Результат интеллектуальной деятельности: ДЕРЖАТЕЛЬ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ С ОДНИМ ЭЛЕКТРОДОМ

Настоящее изобретение относится к держателю по меньшей мере с одним электродом для создания электрических полей в трубопроводе отработавшего газа (выпускном трубопроводе).

В автомобилях с мобильными двигателями внутреннего сгорания (ДВС) и, прежде всего, в автомобилях с дизельным приводом в отработавшем газе (ОГ) ДВС, как правило, содержатся некоторые количества частиц сажи, которые не должны выбрасываться в окружающую среду. Это задано соответствующими предписаниями по ОГ, которые задают предельные величины для количества и массы частиц сажи в расчете на вес ОГ или объем ОГ, а также частично и для всего автомобиля. Частицы сажи являются, прежде всего, несгоревшими углеродами и углеводородами в ОГ.

Уже обсуждено множество различных концепций устранения частиц сажи из ОГ мобильных ДВС. Наряду с взаимно закрытыми фильтрами пристеночного потока, открытыми фильтрами побочного потока, гравитационными сепараторами и т.д., уже предлагались системы, в которых частицы в ОГ электрически заряжаются, а затем осаждаются с помощью сил электростатического притяжения. Эти системы известны, прежде всего, под названием «электростатический фильтр» или же «электрофильтр».

В «электрофильтрах» за счет создания электрического поля и/или плазмы происходит агломерация малых частиц сажи в более крупные частицы сажи и/или электрический заряд в частицах сажи. Электрически заряженные и/или более крупные частицы сажи, как правило, заметно проще отделяются в фильтрационной системе. Агломераты частиц сажи в связи со своей большей массовой инерцией транспортируются в потоке ОГ более инертно и поэтому проще осаждаются в местах изменения направления потока ОГ. Электрически заряженные частицы сажи в связи со своим зарядом притягиваются к поверхностям, на которых они откладываются и отдают свой заряд. И это тоже облегчает удаление частиц сажи из потока ОГ при эксплуатации автомобилей.

Так, для таких электрофильтров уже было предложено использование нескольких коронирующих электродов и коллекторных электродов, которые располагаются в трубопроводе отработавшего газа. При этом, например, центральный коронирующий электрод, который проходит примерно посередине трубопровода отработавшего газа, и окружающая боковая поверхность трубопровода отработавшего газа в качестве коллекторного электрода используются для того, чтобы образовать конденсатор. При этом расположении коронирующего электрода и коллекторного электрода поперек направления потока ОГ образуется электрическое поле, причем коронирующий электрод может работать, например, с высоким напряжением, которое составляет около 15 кВ [15000 вольт]. За счет этого могут образовываться, прежде всего, коронные разряды, посредством которых протекающие с ОГ через электрическое поле частицы заряжаются униполярно. Благодаря заряду частицы в результате электростатических кулоновских сил перемещаются к коллекторному электроду.

Наряду с системами, в которых трубопровод отработавшего газа выполнен в качестве коллекторного электрода, также известны системы, в которых коллекторный электрод выполнен, например, в виде проволочной сетки, причем происходит отложение частиц на проволочной сетке с той целью, чтобы, при необходимости, сводить частицы с другими частицами, чтобы таким образом реализовать агломерацию. Тогда протекающий через сетку ОГ снова захватывает более крупные частицы и подводит их к классическим фильтрационным системам.

При расположении коронирующего электрода и коллекторного электрода друг за другом в трубопроводе отработавшего газа является желательным несколько электродов распределять по поперечному сечению впускного трубопровода, чтобы создавалось равномерно распределенное электрическое поле или регулируемое по поперечному сечению трубопровода отработавшего газа электрическое поле. Однако, как правило, возникает проблема, что из-за отложившихся частиц сажи на электроде и его держателе возникают токи утечки между электродом и находящимся на другом электрическом потенциале трубопроводом отработавшего газа. Эти токи утечки приводят, например, к заряду трубопровода отработавшего газа и должны быть предотвращены. Известно, что отложившаяся на электроде и держателе сажа может регулярно устраняться посредством регенерации, прежде всего, каталитически поддерживаемой регенерации и посредством кратковременного нагрева ОГ. Чтобы полную регенерацию отложившейся сажи на электродах и их держателях нужно было проводить только через большие промежутки времени, является желательным в течение как можно более длительного времени подавлять токи утечки или поддерживать их на низком уровне.

