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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasemissionsreinigungsvorrichtung
zur Unterstützung einer
Reinigungsreaktion von Abgasemissionen mittels elektrischer Entladung.
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In
jüngster
Zeit sind Untersuchungen bezüglich
einer Verwendung von elektrischem Entladungsplasma zur Steigerung
des Reinigungswirkungsgrads von Abgasemissionen angestellt worden.
Wie beispielsweise in der
JP
06-15 143 A gezeigt ist, ist ein Plasmareaktionsbehälter, der
mit einer Vielzahl kleiner dielektrischer Pellets bzw. Kügelchen
angefüllt
ist, in der Strecke eines Auspuffrohres angeordnet, wobei, während eine
hohe Spannung zwischen an Innen- und Außenseiten des Plasmareaktionsbehälters vorgesehenen
Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Entladungsplasmas in
Lücken
zwischen den dielektrischen Pellets angelegt wird, Abgase durch
die Lücken
zwischen den dielektrischen Pellets derart strömen, dass die Reinigungsreaktion der
Abgasemissionen unterstützt
werden kann.
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Gemäß der vorstehend
genannten herkömmlichen
Vorrichtung müssen
die Abgase jedoch durch sehr enge Lücken zwischen den kleinen dielektrischen
Pellets strömen,
die in den Plasmareaktionsbehälter
eingefüllt
sind, so dass ein Abgasströmungswiderstand
groß wird,
was eine niedrige Motorleistung oder einen ungünstigen Kraftstoffverbrauch
zur Folge hat. Ferner ist es wahrscheinlich, dass sich in den Abgasen
enthaltene Feuchtigkeit auf die dielektrischen Pellets niederschlägt und einen Kurzschluss
zwischen den Elektroden verursacht, so dass eine Hochspannungserzeugungsvorrichtung versagen
kann.
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Des
Weiteren ist, wie es in der
JP 04-363 115 A gezeigt ist, eine Vielzahl
von Plattenelektroden, von denen jede mit einem dielektrischen Material
bedeckt ist, parallel zueinander mit einer gegebenen Entfernung
zwischen jeweils zwei der Elektroden angeordnet, wobei, während eine
hohe Spannung zwischen gegenüberliegenden
Plattenelektroden angelegt ist, die Abgase zwischen den Plattenelektroden strömen.
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Bei
einer herkömmlichen
Vorrichtung, die keine dielektrischen Pellets zwischen den Plattenelektroden
aufweist, ist der Abgasströmungswiderstand
geringer im Vergleich zu dem einer herkömmlichen Vorrichtung, bei der
die dielektrischen Pellets eingefüllt sind. Damit jedoch eine
Entladung zwischen den Plattenelektroden erreicht wird, ist es erforderlich,
die Entfernung zwischen den Elektroden zu verengen. Als Ergebnis
ist es erforderlich, Strömungsdurchgänge, durch
die die Abgase strömen, derart
zu verengen, dass ein Abgasströmungswiderstand
weiterhin groß werden
kann, was eine geringere Motorleistung oder einen ungünstigeren
Kraftstoffverbrauch zur Folge hat.
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Wie
es vorstehend beschrieben ist, weisen die herkömmlichen Abgasemissionsreinigungsvorrichtungen
des elektrischen Entladungstyps Probleme dahingehend auf, dass der
zugehörige
Abgasströmungswiderstand
groß ist,
so dass eine niedrige Motorleistung oder ein ungünstiger Kraftstoffverbrauch
verursacht wird. Ferner ist bei der Vorrichtung, bei der die dielektrischen
Pellets eingefüllt
sind, das Entstehen eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden
wahrscheinlich, so dass die Hochspannungserzeugungsvorrichtung versagen
kann.
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Weiterhin
offenbart die Druckschrift
DE
197 17 160 A1 eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgas
durch eine Kombination von Gasentladung und Katalysator.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Bezug auf die vorstehend genannten
Probleme ausgeführt
worden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Abgasemissionsreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren bereitzustellen,
bei der der Abgasströmungswiderstand
kleiner ist, so dass die Motorleistung oder der Kraftstoffverbrauch in
Verbindung mit einer besseren Standhaftigkeit und Zuverlässigkeit
verbessert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen
gelöst.
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Zur
Lösung
der vorstehend genannten Aufgabe ist bei der Vorrichtung mit zumindest
einem Paar von Entladungselektroden, einem zwischen den Entladungselektroden
ausgebildeten Strömungsdurchgang,
durch den Abgas strömt,
und einer Hochspannungserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer
hohen Spannung zwischen den Entladungselektroden zur Reinigung von
Abgasemissionen eine Hilfselektrode in dem Strömungsdurchgang mit Lücken zwischen
den jeweiligen Entladungselektroden und der Hilfselektrode derart
angeordnet, dass elektrische Entladungen durch die Lücken zwischen
der Hilfselektrode und den Entladungselektroden erzeugt werden können.
