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Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungssystem, das in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zur Reinigung von Abgasemissionen Verwendung findet.
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Zur Reinigung der Abgasemissionen einer Brennkraftmaschine ist bereits ein Abgasreinigungssystem bekannt, bei dem Plasma eingesetzt wird, das von einer an Elektroden angelegten Wechselspannung (einem Plasmareaktor) erzeugt wird. Bei einem aus der
japanischen Patent-Offenlegungsschrift 7-293 223 (1995) bekannten System ist z. B. eine Gegenelektrode in einem Abgas-Ableitkanal einer Brennkraftmaschine angeordnet, wobei sich stromauf dieser Gegenelektrode eine Entladungselektrode befindet. Ein aus der
japanischen Patent-Offenlegungsschrift 7-265 652 (1995) bekanntes weiteres System umfasst ein nachstehend vereinfacht als Wabenkörper bezeichnetes Bauteil mit waben- oder zellenförmiger Struktur, das als Gegenelektrode in einem Abgas-Ableitkanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, sowie eine durch eine Zelle dieses Wabenkörpers hindurch verlaufende Entladungselektrode.
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Wenn bei diesen Systemen eine hohe Spannung zwischen der Entladungselektrode und der Gegenelektrode angelegt wird, werden HC, CO, NOx und andere, in den Abgasemissionen enthaltene Stoffe durch die Energie des hierdurch erzeugten Plasmas in einen ungebundenen Zustand versetzt (freie Radikale). Diese Stoffe werden sodann durch chemische Reaktionen mit dem im Abgas enthaltenen Sauerstoff gereinigt.
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Bei solchen Systemen werden durch die Entladungselektrode aufgeladene Partikelstoffe von der die entgegengesetzte Polarität aufweisenden Gegenelektrode angezogen und lagern sich sodann an dieser Gegenelektrode an. Hierbei kann es in einigen lokalen Bereichen der Gegenelektrode zu einer dichten Anlagerung dieser nachstehend vereinfacht als Partikel bezeichneten Partikelstoffe kommen, während in anderen Bereichen nur eine mäßige Anlagerung stattfindet. In einem solchen Fall kann eine kompakte Anlagerung von Partikeln auf engem Raum zu einer unvollständigen Verbrennung dieser Partikel führen. Unverbrannte Ascherückstände tragen dann zu einer Verringerung des Querschnittsbereiches (des Durchgangsquerschnitts bzw. Öffnungsbereichs) des Abgas-Ableitkanals bei, was zu höheren Druckverlusten und einer Verstopfung des Ableitkanals führt und auf diese Weise eine Abnahme der Reinigungsleistung des Systems zur Folge hat.
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Die Druckschrift
DE 195 10 804 A1 beschreibt ein Abgasreinigungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Spezifisch werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stickoxidminderung in Abgasen von Verbrennungsmaschinen mit Sauerstoffüberschuss beschrieben, wobei die Abgase unter Zuführung eines selektiv wirkenden gasförmigen Reduktionsmittels mit einem Katalysator in Kontakt gebracht werden. Dabei wird das Reduktionsmittel vor Eintritt in den Kontakt am Katalysator in den Hochdruckplasmazustand unter überwiegender Radikalbildung übergeführt, so dass eine Beschleunigung der Kontaktreaktion erzielt wird.
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Die Druckschrift
WO 97/40265 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgas mittels einer dielektrisch behinderten Gasentladung (Barrierenentladung), die transversal zwischen flächigen, einen Reaktor bildenden Elektroden brennen, zwischen denen longitudinal das zu behandelnde Abgas strömt. Hierbei wird in einzelnen räumlichen Bereichen des Reaktors eine höhere Konzentration von Komponenten aus dem Abgas erzeugt als im übrigen Reaktor. Eine Vorrichtung, mit der das Verfahren ausgeübt werden kann, besteht aus wenigstens einem Paar von flächigen Elektroden, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, so dass sie einen Entladungsraum zwischen sich bilden. Die Elektroden sind an eine Spannungsquelle angeschlossen, so dass in dem Entladungsraum ein elektrisches Feld erzeugt wird. Außerdem ist bei jedem Elektrodenpaar wenigstens eine Elektrode auf der dem Entladungsraum zugewandten Seite mit einem Dielektrikum belegt. Der Entladungsraum wird von dem zu behandelnden Abgas durchströmt. Mittel zur Kühlung für eine oder mehrere Elektroden sind ebenso vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem Abgasreinigungssystem dieser Art eine ungleichmäßige, d. h. teilweise dichte und teilweise mäßige Ablagerung von Partikeln an der Gegenelektrode zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Abgasreinigungssystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist ein Abgasreinigungssystem bereitgestellt, das einen in einem Abgas-Ableitkanal einer Brennkraftmaschine angeordneten Wabenkörper, eine Mittelelektrode, die stromauf des Wabenkörpers in Richtung einer Achse des Wabenkörpers verläuft und mit einer Spannung mit der entgegengesetzten Polarität zu der Polarität des Wabenkörpers beaufschlagt wird, sowie eine oder mehrere Nebenelektroden zur Steuerung eines elektrischen Feldes zwischen der Mittelelektrode und dem Wabenkörper aufweist.
