DE112005002792B4

DE112005002792B4 - Dieselpartikelfiltersystem mit Metaoberflächen-Hohlraum

Info

Publication number: DE112005002792B4
Application number: DE112005002792T
Authority: DE
Inventors: Daniel J. Gregoire; Weldon S. Williamson; Kevin W. Kirby; Amanda Phelps; Daniel F. Sievenpiper
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2025-10-26
Also published as: CN101060903B; DE112005002792T5; US20060101794A1; US7303603B2; CN101060903A; WO2006055194A2; WO2006055194A3

Abstract

Dieselpartikelfiltersystem (10) zur Entfernung von Partikeln aus einem Dieselmaschinenabgasstrom, wobei das Dieselpartikelfiltersystem umfasst: einen in einem Aufnahmehohlraum (12) untergebrachten Filter (14), so dass Gase des Maschinenabgasstroms durch den Filter (14) hindurchströmen und zumindest ein Teil der Partikel in dem Maschinenabgasstrom in dem Filter (14) eingefangen wird; ein Target aus Mikrowellen absorbierendem Material (16), das in den Filter (14) eingebettet ist; und eine Mikrowellenenergiequelle (22), die funktionsmäßig mit mindestens einem Mikrowelleneingangsanschluss (20) zur Einleitung von Mikrowellenstrahlung in den Aufnahmehohlraum (12) verbunden ist, wobei der Aufnahmehohlraum (12) eine mehrschichtige Innenwandstruktur (30) aufweist, welche eine leitfähige Basisoberfläche (40), eine erste Schicht von leitfähigen Streifen (42, 42'), die in gegenüberliegender beabstandeter Beziehung zu der Basisoberfläche (40) voneinander beabstandet sind, und eine zweite Schicht von leitfähigen Streifen (44, 44') umfasst, die in gegenüberliegender beabstandeter Beziehung zu der ersten Schicht von leitfähigen Streifen (42, 42') voneinander beabstandet sind, so dass die erste Schicht...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Dieselpartikelfiltersysteme und insbesondere ein Dieselpartikelfiltersystem, das einen keramischen Filter zum Einfangen von Partikelabgas in Kombination mit einem lokalisierten Mikrowellen absorbierenden Medium verwendet, das in der nahen Umgebung von Bereichen mit Partikelanreicherung innerhalb des keramischen Filters angeordnet ist. Der Hohlraum, welcher den keramischen Filter und das Mikrowellen absorbierende Medium aufnimmt, ist geeignet, Eingaben von elektromagnetischer Mikrowellenstrahlung zu empfangen, um Feldmuster zu bilden, die bewirken, dass das absorbierende Targetmedium eine im Wesentlichen gleichmäßige Erhitzung durchmacht.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Verwendung von keramischen Filter zum Einfangen von Partikeln, die durch eine Dieselmaschinenabgasströmung getragen werden, ist bekannt. Während des Betriebs empfangen derartige keramische Dieselpartikelfilter an einem Ende eine Abgasströmung und fangen Partikel ein, während die Abgase durch dünne Kanalwände hindurchdiffundieren und an dem anderen Ende austreten. Eine Partikelanreicherung, der es ermöglicht ist, fortzudauern, bewirkt, dass der Filter verstopft wird, wodurch eine unerwünschte erhöhte Druckdifferenz über den Filter verursacht wird und was zu einem Gegendruck führt, der den Maschinenwirkungsgrad verringert. Somit ist es notwendig, die Partikelanreicherung zu beseitigen, bevor kritische Verstopfungsgrade erreicht werden. Eine derartige Partikelentfernung kann durchgeführt werden, indem die Temperatur an dem Ort der Partikelanreicherung auf ein Niveau oberhalb des Flammpunkts der Kohlenwasserstoffpartikel angehoben wird, wodurch eine Verbrennung und Verdampfung der Partikel bewirkt wird. Sobald die Partikel verdampft sind, können die Verbrennungsprodukte durch den Abgasstrom aus dem Filter herausgespült werden.
Damit eine lokalisierte Erhitzung Partikel effizient aus dem Filter entfernt, muss eine derartige Erhitzung im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Filters angewendet werden. In dem Fall, dass über den Filterquerschnitt Zonen unerhitzt bleiben, werden die Partikel in diesen Zonen nicht verdampft werden, und der Filter wird ein Muster von verstopften Zonen ausbilden. Somit ist es gewünscht, ein effizientes Verfahren zur lokalisierten Partikelverbrennung über im Wesentlichen die gesamte Austrittsebene des Filters zur Verfügung zu stellen, um so eine gleichmäßige Erhitzung über diese Ebene zur Verfügung zu stellen.
