JP6046622B2 - 排ガスシステムのコンポーネントの電源用装置 - Google Patents

Description

本発明は、排ガスシステムのコンポーネントの電源用装置に関する。特に、排ガスシステムの電界を生成するための電極用電源は、特定される。

移動性内燃機関の排ガスからすす粒子を除去するための多くの異なる概念は、すでに議論された。交互の側に閉じる壁流れフィルタ、開いた二次流れフィルタ、重力プレシピテータその他に加えて、排ガス中の粒子が電気的に帯電されて、次いで静電吸引力を用いて引きつけられるシステムも、すでに提案された。これらのシステムは、特に、「静電フィルタ」または「電気的フィルタ」の呼称によって公知である。

この種の電気的フィルタにとって、排ガスラインに位置する（複数の）放電電極および集塵電極は、通常、提唱される。この文脈において、例えば、排ガスラインのほぼ中央を通る中心放電電極、および集塵電極としての排ガスラインの周囲の側面は、コンデンサを形成するために用いられる。放電電極の、および集塵電極のこの配置については、電界は、排ガスの流れ方向に関して横断方向に形成される。そして、放電電極は、例えば、約１５ｋＶの範囲にある高電圧によって作動されることができる。その結果、特にコロナ放電が形成されることができ、それにより、排ガスと共に電界を通って流れる粒子は、単極様式で帯電される。この帯電のせいで、粒子は、静電クーロン力の結果として、集塵電極へ移動する。

排ガスラインが集塵電極として具体化されるシステムに加えて、集塵電極が例えばワイヤメッシュとして具体化されるシステムもまた、公知である。この文脈において、ワイヤメッシュ上の粒子の蓄積には、特定の状況の下で、これにより集塊を達成するために粒子をさらなる粒子と結合する目的がある。メッシュを通って流れる排ガスは、次いで、それに沿って比較的大きい粒子の集塊を運搬して、それらを古典的なフィルタシステムに供給する。

上記のシステムが適切であると今までのところ判明した場合であっても、すす粒子の処理のために、少なくとも試験的に、自動車の連続運転のためのこの概念の実施は、いまだ大きい技術的チャレンジを構成する。これは、特に、排ガスにおいて時々非常に高い大きく変動するすすの負荷に関して適用する。同様に、今存在する排ガスシステム用のこの種のシステムの所望の改造可能性は、いまだ重要な課題を構成する。特に、排ガスの量は、自動車の排ガスシステムにおいて一般に急激な増加が起こり、そして、電力を発生するために用いる静止内燃機関では起こらない。さらに、例えば地面の不均等のせいで、排ガスシステムは、機械的負荷にさらされる。加えて、この種の排ガスシステムの増加した仕事率および／または効果からみて、すす粒子を除去するためにフィルタシステムを（周期的におよび／または連続的に）再生させることも必要であり、前記再生がすすからガス状の成分への変換を伴うという事実に留意することは、必要である。

フィルタシステムが再生されるとき、短い加熱によって断続的な再生を実行するだけでなく、すなわちすすを燃焼（触媒的に動機づけされた酸化性変換）させるだけでなく、二酸化窒素（ＮＯ_２）によってすすを変換することもまた、公知である。二酸化窒素を伴う連続再生の利点は、すすがそれから著しく低い（特に２５０℃未満の）温度ですでに変換されることができるということである。このために、連続再生は、多くの適用事例において好ましい。しかしながら、これは、排ガス中の二酸化窒素が集積したすす粒子と充分な範囲に接触することを確実にする必要があるという課題に至る。

同様にこの文脈において、自動車におけるこの種の排ガスシステムの連続作動の実施において技術的困難が起こる。内燃機関の異なる負荷は、異なる排ガス流れ、排ガス成分および／または排ガス温度を引き起こす。

さらに、この種のコンポーネントがこの種のすす集塵システムに利用可能にされるとき、考えられる単純なコンポーネントが用いられる限り、特に、連続生産の一部として費用効果的に製造可能なコンポーネントも用いられることに留意すべきである。さらに、特に電極の設計に関して、特定の状況の下で、特に、望ましくない高いラム圧または望ましくない排ガスの渦巻きが電極の領域で起こらないという方法で、それらが排ガスラインにおいて整列配置されなければならないことに留意する必要がある。

