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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf eine Abgasemissionssteuervorrichtung, die eine Koronaentladung erzeugt, um Materiepartikel zu steuern bzw. zu regulieren, die in Abgasemissionen von Brennkraftmaschinen enthalten ist.
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2. Stand der Technik
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Die Veröffentlichung
JP-2006-200376 zeigt eine Abgasemissionssteuervorrichtung, die zum Erzeugen einer Koronaentladung durch eine in einem sich von einer Brennkraftmaschine erstreckenden Abgasrohr angeordnete Elektrodensonde wirkt, um Materiepartikel (MPs) in durch das Abgasrohr strömendem Abgas zu oxidieren oder MPs elektrisch zu laden, so dass diese zum Reinigen des Abgases abgefangen oder eingefangen werden.
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Eine Erhöhung des zu der Elektrodensonde zugeführten elektrischen Stroms verbessert die Oxidation oder das Laden der MPs, was zu einer Steigerung der entfernten MPs führt. Eine derartige Erhöhung des zu der Elektrodensonde zugeführten Stroms führt jedoch zu einer zunehmenden Möglichkeit, dass Lichtbögen zwischen der Elektrodensonde und einer Masseelektrode abgegeben werden. Derartige Lichtbogenentladungen verbrauchen den größten Teil der zu der Elektrodensonde zugeführten elektrischen Energie, so dass die Koronaentladung verschwindet, was zu einer erheblichen Verschlechterung der Oxidation oder des Ladens der MPs führt, die nahe der Elektrodensonde vorbeitreten, d. h. der Fähigkeit zum Reinigen des Abgases. Die Lichtbogenentladungen führen zudem zu einem Verschleiß der Elektrodensonde.
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Die Abgasemissionssteuervorrichtung, die in der vorhergehend genannten Veröffentlichung beschrieben ist, weist einen elektrischen Leiter auf, der elektrische Leistung zu der Elektrodensonde zuführt und mit einem als eine Halteeinrichtung dienenden Isolator abgedeckt ist. Der Isolator ist in dem Abgasrohr montiert, um den elektrischen Leiter und die Elektrodensonde auf eine Art und Weise zu halten, so dass diese von dem Abgasrohr elektrisch isoliert sind. Der elektrische Leiter besteht aus einer Vielzahl von Bauteilen. Ein elektrischer Widerstand mit einem hohen Widerstandswert ist zwischen zweien der Bauteile angeordnet, um den Fluss an übermäßigen Strom zu der Elektrodensonde zu steuern.
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Die Erfinder dieser Anmeldung haben jedoch herausgefunden, dass der Isolator wirkt, um elektrische Ladungen zu speichern, ähnlich einem Kondensator, was zu dem nachfolgend beschriebenen Nachteil führt. Eine Erhöhung der gespeicherten Ladungen verursacht, dass die Ladungen von einem sich näher an der Elektrodensonde als der Widerstand befindenden Abschnitt des Isolators ohne ein Hindurchtreten durch den Widerstand zu der Elektrodensonde fließen, so dass eine Lichtbogenentladung hervorgerufen wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu verhindern.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Aufbau einer Abgasemissionssteuervorrichtung bereitzustellen, die gestaltet ist, um in Abgasemissionen enthaltene Feinpartikel unter Verwendung von Koronaentladungen zu regulieren bzw. zu steuern und von einer Elektrodensonde ausgehende Lichtbogenentladungen zu verhindern, um eine Abnahme der Abgasemissionssteuerfähigkeit und einen Verschleiß der Elektrodensonde zu minimieren.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Abgasemissionssteuervorrichtung bereitgestellt, die in Automobilen verwendet werden kann, welche durch Brennkraftmaschinen, wie z. B. Dieselmotoren angetrieben werden. Die Abgasemissionssteuervorrichtung weist Folgendes auf: (a) eine Elektrodensonde, die im Inneren eines Abgaspfads anzuordnen ist, der durch ein sich von einer Brennkraftmaschine erstreckendes Abgasrohr festgelegt ist, wobei die Elektrodensonde wirkt, um eine Koronaentladung innerhalb des Abgaspfads zu erzeugen, um einen in Abgasemissionen von der Brennkraftmaschine enthaltenen Partikel zu oxidieren oder den Partikel zu laden und einzufangen, um die Abgasemissionen zu reinigen; (b) ein leitfähiges Bauteil, das einen Leistungszufuhrpfad festlegt, durch den elektrische Leistung bzw. elektrischer Strom zu der Elektrodensonde zugeführt wird; (c) eine isolierende Halteeinrichtung, die in dem Abgasrohr einzubauen ist, um das leitfähige Bauteil zu halten, so dass dieses von dem Abgasrohr elektrisch isoliert ist; und (d) einen elektrischen Widerstand, der einen höheren elektrischen Widerstandswert als das leitfähige Bauteil aufweist. Der elektrische Widerstand ist in einem Abschnitt des Leistungszufuhrpfads angeordnet, an dem eine elektrische Ladung aus der isolierenden Halteeinrichtung durch den elektrischen Widerstand zu der Elektrodensonde ausfließen soll.