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Mit
der vorstehend genannten Vorrichtung kann eine stabile elektrische
Entladung auch dann erzeugt werden, wenn eine Entfernung zwischen
den Entladungselektroden größer als
die einer herkömmlichen
Vorrichtung ist. Folglich kann ein Bereich des Strömungsdurchgangs
im Vergleich zu der herkömmlichen
Vorrichtung vergrößert werden,
so dass ein Abgasströmungswiderstand
zur Vergrößerung der
Motorleistung und zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs verkleinert
werden kann. Ferner ist die Entfernung zwischen den Entladungselektroden zur
Sicherstellung einer Isolation dazwischen ausreichend groß, so dass
ein Versagen der Hochspannungserzeugungsvorrichtung aufgrund eines
Kurzschlusses zwischen den Entladungselektroden verhindert werden
kann, was eine bessere Lebensdauer und Zuverlässigkeit zur Folge hat.
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Die
Hilfselektrode ist vorzugsweise in einer Wellenplattenform ausgebildet,
deren Erhebung und Senke sich in einer Abgasströmungsrichtung in dem Strömungsdurchgang
erstrecken. Da die Hilfselektrode in einer dreidimensionalen Form
ausgebildet ist, kann die Entfernung zwischen den Entladungselektroden
zur Sicherstellung eines ausreichenden Abgasströmungsbereichs größer sein,
und die Lücke zwischen
der Entladungselektrode und der Hilfselektrode kann zur Verbesserung
einer elektrischen Entladungskapazität kürzer sein. Da sich die Erhebung und
die Senke bzw. die Erhebungen und Senken der wellenplattenförmigen Hilfselektroden
in der Abgasströmungsrichtung
erstrecken und der größere Bereich
des Strömungsdurchgangs
wie vorstehend beschrieben gesichert ist, kann ferner der Abgasströmungswiderstand
verkleinert werden. Als Ergebnis verläuft die Strömung der Abgase in dem Strömungsdurchgang
sehr ruhig.
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Des
Weiteren kann die Hilfselektrode eine elektrisch leitende Platte
mit Durchgangsöffnungen oder
ein gemaschtes elektrisch leitendes Element sein. Ein Teil der entlang
entgegengesetzter Oberflächen
der Hilfselektrode strömenden
Abgase kann von einer zugehörigen
Oberflächenseite
zu der anderen zugehörigen
Oberflächenseite
durch die Durchgangsöffnungen
oder die Maschen strömen,
so dass eine Strömung
der Abgase in geeigneter Weise durchmischt werden kann. Als Ergebnis
kann ein Kontakt der Abgase mit einem elektrischen Entladungsplasma
zur wirksamen Reinigung der Abgasemissionen unterstützt werden.
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Der
Strömungsdurchgang
kann durch eine Vielzahl von Strömungsdurchgangseinheiten
gebildet werden, wobei jede eine Vielzahl von Strömungsdurchgängen aufweist,
die derart geschichtet sind, dass zumindest eine Entladungselektrode
zwischen zwei der Strömungsdurchgangseinheiten
positioniert ist. In diesem Fall ist die Hilfselektrode in jedem
der Vielzahl von Strömungsdurchgängen in
der jeweiligen Strömungsdurchgangseinheit
derart angeordnet, dass die hohe Spannung zwischen den Entladungselektroden
an entgegengesetzten Seiten jeder der Strömungsdurchgangseinheiten angelegt
werden kann.
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Mit
dem vorstehend genannten Aufbau kann durch eine Variation der Anzahl
von aufzuschichtenden Strömungsdurchgangseinheiten
einfach eine Kapazität
der Abgasemissionsreinigungsvorrichtung geändert werden. Somit können verschiedene
Arten von Abgasemissionsreinigungsvorrichtungen mit Reinigungskapazitäten entsprechend
einer Vielzahl von Hubräumen
von Verbrennungsmotoren einfach entworfen und hergestellt werden.
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Obwohl
die zwischen jeweils zwei der Strömungsdurchgangseinheiten positionierte
Entladungselektrode zwischen den jeweils zwei der Strömungsdurchgangseinheiten
bei einer Schichtung der Strömungsdurchgangseinheiten
eingefügt
sein kann, wird die Entladungselektrode vorzugsweise in einer der
jeweils zwei Strömungsdurchgangseinheiten
eingebettet, bevor die Strömungsdurchgangseinheiten geschichtet
werden. Somit sind die Strömungsdurchgangseinheit
und die Entladungselektrode einstückig integriert, so dass die
Abgasemissionsreinigungsvorrichtung einfach zusammengesetzt werden
kann.