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Die Nebenelektrode ist vorzugsweise zwischen der Mittelelektrode und dem Wabenkörper angeordnet.
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Hierbei kann eine beliebige Anzahl von Nebenelektroden vorgesehen sein. Dennoch ist die Verwendung von mehreren bzw. einer Vielzahl von Nebenelektroden vorzuziehen. Vorzugsweise sind hierbei zwei Nebenelektroden in einem Abstand von 180° oder vier Nebenelektroden in einem jeweiligen Abstand von 90° zueinander vorgesehen.
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Bei Verwendung von mehreren bzw. einer Vielzahl von Nebenelektroden ist vorzugsweise eine Strom- bzw. Spannungsversorgungsschaltung vorgesehen, über die ein Wechselstrom bzw. eine Wechselspannung an zwei einander gegenüberliegende Nebenelektroden angelegt wird.
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Wenn das System mit einer Strom- bzw. Spannungsversorgungsschaltung zum Anlegen einer periodisch veränderlichen Spannung an die Nebenelektroden ausgestattet ist, wird vorzugsweise die Frequenz der von der Strom- bzw. Spannungsversorgungsschaltung abgegebenen Spannung in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine verändert. Hierbei wird die Änderung der Frequenz vorzugsweise derart gesteuert, dass mit steigenden Drehzahlen der Brennkraftmaschine ein Anstieg der Frequenz erfolgt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystems,
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2 ein Beispiel für den Verlauf einer Sägezahnspannung, die von einer Ablenkspannungsgeneratorschaltung an die Nebenelektrode(n) angelegt wird,
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3 ein Beispiel für den Verlauf einer Impulsspannung, die von der Ablenkspannungsgeneratorschaltung an die Nebenelektrode(n) angelegt wird,
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4 ein Beispiel für den Verlauf einer Sinusspannung, die von der Ablenkspannungsgeneratorschaltung an die Nebenelektroden) angelegt wird,
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5 ein Beispiel für den Verlauf einer von einer Impulsspannung überlagerten Sägezahnspannung, die von der Ablenkspannungsgeneratorschaltung an die Nebenelektrode(n) angelegt wird,
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6 ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystems,
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7 den Verlauf von Spannungen, die von Spannungsgeneratorschaltungen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystems abgegeben werden, und
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8 ein Schaubild, das typische Frequenzeinstellungen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystems veranschaulicht.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystems, bei dem ein Abgasreinigungssystem 1 in einem Abgaskanal einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine zur Reinigung der aus einem Brennraum der Brennkraftmaschine abgeleiteten Abgasemissionen angeordnet ist.
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Wie in 1 veranschaulicht ist, umfasst das Abgasreinigungssystem 1 eine aus Metall bestehende Reinigungskammer 10, die eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist. Das stromauf gelegene Ende der Reinigungskammer 10 ist über ein Abgasrohr L1 mit einer nicht dargestellten Abgas-Sammelleitung (Krümmer) der Brennkraftmaschine verbunden. Das stromab gelegene Ende der Reinigungskammer 10 ist über ein Abgasrohr L2 mit einem Katalysator sowie einem nicht dargestellten Schalldämpfer (Auspufftopf) verbunden und steht somit mit dem Außenbereich in Verbindung. Die aus den Brennräumen der Brennkraftmaschine abgeleiteten Abgase werden über das Abgasrohr L1 in Richtung des Pfeils A in den Innenraum der Reinigungskammer 10 geführt. Die in der Reinigungskammer 10 sodann gereinigten Abgase werden anschließend über das Abgasrohr L2 in den Außenbereich abgeführt.
