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WO2012035033A1 - Vorrichtung zur erzeugung eines elektrischen feldes in einem abgassystem - Google Patents

Vorrichtung zur erzeugung eines elektrischen feldes in einem abgassystem Download PDF

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WO2012035033A1
WO2012035033A1 PCT/EP2011/065883 EP2011065883W WO2012035033A1 WO 2012035033 A1 WO2012035033 A1 WO 2012035033A1 EP 2011065883 W EP2011065883 W EP 2011065883W WO 2012035033 A1 WO2012035033 A1 WO 2012035033A1
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WO
WIPO (PCT)
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electrode
exhaust gas
electric field
exhaust
projections
Prior art date
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Application number
PCT/EP2011/065883
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf BRÜCK
Jan Hodgson
Christian Vorsmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
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Publication date
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Priority to KR1020137009044A priority patent/KR101444628B1/ko
Priority to EP11767659.3A priority patent/EP2616181B1/de
Priority to JP2013528642A priority patent/JP5960700B2/ja
Priority to CN201180044238.9A priority patent/CN103118790B/zh
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    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors

Definitions

  • the present invention relates to a device for generating an electric field in an exhaust system, in particular in the exhaust system of a motor vehicle.
  • the invention relates to a device for the treatment of soot particles containing exhaust gas, which can be used in particular with a so-called electrostatic filter or electrostatic precipitator.
  • the invention is preferably used in the treatment of exhaust gases of mobile internal combustion engines in the automotive sector.
  • regular (multiple) discharge electrodes and collector electrodes are proposed, which are positioned in the exhaust gas line.
  • a central spray electrode which extends approximately centrally through the exhaust pipe, and a surrounding jacket surface of the exhaust pipe as a collector electrode used to form a capacitor.
  • the spray electrode for example, can be operated with a high voltage which is in the range of about 15 kV.
  • corona discharges can be formed by which the particles flowing with the exhaust gas through the electric field are charged in a unipolar manner.
  • the particles migrate to the collector electrode due to the electrostatic Coulomb forces.
  • the collector electrode for example, is designed as a wire grid.
  • the addition of particles takes place on the wire grid for the purpose of possibly combining the particles with other particles, so as to achieve an agglomeration.
  • the exhaust gas flowing through the grid then tears the larger particle agglomerates again and leads them to classical filter systems.
  • a device for generating an electric field in an exhaust system is to be proposed, which can be provided by simple means and known technologies as part of a series production.
  • the device should be easy to integrate into an exhaust pipe, in particular so that a targeted alignment of the electrodes is made possible towards the desired electric field or the associated particle trap.
  • the device according to the invention for generating an electric field in an exhaust system has an exhaust pipe, in which at least one electrode is arranged, which is contacted with a power supply.
  • the at least one electrode is formed with at least one metal sheet, the at least one electrode extends in the flow direction of the exhaust gas and all electrodes have in the flow direction of the exhaust gas before several jumps.
  • This device is in particular a pole of an electrostatic filter. It is preferred that the electric field (possibly a pulsed) DC field is. In particular, voltages in the range of 10 kV to 30 kV [kilo-volts] can be generated.
  • the exhaust system is in particular that of a mobile internal combustion engine, in particular that of a diesel engine of a motor vehicle.
  • the region of the exhaust pipe, which is performed with a corresponding electric field, may optionally be electrically isolated, which may be realized in the axial direction of the exhaust pipe, as well as radially outward.
  • the at least one electrode is positioned in the interior of the exhaust pipe, ie in the space through which the exhaust gas flows.
  • the at least one electrode is electrically contacted with a power supply, for example by means of appropriate electrical conductors, connectors, solder joints, etc.
  • an electrically encapsulated implementation of the power supply through the exhaust pipe is preferred.
  • the electrode is formed with at least one metal sheet.
  • a (sheet-like) strip of metallic flat material is understood as meaning a metal sheet which may be essentially smooth or flat, but it is also possible for the metal sheet to be structured, ie, for example. has a corrugation.
  • the series production is already very advanced, so that here a precise design of similarly shaped metal sheets has already been implemented. This manufacturing knowledge can now be used to perform such metal sheets as electrodes and to use for generating a corresponding electric field.
  • the metal sheet with corresponding contact conductors, electrical conductors, soldering points and the like is executed, so that possibly even with the use of insulating coatings or deposits for the metal sheet, a predetermined current path can be formed by the metal sheet itself.
