DE102006000156A1

DE102006000156A1 - Abgasbehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102006000156A1
Application number: DE102006000156A
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Kariya Suzuki; Masahiro Kariya Okajima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2006-11-16
Also published as: JP2006289150A

Abstract

Eine Abgasreinigungsvorrichtung hat eine Abgasdurchgangsleitung (1), eine Entladungselektrode (2) und eine Gegenelektrode (3). Die Gegenelektrode (3) versieht feine Partikel in einem von einem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgas mit elektrischen Ladungen. Die vielen geladenen Partikel bewegen sich zur Gegenelektrode (3) und sammeln sich darauf. Die elektrischen Ladungen der vielen Partikel werden elektrisch auf die Gegenelektrode (3) übertragen. Es kommt zu einer Kohäsion der vielen Partikel, wobei auf der Gegenelektrode (3) Partikel großen Durchmessers erzeugt werden. Die Entladungselektrode (2) hat einen Entladungsteil (20), einen leitenden Teil (21), der zumindest ein Achsenstück (211) enthält, und einen Isolationsteil (22). Die Oberfläche zumindest eines Vorderstücks des Isolationsteils (22) ist mit einer Schutzschicht (221) aus glasartigem Material überzogen, um das Anhaften der Partikel in dem Abgas abzustellen und eine elektrische Verbindung zwischen dem leitenden Teil (21) und der Abgasdurchgangsleitung (1) zu verhindern. Die obige Gestaltung der Entladungselektrode (2) bewahrt die Isolationswirkung zwischen dem leitenden Teil (21) und der Abgasdurchgangsleitung (1).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Abgasbehandlungsvorrichtung, mit der sich Feinpartikel in einem Abgas reinigen lassen, das von einem Verbrennungsmotor abgegeben wird, der zur Verwendung in beweglichen Körpern wie einem Kraftfahrzeug, einem Elektrofahrzeug, einem Seeschiff, tragbaren Stromgeneratoren, Kleingeneratoren für den Hausgebrauch und anderen mobilen Vorrichtungen gedacht ist.

In letzter Zeit besteht im Rahmen des globalen Umweltschutzes ein starker Bedarf, das Reinigungsvermögen bei der Reinigung von Giftstoffen in einem Abgas zu erhöhen, das von einem in beweglichen Körpern wie einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor abgegeben wird. So enthält insbesondere das von einem Dieselmotor mit Kompressionszündung abgegebene Abgas Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC), Stickoxid (NO_x) und feine Partikel (PM) wie Ruß und lösliche organische Teile (SOF).

Um Partikel in einem Abgas zu entfernen, das von einem Verbrennungsmotor wie einem Dieselmotor abgegeben wird, kommt gewöhnlich weitgehend ein Filterkatalysator wie ein Dieselpartikelfilter (DPF) zum Einsatz.

Ein Filterkatalysator hat einen Aufbau, bei dem eine Katalysatorschicht auf einem den Katalysator tragenden Grundmaterial ausgebildet ist, das aus einer porösen Keramik mit einer Vielzahl von Zellen und Zellwänden mit einer Vielzahl von feinen Löchern besteht. Die Katalysatorschicht besteht aus einer Trageschicht und einem Katalysatormetall in der Trageschicht. Das Katalysatormetall ist ein wärmebeständiges anorganisches Oxid wie Aluminiumoxid. Der Filterkatalysator mit dem obigen Aufbau fängt die vielen Partikel in dem Abgas und reinigt andere Giftstoffe als die Partikel in dem Abgas, wenn das Abgas durch die vielen feinen Löcher in dem den Katalysator tragenden Grundmaterial geht, auf dem die Katalysatorschicht ausgebildet ist.

Wenn das von dem Verbrennungsmotor abgegebene Abgas durch den Abgasströmungsweg geht und zur Außenseite strömt, berühren sich die vielen Partikel in dem Abgas und kommt es zu einer Kohäsion der vielen Partikel, bis sie den Filterkatalysator erreichen, so dass Partikel mit großem Durchmesser erzeugt werden. Der Filterkatalysator kann die Partikel großen Durchmessers leicht aufnehmen und einfangen.

Zwar kommt es zu der Kohäsion der vielen Partikel und werden dadurch Partikel mit großem Durchmesser erzeugt und angesammelt, doch enthält das Abgas neben solchen durch die Kohäsion der vielen Partikel erzielten Partikel großen Durchmessers immer noch Partikel kleinen Durchmessers. Der Filterkatalysator kann solche Partikel kleinen Durchmessers nicht einfangen.

Um diese Schwierigkeiten zu lösen, gibt es eine herkömmliche Technik, aus der eine herkömmliche Abgasbehandlungsvorrichtung bekannt ist, die eine Koronaentladung nutzt, durch die die Kohäsion der vielen Partikel feinen Durchmessers erfolgt und viele Partikel großen Durchmessers erzeugt werden. Die Abgasbehandlungsvorrichtung weist ein Elektrodenpaar aus einer Entladungselektrode und einer Gegenelektrode auf, das sich in dem Abgasströmungsweg befindet, durch den das Abgas strömt und nach außen abgegeben wird. Die Zufuhr einer Hochspannung zu beiden Elektroden erzeugt eine Koronaentladung, wobei die vielen Partikel in dem Abgas die elektrische Ladung von der Entladungselektrode aufnehmen und elektrisch geladen werden. Die geladenen Partikel bewegen sich durch die Coulomb-Kraft zur Gegenelektrode und haften dort an. Die elektrischen Ladungen der vielen Partikel bewegen sich zur Gegenelektrode. Die vielen Partikel haften dabei immer noch an der Gegenelektrode an. In diesem Zustand werden die Folgepartikel, die kontinuierlich von dem Verbrennungsmotor abgegeben werden, aufgeladen, bewegen sich zu den Partikeln, die bereits an der Gegenelektrode anhaften, und haften an dieser ebenfalls an. Dadurch bilden sich viele Partikel großen Durchmessers und lösen sich von der Gegenelektrode.

