用于处理含颗粒排气的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于处理含颗粒排气/废气的装置和方法。该装置具有排气管路，发射电极和用于与发射电极电接触的馈电装置。所述馈电装置被电绝缘体分段包围，该电绝缘体使馈电装置对排气管路电绝缘。该电绝缘体具有可供排气流过的表面。
【背景技术】
[0002]在带有内燃机的机动车中，尤其是在带有柴油机驱动的机动车中，通常在内燃机排气中含有大量炭黑/烟灰颗粒，这些炭黑颗粒不允许被排放到环境中。对此有相关的排气条例对每排气重量或排气体积中的炭黑颗粒的数目和比例的极限值以及有时对整个机动车作出了规定。炭黑颗粒尤其是在排气中的未被燃烧的碳和碳氢化合物。
[0003]已经讨论过了大量不同的从车辆内燃机排气中去除炭黑颗粒的理念。除了交互关闭的壁流式过滤器、开放的分流过滤器、重力分离器等，还提出了如下系统，这些系统中使排气中的颗粒带电，然后借助于静电吸引力使其沉积。这些系统尤其以“静电过滤器”或“电过滤器”名称得到公开。
[0004]在电过滤器中，通过提供电场和/或等离子使小炭黑颗粒集聚成大炭黑颗粒和/或使炭黑颗粒带电。带电的炭黑颗粒和/或更大的炭黑颗粒通常是可以在过滤系统中明显更简单地分离出去的。炭黑颗粒集聚团由于质量惯性更大所以在排气流中运送得更慢，并因此更易于在排气流的转向处沉积。带电的炭黑颗粒由于带电而被吸向表面，在表面上沉积并释放出电荷。这也利于在机动车运行中从排气中去除炭黑颗粒。
[0005]因此通常推荐为这种电过滤器使用多个定位在排气管路中的放电电极和集电电极。在此例如将近似居中延伸通过排气管路的中央放电电极和排气管路的作为集电电极的环绕的侧面用于形成电容器。利用放电电极和集电电极的这种布置，在排气的流动方向的横向上形成了电场，其中所述放电电极例如可以用处于约15kV范围内的高压来操作。由此尤其可以形成电晕放电，由此以单极方式使随同排气流过电场的颗粒带电。由于这种带电，所述颗粒通过静电库仑力向集电电极游动。
[0006]除了将排气管路实施为集电电极的各系统，还公开了例如将集电电极实施为金属线格栅的系统，在此在金属线格栅上进行颗粒的沉积，以便在必要时还将这些颗粒与其他颗粒汇集到一起从而由此实现聚集。流经格栅的排气然后又将这些较大的颗粒携带走并将其输送至传统的过滤系统。
[0007]在过滤系统再生的情况下，除了通过短时加热进行间歇式再生外，也就是炭黑的燃烧(催化剂催化的氧化反应)，还公开了利用二氧化氮(NO2)对炭黑进行转换。使用二氧化氮(CRT方法)进行持续再生的优势在于，在此在明显更低的(尤其是低于250°C)温度下就已经能够对炭黑进行转化。因此在许多使用情况下都优选这种持续的再生。但是这带来的问题是，必须要确保排气中的二氧化氮与沉积的颗粒充分接触。
[0008]在此方面，在实现这种排气系统在机动车中的持续使用方面也存在技术困难，其中不同的内燃机负载会造成不同的排气流、排气成分和/或温度。
[0009]此外还要考虑到，在为这种炭黑分离系统提供这种部件时，要使用尽可能简单的部件，尤其是还使用那种可在批量生产中低成本制成的部件。此外尤其在电极设计方面还要考虑到必须在必要时将这些电极以对齐方式定位在排气管路中，尤其是要这样使得在电极区域中不会出现所不期望的高停滞压力或所不期望的排气涡流。
[0010]尽管所述系统迄今为止已经至少在实验中证明适合用于处理炭黑颗粒，但是将该理念转换用于在机动车中批量生产仍旧是很大的挑战。炭黑颗粒会尤其沉积在电极和对电极相对于排气管路的电绝缘件上。
[0011]如果通过电绝缘件从电极到排气管路形成了持续的炭黑沉积，那么电流(“漏泄电流”)会由此流过。因此迄今都尝试避免持续的炭黑沉积。所以例如提出通过电绝缘件将气流导入到排气管路中从而由空气使炭黑颗粒从电绝缘件转向。还已经提出了特意使用用于排气的转向装置，该转向装置使排气从电绝缘件转向。
[0012]附加或替代于此，还尝试了使电绝缘件具有尽可能大的表面，从而更难形成持续的炭黑沉积。为增大表面，所述电绝缘件例如设有纵向或横向分布的肋。