  • a predetermined current path can be formed by the metal sheet itself.
  • correspondingly electrically conductive materials come into consideration here.
  • a flat side of the metal sheet is arranged parallel to the flow direction of the exhaust gas.
  • the metal sheet represents the smallest possible flow resistance for the flowing exhaust gas.
  • the metal sheet is in particular of a material with a low ohmic resistance, which cumulatively or alternatively has only a low oxidation capacity.
  • the metal sheet should preferably consist of a homogeneous material, so that a uniform field with a good ionizing ability is formed on the projections.
  • the metal sheet preferably has a thickness of less than 0.1 mm, more preferably less than 0.065 mm, most preferably less than 0.035 mm.
  • the at least one electrode extends in the flow direction of the exhaust gas. In other words, that means that the metal sheet is arranged to the flow direction of the exhaust gas, that it represents the smallest possible flow resistance.
  • the flat side of the metal sheet is arranged in particular parallel to the flow direction of the exhaust gas.
  • the at least one electrode has a plurality of projections in the flow direction of the exhaust gas.
  • a corresponding projection can be generated, for example, by the material of the metal sheets being removed near an end edge, for example being punched out.
  • the remaining projections which are directed in particular in the direction of the electric field, are suitable for forming local centers for the electric field. Possibly.
  • the metal sheet or the projections are arranged or aligned with respect to the exhaust pipe so that they have a uniform electric field towards a collector electrode, in particular a downstream particle trap result. It is particularly preferred that only one (single) metal sheet is provided, but which has a plurality of projections, each forming electrode tips. In particular, it is preferred that the at least one projection has a length of 15 mm [millimeter] to 20 mm [millimeter] in the flow direction, so that oscillation of the projections during operation is avoided.
  • At least three projections are each formed at a distance from at least two adjacent projections, wherein the distances are substantially equal.
  • the distances differ by no more than 10%.
  • the distances are at least 10 mm, more preferably at least 30 mm, most preferably at least 50 mm.
  • the projections on the metal sheet with a winding corresponding distance must be arranged to each other.
  • the relatively large distances also prevent an (undesired) electric field from forming between the projections.
  • the at least one projection forms a tapered electrode, wherein the tip of the projection has an angle of at most 30 °, preferably of at most 20 °, particularly preferably of at most 10 °.
  • the at least one tip of the projection is oriented transversely to the flow direction, wherein tips of different projections can be aligned in different directions.
  • the at least one electrode is integrated in a honeycomb body. For example, it is known to provide metallic honeycomb bodies in which at least partially structured layers of metal foils are stacked, wound and / or wound to form substantially parallel channels.
  • the honeycomb structure as a whole must be considered relatively stiff, so that the electrode can be securely fixed to the metal sheet with these metal foils or the honeycomb body.
  • the honeycomb body it is possible for the honeycomb body to be a type of support structure for the electrode or sheet metal. It is obvious that the electrode may need to be electrically insulated from the honeycomb body. If, for example, electrically insulating coatings are provided here, they can also serve as a basis for electrical conductors to the electrode, which are simply applied to this electrical insulating coating.
  • the at least one electrode is followed by a particle trap in the flow direction of the exhaust gas.
  • the here (directly) downstream particle trap serves as a kind of collector electrode.
  • the soot particles which flow through the region between the at least one electrode and the particle trap are charged in the electric field positioned there and are finally deflected towards the filter material of the particle.
  • the particulate trap is in particular a so-called open bypass filter in which there are no completely closed flow channels. Rather, the particle trap is formed with a metallic fleece and metallic corrugations in which openings, guide structures, etc. are provided.
  • the guide structures form flow bottlenecks in the flow passages, so that the residence time or impact probability for soot particles in the interior of the particle trap is increased.
  • the regeneration of such a particle trap is preferably carried out continuously based on the CRT method.
  • the device z For example, an oxidation catalyst may be provided upstream in which nitrogen oxide is also oxidized to nitrogen dioxide, which then reacts with the soot in the particulate trap.
  • an oxidatively acting coating is realized in the particle trap itself, either in a zone thereof or in all areas of the particle trap.
  • Fig. 3 is a plan view in the flow direction to a variant of the device.
  • the device 1 shows a first embodiment variant of the device 1 according to the invention for generating an electric field 2 in an exhaust gas system 3.
  • the device 1 also comprises a region of an exhaust gas line 4, in which at least one electrode 5 is arranged.