Es ist bekannt, dass die Verwendung von elektromagnetischer Mikrowellenstrahlung in anderen Umgebungen wirksam bei der Erhitzung von dielektrischen Materialien ist. Eine Herausforderung beim Verwenden von Mikrowellenstrahlung besteht jedoch in dem Erreichen gleichmäßiger Temperaturverteilungen über ein Targetmaterial. Das heißt die Verwendung von Mikrowellenstrahlung ist in hohem Maße anfällig für die Erzeugung von Target-Hotspots und -Coldspots. Wie oben erklärt, ist eine derartige Ungleichmäßigkeit im Allgemeinen unvereinbar mit den Anforderungen für eine Partikelfilterregeneration. Außerdem stellt die Umgebung eines Partikelfilters in einem Dieselabgassystem Herausforderungen in Bezug auf Platzverfügbarkeit und Kostenbeschränkungen. Wir glauben, dass geeignete Systeme zur Dieselabgasfilterregeneration auf der Grundlage von Mikrowellenerhitzung zuvor nicht verfügbar waren.
Die US 5 074 112 A offenbart einen Rußpartikelfilter mit einem ferritisch beschichteten Filterkörper, der mittels Mikrowellenstrahlung erhitzt werden kann, um so eine Rußverbrennung auszulösen. Der Filterkörper ist in einem Gehäuse untergebracht, dessen Wand aus zwei aufeinanderfolgenden Metallschalen und einem dazwischenliegenden keramischem Isolierstoff zusammengesetzt ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine gleichmäßigere Erwärmung von Partikelfiltern mittels Mikrowellenstrahlung zu ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Dieselpartikelfiltersystem gemäß einem der unabhängigen Ansprüche.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt Vorteile und Alternativen gegenüber dem Stand der Technik bereit, indem sie einen Dieselpartikelfilter zur Verfügung stellt, der ein Mikrowellen absorbierendes Target umfasst, das in einem Hohlleiter angeordnet ist, der entlang den Wänden mit einer hart-elektromagnetischen Oberfläche (HES) ausgekleidet ist. Die HES modifiziert spezielle elektromagnetische Randbedingungen für eine gegebene Design-Frequenz, um so die Bildung von elektromagnetischen Feldmustern zu ermöglichen, die über den Hohlraum gleichmäßiger sind und an den Begrenzungswänden nicht verschwinden, wie es bei einem gewöhnlichen Hohlraum der Fall wäre. Stattdessen sind die elektromagnetischen Feldmuster durch eine erhöhte Gleichmäßigkeit im Wesentlichen über den Hohlraumquerschnitt gekennzeichnet, wodurch bewirkt wird, dass das Targetmaterial eine Erhitzung mit verbesserter Gleichmäßigkeit durchmacht. Die Erhitzung des Mikrowellen absorbierenden Mediums bewirkt, dass die Partikelanreicherung verdampft wird und durch die Strömung des Abgasstroms aus dem Filter entfernt wird. Ein optionales koaxiales Leiterelement kann entlang der Mittelachse des Hohlraums angeordnet sein, um so die Gleichmäßigkeit der Feldmuster weiter zu erhöhen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgenden Zeichnungen, die in diese Beschreibung eingeschlossen sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, veranschaulichen eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der obigen allgemeinen Beschreibung und der unten ausgeführten detaillierten Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären, wobei:
1 eine Schnittansicht eines Dieselpartikelfiltersystems ist, das ein Mikrowellen absorbierendes Target umfasst, das am Auslass eines keramischen Filters in einem Hohlraum angeordnet ist, der mit einer hart-elektromagnetischen Oberfläche ausgekleidet ist;
2A–2D bekannte Target-Erhitzungsmuster für verschiedene Moden darstellen, die in einem geraden kreisförmigen Hohlraum mit leitfähigen Wänden von herkömmlicher Konstruktion erzielt werden;
3 eine möglicherweise bevorzugte Konstruktion einer hart-elektromagnetischen Oberfläche für die Wände des Hohlraums in 1 darstellt;
4 schematisch einen Viertelkreisausschnitt des Hohlleiters in 1 darstellt, der die Anordnung von Schichten darstellt, welche eine hart-elektromagnetische Oberflächenkonstruktion bilden; und
4A eine alternative Konstruktion darstellt, welche Erdungselemente umfasst, die sich zwischen der äußeren Schicht und einer inneren Schicht der hart-elektromagnetischen Oberfläche erstrecken.