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Vorzugsweise
ist ein Katalysator auf der Hilfselektrode und/oder auf den Innenoberflächen der
Strömungsdurchgänge der
jeweiligen Strömungsdurchgangseinheiten
zur Unterstützung
einer Reinigungsreaktion der Abgasemissionen aufgetragen. Sowohl
der Katalysator als auch das elektrische Entladungsplasma dienen
zur Unterstützung
der Reinigungsreaktion der Abgase, so dass es möglich ist, einen bemerkenswert
hohen Abgasemissionsreinigungswirkungsgrad sicherzustellen.
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Da
die Lücke
zwischen der Entladungselektrode und der Hilfselektrode (nachstehend
als Elektrodenlücke
bezeichnet) enger ist, wird die elektrische Entladung einfacher
erzeugt. Folglich kann, falls die jeweilige Größe der Elektrodenlücke in den
Strömungsdurchgangseinheiten
schwankt, die elektrische Entladung nicht gleichmäßig in den
jeweiligen Strömungsdurchgangseinheiten
in einer derartigen Weise erzeugt werden, dass die elektrische Entladung
lediglich in einigen der Strömungsdurchgangseinheiten
erzeugt wird, deren Elektrodenlücken
relativ eng sind, wobei die elektrische Entladung in den anderen
Strömungsdurchgangseinheiten,
deren Elektrodenlücken
relativ groß sind,
nicht erzeugt wird. Dieses Phänomen
ist charakteristisch, wenn eine Quellenspannung relativ klein ist.
Falls eine Strömungsdurchgangseinheit
vorhanden ist, bei der die Abgasemissionen nicht ausreichend gereinigt werden
können,
wird der Reinigungswirkungsgrad verringert.
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Um
dieses Problem zu bewältigen,
ist die Größe der Elektrodenlücke in der
Abgasströmungsrichtung
in dem Strömungsdurchgang
vorzugsweise variabel. Mit diesem Aufbau ist in jedem Strömungsdurchgang
ein Abschnitt vorhanden, bei dem die Elektrodenlücke eng ist, und ein Abschnitt,
bei dem die Elektrodenlücke
groß ist,
auch wenn die Elektrodenlücken
unter den jeweiligen Strömungsdurchgängen schwanken.
Folglich kann die elektrische Entladung zumindest über der
engeren Elektrodenlücke erzeugt
werden, die jeder Strömungsdurchgang
aufweist. Als Ergebnis können
Abgasemissionen in allen Strömungsdurchgängen durch
die elektrische Entladung gereinigt werden, so dass eine Abnahme
des Reinigungswirkungsgrads aufgrund der Schwankung der Elektrodenlücken verhindert
werden kann.
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Ferner
weist die zwischen jeweils zwei der Strömungsdurchgangseinheiten positionierte
Entladungselektrode Hohlräume,
bei denen keine Entladungselektrode vorhanden ist, bei Positionen
auf, die Sektionswänden
entsprechen, durch die eine Teilung in eine Vielzahl von Strömungsdurchgängen in
den jeweiligen Strömungsdurchgangseinheiten
vorgenommen wird. Dieser Aufbau dient zur Beseitigung unnötiger Stromflüsse durch
die Sektionswände
von einer Entladungselektrode zu einer anderen Entladungselektrode,
was eine effektive Erzeugung der elektrischen Entladung zur Folge
hat.
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Des
Weiteren kann die Vielzahl von Strömungsdurchgängen in jeder Strömungsdurchgangseinheit
in einer Vielzahl von aufeinander gestapelten Stufen angeordnet
sein. Da die Anzahl von Entladungselektroden und die Anzahl von Verbindungspunkten
der Entladungselektroden mit der elektrischen Energiequelle verringert
sind, kann die Vorrichtung effektiv hergestellt werden.
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Außerdem können die
Entladungselektroden eine Vielzahl zylindrischer Entladungselektroden sein,
deren Innendurchmesser zueinander unterschiedlich sind und die konzentrisch
angeordnet sind, wobei die Hilfselektrode in einem zylindrisch geformten
Strömungsdurchgang
angeordnet ist, der zwischen jeweils zwei der zylindrischen Entladungselektroden
ausgebildet ist. Die Abgasemissionsreinigungsvorrichtung des zylindrischen
Typs ist kompakt und kann mit einer geringeren Anzahl von Komponenten
und Teilen realisiert werden.