  • a plurality of electrodes 5 are integrated into a (single) honeycomb body 10.
  • a power supply 6 is provided, which is electrically isolated from the exhaust pipe 4 is passed through the electrical contact 12.
  • the electrodes 5 are in this case formed with a (optionally separate) metal sheet 7, which extends substantially parallel in the flow direction 8 of the exhaust gas and the front side has a plurality of projections 9.
  • the desired electric field 2 is formed between the electrodes 5 and the particle trap 11 following in the flow direction 8, in which the soot particles can agglomerate or be charged.
  • the electrically charged particles then strike the particle trap 11, where they are preferably stored in or on the filter material and converted into gaseous constituents as part of a regeneration process.
  • FIG. 2 now illustrates a variant embodiment of the device 1, wherein the electrodes 5 are again integrated in a honeycomb body 10.
  • Shown here is a perspective view of a cylindrical housing 13, in which a plurality of at least partially structured (electrically inactive) metal foils (shown in white) and (electrically at least partially active) metal sheets (indicated in black) is arranged. Between the structures of the metal foils or metal sheets, passages are provided which are longitudinally passable and run essentially parallel to one another.
  • an appropriate power supply 6 through the housing 13 through an electrical contact can be realized towards the desired metal sheet 7, so that thus a Stromzu- drove to the electrodes 5 is guaranteed.
  • the electrodes 5 extend beyond an end face, wherein preferably a uniform distribution over the cross section of the honeycomb body 10 is preferred.
  • FIG. 3 shows schematically a plan view in or against the flow direction of the exhaust gas on an embodiment of the device 1 according to the invention.
  • a honeycomb body 10 is arranged in a housing 13.
  • the honeycomb body 10 contains at least one metal sheet 7, which forms projections 9, which serve as electrode 5. Via an electrical contact 12, the electrodes can be subjected to a voltage.
  • Each projection 9 has at least a first distance 14 and a second distance 15 to adjacent electrodes 5. The first distance 14 and the second distance 15 are substantially equal, with the projections 9 being distributed uniformly over an end face of the honeycomb body 10.
  • an apparatus for generating an electric field in an exhaust system, which can be provided by simple means and known technologies as part of a series production.
  • the device can be easily integrated into an exhaust pipe, in particular so that a targeted alignment of the electrodes is made possible towards the desired electric field or the associated particle trap.

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Abstract

Vorrichtung (1) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes (2) in einem Abgassystem (3), aufweisend eine Abgasleitung (4), in der zumindest eine Elektrode (5) angeordnet ist, die mit einer Stromversorgung (6) kontaktiert ist, wobei die zumindest eine Elektrode (5) mit wenigstens einem Metallblech (7) gebildet ist.

Description

Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes
in einem Abgassystem Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in einem Abgassystem, insbesondere im Abgassystem eines Kraftfahrzeuges. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Behandlung von Rußpartikel enthaltendem Abgas, die insbesondere mit einem so genannten elektrostatischen Filter bzw. Elektrofilter eingesetzt werden kann. Insofern findet die Erfindung bevorzugt Anwendung bei der Behandlung von Abgasen mobiler Verbrennungskraftmaschinen im Kraftfahrzeugbereich.
Es sind bereits eine Vielzahl unterschiedlicher Konzepte zur Beseitigung von Rußpartikeln aus Abgasen mobiler Verbrennungskraftmaschinen diskutiert worden. Neben wechselseitig geschlossenen Wandstromfiltern, offenen Nebenstromfiltern, Schwerkraftabscheidern etc. sind auch bereits Systeme vorgeschlagen worden, bei denen die Partikel im Abgas elektrisch aufgeladen und dann mit Hilfe elektrostatischer Anziehungskräfte abgelagert werden. Diese Systeme sind insbesondere unter der Bezeichnung„elektrostatischer Filter" bzw.„Elektrofilter" bekannt.
