JP4005137B2 - Equipment for cleaning exhaust gas from internal combustion engines - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、請求項1の上位概念に記載の、内燃機関、特にディーゼル排気粒子用フィルタからの排ガスをクリーンにする装置に関する。
例えばEP A 332609又はEP A 537219から公知のこうしたディーゼル排気粒子用フィルタの欠点は、セラミック製の本体の流路の外側にある排気粒子用フィルタに堆積された排気粒子が、幾らかの時間後に、内部電極とアースとの間に導電性のブリッジを形成し、このようなブリッジの結果として、寄生電流と、永続的に発生する火花ギャップとが生じること、である。
本発明の課題はこうした欠点を構造的な措置により防止することである。
このことは、冒頭に記載したタイプの装置の場合には、請求項1の特徴部分に記載した特徴によって達成される。
高電圧にある内部電極を含む中空空間を閉じることによって、セラミック製の本体の流路の外側には導電性の排気粒子の堆積が永続的に発生しない。
セラミック製の本体の中空の内部空間が、後側においても、絶縁体、好ましくは、セラミック製のストッパによって閉じられており、このストッパが内部電極に高電圧を供給する好ましくは1〜2mmの直径の貫通部を有することが、規定されていることは好ましい。
後側での高電圧の供給の利点は、この領域では既に非常にわずかな排気粒子の堆積があること、更に、貫通部における電界強度が供給線の縮径によって高いので、そこに堆積された排気粒子が即座に焼かれて、これによって、排気粒子の導電性のブリッジの形成が再度防止されること、である。
放電電極を特に絶縁するためには、放電電極がセラミック製の本体によって担持されて、内部電極と同一の高電圧電位にあることができる。
堆積された排気粒子により放電電極の領域において火花が発生し易くなる傾向は、本発明に基づき、放電電極に対向している対向電極が高い電気抵抗を持ったセラミック製の被覆層を有することによって、対処される。
放電電極の櫛状要素が、その先端に、0,05mm乃至0,2mmの厚さのセラミック製の被覆層を有し、各先端に、1メガオーム乃至1ギガオームの、好ましくは10メガオーム乃至100メガオームの電気的な体積抵抗率を有することが好都合であることが判明した。
対向電極の被覆層が0,1乃至0,5mmの厚さを有し、1メガオーム・cm2乃至1ギガオーム・cm2の、好ましくは10メガオーム・cm2乃至100メガオーム・cm2の電気的な体積抵抗率を有することが、本発明に基づいて、好都合であることができる。
放電電極及び/又は対向電極の被覆層が材料Al2O3,TiO,ZrO及びCrOのうちの1か又はこれらによる混合物からなることは好ましい。
本発明の他の特徴によれば、セラミック製の本体の内側に設けられた内部電極がセラミック製の本体の流路の入口側から及び好ましくは出口側からも間隔をあけて設けられていることが、規定されている。このことによって、セラミック製の本体の流路の入口領域及び出口領域に導電性の排気粒子のブリッジの発生が防止される。
本発明の他の実施の形態では、高電圧にある内部電極と、セラミック製の本体の、内側のシリンダ状の面との間には、正特性サーミスタが設けられていることが規定されている。正特性サーミスタが、100℃から500℃への昇温の際に、10メガオーム・cm2以下の値の体積抵抗率を、少なくとも100メガオーム・cm2、好ましくは300メガオーム・cm2に高めることは好ましい。
温度が高くなって、セラミック製の本体の抵抗が余りに著しく減少するときは、内部電極における高電圧を引き下げなければならない。何故ならば、高電圧を供給する電力供給装置が、車両の電気系統から、限られた電力しか取り出すことができないからである。このことによって、正特性サーミスタがないときは、内部電極に電気的に平行に接続された放電電極又は対向電極が自らの作動を中止するだろう。これに対し、正特性サーミスタは、抵抗が高くなることによって、セラミック製の本体の、昇温の際には弱まる抵抗を補償する。このことによって、放電電極又は対向電極の作動は損なわれない。不均等な電流分布がセラミック製の本体に生じるときは、更に、セラミック製の本体の局所的な加熱が生じて、この加熱の結果、セラミック製の本体の熱的な損傷が生じてしまう。局所的な加熱は、サーミスタの高まる抵抗によって、局所的な給電を制御して元に戻す。このことによって、供給された電力の均等な分布が生じる。
図面を参照して本発明を詳述する。
図1は本発明の装置の第1の実施の形態の縦断面図である。
図2は本発明の装置の他の実施の形態の縦断面図である。
図3は図2の線III−IIIに沿った断面図である。