Während Ausführungsformen der Erfindung oben dargestellt und allgemein beschrieben wurden und nachfolgend in Verbindung mit bestimmten möglicherweise bevorzugten Ausführungsformen und Prozeduren beschrieben werden, ist es zu verstehen und einzusehen, dass die Erfindung in keinem Fall auf derartige Ausführungsformen und Prozeduren beschränkt sein soll, wie sie hier beschrieben und veranschaulicht sein mögen. Es ist im Gegenteil beabsichtigt, dass sich die vorliegende Erfindung auf sämtliche Alternativen und Modifikationen erstreckt, wie sie durch die breiten Prinzipien dieser Erfindung innerhalb deren wahren Geists und Umfangs umfasst sein können.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nun wird auf die verschiedenen Zeichnungen Bezug genommen, wobei soweit möglich in den verschiedenen Ansichten gleiche Elemente durch entsprechende Bezugszeichen bezeichnet werden. In 1 ist eine Dieselpartikelfilteranordnung 10 zur Anordnung entlang dem Abgasströmungsweg stromabwärts einer Dieselmaschine (nicht gezeigt) dargestellt. Die Richtung der Gasströmung ist in der Figur durch den Richtungspfeil dargestellt. Gemäß der dargestellten Konstruktion umfasst der Dieselpartikelfilter einen Hohlraumabschnitt 12, der dazu dient, einen porösen keramischen Filter 14 und ein Mikrowellen absorbierendes Material 16 aufzunehmen, die in eingebetteter Kontaktbeziehung im Wesentlichen über den Querschnitt des Filters 14 hinweg angeordnet sind. Das Mikrowellen absorbierende Material 16 kann eine von wohlbekannten Substanzen, welche bei einer Bestrahlung mit Mikrowellenstrahlung eine Erhitzung durchmachen, oder eine Kombination davon sein. Beispielsweise können derartige Materialien SiC (Siliziumcarbid), ITO (Indium-Zinnoxid), verschiedene Ferrite und dergleichen umfassen, wie den Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt ist.
Wie dargestellt ist, ist die Dieselpartikelfilteranordnung 10 mit einem oder mehreren Mikrowellenkopplungsanschlüssen 20 an einem oder beiden Enden zur funktionsmäßigen Verbindung mit einer Mikrowellenenergiequelle 22 von mehr als 1 kW versehen, wie zum Beispiel einer standardmäßigen 2,45 GHz/2 kW-Quelle, wie sie wohlbekannt und leicht verfügbar ist. Vorzugsweise wird eine einzelne Mikrowellenenergiequelle verwendet werden, obwohl, falls gewünscht, mehrere Quellen verwendet werden können. Mikrowellenreflektoren 24, welche eine Gasströmung zulassen, aber eine übermäßige eingeschlossene Mikrowellenenergie verhindern, sind an dem Einlass- und dem Auslassende der Dieselpartikelfilteranordnung 10 vorgesehen.
Wie nachfolgend weiter beschrieben wird, ist der Hohlraumabschnitt 12 mit einer sogenannten hart-elektromagnetischen Oberfläche oder einer Metaoberflächenstruktur ausgekleidet, die nachstehend als eine HES-Auskleidung 30 bezeichnet wird, um so zu ermöglichen, dass der Hohlraumabschnitt 12 als ein Wellenleiter wirkt, in dem elektromagnetische Feldmuster an den Hohlraumwänden nicht zum Verschwinden gebracht werden, sondern sich eher in im Wesentlichen gleichmäßigen Feldern über den Hohlraumquerschnitt erstrecken. Der Hohlraum 12 und der Filter 14 mit dem eingebetteten Mikrowellen absorbierenden Material 16 sind allesamt vorzugsweise von einer im Wesentlichen zylindrischen Konfiguration mit einem im Wesentlichen runden Querschnitt. Es können, falls gewünscht, jedoch auch andere Querschnittsgeometrien, wie zum Beispiel quadratische, rechteckige oder elliptische und dergleichen, verwendet werden.