So werden für solche Elektrofilter regelmäßig (mehrere) Sprühelektroden und Kollektorelektroden vorgeschlagen, die in der Abgasleitung positio- niert sind. Dabei werden bspw. eine zentrale Sprühelektrode, welche etwa mittig durch die Abgasleitung verläuft, und eine umgebende Mantelfläche der Abgasleitung als Kollektorelektrode dazu benutzt, einen Kondensator zu bilden. Mit dieser Anordnung von Sprühelektrode und der Kollektorelektrode wird quer zur Strömungsrichtung des Abgases ein elektrisches Feld gebildet, wobei die Sprühelektrode bspw. mit einer Hochspannung betrieben werden kann, die im Bereich von ca. 15 kV liegt. Hierdurch können sich insbesondere Korona-Entladungen ausbilden, durch welche die mit dem Abgas durch das elektrische Feld strömenden Partikel unipolar aufgeladen werden. Aufgrund dieser Aufladung wandern die Partikel durch die elektrostatischen Coulomb-Kräfte zur Kollektorelektrode. Neben Systemen, bei denen die Abgasleitung als Kollektorelektrode ausgeführt ist, sind auch Systeme bekannt, bei denen die Kollektorelektrode bspw. als Drahtgitter ausgebildet ist. Dabei erfolgt die Anlagerung von Partikeln an dem Drahtgitter zu dem Zweck, die Partikel ggf. mit weiteren Partikeln zusammenzuführen, um so eine Agglomeration zu erreichen. Das das Gitter durchströmende Abgas reißt dann die größeren Partikelagglomerate wieder mit und führt sie klassischen Filtersystemen zu. Auch wenn sich die oben beschriebenen Systeme bislang zumindest in Versuchen geeignet für die Behandlung von Rußpartikeln herausgestellt haben, stellt doch die Umsetzung dieses Konzeptes für den Serienbetrieb bei Kraftfahrzeugen noch immer eine große technische Herausforderung dar. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der stark schwankenden, zeitlich sehr hohen Rußbelastung im Abgas. Ebenso stellt die gewünschte Nach- rüstbarkeit eines solchen Systems für derzeitig existierende Abgasanlagen noch ein großes Problem dar. Insbesondere treten im Abgassystem von Kraftfahrzeugen regelmäßig stoßartig ansteigende Abgasmengen auf, die bspw. bei stationären Verbrennungskraftmaschinen, die zur Stromer- zeugung eingesetzt werden, nicht auftreten. Weiterhin sind Abgassysteme, bspw. aufgrund von Bodenunebenheiten, mechanischen Belastungen ausgesetzt. Zudem ist zu berücksichtigen, dass mit der gesteigerten Leistung bzw. Effektivität solcher Abgasanlagen hinsichtlich der Beseitigung von Rußpartikeln auch eine (periodische und/oder kontinuierliche) Rege- neration der Filtersysteme erforderlich ist, bei der der Ruß in gasförmige Bestandteile überführt wird.
Bei der Regenerationen von Filtersystemen ist neben der intermittierenden Regeneration durch kurzzeitiges Aufheizen, das heißt Verbrennen des Rußes (katalytisch motivierte, oxidative Umsetzung), auch bekannt, Ruß mittels Stickstoffdioxid (NO ) umzuwandeln. Der Vorteil der kontinuierlichen Regeneration mit Stickstoffdioxid ist, dass die Umwandlung von Ruß hier bereits bei deutlich tieferen Temperaturen (insbesondere kleiner 250 °C) stattfinden kann. Aus diesem Grund ist die kontinuierliche Rege- neration in vielen Anwendungsfällen bevorzugt. Das führt jedoch zu dem Problem, dass sichergestellt sein muss, dass das Stickstoffdioxid im Abgas mit den angelagerten Rußpartikeln in ausreichendem Umfang in Kontakt kommt. Auch in diesem Zusammenhang ergeben sich technische Schwierigkeiten bei der Realisierung eines dauerhaften Betriebes solcher Abgasanlagen bei Kraftfahrzeugen, wobei die unterschiedlichen Belastungen der Verbrennungskraftmaschinen zu unterschiedlichen Abgasströmen, Abgaszusammensetzungen und/oder Temperaturen führen.
Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass bei der Bereitstellung solcher Komponenten für ein solches Ruß-Abscheide-System möglichst einfache Komponenten eingesetzt werden sollen, insbesondere auch solche, die sich im Rahmen einer Serienfertigung kostengünstig herstellen lassen. Außerdem ist gerade beim Design der Elektroden zu berücksichtigen, dass diese ggf. ausgerichtet in der Abgasleitung positioniert sein müssen, insbesondere so, dass ein unerwünscht hoher Staudruck bzw. eine unerwünschte Verwirbelung des Abgases im Bereich der Elektrode nicht eintritt.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in einem Abgassystem vorgeschlagen werden, die mit einfachen Mitteln und bekannten Technologien auch im Rahmen einer Serienfertigung bereitgestellt werden kann. Zudem soll die Vorrichtung leicht in eine Abgasleitung integrierbar sein, insbesondere so, dass eine gezielte Ausrichtung der Elektroden hin zum gewünschten elektrischen Feld bzw. der zugeordneten Partikelfalle ermöglicht ist.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln auf- geführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise mitein- ander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Fel- des in einem Abgassystem weist eine Abgasleitung auf, in der zumindest eine Elektrode angeordnet ist, die mit einer Stromversorgung kontaktiert ist. Dabei ist die zumindest eine Elektrode mit mindestens einem Metallblech gebildet, erstreckt sich die zumindest eine Elektrode in Strömungsrichtung des Abgases und alle Elektroden weisen in Strömungsrichtung des Abgases mehrere Vor Sprünge auf.