環状の横断面を有するセラミック製の本体1は、プレスマット、ワイヤメッシュ3等によって、金属製のシリンダ状の管2に取着されている。セラミック製の本体1の中空のシリンダ状の内部空間22は両側でストッパ4,4′によって閉じられている。導電性の好ましくは金属製の層5は、セラミック製の本体1の内壁21に設けられており、高電圧源に接続された内部電極として用いられる。金属製の層6はセラミック製の本体1の外側のシリンダ状の壁に設けられており、外部電極として用いられ、接地されている。セラミック製の本体1は、長手方向に延び、かつEP-A 537219から公知のレンガ構造を有するのが好ましい貫通する流路20を有する。2つのストッパ4,4′は夫々貫通部23,23′を有し、軸方向に延びる金属製の管7が貫通部を通っており、この管は直径が出来る限り小さくて、入口側で対向電極28を有している。管7を位置決めするために、管の軸方向に延びる波形材又はリブを有するインサート(図示せず)を、管7と絶縁体4,4′との間の貫通部23,23′に設けることができる。管7は出口側でテーパをなして接続端部12になっており、この接続端部12は、シリンダ状のセラミック製の保持手段10の収容開口部13内に係合しており、保持手段10内を案内された導体11によって、高電圧が供給される。内部電極5は、導体11と、接続端部12と、管7と、この管7に取着された接触ばね9とによって、高電圧源に接続されている。高電圧が印加された内部電極5と、接地された外部電極6との間では、電界が、セラミック製の本体1内で、貫通する流路20に対し横方向に生起される。この電界を支持するために、絶縁体4,4′の間で管7は放出電極(Spruehelektrode)として形成されていることができる。セラミック製の本体1は、好ましくは菫青石の素材から、高圧押出成形によって製造され、続いて、高温で焼成されている。セラミック製の本体1は、好ましくは0.5%より低い、非常に低い多孔度を有しなければならない。流路の高さは通常0.6mm乃至1mmであり、流路20の幅は、半径方向の位置に従って、例えば3mm乃至6mmの間にある。
放電電極は、電子を放出する櫛状放出要素(Spruezaehne)24を有しかつ管2に接触しているシリンダ状の管本体8によって、形成されている。放電電極8に対向している対向電極28は、入口側に錐状にテーパをなしているシリンダ状の基礎的本体を有する。対向電極28はセラミック製の被覆層14を有する。この被覆層は0.1乃至0.5mmの厚さを有し、1メガオーム・cm2乃至1ギガオーム・cm2の、好ましくは10メガオーム・cm2乃至100メガオーム・cm2の、cm2に関する電気的な体積抵抗率を有する。内部電極5、従って対向電極28での高電圧は、約+8乃至12kVである。この高電圧は、排ガスの体積又は質量流量に応じて、内部電極5と外部電極6の間の距離に関連して2kV/cm乃至6kV/cmの差内で、制御される。
入口側Aから流入しかつディーゼル排気粒子を含んだ排ガスは、放電電極8と対向電極28とによって形成された環状流路26に入り、セラミック製の本体1の流路20の入口開口部へ向かって流れていく。排ガス成分は環状流路26でイオン化され、セラミック製の本体1の流路20へ入り込む。流路20に対し横方向に発生された電界により、排ガス中に含まれかつ放電電極28によって帯電された排気粒子は、流路20の壁面に堆積され、高い電界強度により放出された電子からなるガスプラズマによって電気化学的に酸化される。環状空間26を出て行く排ガスの排気粒子は、ストッパ4があるので、セラミック製の本体1の内部空間22に、従って内部電極5に達することができない。排ガス中に含まれる排気粒子の大部分は流路20へ浸入し、流路20の壁部に堆積した後、ガスプラズマによって酸化される。ストッパ4に形成された貫通部23の外側又は管5に堆積し、そこで排気粒子の導電性ブリッジを形成する排気粒子は、管7の短い直径と、狭いことによりそこで支配的な高い電界強度とのために、火花の発生によって焼かれる。それ故に、そこには、排気粒子の、より長い導電性ブリッジが全く形成され得ない。出口側Bからも、高電圧にある内部電極5がストッパ4′によって保護されている。出口側Bでは、流路から出る排ガスは既に著しく排気粒子が除去されている。しかし乍ら、排気粒子の残留分が出口側Bで管7又は終端部12に堆積されるときは、管7又は終端部12の直径が狭い故に、高い電界強度が生じ、このような電界強度によって、そこに堆積した排気粒子が火花の発生により焼かれる。図1から見て取れるように、内部電極5及び外部電極6はセラミック製の本体1の全長に亘って延びていないので、セラミック製の本体1の入口及び出口領域には、ほぼ零電界の流れ領域が保たれている。このことにより、内部電極5と外部電極6との短絡は、万一の場合には排気粒子のブリッジが流路の入口又は出口開口部にに生じることによって、防止される。