In der herkömmlichen Abgasbehandlungsvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau hat die Entladungselektrode einen Entladungsteil, einen leitenden Teil und einen Isolationsteil. Der Entladungsteil versorgt die vielen Partikel in dem Abgas mit elektrischer Ladung. Der leitende Teil trägt den Entladungsteil in der Abgasdurchgangsleitung. Der Isolationsteil ist um den leitenden Teil herum ausgebildet und steht mit der Abgasdurchgangsleitung so in Berührung, dass der leitende Teil elektrisch von der Abgasdurchgangsleitung isoliert ist. Der Isolationsteil besteht allgemein aus einer zylinderförmigen wärmebeständigen Keramik. Der leitende Teil besteht aus einem stabförmigen wärmebeständigen Metall, das so in dem Isolationsteil platziert ist, dass es durch den zylinderförmigen Isolationsteil hindurchgeht.

Da die Entladungselektrode jedoch im Strömungsweg für das Abgas liegt, senken die Abgasbestandteile den Isolationseffekt, der durch das Vorhandensein des Isolationsteils erreicht wird. In einem konkreten Beispiel geht es um die vielen Partikel in dem durch den Abgasströmungsweg strömenden Abgas. Die vielen Partikel in dem Abgas haften an der Oberfläche des leitenden Teils und des Isolationsteils an. Wenn die vielen Partikel an der Oberfläche des Isolationsteils anhaften und sich darauf sammeln, besteht die Möglichkeit, dass der leitende Teil durch die angesammelten Partikel elektrisch mit der Abgasdurchgangsleitung verbunden wird. Das heißt, dass das angesammelte Material, etwa die Partikel auf dem Isolationsteil, den Grad der elektrischen Isolation durch das Isolationsteil senkt. Da das Abgas außerdem Wasserbestandteile und dergleichen enthält, haften die Wasserbestandteile am Außenumfangsteil des Isolationsteils an und senken dadurch das Isolationsvermögen.

Die JP-A S60-190248 offenbart zum Beispiel ein herkömmliches Verfahren, das eine Verschlechterung der elektrischen Isolierung verhindert, indem an unregelmäßigen Stücken (konkaven und konvexen Stücken einer komplizierten Oberfläche) auf der Oberfläche des Isolationsteils eine elektrische Entladung erzeugt wird, um die an der Oberfläche des Isolationsteils anhaftenden Partikel zu beseitigen.

Allerdings hat das Isolationsteil mit dem in der JP-A S60-190248 offenbarten Aufbau den Nachteil, dass das im Abgasströmungsweg liegende Isolationsteil bricht, da das Abgas ein Hochtemperaturgas ist, dessen Temperaturänderung hoch ist, und es zu einer thermischen Dehnung kommt und sich ihre Spannungen an der komplizierten Oberfläche des Isolationsteils mit den unregelmäßigen Stücken konzentrieren.

Wenn die elektrische Entladung auf der Oberfläche des Isolationsteils erzeugt wird, schmilzt die erzeugte Entladungsenergie außerdem die Oberfläche des Isolationsteils auf. Dies verringert die Festigkeit des Isolationsteils. Wenn die Wasserbestandteile in dem Abgas an der Oberfläche des Isolationsteils anhaften, wirkt außerdem auf die gesamte Oberfläche des Isolationsteils ein Thermoschock. Dies verringert ebenfalls die Festigkeit des Isolationsteils, weswegen das Isolationsteil leicht bricht.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte Abgasbehandlungsvorrichtung mit überragender Isolationswirkung zur Verfügung zu stellen. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung eine Abgasbehandlungsvorrichtung für die Verwendung in beweglichen Körpern wie einem Kraftfahrzeug, einem Elektrofahrzeug, einem Seeschiff, tragbaren Stromgeneratoren, Kleingeneratoren für den Hausgebrauch und anderen mobilen Vorrichtungen vor.

Eine Ausgestaltung der Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungsvorrichtung, die eine Abgasdurchgangsleitung und eine Gegenelektrode hat. Die Abgasdurchgangsleitung weist in sich einen Abgasströmungsweg auf. Die Gegenelektrode ist im Abgasströmungsweg platziert. Im Abgasströmungsweg wird zwischen der Entladungselektrode und der Gegenelektrode eine Spannung angelegt, damit von der Entladungselektrode elektrische Ladungen abgegeben werden und eine Vielzahl von feinen Partikeln (PM) in dem durch den Abgasströmungsweg strömenden Abgas geladen wird. Die elektrischen Ladungen der vielen Partikel werden auf die Gegenelektrode über tragen, wobei es dann zu einer Kohäsion der vielen Partikel kommt. Die Entladungselektrode in der Abgasbehandlungsvorrichtung hat einen Entladungsteil, ein Achsenstück, einen leitenden Teil und einen Isolationsteil. Der Entladungsteil ist im Abgasströmungsweg platziert. Das Achsenstück dringt durch ein Wandstück der Abgasdurchgangsleitung und ist vertikal in Richtung der Abgasströmung verlängert. Der leitende Teil trägt den Entladungsteil im Abgasströmungsweg und verbindet den Entladungsteil elektrisch mit einer externen Energieversorgung. Der Isolationsteil besteht aus zumindest einer Schutzschicht, die auf einer Oberfläche eines Endstücks des Achsenstücks des leitenden Teils ausgebildet ist, um den leitenden Teil elektrisch von der Abgasdurchgangsleitung zu isolieren.

