Stand der Technik Zur Verringerung der Rußbetastung der Abgase insbesondere von Dieselmoto- ren ist es bekannt (GB 1 200 441 A, US 3 285 709 A), den Abgasen Luft zuzu- führen, um mit dem eingebrachten Luftsauerstoff eine Nachverbrennung der Rußteilchen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist eine Luftleitung vorgesehen, die im Bereich einer Verengung des Strömungskanals für die Abgase in den Strömungskanal mündet, so daß durch den Unterdruck in der diffusorartigen Erweiterung der Verengung eine selbstständige Luftansaugung erreicht wird.

Die mit der Luft gemischten Abgase strömen in eine an den Strömungskanal anschließende Brennkammer, die gegenüber dem Strömungskanal erweitert ist und an einer elektrischen Spannungsquelle anliegende Elektroden aufweist.

Die durch die erweiterte Brennkammer bedingte Verwirbelung des Abgas- Luftgemisches soll für eine gleichmäßige Sauerstoffversorgung der zu verbren- nenden Rußteilchen sorgen, die über die Elektroden gezündet werden.

Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist vor allem, daß über das elektri- sche Feld zwischen den beiden auf einander gegenüberliegenden Seiten der Brennkammer angeordneten Elektroden die Rußteilchen nur mit einem unwirt- schaftlichen Energieaufwand auf die zur Nachverbrennung erforderliche Zünd- temperatur erwärmt werden können.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen (DE 38 04 779 A1), die Abgase von Dieselmotoren durch einen Fliehkraftabscheider zu leiten, an den eine Teilchensammelstrecke angeschlossen ist, die Elektrodenplatten in einem an die Größe der Rußteilchen angepaßten, gegenseitigen Abstand aufweist, so daß die zwischen die Elektrodenplatten gelangenden Rußteilchen diese Elektrodenplatten elektrisch verbinden und durch den dadurch bedingten Kurzschlußstrom verbrannt werden. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrich- tung zur Abgasreinigung ist neben dem konstruktiven Aufwand, daß vor allem größere Rußteilchen erfaßt werden, nicht aber die kleinen Rußteilchen, die Ae- rosole bilden.

Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Reini- gen von Abgasen eines Verbrennungsmotors der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß mit vergleichsweise einfachen konstruktiven Mitteln eine weitgehende Oxidation auch der kleinen Rußteilchen gewährleistet wer- den kann, und zwar bei einem wirtschaftlichen Energieeinsatz.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Elektroden aus einer im Bereich des engsten Strömungsquerschnittes angeordneten, den Strö- mungsquerschnitt umschließenden Ringelektrode und einer dazu koaxialen Mittenelektrode bestehen.

Mit der Anordnung der zur Erwärmung der Rußteilchen auf die Reaktionstem- peratur erforderlichen Elektroden im Bereich des engsten Strömungsquer- schnittes des sich in Strömungsrichtung verjüngenden Abschnittes des Strö- mungskanals wird einerseits erreicht, daß die Energieübertragung auf die Ruß- teilchen in einem Bereich einer hohen örtlichen Teilchenkonzentration erfolgt, und anderseits sichergestellt, daß der gegenseitige Abstand der Elektroden klein gehalten werden kann, zumal die eine Elektrode als den Strömungsquer- schnitt umschließende Ringelektrode ausgebildet ist, die mit einer dazu koaxia- len Mittenelektrode zusammenwirkt. Durch diese einfachen baulichen Voraus- setzungen wird über das zwischen der Mittenelektrode und der Ringelektrode aufgebaute elektrische Wechselfeld die für die Erwärmung der Rußteilchen auf die Reaktionstemperatur erforderliche Energie vorteilhaft übertragen, so daß die Rußteilchen in der in Strömungsrichtung folgenden Reaktionsstrecke voll- ständig oxidiert werden können und daher verglühen.

Besonders günstige Strömungsverhältnisse ergeben sich, wenn die Ringelek- trode zwischen dem sich verjüngenden und dem anschließenden, sich allmäh- lich erweiternden Abschnitt des Strömungskanals angeordnet ist, wobei die stabförmig ausgebildete Mittenelektrode durch den sich erweiternden Abschnitt des Strömungskanals in den Bereich der Ringelektrode ragt. Da damit gerech- net werden muß, daß sich im Bereich des verjüngten Abschnittes des Strö- mungskanals eine Rußschicht an den Kanalwänden ablagert, wird durch die von der Abströmseite her in den Strömungskanal eingeführte Mittenelektrode verhindert, daß sich bereits im Bereich des verjüngten Abschnittes ein elektri- sches Feld zwischen der Mittenelektrode und der sich anlagernden Rußschicht aufbauen kann. Es ist aber unter Umständen vorteilhaft, für ein Abbrennen der sich ablagernden Rußschicht unmittelbar vor der Ringelektrode zu sorgen. Aus diesem Grunde kann die stabförmige Mittenelektrode auf der Seite des sich verjüngenden Abschnittes des Strömungskanals über die Ringelektrode axial vorstehen.

Damit für die Energieübertragung auf die die Ringelektrode axial durchströ- menden Rußteilchen eine ausreichende Zeitspanne zur Verfügung steht, kann die Ringelektrode aus einer einen Teil der Wand des Strömungskanals bilden- den Hülse bestehen, deren axiale Erstreckung in Abhängigkeit von der Strö- mungsgeschwindigkeit der Abgase im Hülsenbereich eine entsprechende Ver- weilzeit der Rußteilchen in dem sich zwischen der Ringelektrode und der Mit- tenelektrode ergebenden elektrischen Feld bedingt.

Damit das für die Erwärmung der Rußteilchen auf die Reaktionstemperatur er- forderliche elektrische Feld auf einen durch die Elektroden bestimmten Bereich begrenzt werden kann, soll der Strömungskanal aus einem elektrisch isolierten Gehäuseeinsatz gebildet werden, der beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff besteht. Dieser elektrisch isolierte Gehäuseeinsatz unterstützt eine lonisation der Rußteilchen durch Reibung, bevor die Rußteilchen in das elektri- sche Feld zwischen den Elektroden eintreten. Mit einer solchen lonisation der Rußteilchen werden die Ladungsvorgänge im Bereich des elektrischen Feldes vorteilhaft beeinflußt.

Die Ringelektrode braucht jedoch nicht aus einem vom Strömungskanal ge- sonderten Werkstück zu bestehen. Es ist ohne weiteres möglich die Ringelek- trode aus dem Mündungsrand des sich verjüngenden Abschnittes des Strö- mungskanals zu bilden. In diesem Fall baut sich das elektrische Wechselfeld zwischen dem Mündungsrand des sich verjüngenden Abschnittes des Strö- mungskanals und einer mit axialem Abstand vom Mündungsrand angeordneten Mittenelektrode auf, wobei wiederum der gesamte Abgasstrom durch das elek- trische Feld zwischen der Mittenelektrode und der durch den Mündungsrand gebildeten Ringelektrode geleitet wird. Es kann daher die für die Einleitung der Oxidation der Rußteilchen erforderliche Energie wiederum im Bereich einer örtlich hohen Rußkonzentration auf die Rußteilchen übertragen werden. Der für den Energieeinsatz maßgebliche Abstand zwischen den Elektroden kann auch bei einer solchen Ausführungsform klein gehalten werden.

Wird dem sich verjüngenden Abschnitt des Strömungskanals eine Dralleinrich- tung für die Abgasströmung vorgeordnet, so kann die Rußkonzentration der in den verjüngten Abschnitt des Strömungskanals eintretenden Abgase aufgrund der auftretenden Fliehkräfte beeinflußt werden, um im Bereich der Elektroden besonders vorteilhafte Konzentrationsverhältnisse für die Energieübertragung zu erzielen. Obwohl unterschiedliche Dralleinrichtungen eingesetzt werden können, ergeben sich besonders einfache Konstruktionsverhältnisse, wenn die Dralleinrichtung wenigstens einen schraubenförmig gewundenen Strömungs- weg für die Abgasströmung aufweist. Bei einem größeren Abgasvolumen kann die Abgasströmung auf mehrere Strömungswege aufgeteilt werden. Zu diesem Zweck können mehrere schraubenförmig gewundene Strömungswege rotati- onssymmetrisch zur Achse des Strömungskanals angeordnet werden, wobei diesen Strömungswegen zweckmäßig ein zum Strömungskanal koaxialer, sich in Strömungsrichtung erweiternder Verdrängungskörper zur gleichmäßigen Aufteilung des Abgasstromes auf die Strömungswege vorgelagert wird.