この種の電界が形成されるとき、これのために必要な電圧および電流が連続的に、そして特に、環境に対するまたは人に対する危険が除外されて、高い信頼性で利用可能にされることを確実にすることも必要である。この文脈において、１〜３０ｋＶのレンジの特定の範囲の電圧が実施されて、電流は通常、比較的低い（例えば０．１アンペア未満）ことに留意する必要がある。

これに基づいて、本発明の目的は、先行技術に関して記載されている課題を少なくとも部分的に解決することである。特に、装置は、排ガスシステムの信頼性の高い作動が連続的に可能にされる電源のために提案される。加えて、電気接点および／または導電体を形成する手段もまた、特に、連続生産の一部として供給を促進するために、可能な所で単純な方法で構成される。

これらの目的は、請求項１の特徴による装置を用いて達成される。本発明のさらに有利な改良は、従属請求項において特定される。請求項において個々に特定される特徴がいかなる所望の技術的に適切な方法でも互いに組み合わされることができて、本発明のさらなる改良を開示する点に留意する必要がある。特に図に関する記述は、本発明を説明して、追加の例示的実施態様を特定する。

排ガスシステムのコンポーネントの電源用の本発明による装置は、排ガスライン上の少なくとも１つの電気接点を有する。そして、少なくともその電気接点は、電気絶縁材料によって囲まれる。

ここで排ガスシステムにおいて利用できるようにされるコンポーネントは、好ましくは、排ガスラインにおいて電界を形成するための電極である。もちろん、電源は、排ガスシステムにおける複数のコンポーネント（適切な場合には異なるコンポーネント）を有する電気接点を作るために用いることもできる。

これは、電気接点が電源から排ガスシステムの少なくとも１つのコンポーネントまで実施されることが必要である。その過程で、電気接点はまた、一般に排ガスラインを少なくとも部分的に貫通する。この文脈において、電気接点は、特に、一種の電気プラグおよび／または排ガスラインを通る電気的フィードスルー（ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈ）を構成する。電気接点は、特に２ｋＶ〜５０ｋＶの範囲で、小さい電流（例えば１アンペア未満または０．１アンペア未満さえ）が通常存在する、１ｋＶ（キロボルト）を上回る電圧を実施することが特に適切である。電気接点は、したがって、排ガスラインの外壁に設けられることができる。もちろん、複数のこの種の電気接点が設けられることも、可能である。

加えて、電気接点が電気絶縁材料によって少なくとも部分的に囲まれることは、提供される。すなわち、換言すれば、特に、電気接点は、電気絶縁材料を通って導かれる。特に、これはまた、例えば、電気接点が電気絶縁材料によって排ガスラインの他の（金属的な）領域から離間する場合に、電源のための接続の効果を有する。印加電圧のための対応する穴あきを防止する電気絶縁材料が、これのために好ましくは用いられる。

電源と電気接点との接続に関して、ここの導体には電気的ポジティブシールドを有する導電体が特に設けられる。この目的のために、特に、同軸ケーブル（特に保護クラスＩＰ６８）が設けられてよい。

装置の１つの展開によれば、少なくとも１つの電気接点は、電気絶縁材料内において鋳造されることが提案される。この場合、特に、電気接点自体が、例えば、排ガスラインと電気的に接触するプラグを形成することが提供される。さらに、電気的フィードスルーが電気接点の一部であり、そして電気絶縁材料内において実質的に鋳造されることも、可能でもある。この目的のために、電気接点は、例えば、排ガスライン上に配置されることができて、それから電気絶縁材料の層によって囲まれることができる。そしてそれは、次いで硬化する。これは、この種の絶縁された電気接点を製造する特に単純な方法を提供する。

加えて、排ガスラインが外壁上の電気絶縁材料によって少なくとも部分的に囲まれることも提案される。特に、これによって、排ガスシステムの内部において電界に隣接して外壁を囲んでいる部分的な断面、特に外側の絶縁層または絶縁コーティングが設けられることを意味する。例えば、コーティングを有する排ガスラインの外壁上に環状の断面が設けられて、電気絶縁材料が例えば炎容射方法によってそこに配置されることが提供される。

乗用自動車の事故の後でさえ、高電圧が適用されるコンポーネントが露出しないというような方法で、および／または事故の場合にこの種のコンポーネントが他のコンポーネントと接触することができないというような方法で、絶縁材料は、好ましくは具体化される。これは、特に、絶縁材料の適切な厚みの、および／または絶縁される場所を越える絶縁材料の適切な延展の、適切な材料選定を通して、絶縁される場所から開始してよい。