In der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung ist die Oberfläche des Isolationsteils, der den den Entladungsteil tragenden leitenden Teil elektrisch von der Abgasdurchgangsleitung isoliert, mit der Schutzschicht überzogen oder beschichtet. Die Schutzschicht kann zum Beispiel aus glasartigem Material bestehen. Feinen Partikeln (PM) fällt es viel zu schwer, an der Oberfläche der Schutzschicht anzuhaften. Die vielen Partikel sammeln sich daher bei der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung nicht auf der Oberfläche des Isolationsteils der Entladungselektrode an. Dadurch ist es möglich, das Auftreten einer elektrischen Verbindung des leitenden Teils mit der Abgasdurchgangsleitung zu vermeiden.

Es reicht, wenn die Schutzschicht bei der Entladungselektrode entlang der Achsenrichtung des zylinderförmigen Isolationsteils auf der Oberfläche eines Stücks des Isolationsteils ausgebildet wird. Und zwar wird die gesamte Oberfläche dieses Stücks des Isolationsteils mit der Schutzschicht überzogen. Die Stelle in der Achsenrichtung, an der die Schutzschicht ausgebildet wird, liegt nicht fest. Um einen Anstieg der Fertigungskosten für das Isolationsteil in der Entladungselektrode zu vermeiden, wird die Schutzschicht vorzugsweise an dem Endstück des Entladungsteils der Entladungselektrode ausgebildet. Es wird empfohlen, die Schutzschicht auf der gesamten Oberfläche des Isolationsteils auszubilden.

Nach Durchführung der Oberflächenbehandlung ist bei der Abgasbehandlungsvorrichtung die Oberfläche zumindest des Endstücks des Isolationsteils der Entladungselektrode mit der Schutzschicht aus glasartigem Material überzogen. Da die Schutzschicht des glasartigen Materials eine glatte Oberfläche hat, haften die Partikel im Abgas kaum an der glatten Oberfläche der Schutzschicht des Isolationsteils an. Selbst wenn die vielen Partikel an der glatten Oberfläche der Schutzschicht anhaften würden, würden die vielen Partikel die glatte Oberfläche der Schutzschicht sofort verlassen oder von ihr abgleiten. Demzufolge können die Partikel nicht an der Oberfläche der Schutzschicht des Isolationsteils der Entladungselektrode anhaften.

Es ist vorzuziehen, dass die Schutzschicht eine Oberflächenrauheit Rz von nicht mehr als 10 μm hat. Es ist insbesondere vorzuziehen, dass die Schutzschicht eine Oberflächenrauheit Rz von nicht mehr als 6,3 μm hat.

Es ist vorzuziehen, dass die Schutzschicht eine Erweichungstemperatur von nicht weniger als 500°C hat.

Es ist vorzuziehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der Schutzschicht kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Isolationsteils ist.

Es ist vorzuziehen, dass die Dicke der Schutzschicht auf einen Bereich von 5 bis 100 μm eingestellt ist.

Es ist vorzuziehen, die aus einer Glasurschlämme bestehende Schutzschicht während der Herstellung zu brennen. Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass die die Schutzschicht bildende Glasurschlämme eine Zusammensetzung hat, die üblicherweise 16 bis 49 Gew.-% SiO₂, 15 bis 35 Gew.-% B₂O₃, 0 bis 10 Gew.-% Al₂O₃ und 0 bis 10 Gew.-% ZnO enthält, wobei das gesamte Feststoffmaterial der Glasurschlämme 100 Gew.-% (Gewichtsprozent) entspricht. Die Glasurschlämme enthält außerdem Additive, und zwar mindestens einen der Bestandteile CaO, BaO und MgO, mindestens einen der Bestandteile Bi₂O₃, ZrO₂, TiO₂, CeO, FeO und mindestens einen der Bestandteile Li₂O, Na₂O und K₂O.

Nachdem der Isolationsteil mit der die Glasurschlämme der obigen Zusammensetzung aufweisenden Schutzschicht beschichtet worden ist, ermöglicht das Brennen der Schutzschicht es, dass die Schutzschicht die Anhaftung der Partikel an dem Isolationsteil unterdrückt.

Es ist zulässig, die Gegenelektrode als das Einfang- und Kohäsionselement mit verschiedenen Materialien zu bilden, die dazu in der Lage sind, die geladenen Partikel anzuziehen, damit sie auf der Gegenelektrode eingefangen werden können, auf der die Kohäsion der vielen Partikel erfolgt. Außerdem ist es zulässig, dass die Abgasdurchgangsleitung als die Gegenelektrode fungiert, insbesondere die Innenfläche der Abgasdurchgangsleitung.

Die Gegenelektrode ist ein Element, das die geladenen Partikel einfängt und auf der die Kohäsion der vielen Partikel erfolgt, sodass die Partikel großen Durchmessers gebildet werden.

Es ist vorzuziehen, die Gegenelektrode am stromabwärtigen Ende der Entladungselektrode zu platzieren.

Es ist vorzuziehen, dass die Gegenelektrode aus einem Maschengitterelement besteht, das in der Abgasdurchgangsleitung vertikal zur Strömungsrichtung des Abgases platziert ist.

