufigkeiten ergibt das Integral über die zweite Verteilungsfunktion aufgrund der abgeschiedenen Partikel einen deutlich kleineren Wert als bei der ersten Verteilungsfunktion.
Im Vergleich zwischen der zweiten Verteilungsfunktion 28 und der ersten Verteilungsfunktion 28 zeigt sich , dass der Erwartungswert der Verteilungsfunktion durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verschoben wird. Weiterhin weist die erste Verteilungsfunktion 27 eine erste Breite (FWHM) 29 auf, als eine zweite Breite 30 der zweiten Verteilungsfunktion 28, so dass auch die Breite 29, 30 der Verteilungsfunktion durch das erfindungs gemäße Verfahren verändert wird. Die erste Verteilungsfunktion 27 weist einen ersten minimalen Grenzwert 31 auf, während die zweite Verteilungsfunktion 28 einen zweiten minimalen Grenzwert 32 aufweist, der größer als der erste minimale Grenzwert 31 ist. Die erste Verteilungsfunktion 27 weist einen ersten maximalen Grenzwert 33 auf, während die zweite Verteilungsfunktion 28 einen von diesem ersten maximalen Grenzwert 33 verschiedenen zweiten maximalen Grenzwert 34 aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Verringerung des Anteils an Partikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine sowie das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass durch die kombinierte Agglomeration und Abscheidung der Partikel ein Anteil an Feinstaub an den Partikel- emissionen der Verbrennungskraftmaschine wirkungsvoll verringert werden kann. Insbesondere kann durch die entsprechende Ausbildung der ersten elektrischen Felder 5 genau vorgegeben werden, was für eine Partikelgrößenverteilung erreicht wird. Die auf einem zweiten elektrischen Feld 9 beruhende Umsetzung der Partikel führt in vorteilhafter Weise zu einer sehr guten Regeneration der Vorrichtung 1. Durch die Agglomeration ist selbst dann, wenn es zu einer Emission bereits abgeschiedener Partikel kommt, gewährleistet, dass kein Feinstaub emittiert wird.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur Verminderung des Anteils an Partikeln
2 erste Feldaufbaumittel
3 erste Anode
4 erste Kathode
5 erstes elektrisches Feld
6 Abgasstrom
7 isolierende Schicht
8 Strömungskanal
9 zweites elektrisches Feld
10 zweite Anode
11 zweite Kathode
12 zweite Feldaufbaumittel
13 erste Elektrode
14 Kontaktmittel
15 Trägerkörper
16 Welllage
17 Glattlage
18 Kanal
19 metallische Lage
20 Spitze
21 Partikelabscheider
22 Durchströmungsrichtung
23 Wand
24 erste Spannungsquelle
25 zweite Elektroden
26 zweite Spannungsquelle
27 erste Verteilungsfunktion
28 zweite Verteilungsfunktion 29 erste Breite
30 zweite Breite
31 erster minimaler Grenzwert
32 zweiter minimaler Grenzwert
33 erster maximaler Grenzwert
34 dritter maximaler Grenzwert
d Partikeldurchmesser V(d) Verteilungsfunktion des Partikeldurchmessers

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verminderung des Anteils an Partikeln im Abgas (6) einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend die folgenden Schritte:
1.1) Abscheidung von Partikeln;
1.2) Agglomeration von Partikeln; und
1.3) Umsetzung von Partikeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte 1.1) und 1.2) durch mindestens ein erstes elektrisches Feld (5) und Schritt 1.3) durch mindestens ein zweites elektrisches Feld (9) zumindest teilweise bewirkt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schritte 1.1) und 1.2) parallel erfolgen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem mindestens einer der Schritte 1.1) und 1.2) durch mindestens ein kontinuierlich anliegendes erstes elektrisches Feld (5) durchgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Schritt 1.3) durch mindestens ein diskontinuierlich anliegendes zweites elektrisches Feld (9) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem Schritt 1.1) zur Abscheidung von Par- tikeln an einem Partikelabscheider (21) führt und das mindestens eine zweite elektrische Feld (9) in Abhängigkeit von der Partikelbeladung des Partikelabscheiders (21) aufgebaut und/oder aufrechterhalten wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Abgas (6) durch einen in einer Durchströmungsrichtung (22) durchströmbaren Partikelabscheider (21) strömt, wobei das mindestens eine erste elektrische Feld (5) im wesentlichen senkrecht zur Durchströmungsrichtung (21) ausgerichtet ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Abgas (6) durch einen in einer Durchströmungsrichtung (22) durchströmbaren Partikelabscheider (21) strömt, wobei das mindestens eine zweite elektrische Feld (9) im wesentlichen parallel oder antiparallel zur Durchströmungsrichtung (22) ausgerichtet ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine erste elektrische Feld (5) und das mindestens eine zweite elektrische Feld (9) im wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mittlere Partikeldurchmesser durch Schritt 1.2) über einen vorgebbaren Grenzwert vergrößert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem durch Schritt 1.2) die Verteilungsfunktion (27, 28) der Größenverteilung der Parti- kel verändert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem Schritt 1.2) so ausgeführt wird, dass mindestens eine der folgenden Funktionen erfüllt wird:
11.1) Verschieben eines Erwartungswertes der Verteilungsfunktion (27, 28); 11.2) Veränderung einer Breite (29, 30) der Verteilungsfunktion (27, 28);
11.3) Veränderung eines Verlaufes der Verteilungsfunktion (27, 28);
11.4) Veränderung eines minimalen Grenzwertes (31, 32) der Verteilungsfunktion (27, 28); und
11.5) Veränderung eines maximalen Grenzwertes (33, 34) der Verteilungs- funktion (27, 28).
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Schritt 1.3) zumindest teilweise durch ein Plasma bewirkt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem Schritt 1.3) zumindest teilweise durch eine Oberflächengleitentladung bewirkt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt 1.3) bereits abgeschiedene Partikel umgesetzt werden.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine erste elektrische Feld (5) durch Ausbildung einer elektrischen Spannungsdifferenz zwischen zwei Elektroden (3, 4) erzeugt wird, wobei die Spannungsdifferenz einen Absolutbetrag von 10 bis 25 kV (Kilovolt), bevorzugt von 15 bis 20 kV, besonders bevorzugt von 12 bis 16 kV auf- weist.
16. Vorrichtung zur Verminderung des Anteils an Partikeln im Abgas (6) einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Vorrichtung für ein Abgas (6) durchströmbar ist, mindestens ein erstes Feldaufbaumittel (2) zum Aufbau eines ersten elektrischen Feldes (5) und mindestens ein zweites Feldaufbaumittel (12) zum Aufbau mindestens eines zweiten elektrischen Feldes (9) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldaufbaumittel (2, 12) so ausgebildet sind, dass das erste elektrische Feld (5) zumindest einen Teil der Partikel im Abgas abscheiden und/oder agglomerieren kann und dass das mindestens eine zweite elektrische Feld (9) eine Umsetzung zumindest eines Teils der Partikel bewirken kann.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, die mindestens einen zumindest beströmba- ren Hohlraum (8, 18) umfasst, der von mindestens einer Wand (23) zumin- dest teilweise begrenzt ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die ersten Feldaufbaumittel (2) zumindest eine Wand (23) zumindest teilweise umfassen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, bei der auf der Wand (23) zumin- dest teilweise eine elektrisch im Wesentlichen isolierende Schicht (7) ausgebildet ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei dem die zweiten Feldaufbaumittel (12) zumindest eine Elektrode (10, 11, 13, 25) umfassen, die auf und/oder in der im Wesentlichen isolierenden Schicht (7) ausgebildet ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei der die zweiten FeId- aufbaumittel (12) geeignet sind, eine Oberflächengleitentladung hervorzurufen.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei der die Feldaufbau- mittel (2, 12) mit mindestens einer Spannungsquelle (24, 26) verbindbar sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der die mindestens eine Spannungsquelle (24 ,26) geeignet ist, Spannungen von bis zu 25 kV abzugeben.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, bei der die mindestens eine Wand (23) ein Metall umfasst.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, bei der die mindestens eine Wand (23) ein keramisches Material umfasst.
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