DE10102681A1

DE10102681A1 - Plasmaartiges Abgasreinigungsgerät

Info

Publication number: DE10102681A1
Application number: DE10102681A
Authority: DE
Inventors: Yasuki Tamura; Kojiro Okada; Kazuo Koga; Osamu Nakayama; Keisuke Kawamura; Kiyoshi Kawamura
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2021-01-23
Also published as: US20010023589A1; KR100426156B1; KR20010078089A; US6558636B2; DE10102681B4; JP2001205039A

Abstract

Das vorliegende plasmaartige Abgasreinigungsgerät umfaßt ein Dielektrikum (5), das zwischen einer Entladungselektrode (7) und einer Erdungselektrode (8) angeordnet wird. Das Dielektrikum verfügt über eine Vielzahl an darin gebildeten unabhängigen Hohlraumschichten. Das Abgas aus der Brennvorrichtung (1) strömt durch das Innere der Vielzahl an unabhängigen Hohlraumschichten (6). Solchermaßen werden im plasmaartigen Abgasreinigungsgerät die Entladungselektrode (7) und die Erdungselektrode (8) auf sichere Weise durch die Hohlräume (6) getrennt. Wenn eine Spannung aus einem Hochspannungsgenerator (9) zwischen der Entladungselektrode (7) und der Erdungselektrode (8) angelegt wird, tritt das Plasma, das aus den Koronaentladungen hervorgeht, in jedem einzelnen Hohlraum (6) auf, ohne unmittelbar quer durch die Entladungselektrode (7) und die Erdungselektrode (8) hervorzugehen. Das Abgas wird dadurch gereinigt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein plasmaartiges Abgasreinigungsgerät, in an einer Entladungselektrode und an einer Erdungselektrode eine Spannung angelegt wird, um ein Koronaentladungsfeld zu erzeugen, und wobei in dem das von einer Brennvorrichtung - wie beispielsweise einem Motor - ausgestoßene Abgas zur Reinigung durch diese Elektrode geführt wird.

Beschreibung des dazugehörigen technischen Gebiets

Ein plasmaartiges Abgasreinigungsgerät dieser Art wird beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegung Nr. Hei 5- 59934 offenbart. In diesem plasmaartigen Abgasreinigungsgerät wird eine Erdungselektrode zylindrisch um eine lineare Entla dungselektrode herum angeordnet, um eine Koronaentladungsröhre zu bilden. Die Koronaentladungsröhre wird im Abgasweg eines Motors angeordnet. Beim Motorbetrieb führt dieses plasmaartige Abgasreinigungsgerät das Abgas aus dem Motor durch das Innere der zylindrischen Erdungselektrode, während zwischen den Elek troden eine vorbestimmte Spannung aus einem Hochspannungsgenera tor angelegt wird. Dies erzeugt ein Koronaentladungsfeld, um Plasma zu erzeugen, was das Abgas reinigt. Außerdem verfügt dieses plasmaartige Abgasreinigungsgerät über eine Reihe von dielektrischen Körnern oder Kügelchen, die zwischen die Elektroden gefüllt werden, so daß die elektrischen Entladungen der Einheitlichkeit im elektrischen Feld zuliebe an kurzen Bereichen zwischen benachbarten Dielektrika erfolgt.

Da ein solches plasmaartiges Abgasreinigungsgerät die Dielektrika in Form von Körnchen oder Kügelchen aufwies, standen die Entladungselektrode und die Erdungselektrode durch kleine Zwischenräume zwischen den Dielektrika miteinander in Verbin dung. In diesem Fall windete sich das Plasma aus den Koronaent ladungen durch die Dielektrika, um sich hauptsächlich zwischen den Elektroden zu erstrecken, wobei zwischen den Dielektrika dieses kaum geschah. Entsprechend konnte das plasmaartige Abgasreinigungsgerät kein Feld von angemessener Gleichförmigkeit bereitstellen. Solchermaßen könnte das Abgas in den Bereichen geringerer Plasmadichten wie beispielsweise in der Nähe der äußeren Erdungselektrode leicht ungereinigt hindurchgehen und in die Luft ausgestoßen werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein plasmaartiges Abgasreinigungsgerät bereitzustellen, das die Plasmadichte vereinheitlicht, so daß eine ausreichende Abgasrei nigungsfähigkeit ausgeübt wird.

Diese Aufgabe wurde durch die Bereitstellung eines plas maartigen Abgasreinigungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht. Das Gerät umfaßt ein in einem Abgasweg zwischen einer Entladungselektrode und einer Erdungselektrode angeordneten Dielektrikum. Das Dielektrikum hat eine Vielzahl unabhängiger Hohlräume, um dem Abgas zu erlauben, hindurchzufließen.

Wenn jeder Hohlraum im Dielektrikum solchermaßen unabhängig gebildet ist, werden die Entladungselektrode und die Erdungs elektrode zuverlässig getrennt, so daß das Koronaentladungs plasma in jedem einzelnen Hohlraum auftritt, ohne direkt an der Entladungselektrode und der Erdungselektrode zu entstehen. Dies führt zu kürzeren Entladungsbereichen, wobei zwischen den Elektroden ein Plasma einheitlicher Dichte erhalten wird.

Solchermaßen kann die Abgasreinigungsfähigkeit in ausrei chendem Maße ausgeübt werden.

Die Vielzahl an unabhängigen Hohlräumen wird entlang der Richtung an den Elektroden angelegt. Dann wird der Ausdruck

V ≧ Ea × (Ds × εa/εs + Da) × R

erfüllt, worin V eine eingeprägte Spannung ist, die für die Entladung zwischen der Entladungselektrode und der Erdungselek trode erforderlich ist, Ea ein elektrisches Feld ist, das für die Ionisierung (Zersetzung des Abgases) benötigt wird und das auf jeden der Hohlräume wirkt, εs die Permittivität des Dielektrikums ist, Da die Gesamtdicke der Hohlräume in Richtung quer durch die Elektroden ist, Ds die Gesamtdicke des Dielektri kums in Richtung quer durch die Elektroden ist, und R eine relative Gasdichte ist, die mit der Temperatur und dem Druck korreliert ist.

Entsprechend werden die Gesamtdicken Da und Ds der Hohlräume und des Dielektrikums, die an den Elektroden eingeprägte Spannung V und alle anderen Größen in ein ideales Verhältnis gesetzt.

Solchermaßen können Nachteile wie beispielsweise der sich aus der falschen Einstellung ergebende Stromverbrauch unter drückt werden, während das Plasma zuverlässig erzeugt wird, so daß die Abgasreinigungsfunktion in ausreichendem Maße ausgeübt wird.

Alternativ dazu wird eine Elektrode aus der Entladungselek trode und der Erdungselektrode mit einer linearen Form und die andere Elektrode mit einer zylindrischen Form ausgebildet und mit der einen Elektrode in der Mitte angeordnet. Das Dielektri kum setzt sich aus einer Vielzahl zylindrischer dielektrischer Schichten zusammen, die zwischen den Elektroden, konzentrisch um die eine Elektrode der Elektroden herum, angeordnet sind. Die Vielzahl an unabhängigen Hohlräumen setzt sich aus einer Vielzahl unabhängiger, zylindrischer Hohlraumschichten zusammen, die zwischen der Vielzahl an dielektrischen Schichten ausgebil det sind. Dann wird der Ausdruck

V ≧ Ea × {εam × (ra2m - ra1m)/ln(ra2m/ra1m)} × R
× Σ {ln (ra2n/ra1n)/εan + ln (rs2k/rs1k)/εsk}

für eine mste Hohlraumschicht erfüllt, worin V eine eingeprägte Spannung ist, die für eine Entladung zwischen der Entladungs elektrode und der Erdungselektrode erforderlich ist, Ea ein für die Ionisierung (Zersetzung des Abgases) benötigtes elektrisches Feld ist, das auf jede der Hohlraumschichten wirkt, Σ eine Gesamtsumme unter n = 1-N und k = 1-K ist, und zwar vorausgesetzt, daß N die Anzahl der Hohlraumschichten zwischen den Elektroden ist und K die Anzahl der dielektrischen Schichten ist, Ean die Permittivität einer nsten Hohlraumschicht ist, εsk die Permittivität einer ksten dielektrischen Schicht ist, εam die Permittivität der msten Hohlraumschicht ist, ra1n der innere Radius der nsten Hohlraumschicht ist, ra2n der äußere Radius der nsten Hohlraumschicht ist, rs1k der innere Radius der ksten dielektrischen Schicht ist, rs2k der äußere Radius der ksten dielektrischen Schicht ist, ra1m der innere Radius der msten Hohlraumschicht ist, ra2m der äußere Radius der msten Hohlraumschicht ist, und R eine relative Gasdichte ist, die mit der Temperatur und dem Druck korreliert ist.

