(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極（８；２９）と、この放電電極に対向している排ガス成分を帯電するための対向電極（２８；３０）と、環状の横断面のセラミック製の本体（１）と、流れ方向に延びる貫通する流路（２０）と、高電圧にある内部電極（５）と、を具備し、この内部電極（５）は、前記セラミック製の本体（１）の、内側のシリンダ状の壁（２１）に設けられており、前記貫通する流路（２０）に対し横方向に電界を生起し、排気粒子は前記流路（２０）の壁に堆積かつ酸化され、排ガスが前記セラミック製の本体（１）の中空の内部空間（２２）内を貫流するのを防止するために、分離手段が設けられてなる、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おいて、前記セラミック製の本体（１）の前記中空の内部空間（２２）の分離手段は、排ガス流の入口側に設けられた電気絶縁体の第１のストッパ（４）によって形成されていること、を特徴とする装置。
【請求項２】
前記電気絶縁体の第１のストッパ（４）は、セラミック製のストッパ（４）であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記セラミック製の本体（１）の前記中空の内部空間（２２）は、後側においても、絶縁体の第２のストッパ（４'）によって閉じられており、この第２のストッパ（４'）は、前記内部電極（５）に高電圧を供給する貫通部（２３'）を有すること、を特徴とする請求項１もしくは２のいずれ１に記載の装置。
【請求項４】
前記電気絶縁体の第２のストッパ（４'）は、セラミック製のストッパ（４'）であり、また、前記貫通部（２３'）は、１〜２ｍｍの直径を有していること、を特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記電気絶縁体の第１のストッパ（４）は、排ガス流の入口側で、前記対向電極（２８）を有する導電性の接続要素（７）が通過している貫通部（２３）を有すること、を特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の装置。
【請求項６】
前記電気絶縁体の第１のストッパ（４）の前記貫通部（２３）は、排ガス流の入口側で１０ｍｍ以下の直径を有すること、を特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記放電電極（２９）は、両側でテーパをなして細いピン（１８，１８'）
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。
【請求項８】
前記ピン（１８，１８'）の各々は、２〜４ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記放電電極（８；２９）、及び／又はこの放電電極に対向している対向電極（２８；３０）は、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、を特徴とする請求項１ないし８のいずれか１に記載の装置。
【請求項１０】
前記放電電極（８；２９）は、櫛状放出要素（２４）を有し、この櫛状放出要素（２４）は、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、各先端は、１メガオーム乃至１ギガオームの電気的な体積抵抗率を有すること、を特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記、各先端は、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、を特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記対向電極（２８；３０）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の電気的な体積抵抗率を有すること、を特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記放電電極（８；２９）及び／又は対向電極（２８；３０）は、材料が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、を特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記セラミック製の本体（１）の内側に設けられた前記内部電極（５）は、前記セラミック製の本体（１）の前記流路（２０）の入口側から間隔をあけて設けられていること、を特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１に記載の装置。
【請求項１５】
高電圧にある前記内部電極（５）と、前記セラミック製の本体（１）の、内側のシリンダ状の壁（２１）との間には、正特性サーミスタ（２７）が設けられていること、を特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１に記載の装置。
【請求項１６】
前記正特性サーミスタ（２７）は、１００℃から５００℃への昇温の際に、１０メガオーム・ｃｍ2より下の値の体積抵抗率を、少なくとも１００メガオーム・ｃｍ2に高めること、を特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記正特性サーミスタ（２７）は、１００℃から５００℃への昇温の際に、１０メガオーム・ｃｍ2より下の値の体積抵抗率を３００メガオーム・ｃｍ2に高めること、を特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記対向電極（２８）を有する前記導電性の接続要素（７）は、前記電気絶縁体の第１並びに第２のストッパ（４，４'）の間の前記セラミック製の本体（１）の前記内部空間（２２）に放出電極として形成されていること、を特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１９】
軸方向に延びる波形材又はリブを有するインサートが、前記接続要素（７）と前記電気絶縁体の第１並びに第２のストッパ（４，４'）との間の、前記電気絶縁体の第１並びに第２のストッパ（４，４'）の前記貫通部（２３，２３'）に、設けられていること、を特徴とする請求項５又は１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
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。
【図１】
0004005137.tif 000002
【図２】
0004005137.tif 000003
【図３】
0004005137.tif 000004