(57)【要約】従来技術から、ディーゼルエンジンの炭素含有粒子排出を低減するための方法および対応する装置であって、特にフィルタの再生のために表面沿面放電が利用されるものは知られている。本発明によれば、そのために適した、交互に閉ざされた縦長のチャネルから成るウォールフローフィルタが形成される。その際電極はフィルタ材料中に埋め込まれており、それにより浸食に対して保護されている。適切な幾何学的配列によって、本発明によればウォールフローフィルタの取入れチャネルにおける表面沿面放電の選択的な発生のために２つの電極で十分である。
2005531401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックフィルタ材料から成る交互に閉ざされた縦長の取入れチャネル及び排出チャネルから構成されているウォールフローフィルタに基づくプラズマ煤フィルタであって、煤粒子が取入れチャネルのフィルタ表面に分離され、そこでフィルタ再生のために誘電的に妨げられた表面沿面放電の作用により酸化されるプラズマ煤フィルタにおいて、チャネル（１０、２０）がツインジェット対称性を有する横断面を備え、表面沿面放電を発生するため、取入れチャネル（１０）あたり、対称線（６０、６０′）の１つの上に位置している相異なる極性の２つの電極（４１、４２）が存在していることを特徴とするプラズマ煤フィルタ。
【請求項２】
電極（４１、４２）がフィルタ材料（３０）中に埋め込まれ、それによって浸食に対して保護されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ煤フィルタ。
【請求項３】
電極（４１、４２）が低い多孔性の電気的に絶縁性のバリヤ材料（３１）中に埋め込まれていることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ煤フィルタ。
【請求項４】
表面沿面放電が選択的に、取入れチャネル（１０）及び排出チャネル（２０）を有するウォールフローフィルタの煤で覆われた取入れ側上で生ずることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ煤フィルタ。
【請求項５】
ツインジェット対称性にその横断面を有するチャネル（１０、２０）が四角形の幾何学的配列を有し、両電極（４１、４２）が四角形の幾何学的配列の向かい合うかどに配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマ煤フィルタ。
【請求項６】
四角形の幾何学的配列が垂直に向けられた菱形であることを特徴とする請求項５記載のプラズマ煤フィルタ。
【請求項７】
電極が複数の隣接する菱形状のチャネル横断面の対角線上で向かい合うかどに配置されており、電極（４１、４２）が隣接する取入れチャネル（１０）のかどにおいて等しい極性に接続されていることを特徴とする請求項６記載のプラズマ煤フィルタ。
【請求項８】
ツインジェットの幾何学的配列を有する取入れチャネル（１０）の横断面が、電極（４１、４２）および第１の対称線（６０）の保持の際の取入れチャネル（１０）の四角形状の横断面の変形により得られる（ｎ×４）角形（ｎ≧２）の幾何学的配列を有する（図５）ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマ煤フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックフィルタ材料から成る交互に閉ざされた縦長の取入れチャネル及び排出チャネルから構成されているウォールフローフィルタに基づくプラズマ煤フィルタであって、煤粒子が取入れチャネルのフィルタ表面に分離され、そこでフィルタ再生のために誘電的に妨げられた表面沿面放電の作用により酸化されるプラズマ煤フィルタに関する。このような煤フィルタは独国特許第10057862 C1号明細書に示されている。
【０００２】
前記の特許により、ディーゼルエンジンの炭素含有粒子排出を低減するための方法であって、排ガス中に含まれている煤粒子がフィルタ表面に分離され、その際フィルタを再生するため分離された粒子が酸化され、再生が非熱的な電気的な表面沿面放電により煤粒子で覆われている表面において行われる方法が保護されている。
【０００３】
独国特許第10057862 C1号明細書にはいわゆるウォールフローフィルタの原理に基づくこのような装置を作動させるための種々の幾何学的配列が記載されている。これらのフィルタは交互にそれぞれ排ガスの排出側および取入れ側において閉じられている四角形の横断面を有する並列のチャネルから成っている。それにより煤を負った排ガスに対する取入れチャネルとフィルタされた排ガスに対する排出チャネルとへの分割が行われる。煤は取入れ側に開いたチャネルの内壁の上に分離され、またそこで壁のすぐ近くにおいて非熱的な表面沿面放電プラズマにより発生される酸素基および水酸基により酸化される。
【０００４】
独国特許第10057862 C1号明細書では、当然に考えられる方法として、フィルタチャネル中に表面沿面放電を発生させるためそのエッジの各々に電極が取り付けられていることから出発する。その場合プラズマ発生のために必要な電極は、高電圧と接続されている電極と接地点と接続されている対向電極との間にいずれにせよ高い絶縁耐力の層が位置するように、フィルタ材料中に埋め込まれるかフィルタ材料上に形成される。しかしながら、そこに記載されている電極の埋め込みによっては、このような表面沿面放電はセル壁の両方の側上にのみ発生され、他方において煤は１つの側上にのみ分離される。それによって再生のための固有のエネルギー消費は本来必要なエネルギー消費の2倍の高さである。