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In der Reinigungskammer 10 ist ein Bauteil 20 mit waben- oder zellenförmiger Struktur und einer im wesentlichen zylindrischen Form angeordnet, das nachstehend vereinfacht als Wabenkörper 20 bezeichnet wird. Der Wabenkörper 20 stellt ein bekanntes Wabenfilter (Wabenkeramikfilter) dar, das aus einem porösen gesinterten Körper aus Siliciumcarbid besteht. Eine Anzahl von Zellen 20a, die jeweils einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, sind gleichmäßig in der Axialrichtung des Wabenkörpers 20 ausgebildet. Die Zellen 20a sind jeweils durch eine dünne Zellenwand voneinander getrennt. Hierbei weisen die Zellen 20a jeweils einen offenen vorderen Endbereich und einen offenen hinteren Endbereich auf, sodass die stromauf gelegene Seite des Wabenkörpers 20 mit der stromab gelegenen Seite des Innenraums der Reinigungskammer 10 in Verbindung steht. Die Oberflächen der Zellenwände sind mit einem Oxidationskatalysator versehen, der aus Elementen der Platingruppe (wie z. B. Pt oder dergleichen), metallischen Elementen, die Vanadium, Kupfer, Mangan und Aluminiumoxid umfassen, sowie Metalloxiden und dergleichen besteht.
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An der Außenseite des Wabenkörpers 20 ist eine zylinderförmige Außenelektrode 30 angebracht, während eine stabförmige Mittelelektrode 40 mit geringem Durchmesser stromauf des Wabenkörpers 20 derart angeordnet ist, dass sie mittig in axialer Längsrichtung des Wabenkörpers 20 verläuft. An der stromab gelegenen Seite der Mittelelektrode 40 kann in einem Endbereich eine Anzahl von (nicht dargestellten) nadelartigen Vorsprüngen zur Verstärkung der elektrischen Entladung vorgesehen sein.
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Im stromab gelegenen Bereich der Mittelelektrode 40 und im stromauf gelegenen Bereich des Wabenkörpers 20 sind Nebenelektroden 130a und 130b zur Steuerung des elektrischen Feldes einander gegenüberliegend in paralleler Anordnung vorgesehen. Die Nebenelektroden 130a und 130b dienen zur Steuerung des zwischen der Mittelelektrode 40 und der Außenelektrode 30 gebildeten elektrischen Feldes und damit zur Steuerung von Bereichen, in denen sich Partikel an dem Wabenkörper 20 anlagern.
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Mit der Mittelelektrode 40 und der Außenelektrode 30 ist eine Anziehungsspannungsgeneratorschaltung 150 verbunden, während mit den Nebenelektroden 130a und 130b eine Ablenkspannungsgeneratorschaltung 151 verbunden ist. Die beiden Spannungsgeneratorschaltungen 150 und 151 umfassen jeweils eine Wechselrichterschaltung, einen Transformator, Gleichrichterdioden, einen Schalterkreis und dergleichen. Hierbei sind die Spannungsgeneratorschaltungen 150 und 151 jeweils mit einer Gleichspannungsquelle bzw. Fahrzeugbatterie 51 und einer (nachstehend auch als Motor-ECU bezeichneten) elektronischen Motorsteuereinheit 70 verbunden, die zur Steuerung der Brennkraftmaschine dient, bei der das Abgasreinigungssystem 1 Verwendung findet.
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Die elektronische Motorsteuereinheit 70 umfasst unter anderem eine Zentraleinheit (CPU), Festspeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM), Ein-Ausgabeschnittstellen sowie Speichereinrichtungen, die nicht dargestellt sind. Als Mess- oder Detektoreinrichtungen sind mit den Ein-Ausgabeschnittstellen der Motorsteuereinheit 70 ein Motordrehzahlsensor 71, ein Drosselklappen-Stellungssensor 72 sowie ein (auch als A/F-Sensor bezeichneter) Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor 73 verbunden. Mit den Ein-Ausgabeschnittstellen der Motorsteuereinheit 70 verbundene weitere Mess- oder Detektoreinrichtungen umfassen ansaugseitig ein Luftdurchflussmengen-Messgerät 72 sowie einen Ansaugdrucksensor 75 und abgasseitig einen Sauerstoffsensor 76. Auf der Basis der von diesen Sensoren abgegebenen Messsignale berechnet die Motorsteuereinheit 70 entsprechende Werte zur Durchführung einer nachstehend noch näher beschriebenen Verarbeitung.