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Genauer gesagt ist der elektrische Widerstand stromabwärts der isolierenden Halteeinrichtung in einem zu der Elektrodensonde führenden Ladungsflusspfad angeordnet, was dazu führt, dass in der isolierenden Halteeinrichtung gespeicherte elektrische Ladungen durch den elektrischen Widerstand zu der Elektrodensonde strömen, wodurch von der Elektrodensonde ausgehende Lichtbogenentladungen minimiert werden. Dies stellt die Steuerungsbeständigkeit der Abgasemissionen sicher und minimiert die Alterung der Elektrodensonde.
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Bei der bevorzugten Form der Erfindung weist das leitfähige Bauteil einen Abschnitt mit kleinem Querschnitt auf, dessen Querschnitt kleiner als ein anderer Abschnitt des leitfähigen Bauteils ist und als der elektrische Widerstand dient. Dies führt zu einer Verringerung der Anzahl der Bauteile der Abgasemissionssteuervorrichtung im Vergleich dazu, wenn der Widerstandskörper durch separat von dem leitfähigen Bauteil vorgesehenes Material bereitgestellt wird.
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Das leitfähige Bauteil kann aus einer Vielzahl von Bauteilen bestehen, die durch den Widerstand elektrisch miteinander verbunden sind. Anders gesagt ist der Widerstand unabhängig von dem leitfähigen Bauteil bereitgestellt, wodurch eine Auswahl eines gewünschten Widerstandswerts des Widerstands vereinfacht wird.
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Der Widerstand kann in einem von entgegengesetzten Enden der isolierenden Halteeinrichtung eingeschlossen sein, das sich näher an der Elektrodensonde befindet. Es gibt Bedenken über eine physikalische Beschädigung des Abschnitts mit kleinem Querschnitt des leitfähigen Bauteils oder einer elektrischen Verbindung zwischen den Bauteilen des leitfähigen Bauteils und des Widerstands aufgrund eines Mangels an dessen mechanischer Stärke, aber der Widerstand ist jedoch im Inneren der isolierenden Halteeinrichtung enthalten, um die Stabilität der elektrischen Verbindung sicherzustellen. Der Widerstand befindet sich im Inneren des näher an der Elektrodensonde liegenden Endes des leitfähigen Bauteils, so dass ein näher an der Elektrodensonde als der Widerstand liegender Abschnitt des leitfähigen Bauteils außer Kontakt mit der isolierenden Halteinrichtung gehalten wird. Dies stellt den durch den Widerstand zu der Elektrodensonde verlaufenden Fluss der in der isolierenden Halteeinrichtung gespeicherten elektrischen Ladung sicher.
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Auf dem leitfähigen Bauteil kann ein Montierbauteil angeordnet sein, das die Elektrodensonde an dem leitfähigen Bauteil befestigt. Das Montierbauteil dient als der Widerstand. Anders gesagt wird der Widerstand unabhängig von dem leitfähigen Bauteil bereitgestellt, wodurch eine Auswahl eines gewünschten Widerstandswerts des Widerstands vereinfacht wird.
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Die Abgasemissionssteuervorrichtung kann als Alternative einen Wirbelstromgenerator aufweisen, der an dem leitfähigen Bauteil gesichert ist und wirkt, um einen Wirbelstrom durch einen durch das leitfähige Bauteil fließenden elektrischen Strom zu erzeugen. Der Wirbelstromgenerator dient als der Widerstand. Genauer gesagt wirkt der Wirbelstromgenerator, um den Wirbelstrom zu erzeugen, so dass die elektrische Energie in dem leitfähigen Bauteil um einen Betrag verringert wird, der dem Wirbelstrom entspricht, welcher durch den durch das leitfähige Bauteil fließenden Strom erzeugt wird. Dies verhindert eine von der Elektrodensonde ausgehende Lichtbogenentladung und stellt die Beständigkeit des Reinigens der Abgasemissionen sicher.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung ist aus der nachfolgend gegebenen ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung besser verständlich, die jedoch nicht herangezogen werden sollten, um die Erfindung auf die bestimmten Ausführungsbeispiele zu beschränken, sondern die nur zur Erklärung und zum Verständnis dienen.
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In den Zeichnungen ist:
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1(a) eine teilgeschnittene Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einer Abgasemissionssteuervorrichtung der Erfindung und einem Dieselmotor zeigt;
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1(b) eine Schnittansicht, die den Aufbau der Abgasemissionssteuervorrichtung von 1(a) darstellt;
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1(c) eine Darstellung aus Sicht eines Pfeils A in 1(b);
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2 eine Längsansicht, die eine Entladungskerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, welche in der Abgasemissionssteuervorrichtung von 1 eingebaut ist;
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3 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die die Entladungskerze von 2 darstellt;
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4(a) eine schematische Ansicht, die einen von einem Isolator eines Vergleichsbeispiels ausgehenden Fluss von Ladungen darstellt;
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4(b) eine schematische Ansicht, die einen von einem Isolator der Entladungskerze von 2 ausgehenden Fluss von Ladungen darstellt;
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5 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine Entladungskerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
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6 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine Entladungskerze gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt; und
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7 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine Entladungskerze gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in verschiedenen Ansichten bezeichnen, insbesondere in 1(a) bis 1(c), ist eine Abgasemissionssteuervorrichtung 10 für einen Automobildieselmotor (d. h. eine Brennkraftmaschine) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. 1(a) stellt eine Positionsbeziehung zwischen der Abgasemissionssteuervorrichtung 10 und dem Dieselmotor 41 dar. 1(b) stellt den Aufbau der Abgasemissionssteuervorrichtung 10 dar. 1(c) ist eine Darstellung aus Sicht eines Pfeils A in 1(b).