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Ferner
können
zwei Entladungselektroden mit spiralförmigem Querschnitt derart angeordnet sein,
dass sie einander gegenüberliegen,
wobei zwei spiralförmige
Hilfselektroden in einem Strömungsdurchgang
mit spiralförmigem
Querschnitt angeordnet sind, der zwischen den zwei Entladungselektroden
mit spiralförmigem
Querschnitt ausgebildet ist. Da ein Hauptabschnitt der Vorrichtung
durch die zwei Entladungselektroden und Hilfselektroden ausgebildet
ist, kann die Vorrichtung effektiver mit einer geringeren Anzahl
von Verbindungspunkten der Entladungselektroden mit der elektrischen
Energiequelle und mit einer geringeren Anzahl von Komponenten und
Teilen im Vergleich zu der vorstehend genannten Vorrichtung des
Zylindertyps hergestellt werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsdarstellung einer Abgasemissionsreinigungsvorrichtung
gemäß einem ersten
Aufführungsbeispiel,
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2 eine
perspektivische Darstellung, in der teilweise Strömungsdurchgangseinheiten
und eine Hilfselektrode gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
gezeigt sind,
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3 eine
perspektivische Darstellung einer Hilfselektrode gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
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4 eine
perspektivische Darstellung einer Hilfselektrode gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel,
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5 eine
perspektivische Darstellung einer Hilfselektrode gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel,
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6 eine
Querschnittsdarstellung eines Strömungsdurchgangs gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel,
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7 eine
Querschnittsdarstellung eines Strömungsdurchgangs gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel,
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8A eine
perspektivische Darstellung einer Strömungsdurchgangseinheit gemäß einem siebten
Ausführungsbeispiel,
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8B eine
Querschnittsdarstellung der Strömungsdurchgangseinheit
gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel,
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9 eine
perspektivische Darstellung einer Strömungsdurchgangseinheit gemäß einem
achten Ausführungsbeispiel,
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10 eine
Querschnittsdarstellung einer Abgasemissionsreinigungsvorrichtung
gemäß einem neunten
Ausführungsbeispiel
und
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11 eine
Querschnittsdarstellung einer Abgasemissionsreinigungsvorrichtung
gemäß einem zehnten
Ausführungsbeispiel.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
Eine aus einer Vielzahl von Strömungsdurchgangseinheiten 12 gebildete
Abgasemissionsreinigungsvorrichtung 11 ist in einem (nicht gezeigten)
Auspuffrohr angeordnet. Jede der Strömungsdurchgangseinheiten 12 ist
mit einer Vielzahl von Strömungsdurchgängen 13 versehen,
durch die Abgase laufen und die in einer Reihe angeordnet sind.
Die Strömungsdurchgangseinheit 12 ist
aus einem wärmebeständigen isolierenden
Material eines einfach elektrisch entladbaren Dielektrikums hergestellt,
wie beispielsweise Keramik (Aluminiumoxid) und Glas. Die Strömungsdurchgangseinheit 12 ist ebenso
auf einer Seite (beispielsweise auf der Oberseite) mit einer Entladungselektrode 14 versehen,
die aus einem gedruckten leitenden Teil oder einer elektrisch leitenden
Platte ausgebildet ist. Ein Verbindungsabschnitt 14a der
Entladungselektrode 14 ist teilweise nach außen zum
Anschluss der Entladungselektrode 14 an einen Außenanschluss 15 offen,
und der andere zugehörige
Teil ist in der Strömungsdurchgangseinheit 12 eingebettet.
Ein (nicht gezeigter) Katalysator zur Unterstützung einer Reinigungsreaktion
von Abgasemissionen ist auf Innenwänden der Strömungsdurchgänge 13 aufgebracht.
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Eine
Vielzahl von Strömungsdurchgangseinheiten 12,
die alle den vorstehend genannten Aufbau aufweisen, sind in einer
derartigen Weise geschichtet, dass die Entladungselektrode 14 zwischen
jeweils zwei der aufeinander gestapelten Strömungsdurchgangseinheiten 12 positioniert
ist. Dann sind die Strömungsdurchgangseinheiten 12 in
einem isolierenden Gehäuse 20 untergebracht.
Jeweils zwei benachbarte Strömungsdurchgangseinheiten 12 sind mit
einer 180°-Phasendifferenz derart
geschichtet, dass die Verbindungsabschnitte 14a der Entladungselektroden 14 von
jeweils zwei Strömungsdurchgangseinheiten 12 an
entgegengesetzten linken und rechten Seiten positioniert sein können. Da
es erforderlich ist, dass die Anzahl der Entladungselektroden 14 um
eins größer als
die der Strömungsdurchgangseinheiten 12 ist,
ist eine isolierende Platte 18, in der eine Entladungselektrode 19 eingebettet
ist, an der Unterseite (eine Oberfläche auf einer Seite, bei der die
Entladungselektrode 14 nicht eingebettet ist) der Strömungsdurchgangseinheit 12 bei
der Bodenschichtstufe platziert.
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Eine
Hilfselektrode 16 ist in jeder der Strömungsdurchgänge 13 der Strömungsdurchgangseinheiten 12 untergebracht.