Während des Betriebs tritt Dieselabgas durch eine Einlassöffnung 32 ein, tritt durch Ansaugkanäle in den Filter 14 ein, diffundiert durch die Filterkanalwände hindurch, strömt aus den Filterausgangskanälen und verlässt den Hohlraum durch die Abgasausgangsöffnung 34. Bei dem Strömungsprozess werden Partikel, die durch die Abgasströmung mitgetragen werden, dort abgelagert, wo die Gase beim Verlassen des Filters durch die Kanalwände hindurchdiffundieren. Wenn die Maschine weiterläuft, baut sich die Partikelmasse auf, bis die Abgasströmung behindert wird. Bei einem ausgewählten, auf der Grundlage des gemessenen Gegendrucks in dem System optimalen Punkt wird die Mikrowellenenergiequelle 22 aktiviert und Energie tritt in die Kammer ein, wodurch das Mikrowellen absorbierende Material 16 erhitzt wird. Das Mikrowellen absorbierende Material 16 ist in dem Bereich der Partikelanreicherung angeordnet, und da es Energie absorbiert, heizt es sich bis zu einem Punkt jenseits des Flammpunkts der angesammelten Kohlenwasserstoffpartikel auf. Die Partikel werden somit entzündet und in verdampfter Form durch die Strömung des Abgases entfernt.
Um die gleichmäßige Erhitzung des Mikrowellen absorbierenden Targetmaterials 16 zu erleichtern, wird die HES-Auskleidung 30 in dem Hohlraumabschnitt 12 verwendet, um so die applizierte Feldenergie im Wesentlichen gleichmäßig über den gesamten Querschnitt zu machen, wo Partikel abgelagert werden. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Feldgleichmäßigkeit durch den Einschluss durch die Verwendung eines koaxialen Leiters 36 weiter gefördert, welcher die Ausbildung von transversalen elektromagnetischen Wellen (TEM-Wellen) in dem Kohlraumabschnitt fördert. Man hat festgestellt, dass die Verwendung der HES-Auskleidung 30 in dem Hohlraumabschnitt 12 entweder mit oder ohne einen zusätzlichen koaxialen Leiter eine stark verbesserte Erhitzungsgleichmäßigkeit über den Querschnitt des Filters 14 im Vergleich zu Erhitzungsprofilen bereitstellt, die in Targets mit geraden kreisförmigen Hohlräumen mit standardmäßigen leitenden Wandbegrenzungen dokumentiert sind.
Bei standardmäßigen Mikrowellenerhitzungsanwendungen tritt eine ungleichmäßige Erhitzung des Targetmaterials aufgrund von elektromagnetischen Moden auf, welche die Heizenergie auf spezielle Muster in dem Erhitzungshohlraum beschränken. Es ist zum Beispiel gut dokumentiert, dass, wenn Mikrowellenstrahlung in einen Hohlraum von zylindrischer Geometrie eingeführt wird, der ein Targetelement aufnimmt, die elektromagnetische Strahlung in dem Hohlraum über mehrere orthonormale Hohlraummoden verteilt ist. Jede dieser Moden ist eine Lösung der Maxwellschen Wellengleichung für die speziellen Randbedingungen des Hohlraums. Wenn die Wände des Hohlraums aus Metall hergestellt sind, schreibt die hohe Leitfähigkeit vor, dass sich das tangentiale elektrische Feld an den Hohlraumwänden Null annähert. Die Folge ist, dass es mehrere Spots in dem Hohlraum nahe den Wänden gibt, an denen das Feld sehr klein ist. An diesen Orten erfährt ein Targetmaterial eine geringe oder gar keine Erhitzung.
Um die herkömmliche ungleichmäßige Erhitzung zu veranschaulichen, stellen 2A–2D Erhitzungsprofile für kreisrunde Targets bei vier verschiedenen Moden in einem geraden kreisförmigen Hohlraum mit leitfähigen Wänden dar. In diesen Figuren entsprechen die helleren Bereiche höheren Temperaturen, während die dunkleren Bereiche niedrigeren Temperaturen entsprechen. Insbesondere stellt 2A das Erhitzungsmuster für die TE11-Mode dar, 2B stellt das Erhitzungsmuster für die TE21-Mode dar, 2C stellt das Erhitzungsmuster für die TE22-Mode dar und 2D stellt das Erhitzungsmuster für die TE12-Mode dar. Es gibt somit, wie zu sehen ist, eine beträchtliche Ungleichmäßigkeit der Erhitzung über den Hohlraumquerschnitt.