Entsprechend werden die Radien ra1n, ra2n, rs1k und rs2k der Hohlraumschichten und der dielektrischen Schichten, die an den Elektroden eingeprägte Spannung und weitere Größen in ein ideales Verhältnis gesetzt.

Wie es beschrieben wurde, können daher Nachteile wie beispielsweise der unnötige Stromverbrauch, der sich aus der falschen Einstellung ergibt, unterdrückt werden, während zuverlässig Plasma erzeugt wird. Solchermaßen wird die Abgasreinigungsfunktion in ausreichendem Maße ausgeübt.

Alternativ dazu wird eine Elektrode aus der Entladungselek trode und der Erdungselektrode mit einer linearen Form und die andere Elektrode mit einer Zylindrischen Form ausgebildet und mit der einen Elektrode in der Mitte angeordnet. Das Dielektri kum setzt sich aus einer Vielzahl zylindrischer dielektrischer Schichten zusammen, die zwischen den Elektroden, konzentrisch um die eine Elektrode der Elektroden herum, angeordnet sind. Die Vielzahl an unabhängigen Hohlräumen setzt sich aus einer Vielzahl unabhängiger, zylindrischer Hohlraumschichten zusammen, die zwischen der Vielzahl an dielektrischen Schichten ausgebil det sind. Daraufhin werden Feldeinstellabschnitte zum Besetzen eines Umfangsausmaßes in den Hohlraumschichten angeordnet, so daß die inneren Hohlraumschichten eine höhere Permittivität als die äußeren Hohlraumschichten haben.

Eine solche Anordnung von Feldeinstellabschnitten in den einzelnen Hohlräumen macht die inneren Hohlräume in der Permittivität höher als die äußeren Hohlräume, wodurch die Hohlräume in der Kapazität zunehmen und im elektrischen Feld in Richtung Innenseite abnehmen.

Dies ermöglicht es, die radialen Änderungen im elektrischen Feld zu unterdrücken, die sich aus der Struktur der Elektroden anordnung ergeben, wodurch für die höhere Abgasreinigungsfähig keit eine einheitliche Plasmadichte erlaubt wird.

Alternativ dazu wird eine Elektrode von den beiden Elektroden, der Entladungselektrode und der Erdungselektrode, mit einer linearen Form und die andere Elektrode mit einer zylindrischen Form ausgebildet und mit der einen Elektrode in der Mitte angeordnet. Das Dielektrikum setzt sich aus einer Vielzahl zylindrischer dielektrischer Schichten zusammen, die zwischen den Elektroden, konzentrisch um die eine Elektrode der Elektroden herum, angeordnet sind. Die Vielzahl an unabhängigen Hohlräumen setzt sich aus einer Vielzahl unabhängiger, zylindrischer Hohlraumschichten zusammen, die zwischen der Vielzahl an dielektrischen Schichten ausgebildet sind. Hier ist die jeweilige radiale Dicke der Hohlraumschichten an der Außenseite kleiner als an der Innenseite.

Wenn solchermaßen äußere Hohlräume mit einer geringeren Dicke ausgebildet werden, nehmen die äußeren Hohlräume in der Flußrate des Abgases ab und erhöhen daraufhin die Verweilzeit des Abgases, womit das Abgas über einen längeren Zeitraum der Reinigungsfunktion des Plasmas unterworfen wird.

Dies kann radiale Unterschiede in der Reinigungsfunktion unterdrücken, wodurch eine wiederum bessere Reinigungsfähigkeit erzielt wird.

Alternativ dazu ist eine Elektrode von den beiden Elektroden, der Entladungselektrode und der Erdungselektrode, mit einer linearen Form und die andere Elektrode mit einer zylindrischen Form ausgebildet und mit der einen Elektrode an der Mitte angeordnet. Das Dielektrikum setzt sich aus einer Vielzahl zylindrischer dielektrischer Schichten zusammen, die zwischen den Elektroden, konzentrisch um die eine Elektrode der Elektroden herum, angeordnet sind. Die Vielzahl an unabhängigen Hohlräumen setzt sich aus einer Vielzahl unabhängiger, zylindrischer Hohlraumschichten zusammen, die zwischen der Vielzahl an dielektrischen Schichten ausgebildet sind. Dann werden hervorstehende Abschnitte, die sich in die Hohlraumschichten erstrecken, auf den Oberflächen der Dielektrikumschichten angeordnet, so daß ihre Anordnungsdichten an den äußeren Dielektrikumschichten höher sind als an den inneren Dielektrikumschichten.

Wenn die hervorstehenden Abschnitte, um als Abschnitte der uneinheitlichen Felder zu wirken, solchermaßen an den Oberflä chen der Dielektrika angeordnet werden, wobei ihre Anordnungs dichten an der Außenseite, an der die Entladungsanlaufspannung dazu neigt, mit Zunehmen des Krümmungsradius zu steigen, höher sind als an der Innenseite, wird die Anlaufspannung in radialen Richtungen vereinheitlicht.

Dies erlaubt es der an den Elektroden angelegten Spannung, einheitlich auf jeden Hohlraum zu wirken, wodurch eine wiederum bessere Abgasreinigungsfähigkeit erzielt wird.

Ein weiterer Anwendbarkeitsumfang der vorliegenden Erfindung wird aus der hiernach dargelegten detaillierten Beschreibung ersichtlich. Jedoch sollte es klar sein, daß die detaillierte Beschreibung und das spezielle Beispiel, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, nur zur Veranschaulichung dargelegt werden, da den Fachleuten auf dem Gebiet in Zusammenhang mit dieser detaillierten Beschreibung verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Geists und Schutzumfangs der Erfindung ersichtlich sein werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird besser in Zusammenhang mit der hier unten dargelegten detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen verständlich, die nur zur Veranschauli chung dargelegt werden und solchermaßen die vorliegende Erfin dung nicht einschränken, und worin:

Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das das gesamte System des plasmaartigen Abgasreinigungsgeräts gemäß einer ersten Ausfüh rungsform zeigt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ist, die die Ausbildung des Dielektrikums und der Elektroden in einer Koronaentladungs röhre zeigt;

Fig. 3 ein erläuterndes Diagramm ist, das das Verhältnis zwischen den Hohlraumschichten und den Dielektrikumschichten in einer Ersatzschaltung zeigt;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht ist, die eine zweite Ausführungsform mit einer modifizierten Elektrodenanordnung zeigt;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht ist, die den Aufbau der Dielektrika und der Elektroden im plasmaartigen Abgasreinigungs gerät gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht ist, die den Aufbau der Dielektrika und der Elektroden im plasmaartigen Abgasreinigungs gerät gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht ist, die den Aufbau der Dielektrika und der Elektroden im plasmaartigen Abgasreinigungs gerät gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt;

Fig. 8 ein Strömungsbild ist, das die Flußrate des Abgases zeigt;