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Die Motorsteuereinheit 70 führt hierbei Anweisungen aus, die durch vorgegebene Steuerprogramme erteilt werden. Außerdem erzeugt die Motorsteuereinheit 70 verschiedene Arten von Signalen auf der Basis der von den Sensoren 71 bis 76 und dergleichen abgegebenen und Betriebszustände der Brennkraftmaschine angebenden Signale. Hierbei erzeugt die Motorsteuereinheit 70 ein Ansteuerimpulssignal (Auftastsignal) zur Ansteuerung von Wechselrichterschaltungen der Spannungsgeneratorschaltungen 150 und 151. Außerdem erzeugt die Motorsteuereinheit 70 ein Spannungsindikationssignal, das den Wert der von den Spannungsgeneratorschaltungen 150 und 151 abgegebenen Spannung angibt. Bei der Zuführung des Ansteuerimpulssignals und des Spannungsindikationssignals durch die Motorsteuereinheit 70 werden von den Spannungsgeneratorschaltungen 150 und 151 folgende Vorgänge durchgeführt: Die von der Gleichspannungsquelle 51 abgegebene Gleichspannung wird durch die Wechselrichterschaltung in eine entsprechende Wechselspannung umgesetzt, die dann in der erforderlichen Weise durch einen Transformator hochtransformiert und durch Dioden gleichgerichtet wird. Auf diese Weise wird eine erforderliche Ausgangsspannung erzeugt, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird.
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Nachstehend werden Betrieb und Wirkungsweise des Abgasreinigungssystems näher beschrieben. Wenn der Fahrer eines Fahrzeugs einen Zündschalter zum Starten des Fahrzeugs betätigt, erzeugt die Motorsteuereinheit 70 entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Ansteuerimpulssignal und ein Spannungsindikationssignal zur Ansteuerung der Spannungsgeneratorschaltungen 150 und 151.
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Die Anziehungsspannungsgeneratorschaltung 150 erzeugt eine Gleichspannung mit einem vorgegebenen Wert für die Mittelelektrode 40 und den Wabenkörper 20, während die Ablenkspannungsgeneratorschaltung 151 zwischen den Nebenelektroden 130a und 130b eine Hochspannung mit einem periodischen, abwechselnd positiven und negativen Verlauf z. B. in Form der in 2 veranschaulichten Sägezahnspannung, der in 3 veranschaulichten Impulsspannung oder der in 4 veranschaulichten Sinusspannung erzeugt. Wenn bei diesem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystems von der Anziehungsspannungsgeneratorschaltung 150 eine vorgegebene Gleichspannung an die Mittelelektrode 40 und die Außenelektrode 30 angelegt wird, werden in den Abgasemissionen enthaltene Partikel durch eine über die Mittelelektrode 40 erfolgende elektrische Entladung aufgeladen. Die Partikel werden sodann von dem Wabenkörper 20 angezogen, der eine andere Polarität als die Polarität der Mittelelektrode 40 aufweist. Wenn dagegen die Ablenkspannungsgeneratorschaltung 151 an die Nebenelektroden 130a und 130b eine Spannung anlegt, die sich in positiver und negativer Richtung in Bezug auf 0 Volt periodisch verändert, wird durch die Wirkung der Nebenelektroden 130a und 130b die Bewegung der Partikel gesteuert, d. h., die Partikel werden dann abwechselnd in Richtung der Nebenelektrode 130a und in Richtung der Nebenelektrode 130b abgelenkt. Gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können sich die Partikel daher gleichmäßig anlagern und über einen größeren Bereich des Wabenkörpers 20 verteilen, der sich bis in die Randbereiche hinein erstreckt, ohne dass eine dichte Anlagerung der Partikel in einem Bereich in der Nähe der Achse des Wabenkörpers 20 stattfindet. Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird somit auf diese Weise eine ungleichmäßige Verteilung in Form einer teilweise dichten und teilweise mäßigen Anlagerung der Partikel verhindert bzw. kompensiert und eine dünne (weniger dichte) Verteilung der Partikel über einen größeren Bereich erzielt. Durch diese Verhinderung einer Sättigung der Menge an Partikeln, die sich in einem spezifischen begrenzten Bereich niederschlagen bzw. anlagern, kann eine Verschlechterung der Abgasnachbehandlung vermieden werden. Aus den gleichen Gründen kann verhindert werden, dass sich die Zellen 20a zusetzen. Dies ermöglicht die Aufrechterhaltung einer guten Abgasnachbehandlung über eine längere Zeitdauer.