Man hat festgestellt, dass die Verwendung der HES-Auskleidung 30 einer geeigneten Konstruktion an den Wänden in dem Hohlraumabschnitt 12 die Feldgleichmäßigkeit über den Hohlraum wesentlich verbessert und somit die Gleichmäßigkeit der Erhitzung eines Targets in diesem Hohlraum verbessert. Die vorliegende Erfindung umfasst eine einzigartige HES-Auskleidung 30 von einer dreischichtigen Konstruktion, um eine Auskleidung mit elektromagnetischer Bandlücke (EBG von electromagnetic band gap) zu bilden. Die verwendete Konstruktion gestattet es, dass die HES-Auskleidung in dem Erhitzungshohlraum extrem dünn und unauffällig ist. Wie in 3 dargestellt ist, umfasst die HES-Auskleidung 30 eine Grundebene 40 in Form der standardmäßigen leitfähigen Hohlraumwand, eine erste Schicht von leitenden Streifen 42, die in Längsrichtung des Hohlraums von der Grundebene 40 versetzt und seitlich voneinander beabstandet verlaufen, wobei eine zweite Schicht von leitenden Streifen 44 in seitlich beabstandeter Beziehung zueinander angeordnet ist, so dass die Streifen 44 in der zweiten Schicht die Zwischenräume zwischen den Streifen 42 in der ersten Schicht abdecken. Eine Viertelkreisausschnitt-Rückansicht, welche die Anordnung in dem Hohlraum darstellt, ist in 4 dargestellt.
Schichten von dielektrischen Materialien 47 sind vorzugsweise zwischen den Schichten angeordnet. Das dielektrische Material wirkt als Abstandhalter zwischen den Schichten, während es auch die Felddurchbruchsspannung zwischen den Schichten erhöht, da es für einen Funken schwerer ist, durch ein Dielektrikum hindurchzugehen als durch Luft. Nur beispielhaft und nicht beschränkend glauben wir, dass ein in Erwägung gezogenes dielektrisches Material mit der gewünschten hohen Durchbruchsspannungseigenschaft von DuPont unter der Handelsbezeichnung KAPTON erhältlich ist. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Platzierung von dielektrischen Materialien von unterschiedlicher Permittivität zwischen den Schichten von leitenden Streifen und/oder der Grundebene gewünscht sein kann, um einen elektrischen Durchbruch zwischen benachbarten leitfähigen Streifen zu verhindern.
Wie in 3 dargestellt ist, ist eine Wellenfortpflanzung entlang der Richtung der Streifen gestattet, wenn sich die Wellenfrequenz nahe der Resonanzfrequenz der HES befindet. Somit kann, indem die HES-Auskleidung 30 gestaltet wird, um eine Resonanzfrequenz zu ergeben, die sich der Frequenz der verwendeten Heizquelle dicht annähert, ein viel gleichmäßigeres Querschnitts-Erhitzungsfeld erzielt werden. Diesbezüglich wird eine im Wesentlichen vollständig gleichmäßige Erhitzung erreicht, wenn die Resonanzfrequenz mit der Heizstrahlungsfrequenz übereinstimmt. Wenn die Mikrowellenfrequenz von der Resonanzfrequenz wegbewegt wird, werden die Erhitzungsmuster ungleichmäßiger.
Die Resonanzfrequenz der HES ist durch die charakteristische Induktivität (L) und Kapazität (C) der HES durch die folgende Gleichung bestimmt. f_r = 1/(2π√LC)
Die Kapazität und die Induktivität der HES sind wiederum durch die geometrischen Abmessungen der Oberfläche bestimmt. L = μ₀t ist die ungefähre Flächeninduktivität, und die Flächenkapazität ist die Summe der Beiträge der parallelen Platten zwischen Schichten, der Ränder von Streifen zu Streifen in den Schichten und die Randkapazität von den Randstreifen einer Schicht bis zu dem Körper der Streifen an der anderen Schicht.
Die Kapazität der parallelen Platten ist C_parallel ≈ E / d(w – ½L)², während die Kapazität von Rand zu Rand C_edge ≈ w / π < E > cosh^–1 (L + w ) / (L – w) und die Randkapazität C_fringe ≈ 2w / π < E > cosh^–1 (w) / (d) ist.