Также необходимо учитывать то, что при изготовлении таких компонентов для системы сепарации сажи следует использовать как можно более простые компоненты, прежде всего, такие, которые экономично изготавливаются в рамках серийного производства.

Исходя из этого, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы, по меньшей мере, частично решить описанные со ссылкой на уровень техники проблемы. Прежде всего, должен быть указан держатель с одним электродом или несколькими электродами, при котором по возможности не возникают токи утечки или возникают лишь очень малые токи утечки.

Эти задачи решены посредством держателя в соответствии с признаками п. 1 формулы изобретения и устройством в соответствии с признаками п. 11 формулы изобретения. Другие благоприятные варианты держателя указаны в сформулированных как зависимые пунктах формулы изобретения. Следует указать на то, что приведенные в формуле изобретения отдельно признаки могут быть комбинированы между собой любым, технологически рациональным, образом и показывают дополнительные варианты осуществления изобретения. Описание, прежде всего, в связи с фигурами, поясняет изобретение и указывает дополнительные примеры осуществления.

Задачи решены посредством держателя с одним электродом или несколькими электродами для создания электрических полей в трубопроводе отработавшего газа, причем держатель имеет диск из электрически изолирующего материала со стороной набегающего потока и стороной стекающего потока и выполненные с возможностью прохождения для ОГ от стороны набегающего потока к стороне стекающего потока отверстия, а также по меньшей мере один закрепленный на диске и/или в нем электрический проводник, и причем электрический проводник, по меньшей мере, на стороне набегающего потока диска покрыт электрически изолирующим материалом и находится в электрическом контакте с одним или несколькими простирающимися к стороне стекающего потока электродами.

Держатель рассчитан, прежде всего, так, чтобы его можно было располагать в трубопроводе отработавшего газа ДВС. На держателе закреплены, предпочтительно, по меньшей мере 3, особо предпочтительно даже по меньшей мере 10 электродов. Во встроенном состоянии ОГ ДВС протекает через трубопровод отработавшего газа и держатель, причем обращенная к ДВСо сторона держателя образует сторону набегающего потока, а в направлении потока противолежащая сторона образует сторону стекающего потока держателя.

Под диском в смысле настоящего изобретения следует понимать тело, размеры которого поперек направления потока существенно больше, чем его размеры в направлении потока, предпочтительной является максимальная длина диска поперек направления потока по меньшей мере в три раза больше, чем максимальная длина диска в направлении потока. В диске, прежде всего, образованы проходы для ОГ, которые, по существу, простираются в диске от стороны набегающего потока к стороне стекающего потока и таким образом образуют проходимые для потока отверстия. Диск образован, прежде всего, из электрически изолирующего материала, прежде всего из керамики.

На диске и/или в нем закреплен электрический проводник, который может соединять один или несколько электродов электрически проводящим образом с источником напряжения. Прежде всего, электрический проводник состоит из металлической проволоки или из высеченного металлического листа. Электрический проводник на стороне набегающего потока покрыт электрически изолирующим материалом, что, прежде всего, означает, что электрически изолирующий материал полностью перекрывает электрический проводник в направлении потока ОГ, так что ОГ не может обтекать электрический проводник.

В процессе эксплуатации текущий в трубопроводе отработавшего газа ОГ проходит держатель через отверстия, причем в дальнейшем содержащиеся в ОГ частицы сажи ионизируются коронным или плазменным разрядом на острие электрода (электродов). В результате того, что электрический проводник на стороне набегающего потока покрыт электрически изолирующим материалом, на электрическом проводнике на стороне набегающего потока не осаждаются частицы сажи. Отложение частиц сажи на стороне набегающего потока происходит, самое большее, на электрически изолирующем материале. Поверхность, которая должна быть покрыта слоем сажи, чтобы происходил ток утечки от электрода или электродов к трубопроводу отработавшего газа, благодаря изобретению значительно увеличена, за счет чего уменьшается вероятность образования тока утечки. Длина пути тока утечки также называется длиной утечки, которая благодаря изобретению увеличивается.