Fig. 9 eine Vorderansicht ist, die ein modifiziertes Beispiel für die fünfte Ausführungsform mit einer Flußeinstell scheibe zeigt;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Draht zeigt, der im plasmaartigen Abgasreinigungsgerät gemäß einer sechsten Ausführungsform gewickelt wird;

Fig. 11 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Dielektri ka ist, die das Verhältnis zwischen einer Hohlraumdicke d und einem Wickelschritt P zeigt;

Fig. 12 eine vergrößerte Querschnittsansicht ist, die ein modifiziertes Beispiel zeigt, in dem an einem Dielektrikum Katalysatorschichten gebildet werden;

Fig. 13 eine Vorderansicht ist, die ein modifiziertes Beispiel zeigt, in dem eine Vielzahl von Dielektrika gemäß der ersten Ausführungsform gestapelt ist; und

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht ist, die ein modifi ziertes Beispiel zeigt, in dem eine Vielzahl von Dielektrika gemäß der dritten Ausführungsform senkrecht und horizontal angeordnet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN [Erste Ausführungsform]

Hiernach wird die Beschreibung der ersten Ausführungsform des plasmaartigen Abgasreinigungsgeräts dargelegt, das die vorliegende Erfindung benutzt.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das das Gesamtsystem des plasmaartigen Abgasreinigungsgeräts gemäß der ersten Ausfüh rungsform zeigt. Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung des Dielektrikums und der Elektroden in einer Koronaentladungsröhre zeigt.

Wie in diesen Diagrammen gezeigt, wird eine Koronaentla dungsröhre 3 im Abgasweg 2 einer am Auto angebrachten Brennvor richtung oder eines Motors 1 angebracht. Das Abgas aus dem Motor 1 wird durch die Koronaentladungsröhre 3 hindurchgeführt. Ein Gehäuse 4 der Koronaentladungsröhre 3 enthält einen Dielektrikum 5 wie beispielsweise Tonerde, und zwar als Ganzes gesehen in einer rechteckigen, festen Anordnung.

Das Dielektrikum 5 verfügt über eine Reihe von Hohlräumen 6, die im Querschnitt rechteckig sind und in einer Matrize angeordnet werden. Die Hohlräume 6 werden jeweils von gitterar tigen Wänden umgeben, die aus einem Dielektrikum 5 hergestellt sind (und die hiernach als Dielektrikumschichten bezeichnet), damit unabhängig geschlossene Räume erzeugt werden. Außerdem sind die Hohlräume 6 so geformt, daß das Abgas in der Flußrich tung des Abgases durch das Dielektrikum passiert. Das bedeutet, daß die stromaufwärts und die stromabwärts gelegene Seite des Gehäuses 4 mittels der Hohlräume 6 miteinander in Verbindung stehen.

Wie in der Fig. 2 gezeigt, ist eine Anzahl linearer Entladungselektroden 7 in einer Reihe nahe dem senkrechten Mittelpunkt des Dielektrikums 5 entlang der Flußrichtung des Abgases angeordnet. Diese Entladungselektroden 7 sind im Dielektrikum 5 eingebettet. Die Entladungselektroden 7 erstrecken sich jeweils durch die Breite des Dielektrikums, wo bei eine Teil ihrer Enden an einem Hochspannungsgenerator 9 mit einander verbunden werden. Zusätzlich werden an der oberen und unteren Oberfläche des Dielektrikums 5 flache Erdungselektroden 8 bereitgestellt. Diese Erdungselektroden 8 werden miteinander verbunden und geerdet. Übrigens wird sowohl die rechte als auch linke Seite des Dielektrikums 5 mit Isolatoren 10 abgedeckt. Wie oben erwähnt, sind die einzelnen Hohlräume 6 unabhängig vonein ander und werden von den Dielektrikumschichten des Dielektrikums 5 umgeben. Daher werden die Entladungselektroden 7 in der Mitte und die Erdungselektroden 8 oben und unten sicher und ohne Verbindung dazwischen von den Hohlräumen 6 getrennt.

Eine ECU (elektronische Steuereinheit) 11 ist mit dem oben erwähnten Hochspannungsgenerator 9 verbunden. Unter den Befehlen aus dieser ECU 11 erzeugt der Hochspannungsgenerator 9 eine vor bestimmte Spannung und legt dieselbe an den Entladungselektroden 7 an. Im übrigen steuert die ECU 11 auch den Motor 1, ein nicht gezeigtes Automatikgetriebe und dergleichen.

Im solchermaßen aufgebauten plasmaartigen Abgasreinigungs gerät startet der Motor 1 den Betrieb unter einem Startbetrieb des Fahrers, während das Abgas aus dem Motor 1 durch den Abgasweg 2 in das Gehäuse 4 der Koronaentladungsröhre 3 eingeführt wird. Das Abgas fließt durch die Hohlräume 6 in das Dielektrikum 5, bevor es durch einen Auspufftopf (nicht gezeigt) in die Luft ausgestoßen wird. Während dieser Motor 1 in Betrieb ist, gibt die ECU 11 daraufhin Befehle an den Hochspannungsgene rator 9 aus, so daß eine vorbestimmte Spannung erzeugt und an den Entladungselektroden 7 angelegt wird. Als Ergebnis wird zwischen den Entladungselektroden 7 und den oberen und unteren Erdungselektroden 8 ein Koronaentladungsfeld gebildet, wodurch die Abgasreinigungsfunktion ausgeübt wird.

Im Abgasreinigungsgerät der vorliegenden Ausführungsform stellt die unabhängige Bildung der einzelnen Hohlräume 6 im Dielektrikum 5, wie oben beschrieben, die sichere Trennung zwischen den Entladungselektroden 7 und den Erdungselektroden 8 bereit. Dadurch wird verhindert, daß das Koronaentladungsplasma direkt durch die Entladungselektroden 7 und die Erdungselektro den 8 erfolgt, wie es beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegung Nr. Hei 5-59934 beschrieben wird. Dann tritt das Plasma getrennt in den einzelnen Hohlräumen 6 auf und in extrem kleinen Entladungsbereichen. Dies führt zu dem Plasma einheitlicher Dichte (d. h. einheitliches elektrisches Feld) zwischen den Entladungselektroden 7 und den Erdungselektroden 8.

Wenn darüber hinaus das Dielektrikum 5 solchermaßen zwischen den Entladungselektroden 7 und den Erdungselektroden 8 angeordnet ist, um die Entladungen innerhalb der einzelnen Hohlräume 6 zu bewirken, können unter derselben eingeprägten Spannung V höhere eingeprägte Felder erhalten werden, womit sich die Reinigungsfähigkeit verbessert. Der Grund dafür wird hiernach beschrieben.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen den Hohlräumen 6 und den Dielektrikumschichten in einer Ersatzschaltung zeigt. Wie in diesem Diagramm gezeigt, werden die Schichten der Hohlräume 6 oder die Hohlraumschichten und die Dielektrikumschichten des Dielektrikums 5 abwechselnd in Richtungen von den Entladungselektroden 7 hin zu den Erdungselektroden 8 angeordnet (die senkrechte Richtung in Fig. 3). Vorausgesetzt, daß die Dicke einer jeden Hohlraumschicht da ist und daß die Dicke einer jeden Dielektrikumschicht ds ist, kann das Verhältnis dazwischen durch eine Ersatzschaltung dargestellt werden, die aus Kondensatoren besteht, die über eine Kapazität Ca verfügen, die zu der einer jeden Hohlraumschicht äquivalent ist (tatsächlich fließt das Abgas durch die Hohlräume 6), und die aus Kondensatoren besteht, die über eine Kapazität Cs verfügen, die zu der einer jeden Dielektrikumschicht äquivalent ist.