Die Bandbreite der Resonanz ist
Beispielsweise wird die Resonanzfrequenz für eine HES-Auskleidung 30 unter Verwendung der Geometrie von 3 mit d = 0,254 cm (0,100 inch), w = 0,9652 cm (0,380 inch), L = 1,1176 cm (0,440 inch) und t = 0,635 cm (0,250 inch), e = 1,23 durch den obigen Ansatz auf 2,38 GHz mit einer Bandbreite von 32% angenähert. Eine Simulation der HES-Auskleidung unter Verwendung von HFSS ergibt eine Resonanzfrequenz von 2,5 GHz mit einer Bandbreite von 33%. Somit weist eine derartige HES-Auskleidung eine derartige Resonanzfrequenz auf, dass eine Erhitzung unter Verwendung einer standardmäßigen, kommerziell erhältlichen 2,45 GHz-Mikrowellenquelle im Wesentlichen gleichmäßig sein wird. Natürlich kann die HES-Auskleidung 30 durch Einstellen der verschiedenen identifizierten Parameter einer beträchtlichen Variation ausgesetzt sein.
Um noch einen weiteren Grad an Gleichmäßigkeit bereitzustellen, wird ebenfalls in Erwägung gezogen, dass die HES-Auskleidung leitfähige Erdungselemente zwischen der Grundebene, welche die Wand des Hohlraums bildet, und den leitfähigen Streifen umfassen kann. Eine derartige Konstruktion ist in 4A dargestellt, wobei Elemente, die den zuvor beschriebenen entsprechen, durch gleiche Bezugsziffern mit einem Apostroph bezeichnet sind. Wie gezeigt ist, ist die Konstruktion identisch zu der in 4 dargestellten, mit der Ausnahme, dass sich Erdungselemente 46', wie zum Beispiel leitfähige Zapfen oder dergleichen, zwischen der ersten Schicht von leitfähigen Streifen 42' und der Grundebene 40' der Hohlraumwand erstrecken können. Eine derartige Konstruktion kann zu einer leicht verbesserten Gleichmäßigkeit in Bezug auf die ungeerdete Konstruktion führen, kann aber auch etwas komplexer zu produzieren sein.
Es ist zu verstehen, dass, während die vorliegende Erfindung in Bezug auf möglicherweise bevorzugte Ausführungsformen, Konstruktionen und Prozeduren dargestellt und beschrieben wurde, derartige Ausführungsformen, Konstruktionen und Prozeduren nur veranschaulichend sind und dass die Erfindung auf keinen Fall darauf beschränkt sein soll. Es wird eher in Erwägung gezogen, dass Modifikationen und Variationen, welche die Prinzipien der Erfindung verkörpern, ohne Zweifel den Fachleuten auf dem Gebiet in den Sinn kommen können. Es wird deshalb in Erwägung gezogen und beabsichtigt, dass sich die vorliegende Erfindung auf alle derartigen Modifikationen und Variationen erstrecken soll, die durch die breiten Aspekte der Erfindung innerhalb deren wahren Geists und Umfangs umfasst sein können.

Claims

Dieselpartikelfiltersystem (10) zur Entfernung von Partikeln aus einem Dieselmaschinenabgasstrom, wobei das Dieselpartikelfiltersystem umfasst: einen in einem Aufnahmehohlraum (12) untergebrachten Filter (14), so dass Gase des Maschinenabgasstroms durch den Filter (14) hindurchströmen und zumindest ein Teil der Partikel in dem Maschinenabgasstrom in dem Filter (14) eingefangen wird; ein Target aus Mikrowellen absorbierendem Material (16), das in den Filter (14) eingebettet ist; und eine Mikrowellenenergiequelle (22), die funktionsmäßig mit mindestens einem Mikrowelleneingangsanschluss (20) zur Einleitung von Mikrowellenstrahlung in den Aufnahmehohlraum (12) verbunden ist, wobei der Aufnahmehohlraum (12) eine mehrschichtige Innenwandstruktur (30) aufweist, welche eine leitfähige Basisoberfläche (40), eine erste Schicht von leitfähigen Streifen (42, 42'), die in gegenüberliegender beabstandeter Beziehung zu der Basisoberfläche (40) voneinander beabstandet sind, und eine zweite Schicht von leitfähigen Streifen (44, 44') umfasst, die in gegenüberliegender beabstandeter Beziehung zu der ersten Schicht von leitfähigen Streifen (42, 42') voneinander beabstandet sind, so dass die erste Schicht von leitfähigen Streifen (42, 42') zwischen der Basisoberfläche (40) und der zweiten Schicht von leitfähigen Streifen (44, 44') angeordnet ist, wobei sich die leitfähigen Streifen (42, 42', 44, 44') in der ersten und der zweiten Schicht in Längsrichtung des Hohlraums (12) erstrecken und wobei die leitfähigen Streifen (44, 44') in der zweiten Schicht in einer Versetzungsbeziehung zu den leitfähigen Streifen (42, 42') in der ersten Schicht angeordnet sind, um so Zwischenräume zwischen den leitfähigen Streifen in der ersten Schicht derart abzudecken, dass bei einer Aktivierung der Mikrowellenenergiequelle (22) ein Erhitzungsfeld über den Querschnitt des Hohlraums (12) hinweg ausgebildet wird, so dass das Target aus Mikrowellen absorbierendem Material (16) in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Muster erhitzt wird und zumindest ein Teil der in dem Filter (14) eingefangenen Partikel in benachbarter Beziehung zu dem Mikrowellen absorbierenden Material (16) verdampft wird, wodurch die Ansammlung der Partikel in dem Filter (14) verringert wird.