【０００５】
それに対して、排ガスに曝され、そこで埋め込まれた電極と組み合わせて壁の１つの側上での表面沿面放電の有利な作動のために提案される電極は、排ガスとの接触により、ガス放電プロセスにより一層強められ得る浸食プロセスに曝されている。これらの浸食プロセスは特に電極の寿命だけでなく金属酸化物の生成を介してセラミックスの寿命にも影響を及ぼし得る。
【０００６】
別の欠点は、電極の数が多いこと（それも取入れチャネルあたり４つ）が、プラズマ煤フィルタの大きさ及び重量を従来通常のフィルタにくらべて高めることにある。
【０００７】
文献から、セラミックの蜂の巣ブロックにおいて誘電的に妨げられた放電を作動させるための幾何学的配列として、内側に位置する高電圧電極と外側に位置する接地電極とにより円筒状の多くのチャネルを含むボリュームが励起され得るものは知られている（例えば欧州特許第080838 B1明細書参照）。しかしそれによっては煤フィルタの取入れチャネルと排出チャネルとの間の区別がされ得ず、また目的とする表面沿面放電も発生され得ない。さらに電極の間の火花間隙が大きいために、20kVを越える高い電圧振幅が必要であり、このことは自動車においては問題になり得る。
【０００８】
従来技術から出発して本発明の課題は、適切な幾何学的配列により前記の欠点が回避されるプラズマ煤フィルタを提供することにある。
【０００９】
この課題は本発明によれば、請求項１の特徴により解決される。その実施形態は請求項２以下にあげられている。
【００１０】
本発明によれば、任意の横断面を有する交互に閉ざされた縦長のチャネルから成るウォールフローフィルタが構成され、その煤で覆われた壁は表面沿面放電により再生される。その際に今や表面沿面放電は、フィルタ材料中に埋め込まれそれによって浸食に対して保護されている電極の配置により引き起こされて煤で覆われているフィルタの取入れ側上で有利に生ずる。有利にも、ツインジェット対称性を有する挙げられた幾何学的配列では、表面沿面放電を発生するために取入れチャネルあたり２つの電極しか必要とされない。
【００１１】
本発明の出発点は、四角形の横断面を有するマトリクス状に配置された縦長のチャネルから成るウォールフローフィルタである。チャネルは、取入れチャネルおよび排出チャネルが交代するように、行又は列に沿って交互に閉じられている。
【００１２】
本発明による電極配置により、プラズマ煤フィルタの個々のセル中の電界の分布が個々のセル中の非熱的な表面沿面放電の点弧を可能にすることが保証される。その際に、電極の間の空所に電界を集中させるセラミックの煤フィルタの壁材料の誘電的特性が利用される。驚くべきことに、取入れチャネルあたり電極数の４から２への減少により表面沿面放電の発生に関する電界分布の悪化は全く生じない。そのために重要なことは、四角形のチャネル横断面の対角線上で向かい合うエッジにおける電極の配置であり、その際必ず、その電極を設けられていないエッジを介して隣接する取入れチャネルが等しい極性に接続されていなければならない。
【００１３】
本発明の他の詳細および利点は特許請求の範囲と結び付けての図面による実施例の以下の説明から明らかになる。
【００１４】
図面は以下に部分的に共通に説明される。特に図１に関しては独国特許第10057862 C1号明細書が参照される。
【００１５】
上記の独国特許第10057862 C1号明細書では、ディーゼルエンジンの炭素含有粒子排出を低減するための、表面沿面放電を利用する方法およびそれに対応する装置が保護対象とされている。独国特許第10057862 C1号明細書に詳細に説明されている図１ないし５ならびに７ないし１２には、特に四角形の横断面を有し、そのコーナ点にそれぞれ電極が組み込まれている交互に閉ざされた縦長のチャネルから成るセラミック材料製のウォールフローフィルタが示されている。
【００１６】
図１は、フィルタ材料に埋め込まれたチャネルあたり４つの電極を有する従来の形式のプラズマフィルタ要素におけるこの種の電極配置を横断面で示す。
【００１７】
詳細には取入れチャネルが符号１０で、排出チャネルが符号２０で示されている。取入れチャネル１０および排出チャネル２０は特殊なセラミック材料から成る多孔性の壁３０により隔てられている。壁３０にはそれぞれチャネル１０のエッジに、それぞれ対として並び合って高電圧電極４１および接地電極４２として用いられる電極が組み込まれている。十分な絶縁耐力を保証するため、導電性の材料から作られた電極４１および４２はそれぞれ、高電圧耐性の理由から壁３０のフィルタ材料にくらべて多孔性の低い電気絶縁性のバリヤ層３１により包囲されている。
【００１８】
図２は、図１による配置の横断面図中の２×２mm2の方形のチャネル横断面図における、高電圧電極に与えられている１０kVの電圧に対する、表面沿面放電を発生するために重要な電界強度の分布を示す。符号５０を付されているのは図１による配置における計算された最小限の電界である。これらの最小限の電界は電極の四重対状の配置に基づいてそれぞれ取入れチャネルおよび排出チャネルの双方の対称軸上に位置している。ガス放電が有利に点弧される高められた電界強度５１の範囲は、取入れチャネルおよび排出チャネルの双方のチャネル壁の近傍に位置している。