加えて、絶縁材料は、温度耐性のあることが好ましい。これは、絶縁材料が５００℃［摂氏度］を上回るまたは９００℃さえ上回る温度でさえその絶縁および／または機械的特性を著しく変えないことを意味する。

装置の１つの展開によれば、少なくとも１つの電気接点は、排ガスラインを通るフィードスルーを形成して、少なくとも１つの電極を含むことが提供される。この場合、フィードスルーが実施される排ガスラインにおいて例えば開口が形成される。フィードスルーは、特に、電気接点のまたはプラグの一部でもよい。フィードスルーはまた、好ましくは電気絶縁材料を有して形成されていて、その過程で、フィードスルーが電極用の一種のマウントとして同時に役立てられ得るように特に寸法的に厳密に具体化される。適切な場合、電源から（別々の）電極への電流の導通のための接続エレメントは、ここで設けられることもできる。基本的に、装置のあらゆる電気接点がフィードスルーを有することは可能である。しかし、これは必ずしもというわけではない。特に、電気接点は、複数のフィードスルーを用いて具体化されることもできる。特に、非常に高密度のセラミックは、この場合に絶縁材料として好ましい。そして、４０ｋＶまでの電圧の場合に穴あきが効果的に防止されるように、セラミック層の厚さは選択される。

特にこの文脈において、フィードスルーがセラミック管を用いて形成されることは、特に好ましい。セラミック自体は、電気絶縁材料を構成する。そして、管形状は、その内部に電極を収容することに特に適している。セラミック管内に電極を永久に固定しておよび／または取り付けることは、課題なしで同様に可能である。

本発明の１つの展開において、本発明による装置は、管内を導かれて、絶縁材料により囲まれる電気接点によって実施される。そして、絶縁材料は、管の内面に少なくとも１つの場所でその周囲全体について不透水性の様式で接続される。この種の不透水性の接続は、例えば、ボンディングまたはクリンピングによって実施されてよい。管自体は、したがって、電気接点が排ガスラインを通って導かれるというような方法で、排ガスラインに接続している。

さらに、少なくとも１つの電極および１つの粒子プレシピテータ（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｏｒ）が排ガスライン内に設けられることは、有利であるとも考えられる。そして、電界は、少なくとも１つの電極と粒子プレシピテータとの間に発生することができる。

ここで下流に（直接）配置される粒子トラップが一種の集塵電極として役立つことは、ここで特に全く好ましい。その結果、少なくとも１つの電極と粒子トラップとの間の領域を通って流れるすす粒子は、そこに位置する電界において帯電されて、粒子トラップのフィルタ材料へと最終的に偏向する。この文脈において、もちろん、集塊が起こることも、同時に可能である。粒子トラップは、特に、完全に閉じた流路がない開いた二次流れフィルタと呼ばれる。粒子トラップは、その代わりに、開口、案内構造等が設けられる金属不織布および金属波形層を用いて成形される。案内構造は、ここで流れ通路の流れの狭めを形成する。その結果、粒子トラップの内部においてすす粒子の滞在時間または衝突確率は、増加する。この文脈において、出願人による公知の特許文献が参照される。そしてそれは、粒子トラップのより詳細な特徴描写および／またはその再表示のために用いられることが可能である。特に、以下の文書の説明の全範囲がここで参照される：ＷＯ−Ａ−０１／８０９７８； ＷＯ−Ａ−０２／００３２６； ＷＯ−Ａ−２００５／０９９８６７； ＷＯ−Ａ−２００５／０６６４６９； ＷＯ−Ａ−２００６／１３６４３１； ＷＯ−Ａ−２００７／１４０９３２。

この種の粒子トラップの再表示は、ＣＲＴ方法に基づいて連続的にここで生じることが好ましい。この目的のために、例えば、酸化触媒コンバータ（一酸化窒素が二酸化窒素に（また）酸化され、次いで粒子トラップ内のすすと反応する）は、デバイスの上流に接続されることができる。加えて、この種の酸化的に作用するコーティングが、粒子トラップ自体において（そのゾーンにおいて、または粒子トラップの全領域のその他において）実施されることも、可能である。

本発明は、図を参照して以下でさらに詳細に説明される。図に示される例示的実施形態が特に好ましい点に留意する必要がある、しかし、本発明は、それに制限されない。

図１は、排ガスシステムのコンポーネントの電源用装置の第１実施形態による縦断面を示す。 図２は、装置の一実施形態の第１の詳細を示す。 図３は、さらなる実施形態のさらなる詳細を示す。 図４は、さらなる実施形態のさらなる詳細を示す。