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Durch das bei der Entladung erzeugte Plasma werden HC, CO, NOx und andere, in den Abgasemissionen enthaltene Stoffe in Radikale umgesetzt und befinden sich damit in einem Zustand hoher Reaktionsfähigkeit. Die in dem den Abgasen ausgesetzten und demzufolge eine hohe Temperatur aufweisenden Wabenkörper 20 haften gebliebenen Partikel werden durch die bei der Entladung zwischen der Mittelelektrode 40 und der Außenelektrode 30 freigesetzte Wärmeenergie abgebrannt. Darüber hinaus können die Partikel durch die Wirkung des an dem Wabenkörper 20 befindlichen Oxidationskatalysators in ungiftige Bestandteile umgesetzt werden.
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Ferner kann der von der Ablenkspannungsgeneratorschaltung 151 an die Nebenelektroden 130a und 130b angelegten Wechselspannung auch ein Hochspannungs-Impulssignal kurzer Dauer überlagert werden. Wie in 5 veranschaulicht ist, kann hierbei ein Hochspannungsimpuls mit einer derart kurzen Dauer Δt, dass die Bewegungsrichtung der Partikel durch diesen Impuls nicht nennenswert beeinflusst wird, durch eine über die Motorsteuereinheit 70 erfolgende Steuerung der sich in Bezug auf 0 Volt in positiver und negativer Richtung periodisch verändernden Spannung überlagert werden. Hierdurch wird die Umsetzung der aufzubereitenden Stoffe in Radikale ohne hohen Energieverbrauch weiter gefördert. Die zeitliche Steuerung der Zuführung des Hochspannungsimpulses muss hierbei nicht zwangsläufig mit dem periodischen Verlauf der Wechselspannung synchronisiert sein. Darüber hinaus kann ein Hochspannungs-Impulssignal dieser Art auch der von der Anziehungsspannungsgeneratorschaltung 150 abgegebenen Gleichspannung überlagert werden.
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Nachstehend wird ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystems näher beschrieben. Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel finden zwei Nebenelektroden 130a und 130b Verwendung. Die Anzahl der Nebenelektroden für die erfindungsgemäße Steuerung des elektrischen Feldes ist jedoch nicht auf ein Elektrodenpaar beschränkt, sondern es kann auch nur eine Nebenelektrode oder eine beliebige Anzahl von Nebenelektroden Verwendung finden, Bei dem nachstehend beschriebenen System des zweiten Ausführungsbeispiels finden zwei Paare von Nebenelektroden Verwendung.
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Wie in 6 veranschaulicht ist, ist ein Abgasreinigungssystem 101 gemäß diesem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dahingehend ausgestaltet, dass zusätzlich zu den bei dem System des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehenen Bauelementen zwei weitere Nebenelektroden 130c und 130d vorgesehen sind. Aus der Sicht der Achse des Wabenkörpers 20 verläuft eine die Mittelpunkte der Nebenelektroden 130c und 130d verbindende Achse senkrecht zu einer die Mittelpunkte der Nebenelektroden 130a und 130b verbindenden Achse. Außerdem ist eine weitere Ablenkspannungsgeneratorschaltung 152 mit einem ähnlichen Aufbau wie die Ablenkspannungsgeneratorschaltung 151 zur Steuerung der Nebenelektroden 130c und 130d vorgesehen.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Bewegungsrichtung der in den Abgasemissionen enthaltenen Partikel in zwei orthogonalen Achsenrichtungen (X-Richtung und Y-Richtung) in einer senkrecht zu der Mittelachse des Wabenkörpers 20 verlaufenden Ebene gesteuert werden. Auf diese Weise lässt sich die Bewegung bzw. Bewegungsrichtung der Partikel noch genauer steuern. Hierbei werden die Ablenkspannungsgeneratorschaltungen 151 und 152 in Verbindung zueinander durch eine Motorsteuereinheit 170 gesteuert, wodurch sich der Punkt, bei dem ein Niederschlag von Partikeln an der vorderen Endfläche des Wabenkörpers 20 stattfindet, beliebig einstellen lässt. Außerdem ermöglicht der Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels die Herbeiführung einer Bewegungsbahn (Trajektorie), bei der der Niederschlagspunkt der Partikel in beliebiger Form progressiv bewegt wird, d. h., bei von oben erfolgender Betrachtung der Achse des Wabenkörpers 20 z. B. in Form eines Kreises und/oder einer Spirale.