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 1, wobei der Filter (14) ein keramischer Filter ist.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 2, wobei das Mikrowellen absorbierende Material (16) aus der Gruppe bestehend aus SiC (Siliziumcarbid), ITO (Indium-Zinnoxid), Ferrite und Kombinationen davon ausgewählt ist.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 1, wobei der Aufnahmehohlraum (12) einen im Wesentlichen zylindrischen Innenquerschnitt aufweist und der Filter (14) zylindrisch ist, mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 1, wobei die Mikrowellenenergiequelle (22) eine 2,45 GHz-Mikrowellenquelle ist.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 5, wobei die Mikrowellenenergiequelle (22) eine 2,45 GHz/2 kW-Mikrowellenquelle ist.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 1, wobei ein dielektrisches Material (47) zwischen den Schichten von leitenden Streifen (42, 42', 44, 44') und der Basisoberfläche (40, 40') angeordnet ist.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 1, wobei Erdungselemente (46') zwischen der Basisoberfläche (40') und zumindest einem Teil der leitenden Streifen (42') in der ersten Schicht angeordnet sind.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen koaxialen Leiter (36), der sich in Längsrichtung des Hohlraums (12) durch den Hohlraum erstreckt.
Dieselpartikelfiltersystem (10) zur Entfernung von Partikeln aus einem Dieselmaschinenabgasstrom, wobei das Dieselpartikelsystem umfasst: einen keramischen Filter (14), welcher derart in einem Aufnahmehohlraum (12) mit kreisförmigem Querschnitt untergebracht ist, dass Gase des Maschinenabgasstroms durch den Filter (14) hindurchströmen und zumindest ein Teil der Partikel in dem Maschinenabgasstrom in dem Filter (14) eingefangen wird; ein Target aus Mikrowellen absorbierendem Material (16), das in den Filter (14) eingebettet ist; und eine 2,45 GHz-Mikrowellenenergiequelle (22), die funktionsmäßig mit mindestens einem Mikrowelleneingangsanschluss (20) zur Einleitung von Mikrowellenstrahlung in den Aufnahmehohlraum (12) verbunden ist, wobei der Aufnahmehohlraum (12) eine mehrschichtige Innenwandstruktur (30) aufweist, welche eine leitfähige Basisoberfläche (40, 40'), eine erste Schicht von leitfähigen Streifen (42, 42'), welche in gegenüberliegender beabstandeter Beziehung zu der Basisoberfläche (40, 40') voneinander beabstandet sind, und eine zweite Schicht von leitfähigen Streifen (44, 44') umfasst, die in gegenüberliegender beabstandeter Beziehung zu der ersten Schicht von leitfähigen Streifen (42, 42') voneinander beabstandet sind, so dass die erste Schicht von leitfähigen Streifen (42, 42') zwischen der Basisoberfläche (40, 40') und der zweiten Schicht von leitfähigen Streifen (44, 44') angeordnet ist, wobei sich die leitfähigen Streifen (42, 42', 44, 44') in der ersten und der zweiten Schicht in Längsrichtung des Hohlraums (12) erstrecken und wobei die leitfähigen Streifen (44, 44') in der zweiten Schicht in einer Versetzungsbeziehung zu den leitfähigen Streifen (42, 42') in der ersten Schicht angeordnet sind, um so Zwischenräume zwischen den leitfähigen Streifen (42, 42') in der ersten Schicht derart abzudecken, dass bei einer Aktivierung der Mikrowellenenergiequelle (22) ein Erhitzungsfeld über den Querschnitt des Hohlraums (12) hinweg ausgebildet wird, so dass das Target aus Mikrowellen absorbierenden Material (16) in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Muster erhitzt wird und zumindest ein Teil der in dem Filter (14) eingefangenen Partikel in benachbarter Beziehung zu dem Mikrowellen absorbierenden Material (16) verdampft wird, wodurch die Ansammlung der Partikel in dem Filter (14) verringert wird.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 10, wobei das Mikrowellen absorbierende Material (16) aus der Gruppe bestehend aus SiC (Siliziumcarbid), ITO (Iridium-Zinnoxid), Ferrite und Kombinationen davon ausgewählt ist.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 10, wobei die Mikrowellenenergiequelle (22) eine 2,45 GHz/2 kW-Mikrowellenquelle ist.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 10, wobei ein dielektrisches Material (47) zwischen den Schichten von leitenden Streifen (42, 42', 44, 44') und der Basisoberfläche (40, 40') angeordnet ist.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 10, wobei Erdungselemente (46') zwischen der Basisoberfläche (40') und mindestens einem Teil der leitenden Streifen (42') in der ersten Schicht angeordnet sind.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen koaxialen Leiter (36), der sich in Längsrichtung des Hohlraums (12) durch den Hohlraum erstreckt.