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Die Abgasemissionssteuervorrichtung 10 ist mit einer Entladungskerze 20 und einer Masseelektrode 30 ausgestattet. Die Entladungskerze 20 dient zum Abgegeben von Elektronen in einen sich von dem Dieselmotor 41 aus erstreckenden Abgaspfad 11. Die Masseelektrode 30 besteht aus einem hohlen Zylinder, der an eine Innenwand eines mit dem Abgasrohr 42 des Dieselmotors 41 verbundenen, zylindrischen Gehäuses H gepasst ist. Die Masseelektrode 30 ist angeordnet, um Spitzen 212b einer Vielzahl von Elektrodensonden 212a zugewandt zu sein, wie es an späterer Stelle ausführlich beschrieben ist. Das Gehäuse H besteht aus einem hohlen Zylinder, der einen größeren Durchmesser als das Abgasrohr 42 aufweist, und legt darin den Abgaspfad 11 fest, der einen kreisförmigen Querschnitt hat. Das Gehäuse H hat Enden mit kleinem Durchmesser, die direkt mit dem Abgasrohr 42 verbunden sind. Das Gehäuse H und das Abgasrohr 42 bestehen jeweils aus einem elektrisch leitfähigen metallenen Material.
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Wie es in 1(b) zu erkennen ist, weist die Entladungskerze 20 eine obere Hälfte, die sich nach außerhalb der Umfangswand des Gehäuses H in einer Aufwärtsrichtung erstreckt, wie es in der Zeichnung zu sehen ist, und eine untere Hälfte auf, die im Inneren des Abgaspfads 11 innerhalb des Gehäuses H angeordnet ist. Die Entladungskerze 20 weist eine Entladungselektrode 21 und einen Elektroisolator 22 auf. Die Entladungselektrode 21 wird mit elektrischer Leistung versorgt und erzeugt Koronaentladungen, um Elektronen in den Abgaspfad 11 abzugeben. Der Isolator 22 dient als eine isolierende Halteeinrichtung zum Halten oder Fixieren der Entladungselektrode 21 im Inneren des Abgaspfads 11.
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2 ist eine Seitenansicht der Entladungskerze 20. Die Entladungselektrode 21 ist mit einem leitfähigen Stab 211 und einer Elektronenabgabeplatte 212 ausgerüstet. Der leitfähige Stab 211 ist durch den Isolator 22 an dessen Außenumfang fixiert. Die Emissionsplatte 212 ist an der Spitze des leitfähigen Stabs 211 montiert.
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Der Isolator 22 ist angeordnet, um durch das Abgasrohr 42 hindurchzutreten und weist einen innerhalb des Pfads liegenden Abschnitt 221, einen außerhalb des Pfads liegenden Abschnitt 222 und einen Montierabschnitt 223 auf. Der innerhalb des Pfads liegende Abschnitt 211 befindet sich im Inneren des Abgaspfads 11. Der außerhalb des Pfads liegende Abschnitt 222 befindet sich außerhalb des Abgaspfads 11. Der Montierabschnitt 223 ist fest an dem Abgasrohr 42 montiert oder fixiert, um die Entladungselektrode 21 innerhalb des Abgaspfads 11 zu halten, so dass diese von dem Abgasrohr 42 elektrisch isoliert ist, und zudem, um die Entladungskerze 20 an dem Abgasrohr 42 zu sichern.
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Der leitfähige Stab 211 weist ein Ende 211a auf, das sich außerhalb des Abgaspfads 11 (d. h. oberhalb einer Strichpunktlinie in 2) befindet und von dem außerhalb des Pfads liegenden Abschnitt 222 des Isolators 22 vorsteht. Das Ende 211a wird mit elektrischer Leistung mit einer hohen Gleichspannung von einer Leistungszufuhrvorrichtung 50, wie es in 1(b) dargestellt ist, durch eine Hochspannungsleitung 23 versorgt. Genauer gesagt weist die Hochspannungsleitung 23 einen Anschluss 23a auf, der durch eine leitfähige Feder 24 mit dem Ende 211a des leitfähigen Stabs 211 elektrisch verbunden ist. Die leitfähige Feder 24 dient als eine Dämpfeinrichtung zum Minimieren physikalischer Beschädigungen einer elektrischen Verbindung zwischen dem leitfähigen Stab 211 und der Hochspannungsleitung 23, wenn eine Kraft von außen auf die Hochspannungsleitung 23 ausgeübt wird, um den Anschluss 23a relativ zu dem Ende 211a zu bewegen. Der Anschluss 23a, das Ende 211a und die Feder 24 sind mit einer Kappe 23b abgedeckt, die an den Isolator 22 gepasst ist.