[0013]为了移除炭黑沉积，此外还提出，有目的地升高电绝缘体的温度，从而将炭黑沉积燃烧掉。为此例如提出，导电体构成在电绝缘体中，该导电体能够升高电绝缘体的温度。还公开了用催化活性的物质给电绝缘体涂层。
[0014]但是已经表明，尽管如此，所有的这些努力都不能避免在机动车运行中在电极和排气管路之间的电绝缘件上发生持续的炭黑沉积。
【发明内容】
[0015]因此本发明的目的是，至少部分解决现有技术方面所描述的问题并且给出一种用于对具有颗粒的排气进行处理的装置和方法，以此能够即使经过很长时间也能有效使排气中的颗粒带电。
[0016]该目的由根据独立权利要求的特征的装置和方法实现。本发明的其他有利的实施方案在从属表述的权利要求中给出。要指出的是，在从属权利要求中分别描述的特征可以随意以在技术上合理的方式相互组合，并且示出本发明的其他实施方案。此外在权利要求中所给出的特征在本说明书中有进一步的准确描述和解释，其中示出了本发明的其他优选的实施方案。
[0017]该目的尤其通过用于对含有颗粒的排气进行处理的装置来实现，该装置具有排气管路、发射电极和用于发射电极的馈电装置。该馈电装置至少逐段地被电绝缘体包围，其中该电绝缘体具有外直径。电绝缘体基本上从排气管路朝向排气管路的纵向轴线延伸。在朝向纵轴线的端部区域中，夕卜直径最大为20mm (毫米)，优选最大为10mm，特别优选最大为5mm ο
[0018]该目的还通过如下装置得以实现，在该装置中，尤其是还与电绝缘体在端部区域中的外直径的绝对数值无关，电绝缘体的外直径与电绝缘体的长度的比例关系小于2.5，优选小于I，特别优选小于0.5或者甚至小于0.2。电绝缘体的长度在此是电绝缘体在延伸方向上从排气管路直至馈电装置从电绝缘体出来的出口处的长度。如果各电绝缘体的外直径并不一致，则要将外直径的最大值用于形成所述比例关系。
[0019]所述排气管路是所述装置的零件，在该零件上将所有其他的部件直接或间接地固定住并且该零件被内燃机排气流通。该排气管路在内燃机运行中集成到内燃机的排气系统中。
[0020]发射电极在施加至少1kV [千伏特]、优选至少15kV的电高压时在发射电极和对电极之间发出电子。电子又使得包含在排气中的颗粒获得电荷。如果发射电极具有最大为几个μπι(微米)的小的外半径的话，那么电子在施加高压时发出。这一点尤其通过带有相应直径或的金属丝或者通过针状电极来实现。尖端在此具有仅几个ym的直径。因此优选使所述装置具有高压源用于产生至少10kV、特别优选至少15kV的电压或者能够与这种高压源连接。
[0021]馈电装置/供电装置将发射电极与在排气管路外部的用于高压源的接线端或者与高压源本身导电连接。馈电装置的一部分因此至少延伸通过排气管路。但是所有的将穿过排气管路的电馈通件与排气管路中的发射电极导电连接的零件也都被看作是馈电装置的零件。
[0022]为了能够向发射电极上施加稳定的电势，馈电装置对排气管路电绝缘。为此，电绝缘体至少逐段地包围馈电装置。这尤其是指，馈电装置在与馈电装置的纵轴线垂直的平面中完全被电绝缘体包围。馈电装置优选还在其穿过排气管路的馈通件处也被电绝缘体包围。
[0023]外直径是衡量电绝缘体横截尺寸大小的标准。可以给电绝缘体的所有的横截面形状都确定外直径。电绝缘体的外直径尤其是在电绝缘体的外表面上的两个点的连线的最大长度，这两个点位于与电绝缘体的延伸方向垂直的平面中，其中所述连线穿过电绝缘体在平面中的中心点。在电绝缘体具有圆形横截面的情况下，所述外直径也就是外部的圆直径。排气管路的纵向轴线尤其是排气管路的旋转对称轴线，并因此基本描述了排气管路的中间区域。因此，所述电绝缘体在径向上从排气管路向内部延伸，所述电绝缘体在此并不需要与排气管路相接触。端部区域相应地为电绝缘体的指向排气管路中部的区域。电绝缘体的所述端部区域在延伸方向上优选长度为最大30mm，特别优选为最大15mm。
[0024]在此所推荐的装置特征尤其在于，电绝缘体足够大到避免从馈电装置到排气管路发生火花放电，但此外又被保持得尽可能小。在这种相对较小