Da das Maschengitterelement für ein Element mit einer Vielzahl von Öffnungen oder Löchern für den Durchlass von Abgas steht, ist es zulässig, ein Element mit einer parallel zur Strömungsrichtung des Abgases verlaufenden Längslänge zu verwenden oder auch ein Element mit vielen Löchern oder Öffnungen zu verwenden, die durch die beiden Endflächen des Elements gehen, durch die das Abgas strömen kann.

Es ist vorzuziehen, dass die Begrenzungsfläche des Maschengitterelements der der Abgasdurchgangsleitung gleichkommt.

Es ist vorzuziehen, am stromabwärtigen Ende der Gegenelektrode eine Beseitigungsvorrichtung wie eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Zersetzen, Beseitigen und Reinigen der Partikel großen Durchmessers zu platzieren. Als Beseitigungsvorrichtung kommt zum Beispiel ein Filterkatalysator wie ein DPF in Frage.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nun exemplarisch ein bevorzugtes, nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

1 schematisch den Aufbau einer Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;

2 schematisch den Aufbau einer Entladungselektrode in der Abgasbehandlungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels; und

3 schematisch ein Vorderstück eines Isolationsteils der Entladungselektrode in der Abgasbehandlungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Im Folgenden werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder -zahlen in sämtlichen Ansichten gleiche oder äquivalente Bauteile.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung findet in einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel bei einer Abgasbehandlungsvorrichtung für einen Dieselmotor Anwendung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das folgende Ausführungsbeispiel beschränkt, und das Konzept der Erfindung kann bei verschiedenen Verbrennungsmotorsystemen für bewegliche Körper Anwendung finden, etwa bei einem Kraftfahrzeug, einem Elektrofahrzeug, einem Seeschiff, tragbaren Stromgeneratoren, Kleingeneratoren für den Hausgebrauch und anderen mobilen Vorrichtungen.

1 zeigt schematisch den Aufbau der Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

Die Abgasbehandlungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels hat eine Abgasdurchgangsleitung 1, eine Entladungselektrode 2, ein Einfang- und Kohäsionselement 3, einen DPF (Dieselpartikelfilter) 4 und eine (nicht gezeigte) externe Energieversorgung. Die Entladungselektrode 2 ist in der Abgasdurchgangsleitung 1 platziert. Das Einfang- und Kohäsionselement 3 ist in der Abgasdurchgangsleitung 1 am stromabwärtigen Ende der Entladungselektrode 2 platziert. Der DPF 4 ist in der Abgasdurchgangsleitung 1 stromabwärts von dem Einfang- und Kohäsionselement 3 platziert. Die (nicht gezeigte) externe Energieversorgung ist mit der Entladungselektrode 2 und dem Einfang- und Kohäsionselement 3 verbunden, um ihnen elektrischen Strom zuzuführen. Die Abgasdurchgangsleitung 1 weist ein zylinderartiges Element in Ringform aus wärmebeständigem Metall auf.

2 zeigt schematisch den Aufbau der Entladungselektrode 2 in der Abgasbehandlungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels.

Die Entladungselektrode 2 hat einen scheibenförmigen Entladungsteil 20, dessen Mitte sich im Mittelpunkt der Abgasdurchgangsleitung 1 befindet. Die Oberfläche des Entladungsteils 20 ist vertikal zur Achsenrichtung oder Längsrichtung der Abgasdurchgangsleitung 1 platziert.

Wie in 2 im Detail gezeigt ist, wird der Entladungsteil 20 von einem leitenden Teil 21 getragen, der ein Verbindungsstück 210 und ein Achsenstück 211 aufweist. Das Verbindungsstück 210 in dem leitenden Teil 21 ist vom Achsenstück 211 (am stromaufwärtigen Ende) entlang der Achsenrichtung der Abgasdurchgangsleitung 1 zum Einfang- und Kohäsionselement 3 hin verlängert. Das Achsenstück 211 ist von dem einen Ende des Verbindungsstücks 210 am stromaufwärtigen Ende aus in Durchmesserrichtung der Abgasdurchgangsleitung 1 verlängert. Außerdem geht das Achsenstück 211 durch ein Wandstück 11 der Abgasdurchgangsleitung 1 hindurch. Der leitende Teil 21 besteht aus einem wärmebeständigen Metall in Form einer stabförmigen Stange, die gebogen ist. Ein Ende des leitenden Teils 21 bildet das Verbindungsstück 210 und der andere Teil das Achsenstück 211.

3 zeigt schematisch den Isolationsteil 22, insbesondere ein Vorderstück 220 davon, und die Umgebung der Entladungselektrode 2 in der Abgasbehandlungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels.

Der Isolationsteil 22, der eine elektrische Isolationsfunktion hat, ist auf der Außenumfangsfläche des Achsenstücks 211 des leitenden Teils 21 ausgebildet. Der Isolationsteil 22 weist einen Hauptkörper 220 und eine Schutzschicht 221 auf.

Es folgt nun eine Beschreibung des Herstellungsverfahrens für den Isolationsteil in der Abgasbehandlungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels.

Als erstes werden Ausgangsmaterialien gemischt und wird aus den vermischten Ausgangsmaterialien ein zylinderförmiger Hauptkörper gebildet. Der Hauptkörper wird dann gebrannt. Es wird dann eine Glasurschlämme mit einer gewünschten Rezeptur vorbereitet. Die Außenfläche des Hauptkörpers 220 wird mit der Glasurschlämme beschichtet und bei einer optimalen Temperatur von mehr als 800°C gebrannt.