Согласно одному благоприятному усовершенствованию изобретения электрический проводник имеет электрически изолированное удлинение для проведения через стенку трубопровода отработавшего газа. Посредством электрически изолированного удлинения электрического проводника электрический проводник снаружи трубопровода отработавшего газа может быть соединен с источником напряжения, причем электрический проводник при проведении через стенку предпочтительно окружен электрически изолирующим материалом.

Также является предпочтительным, чтобы электрический проводник был закреплен в диске по меньшей мере в одной канавке. Канавка - это углубление в диске, которое выполнено, прежде всего, на стороне стекающего потока в диске. Таким образом, электрический проводник далее на стороне набегающего потока перекрыт электрически изолирующим материалом. Это также имеет то преимущество, что ОГ в процессе эксплуатации не обтекает электрический проводник на его сторонах, так что, самое большее, частицы сажи на стороне стекающего потока могут осаждаться на электрическом проводнике. За счет этого дополнительно увеличивается поверхность, которая должна быть покрыта сажей, чтобы между электрическим проводником и трубопроводом отработавшего газа возникал ток утечки.

Кроме того, является предпочтительным, чтобы электрический проводник был закреплен соединительным материалом, прежде всего, высокотемпературным силиконом, высокотемпературным клеем или высокотемпературной пастой, на диске и/или в нем. Этот соединительный материал, прежде всего, пригоден для того, чтобы компенсировать разные коэффициенты теплового расширения электрически изолирующего материала и электрического проводника. Таким образом, электрический проводник прочно соединен с диском, но напряжения между ними не могут возникать в такой мере, чтобы разрушилось крепление между ними.

Согласно особо предпочтительной форме осуществления изобретения держатель имеет крышку, которая расположена на стороне стекающего потока диска, причем крышка имеет выемки для установки электрода (электродов). Предпочтительно крышка тоже изготовлена из электрически изолирующего материала. Предпочтительно диск и крышка полностью окружают электрический проводник. Таким образом, электрический проводник предпочтительно со всех сторон окружен электрически изолирующим материалом, так что частицы сажи не могут осаждаться на электрическом проводнике. Отложение частиц сажи может происходить, самое большее, на электроде или электродах. Следует указать на то, что под электрическим проводником подразумеваются, прежде всего, те электропроводные материалы, которые находятся в диске или на нем, по существу, поперек направления потока. Напротив, участки электрического проводника, которые простираются в направлении потока, приданы электроду.

Прежде всего, крышка может быть соединена с диском посредством силового, геометрического замыкания и/или сплошным образом. Чтобы получить сплошное соединение, прежде всего, диск может быть снабжен электрическим проводником, а затем крышка может быть прилита к диску, причем отверстия, которые уже находятся в диске, получают с помощью соответствующих шаблонов в крышке. Крышка имеет конгруэнтные относительно диска отверстия и дополнительно выемки, через которые проходят электроды. В этом случае электроды соединены с электрическим проводником внутри электрически изолирующего материала.

В качестве альтернативы, сначала диск может быть снабжен электрическими проводниками, а затем со стороны стекающего потока изготовленная ранее крышка может быть надвинута на диск с электрическими проводниками. При этом, прежде всего, предусмотрены конгруэнтные отверстия в крышке относительно отверстий в диске и, кроме того, выемки, через которые могут проходить электроды.

Кроме того, является предпочтительным то, что от крышки вокруг выемки в направлении потока простирается выступ, так что и электрод в значительной части, начиная от электрического проводника, окружен крышкой. За счет этого еще больше увеличивается длина утечки.

Согласно еще одному благоприятному усовершенствованию изобретения один или несколько электродов и электрический проводник соединены между собой с геометрическим, силовым замыканием и/или сплошным образом.