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Hierbei kann auch eine Abschätzung der festgehaltenen Menge von Partikeln durch Überwachung des Ausmaßes der elektrischen Entladung oder eines Entladungsspannungswertes über eine mit dem Beginn des Vorgangs einsetzende Zeitdauer hinweg erfolgen. Die Menge an festgehaltenen Partikeln kann auch für jeweilige Bereiche von Unterteilungen des Wabenkörpers 20 geschätzt werden, d. h., der gesamte Bereich des Wabenkörpers 20 kann z. B. in jeweilige Abschnitte von einer (oder zwei oder mehr) der Zellen 20a unterteilt werden. Die Abschätzung der Menge an festgehaltenen Partikeln kann z. B. auf der Basis der Zeitdauer oder der Anzahl von eingestellten Zeiten, bei denen ein Punkt in dem Abschnitt als Partikel-Niederschlagspunkt (Niederschlagsziel) anzusehen ist, in Verbindung mit Zustandswerten, wie dem Spannungswert, dem Temperaturwert und dem Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erfolgen, wobei diese Werte sämtlich in einem vorgegebenen Speicherbereich in der Motorsteuereinheit 170 gespeichert werden können. Auf der Basis dieser Werte kann dann die derzeit angesammelte Menge an festgehaltenen Partikeln bestimmt werden. Das Ergebnis dieser Schätzung der Menge an festgehaltenen Partikeln kann z. B. zur Verringerung der Häufigkeit der Auswahl eines spezifischen Bereiches in Bezug auf das Überschreiten eines vorgegebenen Wertes der in diesem Bereich festgehaltenen Menge an Partikeln oder zur Vergrößerung der Verarbeitungs- bzw. Aufbereitungsleistung (z. B. der angelegten Spannung) für diesen spezifischen Bereich dienen.
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Nachstehend wird ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystems näher beschrieben. Bei dem Abgasreinigungssystem gemäß diesem dritten Ausführungsbeispiel wird die Frequenz der an die Nebenelektroden 130a und 130b angelegten Spannung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine verändert. Das dritte Ausführungsbeispiel besitzt den gleichen Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel des Abgasreinigungssystems, wobei jedoch das Steuerverfahren des Systems bei dem dritten Ausführungsbeispiel in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel in der nachstehend näher beschriebenen Weise modifiziert ist. Obwohl der Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels des Abgasreinigungssystems dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, kann die Steuerung zur Veränderung der Frequenz der an die Nebenelektroden angelegten Spannung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine selbstverständlich auch bei einem dem zweiten Ausführungsbeispiel des Abgasreinigungssystems entsprechenden Aufbau Verwendung finden.
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Bei dem dritten Ausführungsbeispiel des Abgasreinigungssystems werden die Frequenz der an die Nebenelektroden 130a und 130b angelegten Spannung sowie der Spannungswert und die Impulszählung je Einheitszeit der Anziehungsspannungsgeneratorschaltung 150 in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine verändert. Auf diese Steuerungen wird nachstehend im einzelnen eingegangen. Wenn die von dem Motordrehzahlsensor 71 ermittelte Maschinen- bzw. Motordrehzahl einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet (während der Zeitdauer von der Zeit t1 bis zu der Zeit t2 gemäß 7), werden die Frequenz der an die Nebenelektroden 130a und 130b angelegten Spannung Vs, der von der Anziehungsspannungsgeneratorschaltung 150 abgegebene Spannungswert Va und die Impulszählung je Einheitszeit des von der Ablenkspannungsgeneratorschaltung 151 abgegebenen Hochspannungsimpulses Vb jeweils erhöht.
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8 zeigt ein Schaubild, das typische Einstellungen für die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und der Frequenz der an die Nebenelektroden 130a und 130b angelegten Spannung veranschaulicht. 8 zeigt, dass die Frequenz der angelegten Spannung mit steigenden Motordrehzahlen erhöht wird. Hierbei wird die Frequenz der angelegten Spannung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl jedoch in diskreten Schritten eingestellt, wie dies durch das in Form einer festen Kennlinie dargestellte Einstellbeispiel f1 veranschaulicht ist, d. h., wenn die Durchflussmenge der Abgase einen vorgegebenen Schwellenwert th1 überschreitet, wird die Frequenz im Vergleich zu einer unter dem Schwellenwert th1 liegenden Durchflussmenge auf einen relativ hohen Wert eingestellt. Diese Einstellwerte sind vorzugsweise in einem vorgegebenen Bereich eines Festspeichers in der Motorsteuereinheit 70 in Form von Schwellenwerten, einer Funktion oder in einem Tabellenformat vorliegenden Daten vorgespeichert.
