Untersuchung der Schadstoffminderung in ottomotorischen Abgasen durch gepulste elektrische Entladung unter besonderer Beruecksichtigung katalytischer Wandmaterialien Abschlussbericht

The chemical conversion of pollutants in vehicle emissions requires strongly increasing effort of classic chemical procedures in the future. Dielectric barrier discharge is an effective non-classic method to stimulate chemical reactions. On account of newer research results in the field of barrier discharge and with novel compact control units it is possible to realize this kind of discharge system in compact structures, e.g. for the use in a vehicle. The use of barrier discharge for a lean-combustion spark-ignition engine exhaust aftertreatment has been investigated. One point of this research was the conversion of NO_x and HC at steady-state operation with and without catalytic materials. Another point were the HC conversion at cold starts conditions. Primary investigations on different electric and geometric parameters have been performed using synthetic gaseous mixtures. On a test bench the conversion of NO_x and HC in real lean-combustion spark-ignition engine exhaust gas has been determined for choosen geometric and electric parameters. For the tests using catalytic materials zeolithes and oxidation catalysts were applied in the non-discharge areas and the NO_x - as well as the HC-conversion were determined. To verify the usability of barrier discharge as a cold start HC-conversion reactor a cold start was investigated on the test bench. It was shown that there was a NO_x efficiency of 10%. The HC efficiency was 35% in a part load conditions, there was a conversion rate from about 45% with a low mass flow. The efficiency could be proved by a modification of the reactor regarding to the concentration per area and power per area. The use of catalysts gives no effort in NO_x reduction efficiency. The use of dielectric barrier discharge as a cold start reactor and in part load conditions particularly for spark ignition engines could to be realized in future. The use of barrier discharge as NO_x reducing agent can not be realized by the current status of the dischage alone, there are still further investigations regarding the use of different catalytic material to be carried out. (orig.)Die chemische Umwandlung von Schadstoffen in Automobilabgasen erfordert mit klassischen chemischen Verfahren in der Zukunft stark steigende Aufwendungen. Barrieren- oder dielektrisch behinderte Entladung stellen eine effektive nicht-klassische Methode zur Stimulation chemischer Reaktionen dar. Aufgrund neuerer Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Barrierenentladung und mit neuartigen kompakten Vorschaltgeraeten ist es moeglich, diesen Entladungstyp in kompakten Aufbauten, z.B. fuer den Einsatz im Fahrzeug, zu realisieren. Zur Nachbehandlung von magerem Ottomotorabgas wurde der Einsatz einer Barrierenentladung untersucht. Dabei lag ein Schwerpunkt auf der Umsetzung von NO_x und HC im Stationaerbetrieb mit und ohne Einsatz von katalytischen Materialien. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf Untersuchungen zum HC Umsatz im Kaltstart. Erste Untersuchungen zu unterschiedlichen elektronischen und geometrischen Parametern wurden mit synthetischen Gasgemischen durchgefuehrt. Am stationaeren Motorprueftstand wurden dann fuer ausgewaehlte Geometrien und elektrische Parameter der NO_x und HC Umsatz in realem mageren Ottomotorabgas bestimmt. Fuer die Untersuchungen mit katalytischen Materialien, wurden Zeolithe und Oxidationskatalysatoren in den entladungsfreien Zonen eingesetzt, und sowohl der NO_x als auch der HC Umsatz ermittelt. Zur Ueberpruefung der Einsetzbarkeit der Barrierenentladung als Kaltstart HC-Umsatzreaktor wurde auf dem Pruefstand ein Kaltstart simuliert. Es zeigte sich, dass NO_x Wirkungsgrade bis zu 10% erreicht werden koennen. Der HC Umsatz liegt bei 35% im Teillastbereich, bei geringen HC-Massenfluss konnte 45% Umsatz erzielt werden. Durch Modifikation des Reaktors bezueglich der Flaechenbelastung und Flaechenleistung kann der Umsatz verbessert werden. Der Einsatz von Katalysatoren fuehrte zu keiner Wirkungsgradverbesserung der NO_x Reduktion. Der Einsatz der Barrierenentladung als HC Kaltstartreaktor und im Teillastbereich insbesondere bei direkteinspritzenden Ottomotoren erscheint in naher Zukunft realisierbar. Ein Einsatz der Barrierenentladung zur NO_x Reduktion kann nach derzeitigem Wissensstand alleine durch die Entladung nicht erfolgen, hier sind noch weitere Untersuchungen bezueglich des Einsatzes von katalytischen Materialien erforderlich. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F98B2175+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman