Die Erfindung betrifft des weiteren eine Filteranordnung zum Abscheiden von Rußpartikel aus einem Abgasstrom mit einem Keramikkörper mit vom Abgas durchströmbaren und in Längsrichtung des Keramikkörpers verlaufenden, beidseitig offenen Kanälen, die jeweils durch Stege voneinander getrennt sind, wobei am Keramikkörper Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in den Kanälen des Keramikkörpers, das jeweils quer zur Achse der Kanäle orientiert ist, angeordnet sind, und in Strömungsrichtung des Abgases gesehen vor dem Keramikkörper eine weitere Elektrodenanordnung zur Aufladung der Rußpartikel vorgesehen ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8.

Verfahren bzw. Filteranordnungen dieser Art sind gemäß des Stands der Technik bekannt. In der EP 0 880 642 wird etwa ein Verfahren beschrieben, bei dem der Ruß nach einer Aufladung in den beidseitig offenen Kanälen eines aus einer dichten Keramik hergestellten Wabenkörpers durch ein elektrisches Gleichspannungsfeld abgeschieden und kontinuierlich elektrochemisch durch ein Gasplasma zu Kohlendioxid oxidiert wird, wobei das Gasplasma durch das Abscheidefeld erregt wird. Im Rahmen dieser Geometrie der beidseitig offenen Kanäle hat das Gleichspannungsfeld einerseits die Aufgabe, die Abscheidung der Rußpartikel zu gewährleisten, andererseits aber auch die Verbrennung der abgeschiedenen Partikel zu bewirken. Ist das

Gleichspannungsfeld hinreichend stark, werden nämlich nicht nur die aufgeladenen Russteilchen abgeschieden, sondern die aus jeder Oberfläche und bei jeder Temperatur austretenden Richardson-Elektronen werden auf die abgeschiedenen Russteilchen hin beschleunigt. Da die Wahrscheinlichkeit, durch die auftreffenden Elektronen eine Oxidationsreaktion am Ruß zu zünden mit steigender kinetischer Energie zunimmt, versucht man, die Spannung an den äußeren Elektroden des Wabenkörpers möglichst hoch zu wählen.

Ein stationäres, also mit Gleichspannung arbeitendes elektrisches Feld macht eine starke Begrenzung der Feldstärke am Wabenkörper notwendig, da sich sowohl am Einlaufteil als auch am Auslaufteil des Wabenkörpers, bei dem es sich in der Regel um einen Monolithen handelt, so genannte "streamer" (Vorfunken) bilden, die zur Auslösung von Funken führen und damit die gewünschte Funktion des Wabenkörpers nicht nur beeinträchtigen, sondern in Folge auch zu seiner Zerstörung führen können. In diesen, jedem Funken vorausgehenden Transportvorgängen elektrischer Ladungen bilden Ladungsträger einen langsam wachsenden Ionenkanal ("streamer"), der in seinem Endstadium die Elektroden "kurzschließt". In dem darauf folgenden Funken wird die Elektrodenspannung über ein sehr energiereiches Plasma entladen, das die dünnen Stege zwischen den Kanälen des Wabenkörpers beschädigen kann und die Bildung des elektrischen Feldes zur Abscheidung der Russpartikel unterbindet.

Besonders schädlich hat sich in diesem Zusammenhang die äußere Kontaktierung des Wabenkörpers samt ihren Zuleitungs- und Schaltungskapazitäten herausgestellt, da der Funke vor der Entladung aller dieser Kapazitäten nicht gelöscht werden kann und die Energiemenge bis dahin zur Beschädigung des Wabenkörpers hinreichend groß ist.

Aus der EP 1 229 992 ist es bekannt, in den Kanälen eines Wabenfilters ein Impulsfeld zu erzeugen. Allerdings handelt es sich hierbei um einen unterschiedlichen Typus eines Wabenfilters, bei dem nämlich die Kanäle lediglich einseitig

offen sind. Durchströmendes Abgas ist somit gezwungen, die porösen Zwischenwände zwischen benachbarten Kanälen zu passieren, wobei insbesondere Rußpartikel abgeschieden werden. Das Impulsfeld hat somit in erster Linie die Aufgabe, in den Kanälen des Wabenfilters eine massive Emission und Beschleunigung von Elektronen zu bewirken, die in weiterer Folge eine Oxidation und Umwandlung der abgeschiedenen Rußpartikel hervorrufen. Es ist jedoch nicht das primäre Ziel dieses Impulsfeldes, für eine Abscheidung der Rußpartikel zu sorgen. Die Anwendung sowie die Gestaltung des Impulsfeldes für die in den EP 1 229 992 beschriebenen Filtersystemen mit einseitig offenen Kanälen sind somit nicht auf den erfindungsgemäßen Anwendungsfall der beidseitig offenen Kanäle übertragbar.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, über ein geeignetes Verfahren bzw. eine neue Filteranordnung die Bildung von Vorfunken ("streamer") zu unterbinden, um so Zerstörungen des Keramikkörpers zu vermeiden. Dieses Ziel wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 8 erreicht.

Anspruch 1 bezieht sich auf ein Verfahren für den Betrieb einer Filteranordnung zum Abscheiden von Rußpartikel aus einem Abgasstrom, bei dem der Abgasstrom durch in Längsrichtung eines Keramikkörpers verlaufende, beidseitig offene Kanäle des Keramikkörpers hindurchgeleitet wird, und an parallel zu den Kanälen verlaufenden Elektroden eine Spannung an den Keramikkörper zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in den Kanälen des Keramikkörpers, das jeweils quer zur Achse der Kanäle orientiert ist, angelegt wird, wobei vor dem Einleiten des Abgasstroms in die Kanäle des Keramikkörpers eine Aufladung der Rußpartikel mithilfe einer weiteren Elektrodenanordnung erfolgt. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass es sich bei der an den dem Keramikkörper zugeordneten Elektroden angelegten Spannung um unipolare Spannungsimpulse handelt, die eine Impulsdauer von jeweils unter 20μs aufweisen. Durch die Wahl unipolarer Spannungsimpulse zur Erregung der Feldstärke in den Kanälen des Wabenkörpers wird erreicht, dass die Kanäle der Wabenstruktur sich wie eine Serienschaltung kleiner

Kondensatoren verhalten, die von innen her gleichsinnig aufgeladen werden und ihre Ladung nur langsam durch das Sammeln der geladenen Russpartikel, der Richardson-Elektronen und durch die hochohmige Leitung durch die keramische Struktur des Wabenkörpers abgeben. Durch diese Aufladung der Kanäle bekommt man das gewünschte Abscheidungsfeld, ohne dass auf der Kontaktierung des Wabenkörpers oder der Zuleitung Hochspannung steht. Entladungen finden höchstens innerhalb der einzelnen Kanäle als Entladung der einzelnen Kondensatoren statt, ein Vorgang, der keine nennenswerten Energiebeträge freisetzen kann.

Des weiteren ergibt sich ein außerordentlich gutes Regelverhalten dieses erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Aufladung der Kanäle in Bezug auf das Abbrennen des Rußes. Da die in jedem Kanal abgelagerte Russschicht einen Leiter darstellt, der die Kapazität des Kanals erhöht, steht eine höhere Aufladung und damit ein länger andauernder Plasrαastrom zur Oxidation zur Verfügung.

Durch die Aufladung der Kanäle mittels einer erfindungsgemäßen, unipolar gepulsten Spannung ergibt sich außerdem der Vorteil, dass die Auswirkungen von Beeinträchtigungen der keramischen Struktur des Wabenkörpers, etwa Beschädigungen an den Stegen zwischen Kanälen, auf die ordnungsgemäße Funktion der Filteranordnung geringer sind, da das durch die gepulste Ausführung der Spannung bedingte Verhalten der Kanäle als Serienschaltung von Kondensatoren unempfindlicher gegenüber strukturellen Imperfektionen des Wabenkörpers ist.

Gemäß Anspruch 1 weisen außerdem die an den dem Keramikkörper zugeordneten Elektroden angelegten Impulse eine Impulsdauer von jeweils unter 20μs auf, wobei der zeitliche Abstand zwischen zwei Impulsen gemäß Anspruch 2 jeweils mindestens 50μs beträgt. Gemäß Anspruch 3 beträgt die Impulsdauer insbesondere zwischen 6μs und 15μs und der zeitliche Abstand zwischen zwei Impulsen jeweils zwischen βOμs und 140μs.

Besonders vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren ist es, wenn es sich gemäß Anspruch 4 auch bei der an den Elektroden zur Aufladung der Rußpartikel angelegten Spannung um unipolare SpannungsImpulse handelt. Im Zuge der Aufladung von Rußpartikel kann sich nämlich ein ähnliches Problem stellen wie beim Abscheiden der Rußpartikel. Aerosole, etwa Rußpartikel in einem Abgasstrom, können nur mit einer entsprechenden Gleichspannungsentladung unipolar aufgeladen werden, bei der also die Entladungselektroden unterschiedlich gestaltet sind, damit sich nur an einer der Elektroden (im folgenden Entladungselektrode genannt) ein hohes Feld aufbaut, das eine Stoßionisation einleiten kann. Die zweite Elektrode (im folgenden Gegenelektrode genannt) ist im Allgemeinen auf Erdpotential und wird durch größere Teile des Entladungsraumes gebildet. Die gewünschte Ionenpolarität erhält man dadurch, dass an der Entladungselektrode mit der gewünschten Polarität die Gasmultiplikation stattfindet, und daher die Ionen mit der gewünschten Polarität von ihr abgestoßen werden und den Entladungsraum zu der gegenpoligen Elektrode durchqueren müssen, wobei sie auf ihrem Weg dorthin das Aerosol durch Anlagerung aufladen. Handelt es sich bei den Aerosolen um Russpartikel aus Dieselmotoren, die unipolar aufgeladen und mit Hilfe eines elektrischen Gleichfeldes abgeschieden werden sollen, so wird man bei der Realisierung dieser Anordnung auf Schwierigkeiten stoßen. Unterstützt durch kondensierendes Wasser bei Kaltstarts werden sich im Laufe des Betriebes die Russpartikel im ganzen Entladungsraum an den Wänden abscheiden und insbesondere die Isolatoren der SpannungsZuführung so lange verschmutzen, bis sich an ihnen ein leitfähiger Belag ausbildet, der Funkenentladungen auslöst, die die Entladungsstrecke lahm legen. Dies geht so vor sich, dass die an den Elektroden liegende Gleichspannung zuerst im Russbelag einen geringen Isolationsstrom auslöst, der zu einer Erwärmung des leitenden Bereiches im Russ führt, damit den elektrischen Widerstand verringert und den Strom erhöht, bis die erreichte Temperatur einen kräftigen Funken auslöst.

Gemäß Anspruch 4 werden diese Nachteile aber verhindert, indem die Kapazität der Entladungselektrode durch einen unipolaren Impuls aufgeladen wird, diese Entladungselektrode ihre Ladung und das durch diese Ladung gebildete Feld durch Bildung einer Gasentladung abbaut, und danach vom nächsten unipolaren Impuls wieder aufgeladen wird.

An den Elektroden zur Aufladung der Rußpartikel können die angelegten Spannungsimpulse anders geformt sein, als bei den Elektroden des Keramikkörpers . So sieht etwa Anspruch 4 eine Impulsdauer von jeweils unter 20μs vor, .wobei der zeitliche Abstand zwischen zwei Impulsen jeweils mindestens 30μs beträgt. Gemäß Anspruch 5 beträgt die Impulsdauer insbesondere zwischen 2μs und lOμs und der zeitliche Abstand zwischen zwei Impulsen jeweils zwischen 40μs und 140μs.

Insbesondere haben sich die Merkmale von Anspruch 6 als vorteilhaft erwiesen, denen zu Folge die Beaufschlagung der dem Keramikkörper zugeordneten Elektroden und der Elektroden zur Aufladung der Rußpartikel mit Spannungsimpulsen mithilfe voneinander unabhängiger Steuerschaltungen erfolgt. Dadurch können etwa unterschiedliche Tastverhältnisse der Spannungsimpulse verwirklicht werden.

Gemäß Anspruch 7 erfolgt die Steuerung der Spannungsimpulse auf Basis eines Signals, das im wesentlichen eine der Konzentration der Russpartikel im Abgasstrom proportionale Größe hat, und aus der Regelung der Elektrodenanordnung zur Aufladung der Russpartikel abgeleitet wird.

Anspruch 8 bezieht sich auf eine Filteranordnung zum Abscheiden von Rußpartikel aus einem Abgasstrom mit einem Keramikkörper mit vom Abgas durchströmbaren und in Längsrichtung des Keramikkörpers verlaufenden, beidseitig offenen Kanälen, die jeweils durch Stege voneinander getrennt sind, wobei am Keramikkörper Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in den Kanälen des Keramikkörpers, das jeweils quer zur Achse der Kanäle orientiert ist, angeordnet sind, und in

Strömungsriehtung des Abgases gesehen vor dem Keramikkörper eine weitere Elektrodenanordnung zur Aufladung der Rußpartikel vorgesehen ist. Erfindungsgeraäß ist vorgesehen, dass eine der dem Keramikkörper zugeordneten Elektroden mit einer Spannungsquelle zur Erzeugung unipolarer Spannungsimpulse verbunden ist, und die Kapazität C der Kanäle des Keramikkörpers, die in dieser Kapazität durch die unipolare Impulsspitze U ₀ induzierte Gleichspannung U, die dadurch ausgelösten Plasmaströme i und der zeitliche Abstand τ der unipolaren Impulse folgende Relation erfüllen

OC/i > τ

und der ohmsche Widerstand R der Stege des Keramikkörpers so gewählt ist, dass die Kapazität C der Kanäle des Keramikkörpers und der durch die Gleichspannung U in den Kanälen ausgelöste Plasmastrom i folgende Relation erfüllen

UC/io ≥ UC/i mit

Rio = U sodass

RC > UC/i bzw. iR ≥ U

ist. Durch eine derartige apparative Umsetzung eines Filters wird erreicht, dass sich die Ladungsträger in den halbfertigen Ionenkanälen durch Diffusion und Turbulenz wieder gleichmäßig verteilen können, und darüber hinaus durch die Abgasströmung von der entsprechenden Einlauffläche fortgespült werden.

Gemäß Anspruch 9 beträgt der effektive Gesamtwiderstand des Keramikkörpers in Bezug auf die ihm zugeordneten Elektroden zwischen 100 kOhm und 10 MOhm. Damit stellen die Kanäle des Wabenkörpers und gegebenenfalls ihre Belegung mit Ruß in Bezug auf die elektrische Kontaktierung des Wabenkörpers in besonders effektiver Weise eine Serienschaltung von sich durch den Spannungsimpuls aufladenden Kapazitäten dar.

Anspruch 10 bezieht sich auf die Elektrodenanordnung zur Aufladung der Rußpartikel und sieht vor, dass sie eine Entladungselektrode und eine Gegenelektrode umfasst, wobei die Entladungselektrode mit einer Spannungsquelle zur Erzeugung unipolarer Spannungsimpulse verbunden ist, und die Gegenelektrode aus einem Isolator, vorzugsweise einer Keramik, mit einem Durchgangswiderstand von 100 kΩcm ² bis 500 kΩcm ² besteht. Gemäß Anspruch 11 ist hierbei vorgesehen, dass die der Entladungselektrode abgewandte Seite der Gegenelektrode elektrisch kontaktiert und mit Masse verbunden ist, und die der Entladungselektrode zugewandte Seite einen Oberflächenwiderstand von 10 ⁴ Ωcm bis 10 ⁸ Ωcm, vorzugsweise zwischen 10 ⁵ Ωcm bis 10 ⁷ Ωcm, aufweist. Anspruch 12 schlägt vor, dass die Gegenelektrode an ihrer der Entladungselektrode zugewandte Seite mit einer Beschichtung aus A ₁ 2O3, TiO, ZrO, CrO oder Mischungen davon versehen ist.

Gemäß Anspruch 13 sind zwei voneinander unabhängige Schaltungen zur unterschiedlichen Beaufschlagung der dem Keramikkörper zugeordneten Elektroden sowie der Elektroden zur Aufladung der Russpartikel mit Spannungsimpulsen vorgesehen. Dadurch ist es wiederum möglich, etwa unterschiedliche Tastverhältnisse der Spannungsimpulse zu verwirklichen.

Anspruch 14 schlägt schließlich vor, dass eine keramische Isolation als Träger für die Entladungselektrode vorgesehen ist, und die Kapazität C der Entladungsstrecke zwischen der Entladungselektrode und der Gegenelektrode, die in dieser Kapazität durch die unipolare Impulsspitze Uo induzierte Gleichspannung U, die dadurch ausgelösten Entladungsströme i und der zeitliche Abstand τ der unipolaren Impulse folgende Relation erfüllen

UC/i > τ

wobei der ohmsche Widerstand R der keramischen Isolation so gewählt ist, dass die Kapazität C der Entladungsstrecke und der

durch die Gleichspannung U an der Entladungselektrode ausgelöste Entladungsstrom i folgende Relation erfüllen

UC/io ≥ UC/i mit

Rio = U sodass

RC > UC/i bzw. iR > U

gilt. Bei einer Filteranordnung dieser Art werden sehr effektiv die oben geschilderten Schwierigkeiten vermieden. Insbesondere scheint die kurze Ladungsspitze und der darauf folgende langsame Abfall der Spannung in den Kanälen, die sich in ihren elektrischen Eigenschaften nun wie Kondensatoren verhalten, die Ausbildung der sich aufheizenden Strompfade im Russ und die dadurch ausgelösten Isolationsströme zu vermeiden. Auch die Energiedichte der Gasentladung an der Entladungselektrode kann deutlich höher eingestellt werden, ohne dass es zu einer Fehlfunktion der Entladungselektrode kommt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen die

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine mögliche Ausführungsform eines Keramikkörpers mit vorgeschalteter Vorrichtung zur Aufladung von Rußpartikel in einem Abgasstrom,

Fig. 2 ein Schaltbild zur Beaufschlagung der dem Keramikkörper zugeordneten Elektroden mit unipolaren Spannungsimpulsen,

Fig. 3 ein Schaltbild zur Beaufschlagung der Entladungselektrode mit unipolaren Spannungsimpulsen zur Aufladung der Rußpartikel,

Fig. 4a eine Darstellung der Spannungsverhältnisse in den sich wie Kondensatoren verhaltenden Kanälen des Keramikkörpers bei Beaufschlagung der dem Keramikkörper zugerodneten Elektroden mit Spannungsimpusen, und

Fig. 4b eine Darstellung der Spannungsverhältnisse zwischen Entladungselektrode und Gegenelektrode der Elektrodenanordnung zur Aufladung der Russpartikel bei Beaufschlagung der Entladungselektrode mit Spannungsimpulsen.

Zunächst wird zur besseren Illustration der Erfindung eine mögliche Ausführungsform eines Keramikkörpers mit vorgeschalteter Vorrichtung zur Aufladung von Rußpartikel in einem Abgasstrom anhand der Fig. 1 erklärt. In einem zylinderförmigen Rohr 2 aus Metall ist ein Keramikkörper 1 von kreisringförmigem Querschnitt durch Preßmatten, Drahtgeflechte 3 oder dgl. befestigt. Der hohle Innenteil 22 des Keramikkörpers 1 ist einlaßseitig mit einem nichtleitenden, vorzugsweise keramischen, Stopfen 4 verschlossen. Am. inneren und äußeren Zylindermantel des Keramikkörpers 1 ist eine elektrisch leitende Schicht angeordnet, welche als eine an Hochspannung liegende Innenelektrode 5 bzw. als an Masse liegende Außenelektrode 6 dient. Der hohle Innenraum 22 des Keramikkörpers 1 ist an der Auslaßseite durch einen nichtleitenden, vorzugsweise keramischen, Stopfen 4' verschlossen. Der Stopfen 4" besitzt eine dünnen Bohrung, durch die ^■ ein im Durchmesser möglichst dünnes metallisches Rohr 7 hindurchführt, das die Kontaktierung der Innenelektrode 5 mit Hilfe einer Kontaktfeder 9 'durchführt. Die Hochspannung wird dem Rohr. 7 durch einen in einem kerami¬ schen, zylinderförmigen Halter 10 angeordneten Leiter 11 zugeführt. Das rückseitige Ende des Rohres 7 ist zu einem Stift 12 verjüngt, der mit dem Leiter 11 elektrisch verbunden ist und in eine Ausnehmung 13 des Halters 10 eingreift.

Die Entladungselektrode 29 ist elektrisch und mechanisch getrennt vom Keramikkörper 1 im Rohr 2 des Abgasstranges angeordnet. Die Entladungselektrode 29 weist eine keramische Isolation 25 als Träger für Elektronen-emittierende Sprühzähne 24 und zu beiden Seiten dünne, vorzugsweise 2 bis 4 mm dicke, Stifte 18, 18' auf, durch welche die Entladungselektrode 29 in Ausnehmungen 19, 19' von keramischen Halterungen 15, 16 abgestützt ist. Die Hochspannung wird der Entladungselektrode 29 durch einen in der Halterung 16 geführten Leiter 17 über den

Stift 18 zugeführt. Die die Entladungselektrode 29 umgebende Gegenelektrode 30 ist durch eine am Rohr 2 angebrachte keramische Beschichtung gebildet, welche eine Stärke von 0,1 bis 0,5 mm aufweist, und besitzt einen auf den cm ² bezogenen, elek¬ trischen Durchgangswiderstand von 1 MΩcm ² bis 1 GΩcm ² , vorzugsweise von 10 MΩcm ² .

Zwischen der Innenelektrode 5 und der Innenwand 21 des Keramikkörpers 1 ist ein Kaltleiter 27 angeordnet, welcher bei Erhöhung der Temperatur seinen Widerstand erhöht. Der Kaltleiter 27 kompensiert durch den Anstieg seines Widerstandes den bei höheren Temperaturen abnehmenden Widerstand des Keramikkörpers 1.

Das bei A eintretende Abgas wird während seiner Que ^' rung der Entladungsstrecke 26 zwischen Entladungselektrode 29 und Gegenelektrode 30 ionisiert, strömt in weiterer Folge durch die Kanäle 20 des Keramikkörpers 1 und verläßt den Rußfilter bei B. Aufgrund des zwischen der Innenelektrode 5 und Außenelektrode 6 aufgebauten elektrischen Feldes kommt es zu einer Abscheidung der im Abgas enthaltenen Rußpartikel an den Seitenwänden der Kanäle 20. Aus den Wänden der Kanäle 20 treten durch die Temperatur bedingt Elektronen aus, welche durch das dort herrschende elektrische Feld in Richtung der Rußablagerungen beschleunigt werden, und bei Auftreffen eine Oxidation der Rußablagerungen einleiten.

Wie bereits erwähnt wurde, erfordert ein stationäres, also mit Gleichspannung arbeitendes elektrisches Feld eine starke Begrenzung der Feldstärke am Wabenkörper 1, da sich sowohl am Einlaufteil als auch am Auslaufteil des Monolithen so genannte "streamer" (Vorfunken) bilden, die zur Auslösung von Funken führen und damit die gewünschte Funktion des Wabenkörpers 1 nicht nur beeinträchtigen, sondern in Folge auch zu seiner Zerstörung führen können.

Messungen an verschiedenen Wabenkörpern 1 ergaben, dass für die Bildung von „streamer" an der stark berußten Einlauffläche des

Monolithen mindestens 20 μs notwendig sind, damit genügend Ladungsträger in den Ionenkanal "einströmen" können, um den Funken zu zünden. Daher wurde erfindungsgemäß ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung entwickelt, bei dem unipolare HF-Impulse dem Wabenkörper 1 zugeführt werden. Der Wabenkörper 1, der über offene Kanäle 20 verfügt, kann hierzu an zwei diametral gegenüberliegenden Seiten und parallel zu den Kanälen 20 elektrisch kontaktiert werden, und zwar bei einem Wabenkörper 1 vorzugsweise in Form eines Kreisringzylinders an der inneren und äußeren Mantelfläche. Der effektive Gesamtwiderstand des Wabenkörpers 1 in Bezug auf seine elektrische Kontaktierung liegt vorzugsweise zwischen 100 kΩ und 10 MΩ, sodass die Kanäle 20 des Wabenkörpers 1 und gegebenenfalls ihre Belegung mit Ruß in Bezug auf die elektrische Kontaktierung des Wabenkörpers 1 eine Serienschaltung von sich durch den Impuls aufladenden Kapazitäten darstellen. Die unipolaren HF-Impulse können mit einer Impulsdauer von weniger als 20 μs, vorzugsweise zwischen 6 μs und 15 μs, über diese Kontaktierung in die Keramik 1 eingekoppelt werden, wobei dieser Impuls frühestens nach 50 μs, vorzugsweise nach 60 μs bis 140 μs, wiederholt wird. Daraus ergibt sich eine Wiederholungsfrequenz von 7 kHz bis 17 kHz, generell können die Wiederholungsfrequenzen im Bereich zwischen 1 kHz und 100 kHz liegen, wobei der Gleichspannungsanteil des elektrischen Feldes im Wabenkörper 1 durch Änderung der Wiederholfrequenz eingestellt werden kann. Die unipolaren HF-Impulse können dabei in ihrer Höhe durch ein Signal gesteuert werden, das im wesentlichen eine der Konzentration der Russpartikel proportionale Größe hat und vorzugsweise aus der Regelung der Entladungsstrecke gewonnen wird, die für die Aufladung der Rußpartikel sorgt. Dabei handelt es sich um negative Spannungsimpulse, die von der Rußbelegung, der Temperatur sowie des Abbrandes abhängig sind.

Die Fig. 4a zeigt eine Darstellung der aus einer Impulsaufladung dieser Art folgenden Spannungsverhältnisse in den Kanälen 20 des Keramikkörpers 1. Typische Werte sind etwa 8 kV bis 15 kV für die Spannungsspitzen der Aufladung und 6 kV bis 14 kV für die Spannungsminima. Die Spannungsminima sind dabei niedrig genug,

um eine Funkenbildung zu unterbinden, wobei aber auch während der Spannungsminima Rußabbrand stattfindet.

Durch die oben genannten Maßnahmen wird erreicht, dass sich die einzelnen Kanäle 20 des Wabenkörpers 1 in Bezug auf die äußere Kontaktierung 5, 6 des Keramikkörpers 1 wie eine Serienschaltung von Kapazitäten (genauer wie ein Netz von parallel und seriell geschalteten Kapazitäten) verhalten, sich also durch den unipolaren Impuls aufladen und ihre Ladung nur langsam durch das Sammeln der geladenen Russpartikel, der Richardson-Elektronen und durch die hochohmige Leitung durch die keramische Struktur des Wabenkörpers 1 abgeben.

Des weiteren zeigt sich, dass mindestens 60 μs bis 80 μs gewartet werden muß, damit sich die Ladungsträger in den halbfertigen Ionenkanälen durch Diffusion und Turbulenz wieder gleichmäßig verteilen können und darüber hinaus durch die Gasströmung von der entsprechenden Einlauffläche fortgespült werden.

Weiters zeigte sich ein außerordentlich gutes Regelverhalten dieses erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Aufladung der Kanäle 20 in Bezug auf das Abbrennen des Rußes. Da die in jedem Kanal 20 abgelagerte Russschichte einen Leiter darstellt, der die Kapazität des Kanals 20 erhöht, steht eine höhere Aufladung und damit ein länger andauernder Plasmastrom zur Oxidation zur Verfügung.

Die quantitativen Zusammenhänge dieser erfindungsgemäßen Vorgangsweise zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Kapazität C der Kanäle 20 des Keramikkörpers 1, die in dieser Kapazität durch die unipolare Impulsspitze U ₀ induzierte Gleichspannung U, die dadurch ausgelösten Plasmaströme i und der zeitliche Abstand τ der unipolaren Impulse folgende Relation erfüllen

ÜC/i > τ

und der ohnasche Widerstand R der Stege des Keramikkörpers 1 so gewählt ist, dass die Kapazität C der Kanäle 20 des Keramikkörpers 1 und der durch die Gleichspannung U in den Kanälen 20 ausgelöste Plasmastrom i folgende Relation erfüllen

mit

Rio = ü sodass

RC ≥ UC/i bzw. iR > U

gilt. Der Parameter i ₀ steht dabei für die von einer Spannung Uo erzeugten Plasmaströme. Eine unter diesen Randbedingungen betriebene Impulsaufladung besitzt gegenüber der stationären Aufladung noch weitere entscheidende Vorteile. Durch die verminderte Neigung zur Ausbildung von „streamer" lassen sich die einzelnen Kanäle 20 nicht nur höher aufladen, sondern lokale „streamer" können sich lokal entladen, ohne dass es zu einem ausgedehnten Durchzünden von größeren Bereichen kommt. Die in so einer Entladung freigesetzte Energie bleibt gering und _t kann die keramischen Strukturen nicht beschädigen.

Ein weiterer Vorteil der Impulsaufladung liegt in der stark reduzierten Anfälligkeit gegenüber Leckageströmen innerhalb und außerhalb des Monolithen, da auch hier die Ausbildung von Strompfaden über den Ruß oder durch Diskontinuitäten der keramischen Durchführungen ähnliche Zeiten zu ihrer Ausbildung brauchen, wie die „streamer" selbst.

Weiters zeigten sich wesentliche Vorteile im dynamischen Fahrbetrieb, wenn erfindungsgemäß die unipolaren HF-Impulse in ihrer Höhe durch ein Signal gesteuert werden, das im wesentlichen eine der Konzentration an Russpartikel proportionale Größe hat, und das vorzugsweise aus der Regelung der Entladungsstrecke 26 gewonnen wird, die für die Aufladung der Russpartikel sorgt. Der Zusammenhang ergibt sich aus der Abschirmung der elektrischen Felder durch eine hohe Konzentration elektrischer Ladungen, die an Russpartikel

gebunden eine nur geringe Beweglichkeit haben und eine quasi statische Raumladung erzeugen.

Besonders vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Filteranordnung ist es, wenn es sich auch bei der an die Elektroden 29, 30 zur Aufladung der Rußpartikel angelegten Spannung um eine gepulste, unipolare Spannung handelt.

Wie bereits erwähnt wurde, kann eine an den Elektroden 29, 30 liegende Gleichspannung zuerst im Russbelag einen - geringen Isolationsstrom bewirken, der zu einer Erwärmung des leitenden Bereiches im Russ führt, damit den elektrischen Widerstand verringert und den Strom erhöht, bis die erreichte Temperatur einen kräftigen Funken auslöst. Gemäß dem Stand der Technik gibt es Anordnungen und Methoden, diese Funkenentladungen zu löschen, allerdings führen Funken aus Gleichspannungsentladungen durch die mit ihnen verbundenen Kapazitäten dazu, dass diese Funken bis zu ihrer Löschung relativ hohe Energien freisetzen, die zu einer Erwärmung der Ausgangspunkte dieser Funken (Funkenbasis) führen. Wird die Gleichspannung nach erfolgter Löschung wieder eingeschaltet, genügt die an der Funkenbasis vorhandene Restwärme zur sofortigen Auslösung neuer Funken und die Entladungsstrecke muss sofort wieder abgeschaltet werden. Dazu kommt noch ein weiterer Nachteil: Sollen diese Russpartikel zur Emissionsminderung von Dieselkraftfahrzeugen abgeschieden werden, so verhindern die Funken durch ihre starke Freisetzung an Stickstoffoxiden die Anwendung dieser Methode in der Automobilindustrie.

Erfindungsgemäß können alle diese Nachteile durch ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung vermieden werden, bei dem die Kapazität der Entladungselektrode 29 durch einen unipolaren Impuls aufgeladen wird, diese Entladungselektrode 29 ihre Ladung und das durch diese Ladung gebildete Feld durch Bildung einer Gasentladung abbaut, und danach von dem nächsten unipolaren Impuls wieder aufgeladen wird.