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Im allgemeinen vergrößert sich nämlich mit steigenden Motordrehzahlen die Durchflussmenge (Volumen/Zeit) der Abgase und damit die Menge der ausgestoßenen Schadstoffe. Wenn z. B. angenommen wird, dass eine Zeitdauer, während der die Brennkraftmaschine zeitweilig mit hoher Drehzahl betrieben wird, derart kurz ist, dass sie nur ungefähr die Hälfte der Zeitdauer beträgt, während der die Spannung an die Nebenelektroden 130a und 130b angelegt wird, kann davon ausgegangen werden, dass sich Partikel wahrscheinlich in einigen lokalen Bereichen des Wabenkörpers 20 in kompakter Form niederschlagen, wenn hierbei die Frequenz der angelegten Spannung die gleiche wie im Falle eines üblichen Betriebszustandes bleibt. Wenn somit in einem solchen Falle die Frequenz der an die Nebenelektroden 130a und 130b angelegten Spannung auf einen höheren Wert eingestellt wird, lässt sich eine ungleichmäßige Ablagerung von Partikeln in diametraler Richtung verhindern. Vorzugsweise wird außerdem die Periode der an die Nebenelektroden 130a und 130b angelegten Spannung derart eingestellt, dass sie kleiner als die Zeitdauer ist, während der die Motordrehzahl ansteigt und zeitweilig einen vorgegebenen Referenzwert überschreitet (z. B. eine Sekunde im kürzesten Falle).
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Außerdem ist es zweckmäßig, die Anzahl der an die Nebenelektroden 130a und 130b je Zeiteinheit angelegten Impulse zu erhöhen, wenn die Motordrehzahl einen bestimmten Schwellenwert überschreitet und in den Abgasen eine hohe Schadstoffmenge enthalten ist. Durch diese Maßnahme lässt sich die Ablagerung von Partikeln im Wabenkörper 20 verringern.
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Bei einer hohen Motordrehzahl und einer großen Abgas-Durchflussmenge liegt auch eine hohe Durchflussgeschwindigkeit der Abgase vor. Wenn hierbei die von der Anziehungsspannungsgeneratorschaltung 150 abgegebene Spannung unverändert aufrecht erhalten wird und weiterhin dem üblichen Betriebszustand entspricht, können die in den Zellen 20a des Wabenkörpers 20 haftenden Partikel durch den erhöhten Strömungswiderstand abgelöst und unbehandelt abgeführt werden. Wenn in einem solchen Falle die von der Anziehungsspannungsgeneratorschaltung 150 abgegebene Spannung erhöht wird, wie dies bei dem dritten Ausführungsbeispiel erfolgt, kann ein solches Abblättern der Partikel vom Wabenkörper 20 verhindert werden.
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Bei dem dritten Ausführungsbeispiel des Abgasreinigungssystems erfolgt zwar in der durch das Einstellbeispiel f1 gemäß 8 veranschaulichten Weise eine diskrete Einstellung der Beziehung zwischen der Motordrehzahl und der Frequenz der an die Nebenelektroden 130a und 130b angelegten Spannung, jedoch kann die Einstellung der Frequenz der angelegten Spannung bei steigenden Motordrehzahlen anstelle einer solchen diskreten Einstellung auch in Form eines progressiven Anstiegs oder im wesentlichen kontinuierlich erfolgen, wie dies durch das in Form einer strichpunktierten Kennlinie in 8 dargestellte Einstellbeispiel f2 veranschaulicht ist.
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Bei dem dritten Ausführungsbeispiel des Abgasreinigungssystems stellt die Motordrehzahl die physikalische Größe dar, die den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine repräsentiert. Erfindungsgemäß können jedoch auch andere physikalische Größen zur Ermittlung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine herangezogen werden. Diese physikalische Großen umfassen z. B. die von dem Drosselklappen-Stellungssensor 72 erfasste Drosselklappenstellung, das von dem Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor 73 (A/F-Sensor 73) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis, die von dem Luftdurchflussmengen-Messgerät 74 erfasste Ansaugluftmenge, die Betriebsstellung eines variablen Ventilsteuermechanismus, die von der Motorsteuereinheit 70 im Verlauf einer getrennt von dieser Steuerung erfolgenden Kraftstoffeinspritzsteuerung eingestellte Kraftstoffeinspritzmenge, den von dem Ansaugdrucksensor 75 gemessenen Ansaugluftdruck, die von dem Sauerstoffsensor 76 gemessene Sauerstoffkonzentration, den von einem nicht dargestellten Beschleunigungssensor erfassten Betrag einer Fahrpedalbetätigung (Gaspedalbetätigung), die von einem nicht dargestellten Abgastemperatursensor ermittelte Abgastemperatur, die von einem nicht dargestellten Umgebungslufttemperatursensor ermittelte Umgebungslufttemperatur sowie die nach einem Starten der Brennkraftmaschine vergangene und mit Hilfe eines nicht dargestellten Zündschalters und eines durch eine entsprechende Programmausrüstung gebildeten Zeitgebers ermittelte Zeitdauer. Hierbei können Istwerte und Sollwerte von physikalischen Größen oder Parametern jeder Art Verwendung finden, die mit der Abgasdurchflussmenge oder der Menge der je Zeiteinheit behandelten Stoffe in Verbindung stehen und zu deren Bestimmung dienen können.