Dieselpartikelfiltersystem (10) zur Entfernung von Partikeln aus einem Dieselmaschinenabgasstrom, wobei das Dieselpartikelsystem umfasst: einen keramischen Filter (14), welcher derart in einem Aufnahmehohlraum (12) von kreisförmigem Querschnitt untergebracht ist, dass Gase des Maschinenabgasstroms durch den Filter (14) hindurchströmen und zumindest ein Teil der Partikel in dem Maschinenabgasstrom in dem Filter (14) eingefangen wird; ein Target aus Mikrowellen absorbierendem Material (16), das in den Filter (14) eingebettet ist; und eine Mikrowellenenergiequelle (22), die funktionsmäßig mit mindestens einem Mikrowelleneingangsanschluss (20) zur Einleitung von Mikrowellenstrahlung in den Aufnahmehohlraum (12) verbunden ist, wobei der Aufnahmehohlraum (12) eine mehrschichtige Innenwandstruktur (30) aufweist, welche eine leitfähige Basisoberfläche (40, 40'), eine erste Schicht von leitfähigen Streifen (42, 42'), die in gegenüberliegender beabstandeter Beziehung zu der Basisoberfläche (40, 40') voneinander beabstandet sind, und eine zweite Schicht von leitfähigen Streifen (44, 44') umfasst, welche in gegenüberliegender beabstandeter Beziehung zu der ersten Schicht von leitfähigen Streifen (42, 42') derart voneinander beabstandet sind, dass die erste Schicht von leitfähigen Streifen (42, 42') zwischen der Basisoberfläche (40, 40') und der zweiten Schicht von leitfähigen Streifen (44, 44') angeordnet ist, wobei sich die leitfähigen Streifen (42, 42', 44, 44') in der ersten und der zweiten Schicht in Längsrichtung des Hohlraums (12) erstrecken und wobei die leitfähigen Streifen (44, 44') in der zweiten Schicht in einer Versetzungsbeziehung zu den leitfähigen Streifen (42, 42') in der ersten Schicht angeordnet sind, um so Zwischenräume zwischen den leitfähigen Streifen (42, 42') in der ersten Schicht derart abzudecken, dass bei einer Aktivierung der Mikrowellenenergiequelle (22) ein Erhitzungsfeld über den Querschnitt des Hohlraums (12) hinweg ausgebildet wird, so dass das Target aus Mikrowellen absorbierendem Material (16) in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Muster erhitzt wird und zumindest ein Teil der in dem Filter (14) eingefangenen Partikel in benachbarter Beziehung zu dem Mikrowellen absorbierenden Material (16) verdampft wird, wodurch die Ansammlung der Partikel in dem Filter (14) verringert wird, und wobei ein dielektrisches Material (47) zwischen den Schichten von leitfähigen Streifen (42, 42', 44, 44') und der Basisoberfläche (40, 40') angeordnet ist.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 16, wobei Erdungselemente (46') zwischen der Basisoberfläche (40') und zumindest einem Teil der leitenden Streifen (42') in der ersten Schicht angeordnet sind.
Dieselpartikelfiltersystem nach Anspruch 16, ferner umfassend einen koaxialen Leiter (36), der sich in Längsrichtung des Hohlraums (12) durch den Hohlraum erstreckt.