In ähnlicher Weise können die aus den schraubenförmig gewundenen Strö- mungswegen austretenden Abgasteilströme im Bereich des sich in Strömungs- richtung verjüngenden Abschnittes des Strömungskanals vereinigt werden, wenn den Strömungswegen ein zum Strömungskanal koaxialer, sich in Strö- mungsrichtung verjüngender Führungskörper nachgeordnet wird, der in den sich verjüngenden Abschnitt eingreift.

Kurze Beschreibung der Zeichnung In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen eines Verbrennungsmotors in einem vereinfachten Längsschnitt, Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Konstruktionsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-111 der Fig. 2 und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2.

Wege zur Ausführung der Erfindung Eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen eines Verbrennungsmotors weist gemäß der Fig. 1 ein zylindrisches Gehäuse 1 mit einem elektrisch isolierten Gehäuseeinsatz 2, beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff, auf. Die- ser Gehäuseeinsatz 2 wird mittels einer Spannmutter 3 unter Zwischenschal- tung von Ausgleichsdichtungen 4 axial gegen eine Gehäuseschulter 5 ge- spannt und bildet einen sich in Strömungsrichtung 6 der Abgase verjüngenden Abschnitt 7, an den sich ein Abschnitt 8 anschließt, der sich in Strömungsrich- tung 6 allmählich erweitert. Im Bereich des engsten Strömungsquerschnittes zwischen den beiden Abschnitten 7 und 8 des das Gehäuse 1 durchsetzenden Strömungskanals 9 ist eine Ringelektrode 10 vorgesehen, die mit einer koaxial zum Strömungskanal 9 angeordneten Mittenelektrode 11 zusammenwirkt. Die Elektrodenanschlüsse zur Verbindung der Elektroden 10 und 11 mit einer elek- trischen Wechselspannungsquelle sind mit 12 bezeichnet. Die Mittenelektrode 11, die als Stabelektrode ausgeführt ist, ragt von der Abströmseite her durch den sich erweiternden Abschnitt 8 des Strömungskanals in die Ringdüse 10, wobei das freie Ende der Mittenelektrode 11 vorzugsweise auf der Seite des sich verjüngenden Abschnittes 7 über die Ringelektrode 10 vorragt. Die Ring- düse 10 selbst besteht aus einer Hülse, die einen Teil der Wand des Strö- mungskanals 9 bildet.

Die von einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, ausge- stoßenen, heißen Abgase werden über den Strömungskanal 9 dem zwischen den Elektroden 10 und 11 aufgebauten elektrischen Wechselfeld zugeführt, wobei sich aufgrund des verjüngten Abschnittes 7 des Strömungskanals 9 eine örtlich höhere Rußkonzentration im Bereich der Elektroden 10 und 11 ergibt.