図１は、排ガスシステム３におけるコンポーネントの電源２のための装置１を示す。この点で、排ガスライン５は、縦断面の中心において図式的に示される。そして、排ガスライン５を通って流れ方向１９に排ガスが流れる。排ガスは、ここでは粒子２０（特にすす）を含む。そしてそれは、粒子プレシピテータ１１（開いた二次流れフィルタと呼ばれる）を用いて排ガスから除去される。

加えて、装置１は、中央に配置された電極９を有する。電極９は、電極９と粒子プレシピテータ１１との間に電界１２を生成するのに役立つ。

電界１２の生成のための必要な電流の流れがそれから利用可能になるように、電極９は、電源２に電気的に接続される。これは、電気接点４まで導かれる例えば同軸ケーブルを用いて、排ガスライン５の外側で行われてよい。排ガスライン５の外壁が貫通されるときに、そこに設けられる電気絶縁材料６は、排ガスライン５の２つの隣接領域が傷つけられるのを防止する。この目的のために、一方で、電気接点４は、電気絶縁材料６によって囲まれる。しかし、外壁７はまた、電界１２および粒子プレシピテータ１１の周辺で電気接点４に隣接して形成される。

図２は、電気接点４のプラグ解決策を詳細に示す。同軸ケーブルとして具体化される電源２は、ここでは、排ガスライン５上に位置するプラグ１５で終端する。プラグ１５全体は、ここでは、電気絶縁材料６によって囲まれる。プラグ１５は、特に、排ガスライン５に貼り付けられる電気絶縁材料６内に鋳造される。

図３は、フィードスルー８の様式における電気接点４のさらなる実施形態を示す。これにより、電源２または電極９は、排ガスライン５を貫通する。絶縁フィードスルーのために、セラミック管１０も設けられる。セラミック管１０は、排ガスライン５を貫通し、したがって、電源２または電極９を電気的に絶縁した様式で確実に導く。

図４はまた、排ガスライン５に管１３が載置される電気接点４のさらなる実施形態を示す。電源２は、保護層１６としての電気絶縁材料６によって管１３内において囲まれる。そして、保護層１６は、接着剤１７によって管１３内において不透水性の様式で取り付けられる。電極９は、接続１４およびプラグ１５を介して電流ディストリビュータ１８に接触して配置される。

本発明は、したがって、先行技術に関して記載されている課題を少なくとも部分的に解決する。特に、排ガスシステムの信頼性の高い作動が連続的に可能にされる電源用装置は、提案される。加えて、電気接点および／または導電体を作成する手段は、特に連続生産の一部として供給を支持するために、単純な設計である。

１…装置
２…電源
３…排ガスシステム
４…電気接点
５…排ガスライン
６…電気絶縁材料
７…外壁
８…フィードスルー
９…電極
１０…セラミック管
１１…粒子プレシピテータ
１２…電界
１３…管
１４…接続
１５…プラグ
１６…保護層
１７…接着剤
１８…電流ディストリビュータ
１９…流れ方向
２０…粒子

Claims (5)

1. 排ガスシステム（３）のコンポーネントの電源（２）用の装置（１）であって、少なくとも１つの電気接点（４）が排ガスライン（５）の外壁（７）上に前記排ガスラインと電気的に接続可能に設けられ、少なくとも前記電気接点（４）は、電気絶縁材料（６）によって囲まれ、
   前記少なくとも１つの電気接点（４）は、鋳造により形成されたものであり、前記電気絶縁材料（６）内に配置されている、装置（１）。
2. 前記排ガスライン（５）は、前記外壁（７）上に設けられ、電気絶縁材料（６）で構成される断面が環状の絶縁コーティングにより、少なくとも部分的に囲まれる、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記少なくとも１つの電気接点（４）は、前記排ガスライン（５）を通るフィードスルー（８）を形成して、少なくとも１つの電極（９）を含む、請求項１又は２記載の装置（１）。
4. 前記フィードスルー（８）は、セラミック管（１０）で形成される、請求項３に記載の装置（１）。
5. 少なくとも１つの電極（９）および１つの粒子プレシピテータ（１１）は、前記排ガスライン（５）内に設けられ、前記少なくとも１つの電極（９）と前記粒子プレシピテータ（１１）との間に電界（１２）が発生可能である、請求項３又は４に記載の装置（１）。

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