図2はディーゼル排気粒子用のコンバータの他の実施の形態の主軸に沿った断面を示している。図2に図示したディーゼル排気粒子用のコンバータの場合には、セラミック製の本体1は電気的及び機械的に放電電極29から分離されている。ディーゼル排ガス用の貫通する流路20を有するセラミック製の本体1は、同様に、円形の横断面を有し、プレスマット、ワイヤメッシュ3等によって、排ガス用管2の、拡径した管状の部分に取着されている。セラミック製の本体1の中空の内部22は、入口側では、非導電性の好ましくはセラミック製のストッパ4によって閉じられている。導電性の層は、セラミック製の本体1の、内側及び外側のシリンダ状のジャケットに設けられており、高電圧にある内部電極5又は接地している外部電極6として用いられる。セラミック製の本体1の中空の内部22は、出口側で、非導電性の好ましくはセラミック製のストッパ4′によって閉じられている。ストッパ4′は細い孔を有し、この孔を通って、直径が出来る限り細い金属製の管7が延びており、この管7は接触ばね9によって内部電極5と接触している。セラミック製のシリンダ状の保持手段10に設けられた導体11によって、管7に高電圧が印加される。管7の、後側の端部はテーパをなしてピン12になり、このピン12は導体11と電気接続されており、保持手段10のリセス13に係合している。高電圧値は、図1に図示した実施の形態の値と実質的に同一であるが、高電圧は、内部電極5及び放電電極29では負となっている。
放電電極29は、電気的及び機械的にセラミック製の本体1から分離された状態で、排ガス用ストランドで構成される管2に設けられている。放電電極29はシリンダ状の櫛状放出要素24を持ちかつ両側に細い例えば2乃至4mm厚のピン18,18′を備えたシリンダ状の基礎的本体25を有する。ピン18,18′によって、放電電極8は、セラミック製の保持手段15,16のリセス19,19′において支持されている。高電圧は、保持手段16内を案内される導体17によって、ピン18を介して放電電極29に供給される。放電電極29を囲繞する対向電極30は、管2に取着されかつ0,1乃至0,5mmの厚さを有するセラミック製の被覆層によって形成されている。電気抵抗値は図1の実施の形態の対向電極14の抵抗値に対応している。
温度の上昇に伴って抵抗値が高くなる正特性サーミスタ27が、セラミック製の本体1の内部電極5と内壁21との間に設けられている。サーミスタ27は、自らの抵抗が高くなることによって、セラミック製の本体1の、昇温の際に減少する抵抗を補償する。
参照符号Aの所から入る排ガスは放電電極29と対向電極30との間の環状空間26でイオン化され、セラミック製の本体1の流路20の中を流れ、参照符号Bの所で排気粒子フィルタを出る。内部電極5と外部電極6との間に生起された電界により、排ガスに含まれる排気粒子が分離されて流路20の側壁に堆積される。温度にもとづいて電子が流路20の壁から放出され、そこに支配的な電界によって排気粒子の堆積の方向に電子は加速され、かつ衝突の際に排気粒子の堆積物の酸化のきっかけとなる。The present invention relates to an apparatus for cleaning exhaust gas from an internal combustion engine, in particular a diesel exhaust particle filter, according to the superordinate concept of
The disadvantages of these diesel exhaust particle filters, known for example from EP A 332609 or EP A 537219, are that the exhaust particles deposited on the exhaust particle filter outside the ceramic body flow path, after some time, A conductive bridge is formed between the internal electrode and ground, and as a result of such a bridge, a parasitic current and a permanently generated spark gap are produced.
The object of the present invention is to prevent these drawbacks by structural measures.
This is achieved in the case of a device of the type described at the outset by the features described in the characterizing part of
By closing the hollow space containing the internal electrode at a high voltage, the deposition of conductive exhaust particles does not occur permanently outside the flow path of the ceramic body.