Bei dieser Vorrichtung handelt es sich insbesondere um einen Pol eines elektrostatischen Filters. Hierbei ist bevorzugt, dass das elektrische Feld (ggf. ein gepulstes) Gleichspannungsfeld ist. Dabei können insbesondere Spannungen im Bereich von 10 kV bis 30 kV [Kilo-Volt] generiert werden. Bei dem Abgassystem handelt es sich insbesondere um das einer mobilen Verbrennungskraftmaschine, insbesondere das eines Diesel-Motors eines Kraftfahrzeuges. Der Bereich der Abgasleitung, der mit einem entsprechenden elektrischen Feld ausgeführt wird, kann ggf. elektrisch isoliert sein, wobei dies in axialer Richtung der Abgasleitung verwirklicht sein kann, ebenso wie radial nach außen hin. Die zumindest eine Elektrode ist dabei im Innenraum der Abgasleitung positioniert, also in dem Raum, den das Abgas durchströmt. Die zumindest eine Elektrode ist dabei elektrisch mit einer Stromversorgung kontaktiert, bspw. mittels entsprechender elektrischer Leiter, Stecker, Lötverbindungen etc. Hierbei ist insbesondere auch eine elektrisch gekapselte Durchführung der Stromversorgung durch die Abgasleitung bevorzugt.
Für eine verbesserte Ausrichtung der Elektrode im Inneren der Abgaslei- tung und eine vereinfachte Herstellung sowie Kontaktierung der Elektrode wird nun vorgeschlagen, dass die Elektrode mit wenigstens einem Metallblech gebildet ist. Unter einem„Metallblech" wird insbesondere ein (flächiger) Streifen aus metallischem Flachmaterial verstanden. Das Metallblech kann dabei im Wesentlichen glatt bzw. eben ausgeführt sein, es ist aber auch möglich, dass das Metallblech strukturiert ist, also bspw. eine Wellung aufweist. Gerade im Hinblick auf die Fertigung von metallischen Wabenkörpern als Katalysator-Träger in Abgassystemen ist die Serienfertigung bereits sehr weit fortgeschritten, so dass hier eine präzise Ausgestaltung von ähnlich gestalteten Metallblechen bereits verwirklicht wurde. Dieses Fertigungswissen kann nunmehr genutzt werden, um solche Metallbleche auch als Elektroden auszuführen und zur Erzeugung eines entsprechenden elektrischen Feldes heranzuziehen. Hierfür ist das Metallblech mit entsprechenden Kontaktleitern, elektrischen Leitern, Lötpunkten und dergleichen auszuführen, so dass ggf. auch unter Einsatz isolierender Beschichtungen bzw. Einlagen für das Metallblech, ein vorgegebener Strompfad durch das Metallblech selbst ausgebildet werden kann. Selbstverständlich kommen hierbei entsprechend elektrisch leitende Materialien in Betracht. I Bevorzugt ist eine flächige Seite des Metallbleches parallel zur Strö- mungsrichtung des Abgases angeordnet. So stellt das Metallblech einen möglichst kleinen Strömungswiderstand für das strömende Abgas dar.