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Darüber hinaus sind natürlich verschiedene Änderungen und Modifikationen im Rahmen der Erfindung möglich. So weisen z. B. die Nebenelektroden 130a, 130b, 130c und 130d bei jedem der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung zwar eine parallele ebene Formgebung auf, jedoch kann bei den Nebenelektroden auch eine beliebige andere Form Verwendung finden. Darüber hinaus kann anstelle der bei den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung jeweils einzeln vorgesehenen Anordnung der verschiedenen Spannungsgeneratorschaltungen 150, 151 und 152 auch eine andere Schaltungsanordnung Verwendung finden, bei der z. B. einige dieser Spannungsgeneratorschaltungen gemeinsam in integrierter Bauweise vorgesehen sind und eine Schalteranordnung zur Auswahl einer den Erfordernissen entsprechenden geeigneten Spannungserzeugung dient.
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Bei den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird zwar die zur Steuerung der Brennkraftmaschine dienende Motorsteuereinheit 70 bzw. 170 auch zur Durchführung der erfindungsgemäßen Steuervorgänge verwendet, jedoch kann auch eine andere Lösung in Betracht gezogen werden, bei der ein von der Motorsteuereinheit unabhängiges Verarbeitungssystem zur Durchführung der erfindungsgemäßen Steuervorgänge dient und einige oder sämtliche Steuerparameter als externe Informationen z. B. von der Motorsteuereinheit erhalten werden.
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Bei jedem der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird zwar ein Plasmareaktor verwendet, der die an der Außenseite des Wabenkörpers 20 befestigte und von der Anziehungsspannungsgeneratorschaltung 150 mit einer Spannung beaufschlagte zylindrische Außenelektrode 30 umfasst, jedoch ist im Rahmen der Erfindung auch ein Abgasreinigungssystem mit einem anderen Aufbau beliebig einsetzbar, bei dem z. B. die Anziehungsspannungsgeneratorschaltung 150 direkt mit dem Wabenkörper 20 verbunden ist.
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Bei jedem der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen die Zellen 20a des Wabenkörpers 20 jeweils eine Verbindung zwischen dem stromaufwärts gelegenen Bereich und dem stromabwärts gelegenen Bereich des Wabenkörpers 20 her. Anstelle dieser Konfiguration kann der Wabenkörper jedoch auch einen anderen Aufbau aufweisen, bei dem z. B. die Endabschnitte von einigen dieser Zellen im stromaufwärts gelegenen Bereich verschlossen sind, während im stromabwärts gelegenen Bereich die Endabschnitte von anderen, an diese Zellen angrenzenden Zellen verschlossen sind. Bei dieser Konfiguration werden die über die Zellen mit offenen stromaufwärtigen Enden einströmenden Abgase durch die porösen Zellenwände gefiltert und die gefilterten Abgase sodann über die Zellen mit den offenen stromabwärtigen Enden abgeführt. Hierbei werden die in den Abgasen enthaltenen Partikel von den Zellenwänden festgehalten. Darüber hinaus kann die Erfindung bei Systemen verschiedener Art Verwendung finden, bei denen eine Umwandlung von Abgasemissionen durch Einwirkung von elektrischer Energie erfolgt, und zwar unabhängig davon, ob Plasma Verwendung findet oder nicht.
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Das vorstehend beschriebene Abgasreinigungssystem (1) umfasst somit einen Wabenkörper (20) und eine Mittelelektrode (40). Der Wabenkörper (20) ist in einem Abgas-Ableitkanal einer Brennkraftmaschine angeordnet. Die Mittelelektrode (40) verläuft stromauf des Wabenkörpers (20) in Richtung von dessen Achse. An die Mittelelektrode (40) wird eine Spannung mit der entgegengesetzten Polarität in Bezug auf die Polarität des Wabenkörpers (20) angelegt. Weiterhin sind Nebenelektroden (130a, 130b) zur Steuerung eines elektrischen Feldes zwischen der Mittelelektrode (40) und dem Wabenkörper (20) vorgesehen.