Die Glasschlämme hat eine Zusammensetzung, die gewöhnlich 16 bis 49 Gew.-% SiO₂, 15 bis 35 Gew.-% B₂O₃, 0 bis 10 Gew.-% Al₂O₃ und 0 bis 10 Gew.-% ZnO enthält, wobei das gesamte Feststoffmaterial der Glasurschlämme 100 Gew.-% (Gewichtsprozent) entspricht. Die Glasurschlämme enthält außerdem Additive, und zwar mindestens einen Bestandteil aus CaO, BaO und MgO, mindestens einen Bestandteil aus Bi₂O₃, ZrO₂, TiO₂, CeO, FeO und mindestens einen Bestandteil aus Li₂O, Na₂O und K₂O.

Auf der Außenumfangsfläche der Abgasdurchgangsleitung 1 ist ein Gehäuse 23 für den Isolationsteil 22 der Entladungselektrode 2 ausgebildet, um die Entladungselektrode 2 an der Abgasdurchgangsleitung 1 zu befestigen.

Das Einfang- und Kohäsionselement 3 ist in der Abgasdurchgangsleitung 1 am stromabwärtigen Ende der Entladungselektrode 2 platziert. Das Einfang- und Kohäsionselement 3 besteht aus einem leitenden wärmebeständigen Metall in Form eines Maschengitters, das auf der gesamten Querschnittsfläche der Abgasdurchgangsleitung 1 ausgebildet ist. Das Einfang- und Kohäsionselement 3 aus dem Maschengitter ist an der Abgasdurchgangsleitung 1 befestigt und vertikal zu seiner Achse platziert. Die Abgasdurchgangsleitung 1 und das Einfangs- und Kohäsionselement 3 sind außerdem elektrisch verbunden. Das Einfang- und Kohäsionselement 3 und die Abgasdurchgangsleitung 1 fungieren in diesem Ausführungsbeispiel als die Gegenelektrode zur Entladungselektrode 2 und haben dasselbe Spannungspotenzial. Der Dieselpartikelfilter (DPF) 4 ist in der Abgasdurchgangsleitung 1 am stromabwärtigen Ende der Gegenelektrode 3 platziert.

Es folgt nun eine Beschreibung zur Funktionsweise der Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel.

Wenn die (nicht gezeigte) externe Energieversorgung der Entladungselektrode 2 eine negative Gleichspannung (von beispielsweise –20 kV) zuführt, wird zunächst nahe dem Entladungsteil 20 der Entladungselektrode 2 eine Koronaentladung erzeugt und werden dadurch Elektronen abgegeben. Bei Abgabe der negativ geladenen Elektronen wird Sauerstoff, der eine hohe Elektronenaffinität hat, negativ geladen und haftet dann an Partikeln (PM) in dem durch die Abgasdurchgangsleitung 1 strömenden Abgas an. Die vielen Partikel werden negativ geladen. Durch die Coulomb-Kraft wie auch die Strömungskraft der Abgasströmung bewegen sich die vielen geladenen Partikel zum Einfang- und Kohäsionselement 3. Das Einfang- und Kohäsionselement 3 fängt die negativ geladenen Partikel ein. Die vielen Partikel auf dem Einfang- und Kohäsionselement 3 geben die elektrischen Ladungen an das Einfang- und Kohäsionselement 3 ab. Wenn sich die vielen Partikel auf dem Einfang- und Kohäsionselement 3 angesammelt haben, schließen sich die Partikel miteinander zusammen, um viele Partikel großen Durchmessers zu bilden. Schließlich haften die vielen Partikel großen Durchmessers an dem Einfang- und Kohäsionselement 3 an.

Unter der Bedingung, dass die vielen Partikel großen Durchmessers an dem Einfang- und Kohäsionselement 3 anhaften, lösen sich, wenn das Abgas mit hoher Geschwindigkeit zwangsweise in der Abgasdurchgangsleitung 1 strömt, die vielen Partikel großen Durchmessers von dem Einfang- und Kohäsionselement 3 und bewegen sich zur stromabwärtigen Seite der Abgasdurchgangsleitung 1. Schließlich werden die vielen Partikel großen Durchmessers, die sich von dem Einfang- und Kohäsionselement 3 gelöst haben, von dem DPF 4 eingefangen und dann gereinigt, und zwar durch Zerlegen.

Während des Betriebs der Abgasbehandlungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels kommen die vielen Partikel in dem Abgas mit der Entladungselektrode 2 in Kontakt, wenn das Abgas hoher Temperatur in der Abgasdurchgangsleitung 1 strömt. Da, wie in 3 gezeigt ist, die Schutzschicht 221 (beispielsweise eine glasartige Schutzschicht) auf der Oberfläche des Isolationsteils 22 der Entladungselektrode 2 ausgebildet ist, haften die Partikel, die mit der Schutzschicht 221 in Kontakt kommen, nicht an der Schutzschicht 221 auf der Oberfläche des Isolationsteils 22 an oder sammeln sich dort. Dadurch kommt es nie zu einer elektrischen Verbindung des leitenden Teils 21 mit der Abgasdurchgangsleitung 1 durch angesammelte Partikel. Mit anderen Worten zeigt die Abgasbehandlungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels eine überragende Partikelansammlung und Sicherheit.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele

Die Erfindung stellt die Abgasbehandlungsvorrichtung mit der Abgasdurchgangsleitung 1 und der Gegenelektrode 3 zur Verfügung. Die Abgasdurchgangsleitung 1 weist in sich den Abgasströmungsweg auf. Die Gegenelektrode 3 ist in dem Abgasströmungsweg platziert. In dem Abgasströmungsweg wird zwischen der Entladungselektrode 2 und der Gegenelektrode 3 eine Spannung angelegt, damit von der Entladungselektrode 2 elektrische Ladungen abgegeben werden und eine Vielzahl von feinen Partikeln (PM) in dem durch den Abgasströmungsweg strömenden Abgas geladen werden. Die elektrischen Ladungen auf den vielen Teilchen werden auf die Gegenelektrode 3 übertragen, wobei es dann zu einer Kohäsion der vielen Partikel kommt. In der Abgasbehandlungsvorrichtung weist die Entladungselektrode 2 den Entladungsteil 20, das Achsenstück 211, den leitenden Teil 21 und den Isolationsteil 22 auf. Der Entladungsteil 20 ist im Abgasströmungsweg platziert. Das Achsenstück 211 dringt durch das Wandstück 11 der Abgasdurchgangsleitung 1 und ist entlang der zur Abgasströmung vertikalen Richtung verlängert. Der leitende Teil 21 trägt den Entladungsteil im Abgasströmungsweg und verbindet den Entladungsteil elektrisch mit einer externen Energieversorgung. Der Isolationsteil 22 besteht zumindest aus der Schutzschicht 221, die auf einer Oberfläche eines Endstücks des Achsenstücks 211 des leitenden Teils 21 ausgebildet ist, um das leitende Teil 21 elektrisch von der Abgasdurchgangsleitung 1 zu isolieren.

Eine Methode, die Ansammlung der vielen Partikel in dem Abgas auf dem Isolationsteil der Entladungselektrode zu verhindern, ist eine Oberflächenbehandlung der Außenfläche des zylinderförmigen Isolationsteils der Entladungselektrode. Die Unterdrückung der Haftung der Partikel auf dem Isolationsteil der Entladungselektrode kann die elektrische Verbindung zwischen dem leitenden Teil der Entladungselektrode und der Abgasdurchgangsleitung verhindern.

Es genügt, die Schutzschicht entlang der Achsenrichtung des Isolationsteils auf der Oberfläche eines Stücks des zylinderförmigen Isolationsteils auszubilden. Und zwar wird die gesamte Oberfläche des Stücks des Isolationsteils mit der Schutzschicht überzogen. Die Stelle in Achsenrichtung, an der die Schutzschicht ausgebildet wird, liegt nicht fest. Um einen Anstieg der Herstellungskosten für den Isolationsteil in der Entladungselektrode zu vermeiden, ist es vorzuziehen, die Schutzschicht am Endstück des Entladungsteils der Entladungselektrode auszubilden. Es wird empfohlen, die Schutzschicht auf der gesamten Oberfläche des Isolationsteils auszubilden.

Nach der Durchführung der Oberflächenbehandlung ist die Oberfläche zumindest des Endstücks des Isolationsteils der Entladungselektrode in der Abgasbehandlungsvorrichtung mit der Schutzschicht aus glasartigem Material überzogen. Da die Schutzschicht aus dem glasartigen Material eine glatte Oberfläche hat, haften die Partikel im Abgas kaum an der glatten Oberfläche der Schutzschicht des Isolationsteils an. Selbst wenn die vielen Partikel an der glatten Oberfläche der Schutzschicht anhaften würden, würden die vielen Partikel die glatte Oberfläche der Schutzschicht sofort verlassen oder daran abgleiten. Demzufolge können die Partikel nicht an der Oberfläche der Schutzschicht des Isolationsteils der Entladungselektrode haften.

Es ist vorzuziehen, dass die Schutzschicht eine Oberflächenrauheit Rz von nicht mehr als 10 μm hat. Durch diese Bedingung (Rz ≤ 10 μm) kann die Haftung der Partikel an der Schutzschicht des Isolationsteils verhindert werden. Es ist insbesondere vorzuziehen, dass die Schutzschicht eine Oberflächenrauheit Rz von nicht mehr als 6,3 μm hat.

Es ist vorzuziehen, dass die Schutzschicht eine Erweichungstemperatur von nicht weniger als 500°C hat. Durch diese Bedingung (Erweichungstemperatur von nicht mehr als 500°C) wird ein Einsatz im Abgasströmungsweg der Abgasdurchgangsleitung möglich, durch die das Abgas hoher Temperatur strömt. Da die Temperatur des Abgases im Allgemeinen nicht weniger als 700°C beträgt, würde die Schutzschicht durch die Hitze. der Abgasströmung schmelzen und sich vom Isolationsteil lösen, falls die Erweichungstemperatur der Schutzschicht weniger als 500°C betragen würde, sodass der Isolationsteil nicht die Haftung der Partikel unterdrücken kann.

Es ist vorzuziehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der Schutzschicht kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Isolationsteils ist. Der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen der Schutzschicht und dem Isolationsteil kann eine ernste Beschädigung des Isolationsteils verhindern. In einem konkreten Beispiel führt die Erhitzung des Isolationsteils durch das Abgas hoher Temperatur zu einer Volumenausdehnung des Isolationsteils. Wenn die Schutzschicht einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Isolationsteil hat, kann die Schutzschicht den Isolationsteil mit einer Druckspannung beaufschlagen. Dadurch erhöht sich die Biegefestigkeit des Isolationsteils und kann die erhöhte Biegespannung einen Bruch des Isolationsteils verhindern.