【００１９】
全体として図２から、対称性に基づいて取入れチャネル１０における電界分布と等しい電界分布が排出チャネル２０において生ずることが認められる。しかし、ウォールフローフィルタにおける煤酸化のためには、高められた電界強度の範囲は実際上取入れチャネルにおいてのみ必要とされる。
【００２０】
図３は取入れチャネルにおいてガス放電を選択的に発生させるための電極配置を横断面図で示す。図１との本質的な相違点は、図１による構造を４５°回転することから生ずる取入れチャネル１０および排出チャネル２０の菱形状の配置である。従来の技術との別の相違点は、いまや菱形状に構成された取入れチャネルのそれぞれ菱形の向かい合うエッジにおける垂線に、それぞれ対として高電圧電極４１および接地電極４２として構成されている電極４０が存在していることである。ここでも多孔性のフィルタ材料に再びバリヤ層３１が設けられている。
【００２１】
図４は、取入れチャネルの内部のガス放電の点弧を有利に可能にする、図３による配置の電界の有利な分布を示す。この計算され描き出されたものから、図２に比較して取入れチャネル１０がほぼすべての横断面にわたってガス放電の点弧のために十分な高められた電界を有し、一方排出チャネル２０においては電極近傍でのみ少し高められた電界に基づいてガス放電の点弧を考慮することができるという結果が生まれる。そのほかは再び図２に相応して最小限の電界５０が存在している。
【００２２】
取入れチャネル１０におけるガス放電の有利な出発点は、そこで特に強く高められた電界強度に基づいて最初は電極近傍に位置している。しかしガス放電の作動の間はそこに電荷担体が蓄積され、それによって電界がそこで減ぜられるので、ガス放電の有利な出発点は順次に取入れチャネル１０の壁に沿って、新たなガス放電がもはや点弧され得ないまでに壁が表面電荷により覆われるまで中心範囲の方向に移動する。
【００２３】
後者のプロセスは表面沿面放電の形成と結び付けられている。最初の電界分布がボリューム放電および表面沿面放電を同じように可能にするにもかかわらず、このように電気的エネルギーの少なからざる部分が表面沿面放電に変換される。同時に排出チャネルにおけるガス放電の作動がほぼ抑制される。それによって、図３による配置によれば、従来技術に相応する図１にくらべて、煤を酸化するため表面沿面放電を利用するプラズマ煤フィルタの実現のための改善された結果が存在することが確認される。
【００２４】
図３による配置では、図１にくらべて、電気エネルギーの効率的な利用のために有利な電界分布が実現されるだけでなく、フィルタ体積およびフィルタ面積あたりの電極数の減少による材料費およびコスト費の減少と、同時にプラズマ煤フィルタの電気的励起のための高電圧電源装置の設計の簡単化によるコスト低減に有効な電気的キャパシタンスの減少が実現される。そのために重要なのは、四角形のチャネル横断面の対角線上で向かい合うエッジにおける電極の配置であり、その際その電極を設けられていないエッジを介して隣接する取入れチャネルは必ず等しい極性に接続されなければならない。
【００２５】
図５は図３からの一部分として左側に、電極４１、対向電極４２、およびツインジェットの対称性を定める２つの軸線６０および６０′を有する個々の取入れチャネルの菱形状の横断面を示す。これらの要素はフィルタの機能実現能力のために重要であり、その際電極４１および４２は対称線としての軸線６０により結ばれている。
【００２６】
説明された構想が他のチャネル横断面に転用可能であることは明らかである。図３に示されている全幾何学的配列および図５による特殊な対称性から出発して、電極４１及び４２並びに電極４１と電極４２との間の接続軸線６０が第１の対称線として固定保持され、チャネル横断面をこの軸線に関して対称に変形する。第２の対称線を考慮に入れると、例えば、取入れチャネルにおける煤堆積のために有効な壁面が図３にくらべて拡大された星形形状が図５の右側の範囲に生まれる。
【００２７】
図５に相応する幾何学的配列を考慮すると、排出チャネルが相補的に相応して変形され、その結果再び取入れチャネルおよび排出チャネルによる横断面の完全なカバーが生ずる。原理的には四角形のｎ×四角形（ｎ≧２）への各変換が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】取入れチャネルおよび排出チャネルおよび対応する電極を有するプラズマフィルタ要素の従来の例の横断面図である。
【図２】図１の配置における計算された電界強度分布の説明図である。
【図３】取入れチャネルおよび排出チャネルおよび対応する電極を有するプラズマフィルタ要素の本発明の実施例の横断面図である。
【図４】図３の配置における計算された電界強度分布の説明図である。
【図５】ツインジェットの対称性を有する取入れチャネルおよびその変形の実施例の横断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  取入れチャネル
２０  排出チャネル
３０  壁
３１  バリヤ層
４１  高電圧電極
４２  接地電極
５０  計算された最小限の電界
５１  高められた電界強度
６０  軸線
６０′軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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