При геометрическом замыкании за счет пространственной формы электрода (электродов) и электрического проводника и их расположения относительно друг друга предотвращается относительное движение относительно друг друга. При силовом замыкании на оба элемента действует сила, которая предотвращает движение элементов относительно друг друга. При сплошном соединении элементы соединены между собой за счет молекулярных связей между элементами. Сплошное соединение может быть получено, например, путем сварки электрода (электродов) с электрическим проводником. Силовое замыкание возникает, например, в результате вставки электрода (электродов) в выемку крышки, так что крышка удерживает электрод (электроды) в электрическом контакте с электрическим проводником.

Особо предпочтительным также является то, что диск выполнен чашеобразным, с выступающей к стороне стекающего потока внешней областью. Таким образом, выступающая внешняя область простирается к стороне стекающего потока в том же направлении, что и электроды и при этом перекрывает внутреннюю поверхность стенки трубопровода отработавшего газа. При этом внешняя область, прежде всего, находится в контакте с внутренней поверхностью стенки трубопровода отработавшего газа. Таким образом дополнительно увеличивается поверхность, которая должна быть покрыта сажей, чтобы между электродами и трубопроводом отработавшего газа возникал ток утечки.

Прежде всего, предпочтительным является и то, что выступающая внешняя область простирается за пределы по меньшей мере одного электрода вдоль трубопровода отработавшего газа. Тем самым имеется в виду, что длина внешней области в направлении потока, начиная от диска, больше, чем длина электрода в направлении потока, начиная от диска. За счет этого достигается то, что между электродом и стенкой трубопровода отработавшего газа поперек направления потока не может возникать искровой разряд.

В еще одной предпочтительной форме осуществления изобретения диск является встраиваемым в трубопровод отработавшего газа примерно поперек и перекрывает поперечное сечение трубопровода отработавшего газа, по существу, полностью. Поэтому весь ОГ должен протекать через держатель. Таким образом также обеспечивается то, что весь ОГ обтекает электроды.

Еще одно благоприятное усовершенствование изобретения предлагает, что диск имеет, по меньшей мере, первый и второй электрический проводник, которые электрически изолированы друг от друга, причем первая группа и вторая группа электродов находятся в электрическом контакте соответственно с одним из электрических проводников. Таким образом, в диске закреплены, по меньшей мере, два электрических проводника, с помощью которых соответственно одна группа электродов может быть соединена с аппаратом высокого напряжения. Таким образом электроды могут быть нагружены разными потенциалами, так что электрическое поле может быть адаптировано к разным геометриям трубопровода отработавшего газа, профилям потока или составам ОГ, локально распределенным по поперечному сечению трубопровода отработавшего газа.

Согласно еще одному аспекту изобретения предлагается устройство в трубопроводе отработавшего газа для ионизации частиц сажи в ОГ ДВС, содержащее по меньшей мере один держатель согласно изобретению и расположенный далее в направлении потока сепаратор частиц. Устройство также содержит, прежде всего, источник напряжения, который электрическим проводником соединен с электродами, и противоположный электрод для создания электрического поля между электродами и противоположным электродом. Таким образом, указано устройство, которое сначала ионизирует содержащиеся в ОГ частицы, причем ионизированные частицы сажи отделяются в сепараторе частиц.

Прежде всего, является предпочтительным то, что сепаратор частиц образует противоположный электрод. Таким образом, сепаратор частиц имеет двойную функцию, отделяя ионизированные частицы и одновременно способствуя созданию и/или форме электрического поля.

Изобретение находит применение, прежде всего, в автомобилестроении, например в автомобиле, который имеет ДВС с системой выпуска ОГ, причем система выпуска ОГ имеет по меньшей мере одно устройство соответствующего изобретению вида.

Далее изобретение и технический контекст в качестве примера поясняются на фигурах. На фигурах показаны особо предпочтительные варианты осуществления изобретения, которыми оно, однако, не ограничено. Схематически показано на:

Фиг. 1: автомобиль с одной конструктивной формой держателя согласно изобретению,

Фиг. 2: трубопровод отработавшего газа с одной конструктивной формой держателя согласно изобретению,

Фиг. 3: поперечный разрез через одну конструктивную форму держателя согласно изобретению,

Фиг. 4: крышка одной конструктивной формы согласно изобретению.