Wenn hierin N für die Anzahl der Hohlraumschichten in der Zwischen-Elektrodenrichtung, K für die Anzahl der Dielektrikum schichten, V für die zwischen den Entladungselektroden 7 und den Erdungselektroden 8 angelegte Spannung, Va für die an jeder Hohlraumschicht 6 angelegte Spannung und Vs für die an jeder Dielektrikumschicht angelegte Spannung steht, wird dann die eingeprägte Spannung V durch den folgenden Ausdruck (1) angegeben:

V = K × Vs + N × Va (1)

Da die Ladung Q in jeder Hohlraumschicht oder jeder Dielektrikumschicht identisch ist, erhält man angesichts des bekannten Ausdrucks Q = CV den folgenden Ausdruck (2):

V = K × Q/Cs + N × Q/Ca (2)

Nimmt man hier an, daß in einer Hohlraumschicht Q = Ca × Va, werden die folgenden Ausdrücke (3) und (4) abgeleitet:

V = {K/Cs + N/Ca} × (Ca × Va) (3)

Va = (1/Ca)/{K/Cs + N/Ca} × V (4)

Nimmt man hier an, daß die Permittivität der Hohlraum schichten εa und die Permittivität der Dielektrikumschichten εs ist, wird angesichts des bekannten Ausdrucks C = 2πε/d die folgende Gleichung (5) erhalten:

Va = (da/εa)/{K × ds/εs + N × da/εa} × V (5)

Da das für die Ionisierung (Zersetzung des Abgases) erforderliche eingeprägte Feld Ea, das auf eine Hohlraumschicht wirkt, als Ea = Va/da ausgedrückt werden kann, wird der folgende Ausdruck (6) abgeleitet:

Ea = (1/εa)/{ K × ds/εs + N × da/εa } × V (6)

Dann wird die Gesamtdicke Da der Hohlraumschichten in der Zwischen-Elektrodenrichtung als Da = da × N ausgedrückt und die Gesamtdicke Ds der Dielektrikumschichten in der Zwischen- Elektrodenrichtung ist Ds = ds × (N + 1), womit der folgende Ausdruck (7) abgeleitet wird

Ea = εs/(Ds × εa + Da × εs) × V (7)

Jetzt kann ein durchschnittliches eingeprägtes Feld E0 für Situationen, in denen das Dielektrikum 5 nicht zwischen den Elektroden angeordnet ist, als E0 = V/(Ds + Da) ausgedrückt werden. Angesichts dieses Ausdrucks wird V aus dem Ausdruck (7) eliminiert, um den folgenden Ausdruck (8) zu erhalten:

Ea = (Ds + Da)/(Ds × εa/εs + Da) × E0 (7)

Hier ist unter normalen Umständen das Verhältnis εa/εs zwischen der Permittivität des Abgases und der Permittivität des Dielektrikums 5 nicht kleiner als "1". Wenn zum Beispiel das Dielektrikum 5 Tonerde ist, ist εa/εs = 10 oder dergleichen. Solchermaßen wird εa/εs < 1 oder Ea < E0 die ganze Zeit über gehalten.

Das bedeutet, daß die Anordnung des Dielektrikums 5 in Übereinstimmung mit dem Abgasreinigungsgerät der vorliegenden Erfindung höhere elektrische Felder unter derselben eingeprägten Spannung V bieten kann.

Jetzt ändert sich der Ausdruck (7) unter der Annahme, daß Ea = 10 ist, um den folgenden Ausdruck (9) zu erhalten:

V ≧ 10 × (Ds × εa/εs + Da) × R (9)

Hier ist R eine relative Gasdichte, die zur Temperatur und zum Druck korreliert ist, wobei eine Gasdichte bei 1 Luftdruck und einer Raumtemperatur (300 K) 1 ist.

Das bedeutet, daß die Gesamtdicke Da und Ds des Hohlraums und der Dielektrikumschichten, die an den Elektroden eingeprägte Spannung V und andere Größen eingestellt werden können, um dem Ausdruck (9) zu genügen, so daß diese Werte in einem idealen Verhältnis erhalten bleiben. Wenn zum Beispiel die Gesamtdicken Da und Ds vorbestimmt werden, gibt der Ausdruck (9) die geringste geeignete eingeprägte Spannung V an, die erforderlich ist, um das Koronaentladungsfeld zu bilden. Wenn es andererseits aufgrund von Fahrzeugspezifikationen oder dergleichen eine obere Grenze für die Versorgungsspannung gibt, können die Gesamtdicken Da und Ds, die für die Bildung des Koronaentladungsfelds geeignet sind, auf der Grundlage von jener Spannung eingestellt werden.

Wie oben beschrieben, werden im plasmaartigen Abgasreini gungsgerät gemäß der ersten Ausführungsform eine Anzahl von unabhängigen Hohlräumen 6 im Dielektrikum 5 gebildet. Daher kann das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden an sehr kurzen Bereichen innerhalb der einzelnen Hohlräume 6 Plasma erzeugen, womit eine einheitliche Plasmadichte erreicht wird. Dies kann das Vorbeifließen des ungereinigten Abgases ausschließen, wodurch eine ausreichende Reinigungsfunktion ausgeübt wird.

Wie in Verbindung mit Ausdruck (8) beschrieben, führt zu sätzlich die Bereitstellung des Dielektrikums 5 zu einem einge prägten Feld Ea, das höher als das durchschnittliche eingeprägte Feld E0 mit keinem Dielektrikum 5 unter derselben eingeprägten Spannung V ist. Dies bedeutet eine gesamte Verbesserung der Reinigungsfähigkeit.

Das Einstellen der jeweiligen Gesamtdicke Da und Ds der Hohlräume und der Dielektrikumschichten, der an den Elektroden eingeprägten Spannung V und von anderen Größen, um den Ausdrucks (9) zu erfüllen, kann ein ideales Verhältnis zwischen diesen Werten festlegen. Daher können Nachteile, wie beispielsweise ein unnötiger Stromverbrauch, die sich aus einer falschen Einstellung ergeben, unterdrückt werden, während das Plasma der Abgasreinigungsfunktion zuliebe auf sichere Weise erzeugt wird.

[Zweite Ausführungsform]

Hiernach wird die Beschreibung der zweiten Ausführungsform des plasmaartigen Gasreinigungsgeräts dargelegt, das die vorliegende Erfindung benutzt.

Verglichen mit demjenigen aus der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich das Abgasreinigungsgerät der zweiten Ausführungsform in der Anordnung der Entladungselektroden 7 und der Erdungselektroden 8. Aus diesem Grund wird die Beschreibung der Teile, die denen der ersten Ausführungsform gleichen, weggelassen, und die Unterschiede werden hervorgehoben.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung des Dielektrikums und der Elektroden im plasmaartigen Abgasrei nigungsgerät gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Wie in diesem Diagramm gezeigt, hat das plasmaartige Abgasreinigungsge rät der vorliegenden Erfindung lineare Erdungselektroden 22, die auf dieselbe Art und Weise wie die Entladungselektroden 21 oder in einer Vielzahl von Reihen entlang der Flußrichtung des Abgases bereitgestellt werden. Außerdem werden diese Entladungs- und Erdungselektroden 21 und 22 einander senkrecht abwechselnd angeordnet. Das bedeutet, daß eine Vielfachschichtstruktur von Elektroden gebildet wird (z. B. zwei Schichten Entladungselektro den mit drei Schichten Erdungselektroden). Die Entladungselek troden 21 werden jeweils mit dem Hochspannungsgenerator 9 verbunden. Die Erdungselektroden 22 werden jeweils geerdet.

Wie in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform, erzeugt das Abgasreinigungsgerät dieser Anordnung ein Plasma innerhalb der einzelnen Hohlräume 6 im Dielektrikum 5, wodurch eine einheitliche Plasmadichte erreicht wird. Dies bietet eine zufriedenstellende Reinigungsfähigkeit. Außerdem können unter derselben eingeprägten Spannung V höher eingeprägte Felder Ea erhalten werden, was eine Gesamtverbesserung in der Reinigungsfähigkeit bedeutet.