Die Elektrodenanordnung zur Aufladung der Rußpartikel kann dabei in vorteilhafter Weise so ausgeführt werden, dass sie eine Entladungselektrode 29 und eine Gegenelektrode 30 umfasst, wobei die Entladungselektrode 29 mit einer Spannungsquelle zur Erzeugung unipolarer Spannungsimpulse verbunden ist, und die Gegenelektrode 30 aus einem Isolator, vorzugsweise einer Keramik, mit einem Durchgangswiderstand von 100 kΩcm ² bis 500 kΩcra ² besteht. Die der Entladungselektrode 29 abgewandte Seite der Gegenelektrode 30 ist elektrisch kontaktiert und mit Masse verbunden, und die der Entladungselektrode 29 zugewandte Seite weist etwa einen' Oberflächenwiderstand von 10 ⁴ Ωcm bis 10 ⁸ Ωcm, vorzugsweise zwischen 10 ⁵ Ωcm bis 10 ⁷ Ωcm, auf. Des weiteren kann die Gegenelektrode 30 an ihrer der Entladungselektrode 29 zugewandten Seite mit einer Beschichtung, etwa aus A ₁₂ O ₃ , TiO, ZrO, CrO oder Mischungen davon, versehen sein.

Die Impulsspannung je nach Temperatur des Abgases kann mit etwa 8 kV bis 18 kV Impulsspitze pro cm Elektrodenabstand bemessen werden. Die Entfernung zwischen Spitze 24 und Gegenelektrode 30 kann zwischen 5 mm und 10 mm betragen, sodass sich eine bevorzugte ImpulsSpannung zwischen 4 kV und 18 kV ergibt. Die Entladungselektrode 29 kann mindestens 200, vorzugsweise mindestens 300, Elektrodenspitzen 24 aufweisen, deren Minimalabstand voneinander größer ist als der Elektrodenabstand und etwa der Länge der Spitzen 24 entspricht. Dabei kann die Anordnung benachbarter Elektrodenspitzen 24 in Strömungsrichtung gegeneinander versetzt sein, und vorzugsweise etwa einem gleichseitigen Dreieck entsprechen. Die Anordnung der Entladungselektrode 29 mit den Spitzen 24, sowie der ihr gegenüberliegenden, glatten Gegenelektrode 30 ist vorzugsweise zylinderförmig und konzentrisch, wobei die glatte Gegenelektrode 30 als konzentrisches Rohr die Entladungselektrode 29 urαgibt und an seiner Außenseite elektrisch kontaktiert ist.

Insbesondere arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung dann optimal, wenn die elektronischen Parameter so gewählt werden, dass die Entladungselektrode 29 durch sehr kurze unipolare Impulse

aufgeladen wird, deren Dauer unter 20 μs, vorzugsweise zwischen 2 μs und 10 μs, liegt, und deren Impulsabstand zum nächsten unipolaren Impuls mindestens 30 μs, vorzugsweise zwischen 40 μs und 140 μs, beträgt. Es handelt sich hierbei um negative SpannungsImpulse, deren Wahl von der Temperatur und der Abgas- Zusammensetzung abhängig sind. Die Dauer und der Abstand der Spannungsimpulse kann etwa durch einen Mikroprozessor gesteuert werden, dessen Betriebsprogramm sowohl eine Überlastung der Elektronik als auch Überschläge ausregelt.

Die Fig. 4b zeigt eine Darstellung der Spannungsverhältnisse zwischen Entladungselektrode 29 und Gegenelektrode 30 der Elektrodenanordnung zur Aufladung der Russpartikel bei Beaufschlagung der Entladungselektrode 29 mit. Spannungsimpulsen. Als vorteilhaft haben sich Spannungsminima im Bereich von 2 kV bis 5 kV sowie Spannungsmaxima im Bereich von 4 kV bis 6 kV erwiesen.

Der Ladestrom kann mit einem vorgegebenen Wert begrenzt werden, indem die Höhe ₍ der Spannung des unipolaren _ Impulses zurückgestellt wird. Des weiteren kann der für den Ladestrom vorgegebene, maximale Wert stufenweise erhöht werden, indem die Höhe der zugehörigen Spannung des unipolaren Impulses ebenso stufenweise zurückgestellt wird.

Die der Erfindung zugrunde liegenden Zusammenhänge zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Kapazität C der Entladungsstrecke 26 zwischen der Entladungselektrode 29 und der Gegenelektrode 30, die in dieser Kapazität durch die unipolare Impulsspitze Uo induzierte Gleichspannung U, die dadurch ausgelösten Entladungsströme i und der zeitliche Abstand τ der unipolaren Impulse folgende Relation erfüllen

UC/i ≥ τ

wobei der ohmsche Widerstand R der keramischen Isolation der Entladungselektrode 29 so gewählt ist, dass die Kapazität C der Entladungsstrecke 26 und der durch die Gleichspannung U an der

Entladungselektrode 29 ausgelöste Entladungsstrom i folgende Relation erfüllen

UC/i ₀ ≥ UC/i mit

Rio = U sodass

RC > UC/i bzw. iR ≥ U

gilt. Der Parameter i ₀ steht wiederum für die von einer Spannung U ₀ erzeugten Plasmaströme. Dadurch können sehr effektiv die oben geschilderten Schwierigkeiten vermieden werden. Insbesondere scheint die kurze Ladungsspitze und der darauf folgende, langsame Abfall der Spannung zwischen Entladungselektrode 29 und Gegenelektrode 30 die Ausbildung der sich aufheizenden Strompfade im Russ und die dadurch ausgelösten Isolationsströme zu vermeiden. Auch die Energiedichte der Gasentladung an der Entladungselektrode 29 kann deutlich höher eingestellt werden, ohne dass es zu einer Fehlfunktion der Entladungselektrode 29 kommt. _f