Es ist vorzuziehen, dass die Dicke der Schutzschicht auf einen Bereich von 5 bis 100 μm eingestellt wird. Falls die Dicke der Schutzschicht weniger als 5 μm beträgt, fällt es dem Isolationsteil schwer, eine glatte Oberfläche zu besitzen. Es fällt also schwer, die zum Unterdrücken der Partikelhaftung notwendige Oberflächenrauheit der Schutzschicht zu bewahren. Wenn die Schutzschicht der Abgasströmung hoher Temperatur ausgesetzt wird, erweicht außerdem eine solche dünne Schutzschicht leicht und schmilzt, fließt dann und fällt herunter. Wenn die Dicke der Schutzschicht dagegen mehr als 100 μm beträgt, kann die Schutzschicht das Isolationsteil nicht mit der passenden Druckspannung beaufschlagen. Außerdem erhöht eine zunehmende Dicke der Schutzschicht die Herstellungskosten.

Es ist vorzuziehen, die aus Glasurschlämme bestehende Schutzschicht während der Herstellung zu brennen. Es ist auch vorzuziehen, dass die die Schutzschicht bildende Glasurschlämme eine Zusammensetzung hat, die gewöhnlich 16 bis 49 Gew.-% SiO₂, 15 bis 35 Gew.-% B₂O₃, 0 bis 10 Gew.-% Al₂O₃ und 0 bis 10 Gew.-% ZnO enthält, wobei das gesamte Feststoffmaterial der Glasurschlämme 100 Gew.-% (Gewichtsprozent) entspricht. Die Glasurschlämme enthält außerdem Additive, und zwar mindestens einen Bestandteil von CaO, BaO und MgO, mindestens einen Bestandteil aus Bi₂O₃, ZrO₂, TiO₂, CeO, FeO und mindestens einen Bestandteil aus Li₂O, Na₂O und K₂O.

Nachdem der Isolationsteil mit der Schutzschicht beschichtet worden ist, die die Glasurschlämme der obigen Zusammensetzung hat, ermöglicht das Brennen der Schutzschicht 11 es, dass die Schutzschicht die Haftung der Partikel an dem Isolationsteil unterdrückt.

In der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung gibt die Entladungselektrode elektrische Ladungen ab, werden die Partikel in dem Abgas durch die elektrischen Ladungen geladen und bewegen sich zur Gegenelektrode. Es ist zulässig, die Gegenelektrode als das Einfang- und Kohäsionselement mit verschiedenen Materialien auszubilden, die dazu in der Lage sind, die geladenen Partikel anzuziehen, damit sie auf der Gegenelektrode eingefangen werden können, auf der die Kohäsion der vielen Partikel erfolgt. Außerdem ist es zulässig, dass die Abgasdurchgangsleitung als die Gegenelektrode fungiert, insbesondere die Innenfläche der Abgasdurchgangsleitung.

Die Gegenelektrode ist ein Element, das die geladenen Partikel einfängt und auf dem die Kohäsion der vielen Partikel erfolgt, um so die Partikel großen Durchmessers zu bilden.

Es ist vorzuziehen, die Gegenelektrode am stromabwärtigen Ende der Entladungselektrode zu platzieren. In diesem Zustand, in dem die Gegenelektrode stromabwärts von der Entladungselektrode platziert ist, ist es möglich, die geladenen Partikel, die sich durch die Strömung des Abgases fortbewegen, am stromabwärtigen Ende der Entladungselektrode einzufangen.

Es ist vorzuziehen, dass die Gegenelektrode aus einem Maschengitterelement besteht, das in der Abgasdurchgangsleitung vertikal zur Strömungsrichtung des Abgases platziert ist. Durch die Gestalt des Maschengitters lassen sich die geladenen Partikel mit hoher Wahrscheinlichkeit einfangen. Die Maschengitterform kann die Kontaktfläche mit den Partikeln erhöhen, ohne die Abgasströmung zu verhindern. Wenn das Maschengitterelement als die Gegenelektrode vertikal zur Abgasströmung platziert ist, ist es möglich, die geladenen Partikel wirksam einzufangen, ohne die Strömungsrichtung des Abgases zu ändern.

Da das Maschengitterelement für ein Element steht, das eine Vielzahl von Öffnungen oder Löchern zum Durchlassen des Abgases hat, ist es zulässig, ein Element mit einer parallel zur Strömungsrichtung des Abgases verlaufenden Längslänge zu verwenden oder auch ein Element mit mehreren Löchern oder Öffnungen zu verwenden, die durch die beiden Endflächen des Elements dringen, durch die das Abgas strömen kann. Es kann als Maschengitterelement also auch ein Wabenaufbau, durch den das Abgas strömt, oder ein poröses Element mit einer Vielzahl feiner Löcher verwendet werden.

Es ist vorzuziehen, dass die Begrenzungsfläche des Maschengitterelements der der Abgasdurchgangsleitung gleichkommt. Die Querschnittsfläche der mit dem Maschengitterelement bedeckten Abgasdurchgangsleitung kann dann insgesamt mehr geladene Partikel wirksam einfangen.

Die erfindungsgemäße Abgasbehandlungsvorrichtung erzeugt auf der Gegenelektrode die Partikel großen Durchmessers durch einen Zusammenschluss der eingefangenen Partikel. Danach lösen sich die Partikel großen Durchmessers von der Gegenelektrode und fallen von ihr herunter. Die Trennung der Partikel großen Durchmessers von der Gegenelektrode kann durch die Strömung des beschleunigten Abgases erfolgen. Es ist daher vorzuziehen, am stromabwärtigen Ende der Gegenelektrode eine Beseitigungsvorrichtung wie eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Zersetzen, Beseitigen und Reinigen der Partikel großen Durchmessers zu platzieren. So ist als Beseitigungsvorrichtung zum Beispiel ein Filterkatalysator wie ein DPF denkbar.