На фиг. 1 схематически показан автомобиль 22 с ДВС 18 и подсоединенной к нему системой 23 выпуска ОГ. Система 23 выпуска ОГ содержит трубопровод 3 отработавшего газа, в котором образована одна конструктивная форма устройства 17 с держателем 1 с электродами 2 согласно изобретению. ОГ протекает через держатель 1 в направлении 19 потока от стороны 5 набегающего потока к стороне 6 стекающего потока. В направлении 19 потока за держателем 1 в трубопроводе 3 отработавшего газа расположен относящийся к устройству 17 сепаратор 20 частиц. В процессе эксплуатации содержащий частицы сажи ОГ ДВС 18 сначала протекает через отверстия держателя 1 и входит в область электродов 2. Там частицы сажи ионизируются коронным или плазменным разрядом на остриях электродов 2, и ионизированные частицы отделяются в сепараторе 20 частиц.

Далее, на фиг. 2-4 одна конструктивная форма держателя поясняется более подробно.

На фиг. 2 схематически показан продольный разрез через одну конструктивную форму держателя 1, в трубопроводе 3 отработавшего газа. Держатель 1 посредством набухающего мата 21 закреплен в трубопроводе 3 отработавшего газа, который ограничен стенкой 10. Держатель содержит диск 4 с отверстиями 7, которые простираются от стороны 5 набегающего потока к стороне 6 стекающего потока. В диске 4 закреплен электрический проводник 8, который электрически проводящим образом соединен с электродами 2. Диск 4, который изготовлен из электрически изолирующего материала, полностью перекрывает электрический проводник на стороне 5 набегающего потока. Электрический проводник 8 находится в канавке 11 диска 4 и закреплен с помощью соединительного материала 12. Кроме того, электрический проводник 8 имеет удлинение 9, которое окружено электрически изолирующим материалом и которое простирается через стенку 10 трубопровода 3 отработавшего газа. Там электрический проводник 8 может быть соединен с источником напряжения.

Кроме того, держатель 1 имеет внешнюю область из электрически изолирующего материала, которая в контакте со стенкой 10 в трубопроводе 3 отработавшего газа простирается в направлении 19 потока на стороне 6 стекающего потока. Кроме того, держатель 1 содержит крышку 13, которая здесь изображена отдельно от диска 4, но при эксплуатации надвинута на диск 4 и зафиксирована там. Крышка 13 имеет выемки 14, через которые проходят электроды 2. Кроме того, крышка 13 имеет отверстия 7, которые в смонтированном состоянии конгруэнтны отверстиям 7 на диске 4. Поперечный разрез 16 через трубопровод 3 отработавшего газа дополнительно поясняется со ссылкой на фиг. 3.

На фиг. 3 показан поперечный разрез 16 через держатель из фиг. 2. Диск 4 через набухающий мат 21 соединен со стенкой 10 трубопровода 3 отработавшего газа. Диск 4 имеет отверстия 7, через которые при эксплуатации течет ОГ ДВС 18. В диске 4 выполнены канавки 11, в которых посредством соединительного материала 12 закреплен электрический проводник 8. На электрическом проводнике 8 электрически проводящим образом закреплены электроды 2. К тому же, электрический проводник 8 имеет удлинение 9, которое проходит сквозь стенку 10 трубопровода отработавшего газа, причем удлинение 9 окружено электрически изолирующим материалом.

На фиг. 4 показана крышка 13 из фиг. 2 в поперечном разрезе. Крышка 13 имеет отверстия 7, которые соответствуют отверстиям диска 4. Кроме того, предусмотрены выемки 14, через которые выступают электроды 2 в смонтированном состоянии.

За счет того, что электрический проводник 8 при эксплуатации полностью окружен изолирующим материалом, увеличивается поверхность, которая должна быть покрыта слоем сажи, чтобы мог возникнуть ток утечки. Тем самым увеличивается длина утечки, причем одновременно несколько электродов расположено в ОГ. Осажденные на держателе и трубопроводе отработавшего газа частицы сажи должны устраняться реже.