Als weitere Maßnahme zur Eindämmung der Funkenenergie hat sich als besonders wirksam herausgestellt wenn die Gegenelektrode 30, die der Entladungselektrode 29 gegenüberliegt, einen hohen elektrischen Durchgangswiderstand aufweist, aber unähnlich einer Barrierenentladung einen Stromdurchgang erlaubt, der je nach Temperatur und Stromstärke in der Gegenelektrode 30 einen Spannungsabfall von einigen 50 V bis einigen 500 V hervorruft.

Dadurch werden erfindungsgemäß an der vorzugsweise aus einer Keramik mit definiertem Widerstand bestehenden Gegenelektrode 30 einige 50 V bis einige 500 V abfallen, und die impulsförmig freigesetzte Wolke an Elektronen bewegt sich mit abnehmender Geschwindigkeit zu der sich aufladenden Gegenelektrode 30. Die Elektronen verweilen länger im Gasraum, lagern sich an mehr Sauerstoffmoleküle an, und führen dadurch auch zu einer höheren Aufladung der Russpartikel mit geladenem Sauerstoff. Dies wirkt sich insbesondere dann vorteilhaft aus, wenn eine immer stärkere

Reduktion der Stickoxide (Nox) durch eine immer höher eingestellte Abgasrückführung ("Super-AGR") zu einer starken Abnahme des Restsauerstoffes führt, und der Russ nach seiner Abscheidung auf den angelagerten Sauerstoff angewiesen ist, um abbrennen zu können.

Diese Aufladung des Rußes wirkt sich nicht nur sehr vorteilhaft bei einer Regeneration durch ein elektrisches Plasma aus, sondern senkt erfindungsgemäß auch bei einer thermisch induzierten Regeneration mit Hilfe eines Katalysators die dann notwendige Temperatur für die Einleitung der Oxidation deutlich. Kann etwa ein katalytisch beschichteter Russfilter bei hohem Sauerstoffgehalt im Abgas (also ohne AGR) bereits bei 400 ⁰ C den Ruß oxidieren, braucht er mit der heute üblichen AGR etwa 450 ⁰ C, und bei den auf Prüfständen der automotiven Industrie laufenden Motoren mit "Super-AGR" bereits 500 ⁰ C.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform der elektronischen Schaltung, mit der unipolare Hochspannungsimpulse erzeugt und der dem Keramikkörper 1 zugeordneten Elektrode 5 zugeleitet werden können. Fig. 3 zeigt in entsprechender Weise eine erfindungsgemäße Ausführungsform der elektronischen Schaltung, mit der unipolare Hochspannungsimpulse erzeugt und der Entladungselektrode 29 zugeleitet werden können. Die Steuerelektronik erzeugt dabei jeweils aus der Versorgungsspannung des Kraftfahrzeuges und mit Hilfe des Regelsignals für Impulsspannung, das über den Widerstand Rl abgenommen wird, und dem Regelsignal für Impulsstrom, das über den Widerstand R2 abgenommen wird, eine geregelte Versorgungsspannung für die Primärseite 31 des Ferritkern-Transformators, der über einen von einem Prozessor 32 angesteuerten elektronischen Schalter 33, vorzugsweise ein Feldeffekttransistor, die Primärseite 31 des Ferritkern-Transformators mit entsprechend steilen Spannungsimpulsen versorgt. Die Ausgänge der Sekundärseite 34 des Ferritkern-Transformators werden einerseits über die Hochspannungsdiode 35 der Entladungselektrode 29 zugeleitet, und liegen andererseits über den Widerstand R2 auf Erde. Dadurch

kann der negative Teil des Hochspannungsimpulses die Entladungselektrode 29 erreichen, während der positive Teil an Erde abgeleitet bzw. an ein entsprechendes Regelsignal für den Impulsstrom abgegeben wird. Der hohe elektrische Widerstand der Gegenelektrode 30 ist in der Schaltung durch den Widerstand R3 wiedergegeben. Dieses Verfahren wurde schaltungstechnisch dadurch umgesetzt, dass die unipolaren HF-Impulse durch eine Serienschaltung aus einem Ferritkerntransformator und einer Hochspannungsdiode 35 erzielt werden und die im Transformator steckende Energie des zweiten Impulsanteiles in einen Kondensator zurück geführt wird, und so für die primäre Ansteuerung des Ferritkerntransformators erhalten bleibt. Der Ferritkerntransformator mit integrierter Hochspannungsdiode 3.5 kann dabei etwa direkt auf die Impulsdurchführung des Filtergehäuses aufgesetzt werden. Vorzugsweise erfolgt die Beaufschlagung der dem Keramikkörper zugeordneten Elektroden 5, 6 und der Elektroden 29, 30 zur Aufladung der Rußpartikel mit Spannungsimpulsen mithilfe voneinander unabhängiger Steuerschaltungen, wie sie etwa in den Fig. 2 und 3 ersichtlich sind.

Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Filteranordnung kann somit die Bildung von

Vorfunken ("streamer") unterbunden und somit Zerstörungen des Keramikkörpers 1 vermieden werden.