Wie oben ausführlich beschrieben wurde, weist die erfindungsgemäße Abgasbehandlungsvorrichtung die Schutzschicht auf, die den Isolationsteil der in der Abgasdurchgangsleitung platzierten Entladungselektrode überzieht. Die anderen Bestandteile, die die Abgasbehandlungsvorrichtung bilden, sind die gleichen wie bei der herkömmlichen Abgasbehandlungsvorrichtung. Mit anderen Worten sind die Materialien, die die Abgasdurchgangsleitung, die Entladungselektrode (mit Ausnahme natürlich des die Schutzschicht bildenden Materials) und die Gegenelektrode bilden, die gleichen wie bei der herkömmlichen Abgasbehandlungsvorrichtung.

Es wurden zwar bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, doch erkennt der Fachmann im Lichte der Gesamtlehre dieser Offenbarung, dass verschiedene Abwandlungen und Alternativen zu gegebenen Einzelheiten möglich sind. Die hier offenbarten besonderen Gestaltungen sollen also nur der Veranschaulichung dienen und nicht den Schutzumfang der Erfindung beschränken, der durch die volle Breite der folgenden Ansprüche und ihrer Äquivalente gegeben ist.

Eine Abgasreinigungsvorrichtung hat eine Abgasdurchgangsleitung, eine Entladungselektrode und eine Gegenelektrode. Die Gegenelektrode versieht feine Partikel (PM) in einem von einem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgas mit elektrischen Ladungen. Die vielen geladenen Partikel bewegen sich zur Gegenelektrode und sammeln sich darauf. Die elektrischen Ladungen der vielen Partikel werden elektrisch auf die Gegenelektrode übertragen. Es kommt zu einer Kohäsion der vielen Partikel, wobei auf der Gegenelektrode Partikel großen Durchmessers erzeugt werden. Die Entladungselektrode hat einen Entladungsteil, einen leitenden Teil, der zumindest ein Achsenstück enthält, und einen Isolationsteil. Die Oberfläche zumindest eines Vorderstücks des Isolationsteils ist mit einer Schutzschicht aus glasartigem Material überzogen, um das Anhaften der Partikel in dem Abgas abzustellen und eine elektrische Verbindung zwischen dem leitenden Teil und der Abgasdurchgangsleitung zu verhindern. Die obige Gestaltung der Entladungselektrode bewahrt die Isolationswirkung zwischen dem leitenden Teil und der Abgasdurchgangsleitung.

Claims

Abgasbehandlungsvorrichtung mit einer Abgasdurchgangsleitung (1), die in sich einen Abgasströmungsweg aufweist, und einer Gegenelektrode (3), die in dem Abgasströmungsweg platziert ist, wobei zwischen einer Entladungselektrode (2) und der Gegenelektrode (3) eine Spannung angelegt wird, damit von der Entladungselektrode (2) elektrische Ladungen abgegeben werden und eine Vielzahl von feinen Partikeln in dem durch den Abgasströmungsweg strömenden Abgas geladen wird, wobei die elektrischen Ladungen auf den Partikeln zur Gegenelektrode (3) übertragen werden und dann eine Kohäsion der Partikel erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungselektrode (2) Folgendes umfasst: einen Entladungsteil (20), der in dem Abgasströmungsweg platziert ist; ein Achsenstück (211), das durch ein Wandstück (11) der Abgasdurchgangsleitung (1) geht und entlang einer zur Abgasströmungsrichtung vertikalen Richtung verlängert ist; einen leitenden Teil (21), der den Entladungsteil im Abgasströmungsweg trägt und den Entladungsteil elektrisch mit einer externen Energieversorgung verbindet; und einen Isolationsteil (22) aus zumindest einer Schutzschicht (221), die auf einer Oberfläche eines Endstücks des Achsenstücks (211) des leitenden Teils (21) ausgebildet ist, um den leitenden Teil (21) elektrisch von der Abgasdurchgangsleitung (1) zu isolieren.
Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich die Schutzschicht (221) aus glasartigem Material zusammensetzt.
Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Schutzschicht (221) einen Rauheitsgrad von nicht mehr als 10 μm hat.
Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Schutzschicht (221) eine Erweichungstemperatur von nicht weniger als 500°C hat.
Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Wärmeausbildungskoeffizient der Schutzschicht (221) kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Isolationsteils ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Dicke der Schutzschicht (221) auf einen Bereich von 5 bis 100 μm eingestellt ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Schutzschicht (221) unter einer Temperaturbedingung von mehr als 800°C einen Widerstand von 1 MΩ hat.
Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine Innenfläche des Wandstücks (11) der Abgasdurchgangsleitung (1) als die Gegenelektrode fungiert.
Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Gegenelektrode (3) ein Maschengitterelement umfasst, das vertikal zur Strömungsrichtung des Abgases platziert ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit außerdem einer am stromabwärtigen Ende der Gegenelektrode platzierten Reinigungsvorrichtung (4) zum Einfangen und Reinigen von Kohäsionspartikeln von der Gegenelektrode (3).
Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Schutzschicht (221) aus einer Glasurschlämme mit einer Zusammensetzung hergestellt ist, die 16 bis 49 Gew.-% SiO₂, 15 bis 35 Gew.-% B₂O₃, 0 bis 10 Gew.-% Al₂O₃ und 0 bis 10 Gew.-% ZnO enthält, wobei das gesamte Feststoffmaterial der Glasurschlämme 100 Gew.-% entspricht.
Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Glasurschlämme außerdem Additive enthält, und zwar mindestens einen Bestandteil aus CaO, BaO und MgO, mindestens einen Bestandteil aus Bi₂O₃, ZrO₂, TiO₂, CeO, FeO und mindestens einen Bestandteil aus Li₂O, Na₂O und K₂O.