The hollow internal space of the ceramic body is also closed on the rear side by an insulator, preferably a ceramic stopper, which preferably supplies a high voltage to the internal electrode with a diameter of 1-2 mm. It is preferable that the through portion is defined.
The advantage of supplying a high voltage on the rear side is that there is already very little exhaust particle deposition in this region, and furthermore, the electric field strength in the penetration is high due to the reduced diameter of the supply line, so it was deposited there The exhaust particles are burned immediately, which again prevents the formation of conductive bridges of the exhaust particles.
In order to insulate the discharge electrode in particular, the discharge electrode can be carried by a ceramic body and be at the same high voltage potential as the internal electrode.
The tendency that sparks are easily generated in the region of the discharge electrode due to the accumulated exhaust particles is based on the present invention that the counter electrode facing the discharge electrode has a ceramic coating layer having a high electric resistance. Will be dealt with.
The comb-like element of the discharge electrode has a ceramic coating layer with a thickness of 0.05 mm to 0.2 mm at its tip, and 1 megaohm to 1 gigaohm, preferably 10 megaohm to 100 megaohm at each tip. It has proved advantageous to have an electrical volume resistivity of
The counter electrode covering layer has a thickness of 0,1 to 0.5 mm and has an electrical resistance of 1 megaohm ·
It is preferable that the coating layer of the discharge electrode and / or the counter electrode is made of one of the materials Al 2 O 3 , TiO, ZrO and CrO or a mixture thereof.
According to another feature of the invention, the internal electrodes provided on the inside of the ceramic body are provided at a distance from the inlet side and preferably also from the outlet side of the flow path of the ceramic body. Is specified. This prevents the generation of conductive exhaust particle bridges in the inlet and outlet regions of the ceramic body flow path.
In another embodiment of the present invention, it is specified that a positive temperature coefficient thermistor is provided between the internal electrode at a high voltage and the inner cylindrical surface of the ceramic body. . When the positive temperature coefficient thermistor increases the temperature resistivity from 10 ° C. to 500 ° C., the volume resistivity having a value of 10 mega ohm · cm 2 or less is increased to at least 100 mega ohm · cm 2 , preferably 300 mega ohm · cm 2. preferable.
When the temperature rises and the resistance of the ceramic body decreases too much, the high voltage at the internal electrodes must be lowered. This is because a power supply device that supplies a high voltage can extract only limited power from the electrical system of the vehicle. As a result, when there is no positive thermistor, the discharge electrode or the counter electrode electrically connected in parallel to the internal electrode will stop its operation. On the other hand, the positive temperature coefficient thermistor compensates for the resistance of the ceramic body that weakens when the temperature rises due to the high resistance. This does not impair the operation of the discharge electrode or the counter electrode. When an uneven current distribution occurs in the ceramic body, further heating of the ceramic body occurs and this heating results in thermal damage of the ceramic body. The local heating is controlled by the increased resistance of the thermistor to restore the local power supply. This results in an even distribution of the supplied power.
The present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a first embodiment of the apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of another embodiment of the apparatus of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
A ceramic
The discharge electrode is formed by a cylindrical tube body 8 having a comb-like emission element (Spruezaehne) 24 that emits electrons and in contact with the
The exhaust gas flowing in from the inlet side A and containing diesel exhaust particles enters the
FIG. 2 shows a section along the main axis of another embodiment of a converter for diesel exhaust particles. In the case of the diesel exhaust particle converter shown in FIG. 2, the
The
A positive
The exhaust gas entering from the reference symbol A is ionized in the
Claims (19)
になっており、これらピン(18,18')は、セラミック製の保持手段(15,16)に夫々保持されており、これらセラミック製の保持手段(15,16)は、管状の対向電極(30)を両側で貫通し及び/又はこの対向電極(30)に支えられており、2つのセラミック製の保持手段(16)のうちの少なくとも1は、前記放電電極(29)用の高電圧供給手段(17)を含むこと、を特徴とする請求項1に記載の装置。The discharge electrode (29) is tapered on both sides and is a thin pin (18, 18 ').
These pins (18, 18 ') are respectively held by ceramic holding means (15, 16), and these ceramic holding means (15, 16) are formed as tubular counter electrodes ( 30) on both sides and / or supported by this counter electrode (30), at least one of the two ceramic holding means (16) being a high voltage supply for the discharge electrode (29) Device according to claim 1, characterized in that it comprises means (17).
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