[Dritte Ausführungsform]

Hiernach wird die Beschreibung der dritten Ausführungsform des plasmaartigen Abgasreinigungsgeräts dargelegt, das die vorliegende Erfindung benutzt.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, die die Anordnung der Dielektrika und der Elektroden im plasmaartigen Abgasreinigungs gerät gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Wie in diesem Diagramm gezeigt, verfügt das plasmaartige Abgasreinigungsgerät der vorliegenden Ausführungsform über eine zylindrische Erdungselektrode 32 um eine einzige lineare Entladungselektrode 31 herum. Die Entladungselektrode 31 ist mit einem Hochspan nungsgenerator 9 verbunden. Die Erdungselektrode 32 ist geerdet. Zusätzlich wird eine Reihe zylindrischer Dielektrika 33, die aus Tonerde oder dergleichen hergestellt sind, zwischen der Entladungselektrode 31 und der Erdungselektrode 32, konzentrisch um die Entladungselektrode 31 herum, angeordnet. Die zylindrischen Hohlräume 34 werden voneinander getrennt zwischen den einzelnen Dielektrika 33 ausgebildet. Das bedeutet, daß eine Anzahl von Dielektrika 33 Dielektrikumschichten bilden und eine Anzahl von Hohlräumen 34 bilden Hohlraumschichten. Das Abgas aus dem Motor 1 fließt durch das jeweilige Innere der Hohlräume 34.

Im solchermaßen angeordneten plasmaartigen Abgasreinigungs gerät wird der Motor 1 von einem Startbetrieb des Fahrers gestartet. Unter den Befehlen der ECU 11, erzeugt daraufhin der Hochspannungsgenerator 9 eine vorbestimmte Spannung und legt dieselbe an der Entladungselektrode 31 an. Als Ergebnis wird zwischen der Entladungselektrode 31 und der Erdungselektrode 32 ein Koronaentladungsfeld gebildet, wodurch die Abgasreinigungs funktion ausgeübt wird.

Wie die erste Ausführungsform, wird das Abgasreinigungsge rät der vorliegenden Ausführungsform mit jeweils voneinander unabhängig gebildeten Hohlräumen 34 bereitgestellt, was die Trennung zwischen der Entladungselektrode 31 und der Erdungs elektrode 32 gewährleistet. Davor geschützt, daß das Koronaent ladungsplasma direkt quer durch die Entladungselektrode 31 und die Erdungselektrode 32 auftritt, tritt solchermaßen das Koronaentladungsplasma in den einzelnen Hohlräumen 34 mit kurzen Entladungsbereichen auf. Dies führt zu einem Plasma mit einer einheitlichen Dichte zwischen der Entladungselektrode 31 und der Erdungselektrode 32.

Wie in der ersten Ausführungsform, können die Verhältnisse zwischen den Hohlraumschichten, Dielektrikumschichten und der eingeprägten Spannung V in der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls auf der Grundlage der Ausdrücke optimiert werden. Die Verfahrensweisen werden hiernach beschrieben.

Sogar in der vorliegenden Ausführungsform werden die Hohlraumschichten der Hohlräume 34 und die Dielektrikumschichten das Dielektrikum 33 abwechselnd angeordnet, wenn sie in Richtungen von der Entladungselektrode 31 zur Erdungselektrode 32 hin betrachtet werden (in diesem Fall in den radialen Richtungen).

Es wird angenommen, daß N und K für die jeweilige Anzahl der Hohlraumschichten und Dielektrikumschichten stehen, Z für eine Gesamtsumme unter n = 1-N und k = 1-K steht, Van für die eingeprägte Spannung an einer nsten Hohlraumschicht steht und Vsk für die eingeprägte Spannung an einer kste Dielektrikum schicht steht. Dann wird die an den Elektroden eingeprägte Spannung V durch den folgenden Ausdruck (10) angegeben:

V = Σ (Van + Vsk) (10)

Angenommen, daß die Kapazität an einer nsten Hohlraum schicht Can ist und die Kapazität an einer ksten Dielektrikum schicht Csk ist, wird angesichts des bekannten Ausdrucks Q = CV der folgende Ausdruck (11) erhalten:

V = Q × Σ (1/Can + 1/Csk) (11)

Nimmt man zusätzlich an, daß die Permittivität einer Hohl raumschicht εan ist, die Permittivität einer ksten Dielektrikum schicht εsk ist, der Innenradius der nsten Hohlraumschicht ra1K ist, der Außenradius der nsten Hohlraumschicht ra2n ist, der Innenradius der ksten Dielektrikumschicht rs1k ist, der Außenradius der ksten Dielektrikumschicht rs2k ist (rs2k = ra1n, wenn die Dielektrikumschicht außerhalb der inneren Elektrode besteht), der Innenradius einer msten Hohlraumschicht ra1m ist, der Außenradius der msten Hohlraumschicht ra2m ist, die Kapazität der msten Schicht Cm = 2πεm/ln (r2m/r1m) ist und Q = Cam × Vam ist, dann wird der folgende Ausdruck (12) abgeleitet:

V = Σ {ln (ra2n/ra1n)/εan + ln (rs2k/rs1k)/εsk} × {εam/ln (ra2m/ra1m)} × Vam (12)

Da das für die Ionisierung (Zersetzen des Abgases) benötig te elektrische Feld Eam, das auf eine mste Hohlraumschicht wirkt, als Eam = Vam/(ra2m - ra1m) ausgedrückt werden kann, liefert der Ausdruck (12) den folgenden Ausdruck (13):

V = Σ {ln (ra2n/ra1n)/εan + ln (rs2k/rs1k)/εsk} x {εam × (ra2m - ra1m)/ln (ra2m/ra1m)} × Eam (13)

Jetzt wird der Ausdruck (13) mit der Annahme, daß Eam = 10, abgeändert, um den folgenden Ausdruck (14) zu erhalten:

V ≧ 10 × {εam × (ra2m - ra1m)/ln (ra2m/ra1m)} × R x Σ {ln (ra2n/ra1n)/εan + ln (rs2k/rs1k)/εsk} (14)

Dies gibt die Verhältnisse zwischen den Radien ra1n und ra2n einer jeden Hohlraumschicht, den Radien rs1k und rs2k einer jeden Dielektrikumschicht, der an den Elektroden eingeprägten Spannung V und dergleichen an.

Wie oben beschrieben, macht im plasmaartigen Abgasreini gungsgerät gemäß der dritten Ausführungsform die Teilung durch die Dielektrika 33 die einzelnen Hohlräume 34 unabhängig voneinander. Daher kann das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden ein Plasma innerhalb der einzelnen Hohlräume 34 erzeugen, womit eine einheitliche Plasmadichte erreicht wird. Dies kann das Vorbeifließen des ungereinigten Abgases ausschlie ßen, wodurch eine ausreichende Reinigungsfunktion ausgeübt wird.

Dann kann das Einstellen der Radien ra1n und ra2n einer jeden Hohlraumschicht, der Radien rs1k und rs2k einer jeden Dielektrikumschicht und der an den Elektroden eingeprägten Spannung V zum Erfüllen des Ausdrucks (14) ein ideales Verhältnis zwischen diesen Werten festlegen. Daher können Nachteile wie beispielsweise ein unnötiger Stromverbrauch, die sich aus einer falschen Einstellung ergeben, unterdrückt werden, während das Plasma der Abgasreinigungsfunktion zuliebe auf sichere Weise erzeugt wird.

[Vierte Ausführungsform]

Hiernach wird die Beschreibung der vierten Ausführungsform des plasmaartigen Abgasreinigungsgeräts dargelegt, das die vor liegende Erfindung benutzt.

Das Abgasreinigungsgerät der vierten Ausführungsform unter scheidet sich von dem der dritten Ausführungsform in der Anordnung der Dielektrika 33. Solchermaßen wird die Beschreibung derselben Teile wie in der dritten Ausführungsform weggelassen, und die Unterschiede werden hervorgehoben.