Da aufgrund der Elektrodenanordnung im Bereich des engsten Strömungs- querschnittes der Elektrodenabstand zwischen der den Strömungsquerschnitt umschließenden Ringelektrode 10 und der dazu koaxialen Mittenelektrode 11 vergleichsweise klein gehalten werden kann, ergeben sich besonders günstige Verhältnisse zur Energieübertragung auf die Rußteilchen über das elektrische Wechselfeld. Es kann somit davon ausgegangen werden, daß die Rußteilchen unabhängig von ihrer Größe im Bereich des sich ergebenden elektrischen Wechselfeldes durch entsprechende Ladevorgänge auf die Reaktionstempera- tur erwärmt werden, um in der anschließenden Reaktionsstrecke im Bereich des sich erweiternden Abschnittes 8 des Strömungskanals 9 vollständig oxi- diert zu werden. Die axiale Erstreckung der hülsenartigen Ringelektrode 10 stellt eine für die Energieübertragung ausreichende Verweilzeit der Rußteilchen im Bereich des elektrischen Feldes sicher. Das über die Ringelektrode 10 vor- stehende Ende der stabförmigen Mittenelektrode 11 bietet darüber hinaus den Vorteil, daß sich im Bereich dieses vorstehenden Elektrodenendes an den Wänden des verjüngten Abschnittes 7 des Führungskanals 9 anlagernde Ruß- teilchen abgebrannt werden können.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 4 weist das Gehäuse 1 wieder einen keramischen Gehäuseeinsatz 2 auf, der mit Hilfe einer Spannmut- ter 3 unter Zwischenschaltung von Ausgleichsdichtungen 4 axial gegen eine Gehäuseschulter 5 festgespannt wird. Während der Gehäuseeinsatz 2 den sich erweiternden Abschnitt 8 des Strömungskanals 9 bildet, besteht der sich ver- jüngende Abschnitt 7 aus einem metallischen Einbau 13, der im Bereich des kleinsten Strömungsquerschnittes mit seinem Mündungsrand die Ringelektrode 10 bildet, die mit einer mit axialem Abstand angeordneten Mittenelektrode 11 zusammenwirkt. Dem sich verjüngenden Abschnitt 7 des Strömungskanals 9 ist eine Dralleinrichtung 14 vorgelagert, die aus mehreren rotationssymmetrisch zur Achse des Strömungskanals 9 angeordneten, schraubenförmig gewunde- nen Strömungswegen 15 besteht. Diese Strömungswege 15 werden durch schraubenförmig verlaufende Umfangsausnehmungen zylindrischer Formkör- per 16 gebildet, die in zylindrische Ausnehmungen 17 in einem die Dralleinrich- tung 14 aufweisenden Teil 18 des Gehäuseeinsatzes 2 eingesetzt sind. Um eine gleichmäßige Aufteilung des in das Gehäuse 1 einströmenden Abgas- stromes zu erreichen, ist den Strömungswegen 15 ein zur Achse des Strö- mungskanals 9 koaxialer Verdrängungskörper 19 vorgelagert, der sich in Strö- mungsrichtung 6 erweitert. Auf der Abströmseite der Strömungswege 15 ist ein sich in Strömungsrichtung 6 verjüngender Führungskörper 20 vorgesehen, der koaxial in den sich verjüngenden Abschnitt 7 des Strömungskanals 9 eingreift und das Zusammenführen der Abgasteilströme aus den Strömungswegen 15 im Bereich des verjüngten Abschnittes 7 unterstützt. Wie den Fig. 3 und 4 ent- nommen werden kann, weisen die vier Strömungswege 15 einen Querschnitt in Form eines Viertelkreises auf. Dementsprechend ist der Verdrängungskörper 19 als quadratische Pyramide ausgebildet, um einen günstigen Strömungs- übergang zu den Strömungswegen 15 bei einfachen baulichen Verhältnissen zu gewährleisten. In ähnlicher Weise weist der Einbau 13 für den verjüngten Abschnitt 7 des Strömungskanals 9 zumindest im Anschlußbereich an die Strömungswege 15 einen quadratischen Querschnitt auf, so daß der Einbau 13 die Begrenzung der Strömungswege 15 nach außen stufenlos fortsetzt.

Durch das Vorsehen der Dralleinrichtung 14 werden die Rußteilchen innerhalb der durch die Strömungswege 15 geführten Abgasteilströme fliehkraftbedingt nach außen verdrängt, was eine vorteilhafte Konzentration des Rußanteils der wieder vereinten Abgasteilströme im Bereich des sich verjüngenden Abschnit- tes 7 des Strömungskanals 9 mit sich bringt. Die Erwärmung der in dieser Wei- se konzentrierten Rußteilchen auf die Reaktionstemperatur erfolgt im elektri- schen Wechselfeld zwischen der Ringelektrode 10 und der Mittenelektrode 11.

Diese Elektroden 10 und 11 sind über Anschlüsse 12 mit einer entsprechenden Wechselspannungsquelle verbunden. Die vollständige Oxidation der auf die erforderliche Reaktionstemperatur erwärmten Rußteilchen erfolgt in der Reak- tionsstrecke, die durch den sich erweiternden Abschnitt 8 gebildet wird.