Das Metallblech ist insbesondere aus einem Material mit einem geringen ohmschen Widerstand, das kumulativ oder alternativ nur eine geringe Oxidationsfähigkeit besitzt. Das Metallblech soll bevorzugt aus einem homogenen Material bestehen, so dass ein gleichmäßiges Feld mit einer guten Ionisierungsfähigkeit an den Vorsprüngen ausgebildet wird. Das Metallblech weist bevorzugt eine Dicke von kleiner als 0,1 mm, besonders bevorzugt von kleiner als 0,065 mm, ganz besonders bevorzugt von kleiner als 0,035 mm auf. In diesem Zusammenhang wird als besonders bevorzugt angesehen, dass sich die zumindest eine Elektrode in Strömungsrichtung des Abgases erstreckt. Das heißt mit anderen Worten auch, dass das Metallblech so zur Strömungsrichtung des Abgases angeordnet ist, dass es einen möglichst kleinen Strömungswiderstand darstellt. Insofern ist die flächige Seite des Metallbleches insbesondere parallel zur Strömungsrichtung des Abgases angeordnet. In Folge dieser Anordnung und Ausführung der Elektrode können starke Verwirbelungen des Abgases beim Kontakt mit der Elektrode und/oder ein erhöhter Druckverlust beim Passieren des Abgases vermieden werden. Darüber hinaus weist die zumindest eine Elektrode in Strömungsrichtung des Abgases mehrere Vorsprünge auf. Ein entsprechender Vorsprung kann bspw. dadurch generiert werden, dass das Material der Metallbleche nah einer stirnseitigen Kante entfernt wird, bspw. herausgestanzt wird. Die verbleibenden Vorsprünge, die insbesondere in Richtung des elektrischen Feldes gerichtet sind, sind geeignet, lokale Zentren für das elektrische Feld zu bilden. Ggf. kann es auch sinnvoll sein, dass nur diese Vorsprünge mit entsprechenden elektrischen Leitern kontaktiert sind, wäh- rend restliche Teile des Metallbleches elektrisch isoliert sind. So kann die Stromleitung gezielt zu diesen Vorsprüngen erfolgen. Gerade in diesem Zusammenhang wird es als vorteilhaft angesehen, dass das Metallblech bzw. die Vorsprünge so mit Bezug auf die Abgasleitung angeordnet bzw. ausgerichtet sind, dass diese ein gleichmäßiges elektrisches Feld hin zu einer Kollektorelektrode, insbesondere einer nachgelagerten Partikelfalle, zur Folge haben. Ganz besonders bevorzugt ist dabei, dass nur ein (einzelnes) Metallblech vorgesehen ist, das jedoch mehrere Vorsprünge hat, die jeweils Elektrodenspitzen bilden. Insbesondere ist bevorzugt, dass der wenigstens eine Vorsprung eine Länge von 15 mm [Millimeter] bis 20 mm [Millimeter] in Strömungsrichtung aufweist, so dass ein Schwingen der Vorsprünge im Betrieb vermieden wird.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass mindestens drei Vorsprünge mit jeweils einem Abstand zu mindestens zwei benachbarten Vorsprüngen ausgebildet sind, wobei die Abstände im Wesentlichen gleich sind. Das bedeutet insbesondere, dass sich die Abstände höchstens um 10 % unterscheiden. Bevorzugt betragen die Abstände mindestens 10 mm, besonders bevorzugt mindestens 30 mm, ganz besonders bevorzugt mindestens 50 mm. Auf diese Weise wird ein sehr gleichmäßiges elektrisches Feld ausgebildet, das auf einen Querschnitt im Bereich der Vorsprünge gleichmäßig verteilt lokale Feldstärkenmaxima aufweist. Dazu müssen die Vorsprünge an dem Metallblech mit einer der Wicklung entsprechenden Entfernung zueinander angeordnet sein. Die relativ großen Abstände verhindern insbesondere auch, dass sich ein (unerwünschtes) elektrisches Feld zwischen den Vorsprüngen ausbildet. Bevorzugt bildet der wenigstens eine Vorsprung eine spitz zulaufende Elektrode, wobei die Spitze des Vorsprungs einem Winkel von höchstens 30°, bevorzugt von höchstens 20°, besonders bevorzugt von höchstens 10° aufweist. Zudem wird vorgeschlagen, dass die wenigstens eine Spitze des Vorsprungs quer zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist, wobei Spitzen von verschiedenen Vorsprüngen in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sein können. Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Elektrode in einen Wabenkörper integriert ist. So ist es bspw. bekannt, metallische Wabenkörper bereitzustellen, bei denen zumindest teilweise strukturierte Lagen aus Metallfolien aufeinander gestapelt, gewickelt und/oder gewunden sind, um im wesentlichen parallele Kanäle auszubilden. Auch wenn diese Metallfolien des Wabenkörpers ggf. mit einer dünneren Materialdicke ausgeführt sein können, so ist doch die Wabenstruktur insgesamt relativ steif anzusehen, so dass mit diesen Metallfolien bzw. dem Wabenkörper die Elektrode mit dem Metallblech sicher fixiert werden kann. Im Ergebnis ist so möglich, dass der Wabenkör- per eine Art Stütz struktur für die Elektrode bzw. das Metallblech darstellt. Hierbei ist offensichtlich, dass die Elektrode ggf. gegenüber dem Wabenkörper elektrisch isoliert sein muss. Falls hierbei bspw. elektrisch isolierende Beschichtungen vorgesehen sind, können diese zudem als Grund für elektrische Leiter hin zur Elektrode dienen, die einfach auf die- se elektrische isolierende Beschichtung aufgetragen sind.
Gemäß einem besonders bevorzugtem Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, dass der zumindest einen Elektrode in Strömungsrichtung des Abgases eine Partikelfalle nachge- ordnet ist. Ganz besonders bevorzugt ist dabei, dass die hier (direkt) nachgeordnete Partikelfalle als eine Art Kollektorelektrode dient. Damit werden die Rußpartikel, die den Bereich zwischen der zumindest einen Elektrode und der Partikelfalle durchströmen, in dem dort positionierten elektrischen Feld aufgeladen und schließlich zum Filtermaterial der Parti- keif alle hin abgelenkt. Hierbei kann selbstverständlich gleichzeitig noch eine Agglomeration stattfinden. Bei der Partikelfalle handelt es sich insbesondere um einen so genannten offenen Nebenstromfilter, bei dem keine vollständig verschlossenen Strömungskanäle vorliegen. Die Partikelfalle ist vielmehr mit einem metallischen Vlies und metallischen Wellla- gen geformt, in denen Öffnungen, Leitstrukturen etc. vorgesehen sind. Die Leitstrukturen bilden dabei Strömungsengpässe in den Strömungspassagen, so dass die Verweilzeit bzw. Auftreffwahrscheinlichkeit für Rußpartikel im Inneren der Partikelfalle vergrößert wird. In diesem Zusammenhang wird auf die bekannten Patentveröffentlichungen der An- melderin verwiesen, die zur näheren Charakterisierung der Partikelfalle und/oder deren Regeneration herangezogen werden können; insbesondere wird hierzu vollumfänglich auf die Beschreibung aus den folgenden Dokumenten Bezug genommen: WO-A-01/80978; WO-A-02/00326; WO-A-2005/099867; WO-A-2005/066469; WO-A-2006/136431; WO-A-2007/140932.
Die Regeneration einer solchen Partikelfalle erfolgt dabei bevorzugt kontinuierlich auf Basis der CRT-Methode. Hierzu kann der Vorrichtung z. B. ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet sein, in dem (auch) Stickstoffmo- noxid zu Stickstoffdioxid aufoxidiert wird, der dann mit dem Ruß in der Partikelfalle reagiert. Zudem ist auch möglich, dass eine solche oxidativ wirkende Beschichtung in der Partikelfalle selbst realisiert ist, entweder in einer Zone davon oder aber in allen Bereichen der Partikelfalle. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten aufzeigen, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen schematisch: Fig. 1: eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt, und
Fig. 2: ein Detail einer weiteren Ausführungsvariante der Vorrichtung betreffend eine mit einer Wabenstruktur gebildeten Elektrode, Fig. 3 eine Aufsicht in Strömungsrichtung auf eine Ausführungsvariante der Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vor- richtung 1 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 2 in einem Abgassystem 3. Die Vorrichtung 1 umfasst dabei auch einen Bereich einer Abgas- leitung 4, in der zumindest eine Elektrode 5 angeordnet ist. Bei der hier gezeigten Ausführungsvariante sind mehrere Elektroden 5 in einen (einzelnen) Wabenkörper 10 integriert. Für die entsprechende elektrische Kontaktierung ist eine Stromversorgung 6 vorgesehen, die gegenüber der Abgasleitung 4 elektrisch isoliert durch den elektrischen Kontakt 12 hindurchgeführt wird. Die Elektroden 5 sind hierbei mit einem (gegebenenfalls separaten) Metallblech 7 gebildet, das sich im Wesentlichen parallel in Strömungsrichtung 8 des Abgases erstreckt und stirnseitig mehrere Vorsprünge 9 aufweist. Dabei wird zwischen den Elektroden 5 und der in Strömungsrichtung 8 nachfolgenden Partikelfalle 11 das gewünschte elektrische Feld 2 ausgebildet, in dem die Rußpartikel agglomerieren können bzw. aufgeladen werden. Die elektrisch geladenen Teilchen treffen dann auf die Partikelfalle 11, wo sie im bzw. am Filtermaterial bevor- zugt eingelagert und im Rahmen einer Regeneration in gasförmige Bestandteile umgesetzt werden. Ebenso sind hier die Vorsprünge 9 anhand ihrer Länge 16 bis hin zur Spitze 