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht, die die Anordnung der Dielektrika und Elektroden im plasmaartigen Abgasreinigungsgerät gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. Wie in diesem Diagramm gezeigt, hat das plasmaartige Abgasreinigungsgerät der vorlie genden Ausführungsform Feldeinstellabschnitte 41 aus Tonerde, die teilweise in jedem Hohlraum 34 angeordnet sind. Diese Feldeinstellabschnitte 41 können zum Herstellungszeitpunkt der Dielektrika 33 integral ausgebildet werden, um innere und äußere Dielektrika 33 zu verbinden. Alternativ dazu können die Feldeinstellabschnitte 41 und die Dielektrika 33 getrennt bereitgestellt werden.

Die Feldeinstellabschnitte 41 werden entlang der Länge der Dielektrika 33 in der axialen Richtung (Flußrichtung des Abgases) ausgebildet. In der Umfangsrichtung der Dielektrika 33 wird jeder der Feldeinstellabschnitte 41 innerhalb des Bereichs eines Winkels è mit der Entladungselektrode 31 in der Mitte ausgebildet. Das bedeutet, daß die einzelnen Feldeinstellab schnitte 41 dieselben Ausmaße in Bezug auf die jeweiligen Hohlräume 34 besetzen. Solchermaßen haben die Feldeinstellab schnitte 41 jeweils einen gleichen Einfluß auf die jeweiligen Hohlräume 34. Die Anzahl der Feldeinstellabschnitte 41 in den Hohlräumen 34 wird zum Beispiel in der Reihenfolge von der Außenseite her als 2, 3, 4 und 8 bestimmt; d. h. je weiter innen desto größer.

Hiernach wird die Beschreibung der Wirkungsweise der solchermaßen angeordneten vierten Ausführungsform dargelegt.

Wie oben in der dritten Ausführungsform erwähnt, kann die Plasmaerzeugung innerhalb der einzelnen Hohlräume 34 die Plasmadichte (d. h. das radiale elektrische Feld) bis zu einem bestimmten Ausmaß vereinheitlichen. Das Gerät der dritten Ausführungsform hat jedoch einen Aufbau, in dem die zylindrische Erdungselektrode 32 um die Entladungselektrode 31 herum angeordnet wird. Dies bedeutet eine strukturelle Neigung dazu, daß die Kapazität mit dem Radius zunimmt, womit das elektrische Feld gesenkt wird.

Wenn andererseits die Hochpermittivität-Feldeinstellab schnitte 41 teilweise in einem Niedrigpermittivität-Hohlraum 34 bereitgestellt werden, erhöht sich die gesamte Permittivität für eine höhere Kapazität. Entsprechend kann die Bereitstellung der Feldeinstellabschnitte 41 für die inneren Hohlräume 34 in einer steigenden Anzahl, wie oben erwähnt, eine größere Kapazität für die inneren Hohlräume 34 erzeugen. Dies kann die Feldänderungen ausgleichen, die sich aus dem oben beschriebenen strukturellen Grund ergeben. Als Ergebnis kann die radiale Feldänderung für eine noch höhere Einheitlichkeit in der Plasmadichte unterdrückt werden, wodurch eine noch höhere Abgasreinigungsfähigkeit erreicht wird. Im übrigen, bedeutet die oben erwähnte gesamte Permittivität eine Netto-Permittivität des Hohlraums 34, ein schließlich der Feldeinstellabschnitte 41, die dem εan und εam in der vorherigen dritten Ausführungsform entspricht.

In Fig. 6 wird die Vielzahl der Feldeinstellabschnitte 41 in jedem Hohlraum 34 entlang der Umfangsrichtung in gleichen Ab ständen angeordnet. Was bei der Bildung der Feldeinstellab schnitte 41 essentiell ist, ist jedoch die Reduzierung eines jeden Hohlraums 34 für eine höhere Kapazität. Solchermaßen können beispielsweise die Feldeinstellabschnitte 41 in jedem Hohlraum 34 zusammen an einer einzigen Stelle ausgebildet werden.

Nebenbei angemerkt, verkleinert die Bereitstellung von Feldeinstellabschnitten 41 in den einzelnen Hohlräumen 34 wie in der vorliegenden Ausführungsform natürlich das Volumen der Hohlräume 34. Diese Verkleinerung des Volumens bewirkt einen Abfall der Kapazität. Entsprechend kann in einem solchen Fall, wo eine große Anzahl von Feldeinstellabschnitten 41 in inneren Hohlräumen 34 ausgebildet wird, die ursprüngliche Kapazitäterhö hungsfunktion des Feldeinstellabschnitts 41 an der Innenseite gehemmt werden, wobei möglicherweise keine Plasmadichte mit einer ausreichenden Einheitlichkeit bereitgestellt wird.

Mit Rücksicht darauf werden innere Feldeinstellabschnitte 41 aus Materialien mit einer höheren Permittivität (Ferroelek trika) zur Erhöhung der Kapazität hergestellt. Genauer erläu tert, verwenden innere Feldeinstellabschnitte 41 zum Beispiel solche Materialien wie Bariumtitanat mit einer relativen Permit tivität von nicht weniger als 1000 und Titandioxid (Titan(IV)- oxid) mit einer relativen Permittivität in der Größenordnung von 100. Äußere Feldeinstellabschnitte 41 verwenden solche Materia lien wie Quartz mit einer relativen Permittivität in der Größen ordnung von 3.

Mit diesen Mitteln kann die Kapazitätänderung, die sich aus einer Abnahme in den Volumina der Hohlräume 34 ergibt, ausgegli chen werden, so daß die einheitliche Plasmadichte ungeachtet der Anzahl der bereitzustellen Feldeinstellabschnitte 41 immer si chergestellt wird.

[Fünfte Ausführungsform]

Hiernach wird eine Beschreibung der fünften Ausführungsform des plasmaartigen Abgasreinigungsgeräts dargelegt, das die vorliegende Erfindung benutzt.

Das Abgasreinigungsgerät für die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen der dritten Ausführungsform in der Anordnung der Dielektrika 33. Solchermaßen wird die Be schreibung derselben Teile wie jene der dritten Ausführungsform weggelassen, und die Unterschiede werden hervorgehoben.

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, die die Anordnung der Dielektrika und der Elektroden im plasmaartigen Abgasreinigungs gerät gemäß der fünften Ausführungsform zeigt. Wie in diesem Diagramm gezeigt, werden im plasmaartigen Abgasreinigungsgerät der vorliegenden Ausführungsform für die äußeren Hohlräume 34 kleinere radiale Dickenabmessungen d bereitgestellt. Die andere Anordnung ist dieselbe wie die der dritten Ausführungsform.

Wenn die radialen Dickenabmessungen d der einzelnen Hohlräume 34 bereitgestellt werden, um in Richtung Außenseite abzunehmen, bedeutet dies, daß, je weiter außen sich der Hohlraum 34 befindet - d. h. je kleiner die Dicke d ist und je schmaler der Hohlraum 34 ist - eine desto größere Einflußnahme des dadurch fließenden Abgases aus seiner eigenen Viskosität ausgeübt wird. Mit der Abnahme der Flußrate nimmt dann, wie im Strömungsbild der Fig. 8 gezeigt, die Verweilzeit des Abgases in diesem Hohlraum 34 zu. Dies bedeutet, daß das Abgas die Reinigungsfunktion vom Plasma über einen längeren Zeitraum erfährt.

Selbst wenn die niedrigeren Felder an der Außenseite dazu neigen, die Abgasreinigungsfunktion zu schwächen, ermöglicht entsprechend die Einstellung der Abnahme mit dem Radius an den radialen Dickenabmessungen d der Hohlräume, daß die radialen Änderungen in der Reinigungsfunktion unterdrückt werden, wodurch eine noch bessere Abgasreinigungsfähigkeit erzielt wird.