Die Hilfselektrode 16 ist aus einer elektrisch leitenden,
wärmebeständigen Metallplatte,
wie beispielsweise einer Stahlplatte, hergestellt und in einer Wellenplattenform
ausgebildet. Die Hilfselektrode 16 ist durch ihre eigene
Federkraft in jedem der Strömungsdurchgänge 13 auf
eine derartige Weise untergebracht und zurückgehalten, dass sich zugehörige Erhebungs-
und Senkenabschnitte in einer Abgasströmungsrichtung in jedem der
Strömungsdurchgänge 13 erstrecken.
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Jeder
der an die Verbindungsabschnitte 14a angeschlossenen Außenanschlüsse 15 ist
plattenförmig
durch ein Federmaterial ausgebildet, wie beispielsweise Stahl. Eine
Federkraft des Außenanschlusses 15 dient
dazu, einen stabilen Kontakt des Außenanschlusses 15 mit
dem Verbindungsabschnitt gegenüber
Schwingungen und der Temperatur zu erhalten. Alternativ dazu kann
der Außenanschluss 15 an
den Verbindungsabschnitt 14a mittels wärmebeständiger Fixiermittel befestigt
werden, beispielsweise durch Verstemmen, Nieten und Schweißen.
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Der
Außenanschluss 15 auf
einer Seite (der linken Seite in 1) der Abgasemissionsreinigungsvorrichtung 11 ist
an einen Erdungsanschluss angeschlossen, und der Außenanschluss
auf der anderen Seite (der rechten Seite in 1) der Abgasemissionsreinigungsvorrichtung 11 ist
an einen Ausgangsanschluss einer Hochspannungserzeugungsvorrichtung 17 angeschlossen,
bei der eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt wird. Wenn die Hochspannungserzeugungsvorrichtung 17 die
Energieversorgung startet, wird die hochfrequente hohe Wechselspannung
an die Entladungselektroden 14 angelegt, zwischen denen
jede der Strömungsdurchgangseinheiten 12 derart
angebracht ist, dass eine elektrische Entladung in jedem der Strömungsdurchgänge 13 erzeugt
werden kann.
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Das
die aufeinander geschichteten Strömungsdurchgangseinheiten 12 ummantelnde
Gehäuse 20 wird
zur Isolierung der Verbindungsabschnitte 14a der Entladungselektroden 14 und
der Außenanschlüsse 15 von
dem Auspuffrohr bereitgestellt. Folglich kann eine Korrosion der
Verbindungsabschnitte 14a und der Außenanschlüsse 15 aufgrund der
Abgase verhindert werden, so dass eine jeweilige Leitfähigkeit
zwischen den Verbindungsabschnitten 14a und den Außenanschlüssen 15 für eine längere Zeit
aufrechterhalten werden kann. Ferner kann ein Kurzschluss der hohen
Spannung aufgrund von Feuchtigkeit in den Abgasen verhindert werden, so
dass es unwahrscheinlich ist, dass die Hochspannungserzeugungsvorrichtung 17 versagt.
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Bei
der Abgasemissionsreinigungsvorrichtung 11 mit der in jedem
Strömungsdurchgang 13 angeordneten
Hilfselektrode 16 wird, wie es vorstehend beschrieben ist,
bei Anlegen einer hohen Spannung zwischen den Entladungselektroden 14,
die einander bei entgegengesetzten Seiten jeder Strömungsdurchgangseinheit 12 gegenüberliegen,
elektrisches Entladungsplasma in jedem Strömungsdurchgang 13 zwischen
jeder der Entladungselektroden 14 und der Hilfselektrode 16 erzeugt.
Somit wird ein auf den jeweiligen Innenwänden der Strömungsdurchgänge 13 aufgebrachter
Katalysator aktiviert, so dass Emissionsbestandteile, wie beispielsweise
NOx, in den in den jeweiligen Strömungsdurchgängen 13 strömenden Abgasen
durch Absorption und einem zugehörigen
Desoxidationseffekt gereinigt werden können.
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Auch
wenn die Entfernung zwischen den Entladungselektroden 14 der
Abgasemissionsreinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
größer ist
als die einer herkömmlichen
Vorrichtung, kann eine stabile elektrische Entladung sichergestellt
werden, da die Hilfselektrode 16 in jedem Strömungsdurchgang 13 bereitgestellt
ist und die elektrische Entladung zwischen jeder der Entladungselektroden 14 und
der Hilfselektrode 16 erzeugt wird. Als Ergebnis werden
die Strömungsdurchgänge 13 im Vergleich
mit den herkömmlichen größer, so
dass ein Strömungswiderstand
der Abgase verringert werden kann, damit die Motorleistung sowie
der Kraftstoffverbrauch verbessert werden.