18 veranschaulicht, wobei die Spitze 18 einen Winkel 17 bildet. Fig. 2 veranschaulicht nun eine Ausführungsvariante der Vorrichtung 1, wobei die Elektroden 5 wieder in einem Wabenkörper 10 integriert sind. Gezeigt ist hierbei in perspektivischer Darstellung ein zylindrisches Gehäuse 13, in dem eine Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten (elektrisch inaktiven) Metallfolien (weiß dargestellt) und (elektrisch zu- mindest teilweise aktive) Metallbleche (schwarz angedeutet) angeordnet ist. Zwischen den Strukturen der Metallfolien bzw. Metallbleche sind dabei längs durchströmbare, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Kanäle gebildet. Durch eine entsprechende Stromversorgung 6 durch das Gehäuse 13 hindurch kann ein elektrischer Kontakt hin zu dem gewünschten Metallblech 7 realisiert werden, so dass damit eine Stromzu- fuhr hin zu den Elektroden 5 gewährleistet ist. Die Elektroden 5 erstrecken sich dabei über eine Stirnseite hervor, wobei bevorzugt eine gleichmäßige Verteilung über den Querschnitt des Wabenkörpers 10 bevorzugt ist.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Aufsicht in bzw. gegen die Strömungsrichtung des Abgases auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Ein Wabenkörper 10 ist in einem Gehäuse 13 angeordnet. Der Wabenkörper 10 enthält wenigstens ein Metallblech 7, das Vorsprün- ge 9 ausbildet, welche als Elektrode 5 dienen. Über einen elektrischen Kontakt 12 können die Elektroden mit einer Spannung beaufschlagt werden. Jeder Vorsprung 9 weist mindestens einen ersten Abstand 14 und einen zweiten Abstand 15 zu benachbarten Elektroden 5 auf. Der erste Abstand 14 und der zweite Abstand 15 sind im Wesentlichen gleich, wo- bei die Vorsprünge 9 gleichmäßig über eine Stirnfläche des Wabenkörpers 10 verteilt sind.
Damit wurden die eingangs mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise gelöst. Insbesondere wurde eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in einem Abgassystem angegeben, die mit einfachen Mitteln und bekannten Technologien auch im Rahmen einer Serienfertigung bereitgestellt werden kann. Zudem ist die Vorrichtung leicht in eine Abgasleitung integrierbar, insbesondere so, dass eine gezielte Ausrichtung der Elektroden hin zum gewünschten elektrischen Feld bzw. der zugeordneten Partikelfalle ermöglicht ist.
Bezugszeichenliste
Vorrichtung
elektrisches Feld
Abgassystem
Abgasleitung
Elektrode
Stromversorgung
Metallblech
Strömungsrichtung
Vorsprung
Wabenkörper
Partikelfalle
elektrischer Kontakt
Gehäuse
erster Abstand
zweiter Abstand
Länge
Winkel
Spitze

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung (1) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes (2) in einem Abgassystem (3), aufweisend eine Abgasleitung (4), in der zumindest eine Elektrode (5) angeordnet ist, die mit einer Stromversorgung (6) kontaktiert ist, wobei die zumindest eine Elektrode (5) mit wenigstens einem Metallblech (7) gebildet ist, sich die zumindest eine Elektrode (5) in Strömungsrichtung (8) des Abgases erstreckt und alle Elektroden (5) in Strömungsrichtung (8) des Abgases mehrere Vorsprünge (9) aufweisen.
Vorrichtung (1) nach Patentanspruch 1, wobei maximal drei Elektroden (5) vorgesehen sind.
Vorrichtung (1) nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei mindestens drei Vorsprünge (9) mit jeweils einem Abstand (14, 15) zu mindestens zwei benachbarten Vorsprüngen (9) ausgebildet sind, wobei die Abstände (14, 15) gleich sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die zumindest eine Elektrode (5) in einen Wabenkörper (10) integriert ist. 5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der zumindest einen Elektrode (5) in Strömungsrichtung (8) des Abgases eine Partikelfalle (11) nachgeordnet ist.
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