In Fig. 7 wird die Flußrate des Abgases reguliert, indem die Dickenabmessungen d der einzelnen Hohlräume 34 verändert werden. Alternativ dazu können beispielsweise alle Hohlräume 34 auf die identische Dicke wie in der dritten Ausführungsform eingestellt werden, während eine Flußeinstellscheibe 51, wie in Fig. 9 gezeigt, an der stromaufwärts gelegenen Seite der Dielek trika 33 angeordnet wird. Die Flußeinstellscheibe 51 verfügt über ringförmige Löcher 51a konzentrischer Anordnung, die über Breitenabmessungen verfügen, die in Richtung der Außenseite abnehmen. Mit diesen Mitteln wird dieselbe Flußeinstellfunktion wie die oben beschriebene durchgeführt.

[Sechste Ausführungsform]

Hiernach wird eine Beschreibung der sechsten Ausführungs form des plasmaartigen Abgasreinigungsgeräts dargelegt, das die vorliegende Erfindung benutzt.

Das Abgasreinigungsgerät der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der dritten Ausführungsform in der Anordnung der Dielektrika 33. Solchermaßen wird die Beschreibung derselben Teile fallengelassen, die denen der dritten Ausfüh rungsform gleichen, und es werden die Unterschiede hervorgeho ben.

Fig. 10 ist einer perspektivische Ansicht, die die Anordnung des Dielektrikums und der Elektroden im plasmaartigen Abgasreinigungsgerät gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt. Wie in diesem Diagramm gezeigt, verfügt das plasmaartige Abgasreinigungsgerät der vorliegenden Ausführungsform über Drähte 61, die um die Außenränder der einzelnen Dielektrika 33 herum spiralförmig als vorstehende Abschnitte gewickelt werden. Fig. 10 zeigt das am weitesten außen befindlichen Dielektrikum 33. Obwohl vom Diagramm weggelassen, werden die Drähte 61 um die inneren Dielektrika 33 herum mit einer geringeren Anzahl von Wicklungen gewickelt. Das bedeutet, daß, je weiter außen sich das Dielektrikum 33 befindet, desto höher die Dichte ist, mit der der Draht 61 angeordnet wird.

Hiernach wird eine Beschreibung der Wirkungsweise der solchermaßen aufgebauten sechsten Ausführungsform dargelegt.

Es ist gut bekannt, daß die Koronaentladung schwerer an Ebenen und leichter an vorspringenden Abschnitten oder anderen Bereichen nichteinheitlicher Felder auftritt. Wie aus der Fig. 5 und aus den anderen Figuren ersichtlich, werden daher, wenn die zylindrischen Dielektrika 33 konzentrisch angeordnet werden, die äußeren Dielektrika 33 im Krümmungsradius größer, um den Ebenen ähnlicher werden, wobei eine Erhöhung der Neigung zu einer schweren Entladung besteht. Das bedeutet, daß, je größer der Radius ist, desto höher die Spannung ist, die für eine Koronaentladung benötigt wird (Entladungsanlaufspannung).

In der vorliegenden Ausführungsform werden jedoch die Drähte 61 als vorspringende Abschnitte um die Außenränder der einzelnen Dielektrika 33 herum gewickelt. Diese Drähte 61 funktionieren als Abschnitte nichteinheitlicher Felder, so daß die Koronaentladungen wie in Fig. 11 gezeigt gestartet werden. Hier haben die Drähte 61 folglich neben der Funktion zum Senken der Entladungsanlaufspannung die Funktion der Vereinheitlichung der Erzeugung von Startentladungsfunken. Da die Drähte 61 an der Außenseite, wo die Koronaentladungen schwerer auftreten, mit einer größeren Anzahl an Windungen gewickelt werden, wird die Entladungsanlaufspannung in den radialen Richtungen vereinheit licht. Als Ergebnis davon kann die an den Elektroden angelegte Spannung einheitlich an den einzelnen Hohlräumen 34 angelegt werden, so daß eine noch höhere Abgasreinigungsfähigkeit erreicht wird.

Wie in Fig. 11 gezeigt, wird nun der Wickelschritt P eines Drahtes so eingestellt, daß er gleich oder größer als die Dicke d des Hohlraums 34 ist, in dem der Draht 61 angeordnet wird (der Abstand vom Draht 61 zum Innenumfang des Dielektrikums 33, an den die Entladung auch ausgestoßen wird). Der Grund dafür liegt darin, daß, wenn ein Wickelschritt P zu klein ist, Störungen zwischen den von den benachbarten Drähten 61 erzeugten elektrischen Feldern verursacht werden, was zu einer schwereren Entladung führt.

In Fig. 10 werden die Drähte 61 um die Außenränder der Dielektrika 33 herum gewickelt, um als vorspringende Abschnitte zu funktionieren. Alternativ dazu können die Vorsprünge zum Zeitpunkt der Herstellung der Dielektrika 33 integral an den Außenrändern der Dielektrika 33 gebildet werden, so daß diese Vorsprünge als vorspringende Abschnitte funktionieren. Überdies können die Vorsprünge an den Innenrändern der Dielektrika 33 angeordnet werden, wobei in diesem Fall dieselben Funktionen und Auswirkungen wie die oben beschriebenen erhalten werden können.

Während die Beschreibung der Ausführungsformen so weit abgeschlossen ist, sind die Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.

In den vorherigen Ausführungsformen wurde das Abgas alleine mithilfe der Koronaentladung gereinigt. Jedoch können die Geräte ausgebildet werden, um eine einem Katalysator-basierende Reinigungsfunktion zu vereinigen. Zum Beispiel können im Falle der Einschließung eines Katalysators am Abgasreinigungsgerät der ersten Ausführungsform Katalysatorschichten 71 an den inneren Flächen eines jeden Hohlraums 6 im Dielektrikum 5 gebildet werden. Danach wird das Abgas, das durch die Hohlräume 6 strömt, auch vom Katalysator gereinigt. Im übrigen werden gewöhnliche Drei-Wege-Katalysatoren, Nox-Katalysatoren und dergleichen, um der Maximierung der Kontaktflächen mit dem Abgas willen als ganze Katalysatorschichten ausgebildet. In den Fällen, wo die Koronaentladungsfelder innerhalb der einzelnen Hohlräume 6 erzeugt werden, wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung, können die Katalysatorschich ten 71 oder die elektrischen Leiter nichtsdestotrotz Kurzschlüsse verursachen, um die Koronaentladungen zu behindern, wenn die Katalysatorschicht überall auf den Oberflächen gebildet wird. Wie in Fig. 12 gezeigt, sind die Katalysatorschichten 71 aus diesem Grund vorzugsweise in der Zwischen-Elektrodenrichtung (die senkrechte Richtung im Diagramm) an den Querschnitten H segmentiert, um Kurzschlüsse aufgrund der Katalysatoren 71 zu verhindern. Darüber hinaus zeigt die Fig. 12 den Fall, in dem die Katalysatorschichten 71 auch in der zur Zwischen-Elektroden richtung senkrechten Richtung segmentiert werden, obwohl die Segmentierung in dieser Richtung nicht nötig ist.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen standen mit den Fällen in Verbindung, in denen die Abgasreinigungsgeräte eine einzige Dielektrikumeinheit(en) 5, 33 umfaßt (s. Fig. 2 und 5). Abhängig von den Bedingungen wie beispielsweise der Flußrate des Abgases und der benötigten Reinigungsfähigkeit kann, wie in Fig. 13 gezeigt, dennoch eine Vielzahl an Dielektrika 5 in Schichten angeordnet werden. Wie in Fig. 14 gezeigt, können auch mehrere Dielektrika 33 in einer Matrize angeordnet werden.