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Da
die wellenplattenförmige
Hilfselektrode 16, wie es in dem ersten Ausführungsbeispiel
gezeigt ist, in einer dreidimensionalen Form ausgebildet ist, wird
nicht nur die Entfernung zwischen den Elektroden 14 (die
Entfernung zwischen den Strömungsdurchgängen 13)
größer, sondern
es wird auch eine Lücke
zwischen der Hilfselektrode 16 und jeder Entladungselektrode 14 kleiner.
Folglich können
sowohl vergrößerte Strömungsdurchgänge 13 und
eine bessere Entladungsfähigkeit
gleichzeitig realisiert werden. Ferner dient die wellenplattenförmige Hilfselektrode 16,
deren Erhebung und Senke sich entlang jedem Strömungsdurchgang 13 erstrecken,
zur Begrenzung des Strömungswiderstands
der Abgase, was eine Steigerung des Abgasflusses in Verbindung mit
einer Vergrößerung der
Strömungsdurchgänge 13 zur
Folge hat.
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Ferner
kann durch eine Variation der Anzahl von zu schichtenden Strömungsdurchgangseinheiten 12 einfach
eine Kapazität
der Abgasemissionsreinigungsvorrichtung 11 geändert werden.
Somit können
verschiedene Arten von Abgasemissionsreinigungsvorrichtungen mit
Reinigungskapazitäten
entsprechend einer Vielzahl von Hubräumen von Verbrennungsmotoren
einfach entworfen und hergestellt werden.
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Obwohl
die Hilfselektrode 16 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
lediglich in einer Wellenplattenform ausgebildet ist, kann die Hilfselektrode 16 mit
Durchgangsöffnungen 21 versehen
sein, wie es in 3 gezeigt ist, in der eine Vorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
veranschaulicht ist, oder eine Hilfselektrode 22 kann in
einer Wellenform unter Verwendung eines elektrisch leitenden gemaschten
Elements, wie beispielsweise eines Drahtnetzes, ausgebildet sein,
wie es in 4 gezeigt ist, in der eine Vorrichtung
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
veranschaulicht ist. Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann
ein Teil der entlang entgegengesetzten Oberflächen der Hilfselektrode 16 strömenden Abgase
von einer zugehörigen
Oberflächenseite
zu der anderen zugehörigen
Oberflächenseite
durch die Durchgangsöffnungen 21 oder die
Maschen derart strömen,
dass eine Strömung
der Abgase in geeigneter Weise durchmischt werden kann. Als Ergebnis
kann ein Kontakt der Abgase mit dem elektrischen Entladungsplasma
zur Sicherstellung einer effektiveren Reinigung der Abgasemissionen
unterstützt
werden.
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Wie
es in 5 gezeigt ist, in der ein viertes Ausführungsbeispiel
veranschaulicht ist, kann ein Katalysator 23 auf einer
Oberfläche
der Hilfselektrode 16 für
eine bessere Unterstützung
der Reinigungsreaktion der Abgasemissionen aufgebracht sein. Das
elektrische Entladungsplasma beeinflusst sowohl den auf der Innenwand
des Strömungsdurchgangs 13 aufgebrachten
Katalysator als auch den auf der Hilfselektrode 16 aufgebrachten
Katalysator 23 derart, dass die Reinigungsreaktion der
Abgasemissionen effektiv zur Sicherstellung eines bemerkenswert
hohen Reinigungswirkungsgrads unterstützt werden kann.
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Da
die Lücke
zwischen der Entladungselektrode 14 und der Hilfselektrode 16 (nachstehend
als Elektrodenlücke
bezeichnet) enger ist, wird die elektrische Entladung einfacher
erzeugt. Folglich kann, falls eine jeweilige Größe der Elektrodenlücke in den Strömungsdurchgangseinheiten 12 schwankt,
die elektrische Entladung nicht gleichmäßig in den jeweiligen Strömungsdurchgangseinheiten
in einer derartigen Weise erzeugt werden, dass die elektrische Entladung
lediglich in einigen der Strömungsdurchgangseinheiten 12 erzeugt
wird, deren Elektrodenlücken
relativ eng sind, wobei die elektrische Entladung in den anderen
Strömungsdurchgangseinheiten,
deren Elektrodenlücken
relativ groß sind,
nicht erzeugt wird. Dieses Phänomen
ist charakteristisch, wenn eine Quellenspannung relativ klein ist.
Falls eine Strömungsdurchgangseinheit 12 vorhanden
ist, bei der die Abgasemissionen nicht ausreichend gereinigt werden
können,
wird der Reinigungswirkungsgrad verringert.