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Ein unterer Endabschnitt des leitfähigen Stabs 211, der sich innerhalb des Abgaspfads 11 (d. h. unterhalb der Strichpunktlinie in 2) befindet und von dem innerhalb des Pfads liegenden Abschnitt 221 des Isolators 22 vorsteht, ist zu einer L-Form gebogen. Dieser L-förmige Abschnitt ist nachfolgend auch als ein dem Gas ausgesetzter Abschnitt 211b bezeichnet. Der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b weist einen horizontalen Bereich auf, der sich im Wesentlichen in einer axialen Richtung des Abgaspfads 11 (d. h. einer Richtung, in der das Abgas strömt) erstreckt. Der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b weist ein Ende auf, an das die Elektronenabgabeplatte 212 geschweißt ist, wie es in 1(c) und 2 dargestellt ist. Die Elektronenabgabeplatte 212 besteht aus einer Scheibe, wobei sich die Elektrodensonden 212a von dem Umfang der Elektronenabgabeplatte 212 radial nach außen erstrecken. Die Entladungselektrode 21 weist einen Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser auf, der sich nahe einem von entgegengesetzten Enden des Isolators 23 befindet, das näher an den Elektrodensonden 212a liegt. Der Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser hat einen kleineren transversalen Querschnittsbereich eines Elektroleistungszufuhrpfads, der durch die Entladungselektrode 21 festgelegt ist, und dient als ein elektrischer Widerstand. 3 ist eine vergrößerte Ansicht, die den Abstand 211d mit kleinem Durchmesser der Entladungskerze 20 darstellt. Der leitfähige Stab 211 hat einen eingekapselten Abschnitt 211d, der im Inneren des in dem Pfad liegenden Abschnitts 221 des Isolators 22 hermetisch bzw. luftdicht angeordnet ist. Der Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser ist zwischen dem eingekapselten Abschnitt 211c und dem dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b ausgebildet. Der eingekapselte Abschnitt 211c und der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b bestehen jeweils aus einem zylindrischen Stab und sind bezüglich eines Durchmessers zueinander identisch.
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Der Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser der Entladungselektrode 21 weist einen kleineren Durchmesser (d. h. einen transversalen Querschnittsbereich) als der eingekapselte Abschnitt 211c und der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b auf, so dass der Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser einen größeren elektrischen Widerstandswert als der eingekapselte Abschnitt 211c und der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b aufweist. Der Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser ist mit der Form eines zylindrischen Stabs gemacht, kann jedoch als Alternative dazu aus einer viereckigen Stange oder einer dreieckigen Stange gemacht sein, solange er einen kleineren transversalen Querschnittsbereich als der eingekapselte Abschnitt 211c und der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b aufweist.
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Der elektrische Widerstandswert des Abschnitts 211d mit kleinem Durchmesser ist größer als der der Feder 24. Der Elektroleistungszufuhrpfad der Entladungselektrode 21, auf den sich hier bezogen wird, wird durch den eingekapselten Abschnitt 211c, den Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser und den dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b festgelegt und führt die elektrische Leistung zu der Elektronenabgabeplatte 212 zu. Der Widerstand, wie er durch den Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser festgelegt ist, ist mit dem eingekapselten Abschnitt 211c und den dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b elektrisch in Reihe verbunden.
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Der Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser ist im Inneren des in dem Pfad liegenden Abschnitts 221 des Isolators 22 angeordnet und durch den in dem Pfad liegenden Abschnitt 211 zusammen mit dem eingekapselten Abschnitt 211c hermetisch bzw. luftdicht eingekapselt. Der Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser befindet sich an dem untersten Ende des in dem Pfad liegenden Abschnitts 221, um physikalischen Kontakt des Außenumfangs des dem Gas ausgesetzten Abschnitts 211b mit dem in dem Pfad liegenden Abschnitt 221 zu verhindern. Der Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser kann durch Bearbeiten oder Schneiden eines Abschnitts eines Basismaterials der Entladungselektrode 21 ausgebildet sein, der einen identischen Durchmesser wie der eingekapselte Abschnitt 211c und der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b aufweist.
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Die Leistungszufuhrvorrichtung 50 ist mit einer Speicherbatterie als eine Leistungsquelle ausgerüstet, die in dem Automobilfahrzeug eingebaut ist und durch elektrische Energie zu laden ist, wie sie durch den Dieselmotor 41 erzeugt oder in einem Bremsmodus des Fahrzeugs wiedergewonnen wird. Die Leistungszufuhrvorrichtung 50 dient dazu, eine Ausgabespannung (beispielsweise –12 V) der Batterie auf beispielsweise –5 kV bis –15 kV zu transformieren und zu der Entladungskerze 20 zuzuführen.
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Der Strom (d. h. die Elektronen), wie er von der Leistungszufuhrvorrichtung 50 mit einer hohen Gleichspannung ausgegeben wird, wird durch die Hochspannungsleitung 23 zu dem Ende 211a des leitfähigen Stabs 211 zugeführt und fließt anschließend durch den dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b zu der Elektronenabgabeplatte 212. Wenn die Elektronen die Elektronenabgabeplatte 212 erreichen, wird die Koronaentladung induziert, um die Elektronen von den Spitzen 212b der Elektrodensonden 212a in den Abgaspfad 11 abzugeben. Die Elektronenabgabeplatte 212 weist die vielen Elektrodensonden 212a auf, wodurch die Elektronenabgabeeffizienz verbessert wird, um die Koronaentladungen gleichmäßig in dem Abgaspfad 11 zu erzeugen, was die Fähigkeit der Abgasemissionssteuervorrichtung 10 zum Reinigen der Abgasemissionen des Dieselmotors 41 verbessert.