In der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungs form werden die rechteckigen Hohlräume 6 senkrecht und horizon tal angeordnet. In der dritten bis sechsten Ausführungsform werden die zylindrischen Hohlräume 34 konzentrisch angeordnet. In diesen Hohlräumen 6 und 34 werden die Koronaentladungsfelder gebildet. Hohlräume können jedoch jede Form oder Anordnung annehmen, solange sie voneinander getrennt werden, um eine Reduktion im Bereich der Entladung zu erlauben. Daher können Hohlräume zum Beispiel in einer Honigwabenanordnung ausgebildet werden, die geläufig in Zusammenhang mit Katalysatoren und dergleichen verwendet wird.

Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen mit den plasmaartigen Abgasreinigungsgeräten in Verbindung standen, die auf den Motor 1 gerichtet sind, ist die vorliegende Erfindung darüber hinaus nicht darauf beschränkt. Die plasmaartigen Abgasreinigungsgeräte können auf jede Brennvorrichtung gerichtet sein, solange die Vorrichtung Abgas ausstößt, das gereinigt werden soll. Zum Beispiel können die plasmaartigen Abgasreini gungsgeräte für das Reinigen des Abgases eingesetzt werden, das von einer Fabrik oder dergleichen ausgestoßen wird.

Claims

1. Ein plasmaartiges Abgasreinigungsgerät, das ein Paar aus einer Entladungselektrode (7) und einer Erdungselektrode (8) umfaßt, die in einem Abgasweg (2) der Brennvorrichtung (1) angeordnet sind, und ein Entladungsmittel (9) umfaßt, um zwischen den Elektroden eine Spannung anzulegen, damit ein Koronaentladungsfeld erzeugt wird, wobei das durch den Abgasweg (2) strömende Abgas durch das Koronaentladungsfeld gereinigt wird;
wobei das Gerät weiterhin ein Dielektrikum (5) umfaßt, der im Abgasweg (2) zwischen der Entladungselektrode (7) und der Erdungselektrode (8) angeordnet wird; und
wobei das Dielektrikum (5) mehrere unabhängige Hohlräume (6) aufweist, um zu erlauben, daß das Abgas hindurchströmt.

2. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
die Vielzahl an unabhängigen Hohlräumen (6) entlang der Richtung quer durch die Elektroden angeordnet wird; und der Ausdruck
V ≧ Ea × (Ds × εa/εs + Da) × R
wahr ist, worin V eine für eine Entladung zwischen der Entladungselektrode (21) und der Erdungselektrode (22) benötigte eingeprägte Spannung ist, Ea ein für die Ionisierung erforderliches elektrisches Feld ist, die, auf jeden der Hohlräume (6) wirkt, εa die Permittivität eines jeden der Hohlräume (6) ist, εs die Permittivität des Dielektrikums (5) ist, Da die Gesamtdicke der Hohlräume (6) in Richtung quer durch die Elektroden ist, Ds die Gesamtdicke des Dielektrikums (5) in Richtung quer durch die Elektroden ist und R eine relative Gasdichte ist, die mit zur Temperatur und zum Druck korreliert ist.

3. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
eine Elektrode aus der Entladungselektrode (31) und der Erdungselektrode (32) linear ausgebildet ist, und die andere Elektrode zylindrisch ausgebildet und mit der ersten Elektrode in der Mitte angeordnet ist;
wobei sich das Dielektrikum aus einer Vielzahl an zylindrischen Dielektrikumschichten (33) zusammensetzt, die zwischen den Elektroden, konzentrisch um die eine Elektrode der Elektroden herum, angeordnet wird;
wobei sich die Vielzahl an unabhängigen Hohlräumen aus einer Vielzahl an unabhängigen, zylindrischen Hohlraumschichten (34) zusammensetzt, die zwischen der Vielzahl an Dielektrikum schichten (33) gebildet werden; und der Ausdruck
V Ea × {εam × (ra2m - ra1m)/ln (ra2m/ra1m)} × R × Σ (ln (ra2n/ra1n)/εan + ln (rs2k/rs1k)/εsk}
für eine mste Hohlraumschicht wahr ist, worin V eine für eine Entladung zwischen der Entladungselektrode (31) und der Erdungselektrode (32) aufgeprägte Spannung ist, Ea ein für die Ionisierung benötigtes elektrisches Feld ist, das auf jede der Hohlraumschichten (34) wirkt, Σ eine Gesamtsumme unter n = 1-N und k = 1-K ist ist, vorausgesetzt, daß N die Anzahl der Hohlraumschichten (34) zwischen den Elektroden und K die Anzahl der Dielektrikumschichten (33) ist, εan die Permittivität einer nsten Hohlraumschicht ist, εsk die Permittivität einer ksten Die lektrikumschicht ist, εam die Permittivität der msten Hohlraum schicht ist, ra1n der innere Radius der nsten Hohlraumschicht ist, ra2n der äußere Radius der nsten Hohlraumschicht ist, rs1k der innere Radius der ksten Dielektrikumschicht ist, rs2k der äußere Radius der ksten Dielektrikumschicht ist, ra1m der innere Radius der msten Hohlraumschicht ist, ra2m der äußere Radius der msten Hohlraumschicht ist und R eine relative Gasdichte ist, die zur Temperatur und zum Druck korreliert ist.

4. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
eine der Elektroden der Entladungselektrode (31) und der Erdungselektrode (32) linear ausgebildet ist und die andere Elektrode zylindrisch ausgebildet und mit der ersten Elektrode in der Mitte angeordnet ist;
wobei sich das Dielektrikum aus einer Vielzahl an zylindrischen Dielektrikumschichten (33) zusammensetzt, die zwischen den Elektroden, konzentrisch um die eine Elektrode der Elektroden herum, angeordnet werden;
wobei sich die Vielzahl an unabhängigen Hohlräumen aus einer Vielzahl an unabhängigen, zylindrischen Hohlraumschichten (34) zusammensetzt, die zwischen der Vielzahl an Dielektrikum schichten (33) gebildet werden; und
Feldeinstellabschnitte (41) zum Einnehmen eines Außenum fangausmaßes in den Hohlraumschichten (34) angeordnet werden, so daß die inneren Hohlraumschichten in der Permittivität höher sind als die äußeren Hohlraumschichten.

5. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
eine der Elektroden der Entladeelektrode (31) und der Erdungs elektrode (32) linear ausgebildet ist und die andere Elektrode zylindrisch ausgebildet und mit der ersten Elektrode in der Mitte angeordnet ist;
wobei sich das Dielektrikum aus einer Vielzahl an zylindrischen Dielektrikumschichten (33) zusammensetzt, die zwischen den Elektroden, konzentrisch um die eine Elektrode der Elektroden herum, angeordnet werden;
wobei sich die Vielzahl an unabhängigen Hohlräumen aus einer Vielzahl an unabhängigen, zylindrischen Hohlraumschichten (34) zusammensetzt, die zwischen der Vielzahl an Dielektrikum schichten (33) gebildet werden; und
wobei die radialen Dickenabmessungen der Hohlraumschichten (34) an der Außenseite kleiner sind als an der Innenseite.

6. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
eine der Elektroden der Entladeelektrode (31) und der Erdungs elektrode (32) linear ausgebildet ist und die andere Elektrode zylindrisch ausgebildet und mit der ersten Elektrode in der Mitte angeordnet ist;
wobei sich das Dielektrikum aus einer Vielzahl an zylindrischen Dielektrikumschichten (33) zusammensetzt, die zwischen den Elektroden, konzentrisch um die eine Elektrode der Elektroden herum, angeordnet werden;
wobei sich die Vielzahl an unabhängigen Hohlräumen aus einer Vielzahl an unabhängigen, zylindrischen Hohlraumschichten (34) zusammensetzt, die zwischen der Vielzahl an Dielektrikum schichten (33) gebildet werden; und
wobei vorspringende Abschnitte, die sich in die Hohlraum schichten (34) erstrecken, auf den Oberflächen der Dielektrikum schichten (33) angeordnet werden, so daß ihre Anordnungsdichten an den äußeren Dielektrikumschichten höher sind als an den inneren Dielektrikumschichten.