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Um
dieses Problem zu bewältigen,
weist eine Vorrichtung gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel,
wie es in 6 gezeigt ist, eine wellenplattenförmige Hilfselektrode 25 auf,
deren Wellenhöhe in
der Abgasströmungsrichtung
in jedem Strömungsdurchgang 13 derart
geneigt ist, dass die Größe der Elektrodenlücke in der
Abgasströmungsrichtung
in jedem Strömungsdurchgang 13 variabel
ist. Mit diesem Aufbau ist in jedem Strömungsdurchgang 13 ein Abschnitt,
bei dem die Elektrodenlücke
eng ist, und ein Abschnitt vorhanden, bei dem die Elektrodenlücke groß ist, auch
wenn die Elektrodenlücken
unter den jeweiligen Strömungsdurchgängen 13 schwanken.
Folglich kann die elektrische Entladung zumindest über der
engeren Elektrodenlücke
erzeugt werden, die jeder Strömungsdurchgang 13 aufweist.
Als Ergebnis können
Abgasemissionen in allen Strömungsdurchgängen 13 durch
die elektrische Entladung gereinigt werden, so dass die Abnahme
des Reinigungswirkungsgrads aufgrund der Schwankung der Elektrodenlücken verhindert
werden kann.
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Ferner
kann bei der Herstellung der Abgasemissionsreinigungsvorrichtung 11 die
Hilfselektrode 25 in den Strömungsdurchgang 13 von
einer kleineren zugehörigen
Wellenhöhenseite
her einfach eingefügt
werden, was eine Steigerung der Montageproduktivität der Hilfselektrode 25 zur
Folge hat.
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Anstelle
der geneigten Wellenhöhe
der Hilfselektrode 25 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel können, wie
es in 7 gezeigt ist, in der ein sechstes Ausführungsbeispiel
veranschaulicht ist, die Entladungselektroden 14 in einem
geneigten Zustand in jeder Strömungsdurchgangseinheit 12 derart eingebettet
werden, dass die Größe der Elektrodenlücke in der
Abgasströmungsrichtung
in jedem Strömungsdurchgang 13 variabel
ist. Als Ergebnis kann eine Verringerung des Reinigungswirkungsgrads
aufgrund der Schwankung der Elektrodenlücken ähnlich wie in dem fünften Ausführungsbeispiel
verhindert werden.
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Ferner
kann gemäß einem
in 8 gezeigten siebten Ausführungsbeispiel
die Entladungselektrode 14, die zwischen jeweils zwei der
Strömungsdurchgangseinheiten 12 positioniert
ist, Hohlräume 27,
bei denen keine Entladungselektrode 14 vorhanden ist, bei
Positionen aufweisen, die Sektionswänden 26 entsprechen,
durch die eine Teilung in die Vielzahl von Strömungsdurchgängen 13 in den jeweiligen
Strömungsdurchgangseinheiten 12 vorgenommen
wird. Dieser Aufbau dient zur Beseitigung unnötiger Stromflüsse durch
die Sektionswände 26 von
einer Entladungselektrode 14 zu einer anderen Entladungselektrode 14,
was eine effektivere Erzeugung der elektrischen Entladung zur Folge
hat.
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Des
Weiteren kann gemäß einem
in 9 gezeigten achten Ausführungsbeispiel die Vielzahl von
Strömungsdurchgängen 13 in
jeder Strömungsdurchgangseinheit 12 in
zwei aufeinander gestapelten Stufen angeordnet sein (es können mehr
als zwei Stufen verfügbar
sein). Da die Anzahl von Entladungselektroden 32 und die
Anzahl von Verbindungspunkten der Entladungselektroden 32 mit
der elektrischen Energiequelle verringert sind, kann die Vorrichtung
effektiv hergestellt werden.
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Außerdem ist
gemäß einem
in 10 gezeigten neunten Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von
zylindrischen isolierenden Elementen 33 konzentrisch angeordnet,
deren Innendurchmesser zueinander unterschiedlich sind. Jedes der
zylindrischen isolierenden Elemente 33 ist aus einem wärmebeständigen isolierenden
Material eines einfach elektrisch entladbaren Dielektrikums hergestellt,
wie beispielsweise Keramik (Aluminiumoxid) und Glas, und eine zylindrische
Entladungselektrode 34 ist in jedem zylindrischen isolierenden
Elemente 33 eingebettet. Eine Hilfselektrode 36 ist
in einem zylinderförmigen
Strömungsdurchgang 35 angeordnet,
der zwischen jeweils zwei der zylindrischen isolierenden Elemente 33 ausgebildet
ist. Die Hilfselektrode 36 ist aus einer elektrisch leitenden
wärmebeständigen Metallplatte,
wie beispielsweise einer Stahlplatte, hergestellt und in einer Wellenplattenform
ausgebildet. Die Hilfselektrode 36 ist in jedem Strömungsdurchgang 35 durch
ihre eigene Federkraft in einer derartigen Weise untergebracht und
zurückgehalten, dass
sich zugehörige
Erhebungs- und Senkenabschnitte in einer Abgasströmungsrichtung
in jedem Strömungsdurchgang 35 erstrecken.