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Nachfolgend ist beschrieben, wie Materiepartikel (MPs), die in dem von dem Dieselmotor 41 abgegebenem Abgas enthalten sind, durch die Koronaentladung zu unschädlichen oder weniger schädlichen Produkten umgewandelt werden.
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MPs, wie sie von dem Dieselmotor 41 in das Abgasrohr 42 abgegeben werden, haben gewöhnlicherweise einen Partikeldurchmesser von 0,01 μm bis mehrere μm und enthalten Nanopartikel, die nicht durch typische Dieselpartikelfilter (DPFs) eingefangen werden. Die Abgasemissionssteuervorrichtung 10 ist hauptsächlich gestaltet, um derartige Nano-MPs zu oxidieren und zu bereinigen.
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Wenn eine negative hohe Gleichspannung von der Leistungszufuhrvorrichtung 50 auf den leitfähigen Stab 211 der Entladungskerze 20 aufgebracht wird, wird verursacht, dass die Koronaentladung an jeder der Spitzen 212b der Elektrodensonden 212a erzeugt wird. Elektronen, wie sie durch die Koronaentladung abgestrahlt werden, haben eine Hochniveauenergie. Die Kollision der Elektronen mit Sauerstoffmolekülen (O2) in dem Abgas führt dazu, dass die Sauerstoffmoleküle zu Sauerstoffionen (d. h. Sauerstoffradikale: O2–) aufgetrennt werden. Die Sauerstoffradikale sind instabil. Wenn die Sauerstoffradikale mit Kohlenstoff-(C)-Atomen kollidieren, die Komponenten der Nano-MPs sind, werden Kohlenstoffdioxide (CO2) erzeugt. Genauer gesagt verursacht die Aktivierungsenergie der durch die Koronaentladung abgestrahlten Elektronen, dass die Kohlenstoffe mit den Sauerstoffmolekülen reagieren, um die Kohlenstoffdioxide zu erzeugen. Kurz gesagt oxidieren die Koronaentladungen die Nano-MPs, um die Kohlenstoffdioxide direkt zu erzeugen, welche Gasmoleküle sind. Auf diese Art und Weise werden die Nano-MPs durch die Energie, wie sie durch die Koronaentladung verursacht wird, zu unschädlichen Produkten umgewandelt.
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Je größer der Betrag an zu der Entladungskerze 20 zugeführter elektrischer Leistung ist, desto größer ist der Betrag an Koronaentladung, was zu einer erhöhten Menge an gereinigtem Abgas führt. Ein Übermaß der zu der Entladungskerze 20 zugeführten elektrischen Leistung führt jedoch zu Lichtbögen, die sich von der Spitze 212b der Elektronenabgabeplatte 212 aus hin zu der Masseelektrode 30 erstrecken. Dies verursacht, dass der Großteil der zu der Elektronenabgabeplatte 212 eingegebenen elektrischen Energie in die Lichtbögen strömt, so dass die Koronaentladung verschwindet, was zu einer Abnahme der zu regulierenden Materiepartikel in dem Abgas führt. Die Leistungszufuhrvorrichtung 50 ist daher gestaltet, um den zu der Entladungskerze 20 zuzuführenden Hochspannungsstrom zu steuern, so dass die Elektronenabgabeplatte 212 daran gehindert wird, die Lichtbögen zu erzeugen.
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Wenn ein Luftspalt G, wie er in 1(b) dargestellt ist, zwischen jeder der Spitzen 212b der Elektronenabgabeplatte 212 und der Masseelektrode 30 groß ist, kann es zu einem Fehler beim Erzeugen der Koronaentladung führen, wenn die elektrische Leistung zu der Entladungskerze 20 zugeführt wird. Demgegenüber wird dann, wenn der Luftspalt G kleiner ist, die Entwicklung des Lichtbogens erleichtert. Der Spalt G zwischen jeder der Spitzen 212b und der Masseelektrode 30 wird daher ausgewählt, um so klein wie möglich zu sein, so dass die Lichtbogenentladung nicht erzeugt wird.
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Die Lichtbogenentladung führt zudem zu einem beschleunigten Altern der Elektrodensonden 212a. Tatsächlich ist es so dass dann, wenn Elektronen von den Elektrodensonden 212a abgegeben werden, diese mit Gasmolekülen rund um die Elektrodensonden 212a herum kollidieren, so dass die Gasmoleküle Sekundärelektronen abgeben, die auf die Elektrodensonden 212a treffen, was zu einem Verschleiß der Elektrodensonden 212a führt. Generell gesagt gibt die Lichtbogenabgabe eine größere Menge an Sekundärelektronen im Vergleich zu der Koronaentladung ab. Die Lichtbogenentladung führt somit zu einem beschleunigten Altern der Elektrodensonden 212a.
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Der Isolator 22 der Entladungskerze 20 wirkt ähnlich wie ein Kondensator, um Ladungen darin zu speichern (siehe eine strichpunktierte Linie in 4(a) und 4(b)). 4(a) und 4(b) sind schematische Ansichten, die den geladenen Isolator 22 darstellen. 4(b) zeigt den Isolator dieses Ausführungsbeispiels. 4(a) zeigt den Fall, bei dem ein Widerstand 221dx mit einem Ende des Isolators 22 verbunden ist, das weit von der Elektronenabgabeplatte 212 weg liegt, im Gegensatz zu diesem Ausführungsbeispiel. Der Aufbau von 4(a) stellt das Problem darin, dass die Ladungen Q aus dem Isolator 22 durch den dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b des leitfähigen Stabs 211 zu den Elektrodensonden 212a strömen, ohne durch den Widerstand 221dx hindurchzutreten, um dadurch den Lichtbogen zu induzieren.
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Der Aufbau von 4(b) in diesem Ausführungsbeispiel weist den Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser der Entladungselektrode 21 auf, der sich im Inneren von einem von den entgegengesetzten Enden des Isolators 22 befindet, das nahe an den Elektrodensonden 212a liegt, wodurch die Ladungen Q', die in dem Isolator 22 gespeichert sind, dazu veranlasst werden, durch den Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser zu den Elektrodensonden 212a zu fließen. Anders gesagt ist der Widerstand (d. h. der Abstand 211d mit kleinem Durchmesser) stromaufwärts der Elektrodensonden 212a und stromabwärts des Isolators 22 in dem Elektrostromzufuhrpfad so angeordnet, dass die Ladungen Q' durch den Widerstand zu den Elektrodensonden 212a fließen. Dies führt zu einer Verringerung der von dem Isolator 22 zu den Elektrodensonden 212a fließenden Ladungen Q' im Vergleich zu dem Aufbau von 4(a), wodurch die Möglichkeit der Lichtbogenentladung verringert wird und die Beständigkeit des Reinigens des Abgases sichergestellt wird. Anders gesagt ermöglicht der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels es, dass der Spalt G zwischen der Elektronenabgabeplatte 212a und der Masseelektrode 30 auf einen Wert verkleinert wird, der den Betrag an Koronaentladung erhöht, ohne die Lichtbogenentladung hervorzurufen.
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Die obere Fläche des dem Gas ausgesetzten Abschnitts 211b, die mit dem in dem Pfad liegenden Abschnitt 221 des Isolators 22 in physikalischen Kontakt gesetzt ist, hat einen kleineren Querschnitt, während dessen Umfangsfläche vollständig außer Kontakt mit dem in dem Pfad liegenden Abschnitt 211 gesetzt ist. Die Menge an Ladung, die aus dem Isolator 22 zu dem dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b ohne durch den Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser strömt, ist daher verschwindend gering.
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Der Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser wird durch Schneiden eines Abschnitts des leitfähigen Stabs 211 ausgebildet, um als der Widerstand zu funktionieren, was zu einer Verringerung der Bauteileanzahl der Entladungskerze 20 im Vergleich zu einem Zustand führt, wenn der Widerstand durch von dem leitfähigen Stab 211 separates Material bereitgestellt wird.
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Wenn der Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser durch Schneiden oder Bearbeiten des leitfähigen Stabs 211 ausgebildet ist, kann es zu einem Mangel an mechanischer Stärke des Abschnitts 211d mit kleinem Durchmesser kommen, was zu Bedenken über dessen physikalische Zerstörung führt. Um diesem Problem entgegenzuwirken, ist der Abschnitt 211d mit kleinem Durchmesser im Inneren des Isolators 22 zusammen mit dem eingekapselten Abschnitt 211c gehalten.
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5 stellt die Entladungskerze 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
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Der in dem Pfad liegende Abschnitt 211c und der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b des leitfähigen Stabs 11 sind aus separaten Teilen gemacht. Der in dem Pfad liegende Abschnitt 211c und der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b sind durch einen elektrischen Widerstand 25 unter Verwendung von z. B. Schweißtechniken elektrisch miteinander verbunden. Andere Anordnungen der Abgasemissionssteuervorrichtung 10 sind identisch zu denen in dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Der Widerstand 25 weist einen größeren elektrischen Widerstandswert als der eingekapselte Abschnitt 211c und der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b der Entladungselektrode 21 auf. Der Elektroleistungszufuhrpfad der Entladungselektrode 21, auf den in diesem Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird, ist durch den eingekapselten Abschnitt 211c, den Widerstand 25 und den dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b festgelegt und wirkt, um die elektrische Leistung zu der Elektronenabgabeplatte 212 zuzuführen. Der Widerstand 25 ist mit dem eingekapselten Abschnitt 211c und dem dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b in Reihe elektrisch verbunden.
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Der Widerstand 25 ist im Inneren des in dem Pfad liegenden Abschnitts 221 des Isolators 22 angeordnet und durch den in dem Pfad liegenden Abschnitt 211 zusammen mit dem eingekapselten Abschnitt 211c abgedichtet. Der Widerstand 25 befindet sich an dem untersten Ende des in dem Pfad liegenden Abschnitts 221, um den Außenumfang des dem Gas ausgesetzten Abschnitts 211b außer Kontakt mit dem in dem Pfad liegenden Abschnitt 221 zu halten.
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Der Widerstand 25 befindet sich nahe dem Ende des Isolators 22, das nahe an den Elektrodensonden 212a liegt, wodurch verhindert wird, dass Ladungen, die in dem Isolator 22 gespeichert sind, zu dem dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b und zu den Elektrodensonden 212a fließen, ohne durch den Widerstand 25 hindurchzutreten. Dies verhindert die Lichtbogenentladung und stellt die Beständigkeit des Reinigens des Abgases sicher.
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Der Widerstand 25 ist ungleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel unabhängig von dem eingekapselten Abschnitt 211c und dem dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b bereitgestellt, wodurch die Auswahl des gewünschten Widerstandswerts des Widerstand 25 vereinfacht wird.
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Es gibt Bedenken über eine physikalische Zerstörung der elektrischen Verbindung zwischen dem eingekapselten Abschnitt 211c, dem dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b und dem Widerstand 25 aufgrund eines Mangels an mechanischer Stärke von dieser, der Widerstand 25 ist jedoch im Inneren des Isolators 22 zusammen mit dem eingekapselten Abschnitt 211c gehalten, um die Stabilität der elektrischen Verbindung sicherzustellen.
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6 stellt die Entladungskerze 20 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Elektronenabgabeplatte 212 an das Ende des dem Gas ausgesetzten Abschnitts 211b geschweißt, um die Elektrodensonden 212a an dem dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b zu halten, wobei jedoch bei der Entladungskerze 20 dieses Ausführungsbeispiels stattdessen Montierbauteile 261 und 262 vorgesehen sind, die an das Ende des dem Gas ausgesetzten Abschnitts 211b fest angepasst sind, um die Elektrodensonden 212a dazwischen zu drücken oder zu pressen.
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Das Montierbauteil 261 besteht aus einer Scheibe. Das Montierbauteil 262 besteht aus einer Scheibe mit einem Ansatz. Die Montierbauteile 261 und 262 weisen Mittellöcher auf, die zueinander ausgerichtet sind. Der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b ist in die Mittellöcher der Montierbauteile 261 und 262 eingebracht. Der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b besteht aus einem zylindrischen Bauteil und weist einen kreisförmigen Flansch 211e auf, der sich senkrecht zu der Länge des dem Gas ausgesetzten Abschnitts 211b erstreckt. Die Montierbauteile 261 und 262 sind an den dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b gepasst und in Anlage mit dem Flansch 211e platziert. Die Elektronenabgabeplatte 212 ist an den Ansatz des Montierbauteils 262 gepasst und zwischen den Montierbauteilen 261 und 262 fest gehalten. Die Elektrodensonden 212a sind in Kontakt mit den Montierbauteilen 261 und 262 platziert, sind jedoch weg von dem dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b gehalten. Der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b hat an dessen einem Ende ein Gewinde 211f ausgebildet, an dem ein Befestigungselement 27 befestigt ist, um die Elektrodensonden 212a steif zwischen den Montierbauteilen 261 und 262 zu halten.
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Die Montierbauteile 261 und 262 bestehen aus Material wie z. B. SiC, das einen größeren elektrischen Widerstandswert als die Elektrodensonden 212a und der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b hat und daher als ein Elektrowiderstandsbauteil in dem leitfähigen Stab 211 wirkt. Andere Gestaltungen der Abgasemissionssteuervorrichtung 10 sind identisch zu denen des ersten Ausführungsbeispiels.
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Der elektrische Widerstandswert, der durch die Montierbauteile 261 und 262 bereitgestellt wird, ist größer als die elektrischen Widerstandswerte des eingekapselten Abschnitts 211c und des dem Gas ausgesetzten Abschnitts 211b der Entladungselektrode 21. Der Elektroleistungszufuhrpfad der Entladungselektrode 21, auf den in diesem Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird, wird durch den eingekapselten Abschnitt 211c, den dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b und den Montierbauteilen 261 und 262 festgelegt, um die elektrische Leistung zu der Elektronenabgabeplatte 212 zuzuführen. Der dem Gas ausgesetzte Abschnitt 211b setzt sich, wie es in 6 zu sehen ist, direkt von dem eingekapselten Abschnitt 211c ausgehend fort. Die Montierbauteile 261 und 262 sind mit dem eingekapselten Abschnitt 211c und dem dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b elektrisch in Reihe verbunden und liegen zu dem Abgas in dem Abgaspfad 11 hin frei.
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Der Widerstand, der durch die Montierbauteile 261 und 262 bereitgestellt wird, ist an der Entladungselektrode 21 näher an den Elektrodensonden 212a als der Isolator 22 angeordnet, wodurch verhindert wird, dass in dem Isolator 22 gespeicherte Ladungen zu dem dem Gas ausgesetzten Abschnitt 211b und zu den Elektrodensonden 212a strömen, ohne durch den Widerstand hindurchzutreten. Dies verhindert die Lichtbogenentladung und stellt die Beständigkeit des Reinigens des Abgases sicher.
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Der Widerstand wird ungleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Montierbauteile 261 und 262 bereitgestellt, die verwendet werden, um die Elektrodensonden 212a zu halten, was zu einer Verringerung der Teileanzahl der Entladungskerze 20 im Vergleich zu einem Zustand führt, wenn ein separater Widerstand in dem Elektroleistungszufuhrpfad angeordnet ist.
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7 stellt die Entladungskerze 20 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Im Gegensatz zu dem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem die Montierbauteile 261 und 262 als der elektrische Widerstand verwendet werden, weist die Entladungskerze 20 dieses Ausführungsbeispiels einen Wirbelstromgenerator 28 auf, der an den leitfähigen Stab 211 gepasst ist.
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Der Wirbelstromgenerator 28 wirkt, um den durch den leitfähigen Stab 211 fließenden Strom zum Erzeugen des Wirbelstroms zu verwenden oder aufzubrauchen. Der Wirbelstromgenerator 28 besteht aus einer Ferritperle, die an den leitfähigen Stab 211 gepasst ist, um von diesem elektrisch isoliert zu sein. Beispielsweise ist der Wirbelstromgenerator 28 durch eine hohle zylindrische Ferritperle ausgebildet und an den Umfang des dem Gas ausgesetzten Abschnitts 211b durch ein elektrisches Isoliermaterial, wie z. B. Glas, geklebt.
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Der Wirbelstromgenerator 28 wirkt als ein elektrischer Widerstand, um den Wirbelstrom zu erzeugen, so dass die elektrische Energie in dem leitfähigen Stab 211 um einen Betrag verringert wird, der dem Wirbelstrom entspricht, welcher durch den durch den leitfähigen Stab 211 fließenden Strom verursacht wird.
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Der Widerstand, der durch den Wirbelstromgenerator 28 bereitgestellt wird, ist an der Entladungselektrode 21 näher an den Elektrodensonden 212a als der Isolator 22 angeordnet, wodurch verhindert wird, dass in dem Isolator 22 gespeicherte Ladungen zu den Elektrodensonden 212a fließen, ohne durch den Widerstand hindurchzutreten. Dies verhindert die Lichtbogenentladung und stellt die Beständigkeit des Reinigens des Abgases sicher.
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Während die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele offenbart worden ist, um deren besseres Verständnis zu vereinfachen, sollte verstanden sein, dass die Erfindung auf verschiedene Wege ausgeführt sein kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher sollte die Erfindung so verstanden sein, dass sie alle möglichen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen der gezeigten Ausführungsbeispiele umfasst, die ausgeführt werden können, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen, so wie es in den angehängten Ansprüchen ausgeführt ist.
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Beispielsweise kann die Erfindung mit einer Abgasemissionssteuervorrichtung verwendet werden, die gestaltet ist, um in dem Abgas enthaltene MPs durch die Koronaentladung zu laden, um diese einzusammeln oder einzufangen. Genauer gesagt wird dann, wenn die Koronaentladung stattfindet, um Elektronen abzugeben, ein Teil von diesen Elektronen Gasmoleküle (d. h. Sauerstoffmoleküle) Minus-ionisieren, die eine höhere Elektronenaffinität aufweisen, um O-Radikale zu erzeugen, welche durch nahe Nano-MPs angehaftet werden, um diese negativ zu laden. Die negativ geladenen Nano-MPs werden durch die Coulomb-Anziehung zu der Masseelektrode 30 gezogen, die als ein Partikelkollektor dient, so dass diese allmählich von dem durch den Abgaspfad 11 strömenden Abgas abgeschieden werden und in Richtung zu der Masseelektrode 30 hin bewegt werden, während sie verdichtet werden. Beim Erreichen der Masseelektrode 30 werden die verdichteten Nano-MPs entladen und durch die Masseelektrode 30 gefangen.
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Die vorliegende Erfindung kann mit einem Abgasemissionssteuersystem verwendet werden, das mit einer Kombination der Abgasemissionssteuervorrichtung, die gestaltet ist, um MPs auf die vorhergehend beschriebene Art und Weise zu laden und verklumpen, und der Abgasemissionssteuervorrichtung 10 ausgerüstet ist, die gestaltet ist, um MPs durch die Koronaentladung zu oxidieren. Beispielsweise kann das Abgasemissionssteuersystem dann, wenn die elektrische Leistung in der Batterie gespeichert ist und die Ausgabespannung der Batterie höher als ein gegebener Wert ist, MPs oxidieren, während dann, wenn die Ausgabespannung niedriger als der gegebene Wert ist, das Abgasemissionssteuersystem MPs laden kann, um diese einzusammeln.
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Eine Abgasemissionssteuervorrichtung weist eine Elektrodensonde, ein leitfähiges Bauteil, eine isolierende Halteeinrichtung und einen elektrischen Widerstand auf. Die Elektrodensonde ist im Inneren eines Abgaspfads anzuordnen, der durch ein sich von einer Brennkraftmaschine aus erstreckendes Abgasrohr festgelegt ist, so dass eine Koronaentladung erzeugt wird, um einen in Abgasemissionen enthaltenen Partikel zu oxidieren oder den Partikel zu laden und einzufangen Das leitfähige Bauteil legt einen Leistungszufuhrpfad fest, durch den eine elektrische Leistung zu der Elektrodensonde zugeführt wird. Die isolierende Halteeinrichtung ist in dem Abgasrohr einzubauen, um das leitfähige Bauteil zu halten, so dass dieses von dem Abgasrohr elektrisch isoliert ist. Der elektrische Widerstand weist einen größeren elektrischen Widerstandswert als das leitfähige Bauteil auf und ist in einem Abschnitt des Stromzufuhrpfads angeordnet, an dem eine elektrische Ladung, wie sie in der isolierenden Halteeinrichtung gespeichert ist, durch den elektrischen Widerstand zu der Elektrodensonde fließen soll, wodurch eine von der Elektrodensonde ausgehende Lichtbogenentladung minimiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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