Das Hilfselement 36 kann aus einer elektrisch leitenden
Platte mit Durchgangsöffnungen
oder einem elektrisch leitenden gemaschten Element hergestellt sein.
Ein Katalysator kann auf Innenwänden
der Strömungsdurchgänge und
der Hilfselektroden 36 zur Unterstützung einer Reinigungsreaktion
der Abgasemissionen aufgebracht sein.
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Wenn
an die bei entgegengesetzten Seiten jedes Strömungsdurchgangs 35 einander
gegenüberliegenden
Entladungselektroden 34 eine hohe Spannung angelegt wird,
wird zwischen der Hilfselektrode 36 und der Entladungselektrode 34 in
jedem Strömungsdurchgang 35 ein
elektrisches Entladungsplasma zur Reinigung der in jedem Strömungsdurchgang 35 strömenden Abgase
erzeugt. Die Abgasemissionsreinigungsvorrichtung gemäß dem neunten
Ausführungsbeispiel
des zylindrischen Typs ist kompakt und kann mit einer geringeren
Anzahl von Komponenten und Teilen realisiert werden.
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Gemäß einem
in 11 gezeigten zehnten Ausführungsbeispiel können zwei
isolierende Elemente mit spiralförmigem
Querschnitt 38 derart angeordnet werden, dass sie einander
gegenüberliegen,
und zwei spiralförmige
Hilfselektroden 41 werden in Strömungsdurchgängen mit spiralförmigem Querschnitt 40 angeordnet,
die zwischen den zwei isolierenden Elementen mit spiralförmigem Querschnitt 38 ausgebildet
werden. Eine Entladungselektrode 39 ist in den isolierenden
Elementen 38 eingebettet. Der weitere Aufbau des zehnten
Ausführungsbeispiels
ist dem des neunten Ausführungsbeispiels ähnlich.
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Wenn
eine hohe Spannung an die bei entgegengesetzten Seiten jedes Strömungsdurchgangs 40 einander
gegenüberliegenden
Entladungselektroden 39 angelegt wird, wird zwischen der
Hilfselektrode 41 und der Entladungselektrode 39 in
jedem Strömungsdurchgang 40 ein elektrisches
Entladungsplasma zur Reinigung der in jedem Strömungsdurchgang 40 strömenden Abgase
erzeugt.
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Da
ein Hauptabschnitt der Vorrichtung gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel
durch die zwei Entladungselektroden 38 und die Hilfselektrode 41 gebildet
wird, kann die Vorrichtung effektiver mit einer geringeren Anzahl
von Verbindungspunkten der Entladungselektroden 39 mit
dem Außenanschluss
und mit einer geringeren Anzahl von Komponenten und Teilen im Vergleich
zu denen der Vorrichtung des zylindrischen Typs gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel
hergestellt werden.
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Obwohl
die Ausstoßelektroden
in den Strömungsdurchgangseinheiten
oder den isolierenden Elementen gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
eingebettet sind oder darin integriert sind, können die Entladungselektroden
getrennt von den Strömungsdurchgangseinheiten
oder den isolierenden Elementen bereitgestellt sein.
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Ferner
ist es ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen,
beispielsweise von Formen der Strömungsdurchgangseinheit, der
Strömungsdurchgänge und
der Hilfselektroden vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der
Erfindung zu verlassen.
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Wie
es vorstehend beschrieben ist, wird eine Strömungsdurchgangseinheit 12 mit
einer Vielzahl von Strömungsdurchgängen 13 aus
einem wärmebeständigen isolierenden
Material eines einfach elektrisch entladbaren Dielektrikums (Aluminiumoxid
und Glas) ausgebildet. Die Strömungsdurchgangseinheit 12 ist
auf einer Seite mit einer Entladungselektrode 14 versehen,
die aus einem gedruckten leitenden Teil oder einer elektrisch leitenden
Platte ausgebildet wird. Eine Vielzahl von Strömungsdurchgangseinheiten 12 wird
in einer Weise geschichtet, dass die Entladungselektrode 14 zwischen
jeweils zwei der aufeinander geschichteten Strömungsdurchgangseinheiten 12 positioniert
ist. Eine wellenplattenförmige Hilfselektrode 16 ist
in jedem Strömungsdurchgang 13 durch
ihre eigene Federkraft untergebracht und zurückgehalten. Wenn eine hohe
Spannung zwischen den bei entgegengesetzten Seiten jeder Strömungsdurchgangseinheit 12 einander
gegenüberliegenden
Entladungselektroden 14 angelegt wird, wird zwischen jeder
Entladungselektrode 14 und der Hilfselektrode 16 ein
elektrisches Entladungsplasma erzeugt, so dass in jedem Strömungsdurchgang 13 strömende Abgasemissionen
gereinigt werden können.