专利名称：等离子体辅助发动机排气处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机排气处理的方法和装置，尤其涉及激发、调节和维持在发动机排气中形成的等离子体的方法和装置，在一些情况下使用等离子体催化剂。
背景技术：
运用等离子体来处理发动机排气是公知的。例如，据报道通过使用等离子体和催化剂的结合能减少柴油机排气中的氮和碳的化合物以及粒子。在此上下文中，催化剂用于催化还原过程，而不是等离子体本身。
通过引导电能产生自由电子从而形成非热型等离子体，然后与汽态物质发生反应。非热型等离子体和催化剂的结合称为“等离子体辅助催化作用”，并且通常是在NH3作为还原剂的情况下进行。在反应过程中，NO被氧化成HNO3然后转化成为硝酸铵，再浓缩并去除。然而，由于一些原因，此过程不能处理流动的排气，这些原因包括对氨的处理和需要实际执行处理的大量装置。
通常，热型等离子体是通过加热一个系统到高的温度而形成的(例如，高于2000左右摄氏度)，然而这样会导致效率较低同时需要大量的热处理。因此，在运动物体上使用热等离子体通常是不切实际的。
通过施加足够量的电磁辐射到气体上能激发等离子体，这也是公知的。然而，等离子体的激发通常更容易发生在气体压力大大小于空气压力的情况下，这样就需要昂贵的，慢速的，耗能的真空装置。并且，这种装置的使用会限制排气的等离子体辅助处理的灵活性。
发明内容
根据本发明提供了等离子体辅助排气处理的方法和装置。
在一个实施例中，根据本发明提供了一种发动机排气处理系统。该系统包括至少一个管道，该管道包括(1)设置成与发动机气缸相连并接收发动机排气的入口部分，(2)用于排出气体的出口部分，(3)将排气从入口部分传送到出口部分的中间部分，以及(4)至少一个位于入口部分附近的等离子体腔，用于处理排气。该系统还包括与所述腔相连并将辐射提供到所述腔的电磁辐射源，其中辐射的频率小于大约333GHz。
根据本发明提供了另一种发动机排气处理系统。该系统包括至少一个管道，该管道包括(1)设置成与发动机气缸相连并接收发动机排气的入口部分，(2)用于排出气体的出口部分，(3)将排气从入口部分传送到出口部分的中间部分，该中间部分的内部尺寸设置成能支持至少一种电磁辐射模，从而在等离子体催化剂存在的情况下在所述排气中形成等离子体。该系统还包括将电磁辐射提供到所述中间部分的源，其中所述辐射的频率小于大约333GHz。
根据本发明还提供了一种处理发动机排气的方法。此方法包括可选地在至少一个腔中存在等离子体催化剂的情况下，通过对排气施加频率小于大约333GHz的电磁辐射，在发动机排气中形成至少一种等离子体。
本发明还提供了用于激发、调节和维持等离子体的等离子催化剂。该等离子体催化剂可以是惰性的或是活性的。根据本发明的惰性等离子体催化剂包括通过使局部电场(例如，电磁场)变形而诱发等离子体的任意物质，而不需要施加附加的能量。另一方面，活性等离子体催化剂是在电磁辐射存在的情况下，能够传输足够的能量到气体原子或分子上从而从气体原子和分子中去除至少一个电子的任意粒子或者高能波包。在两种情况下，等离子催化剂都能改善或者放宽要求激发等离子体的环境条件。
本发明还提供了根据本发明用于激发、调节和维持等离子体的其他等离子体催化剂、方法和装置。
本发明的其它特征将通过下面结合附图的详细描述变得明显，其中相通的标号表示相同的部件，其中图1表示根据本发明的等离子体系统的示意图；图1A表示根据本发明的部分等离子体系统的实施例，该系统通过向等离子体腔加入粉末等离子体催化剂来激发、调节或维持在腔中的等离子体；图2表示根据本发明的等离子体催化剂纤维，该纤维的至少一种成分沿其长度具有浓度梯度；图3表示根据本发明的等离子体催化剂纤维，该纤维的多种成分沿其长度按比例变化；图4表示根据本发明的另一种等离子体催化剂纤维，该纤维包括内层核芯和涂层；图5表示根据本发明的图4所示的等离子体催化剂纤维沿图4的线5-5的截面图；图6表示根据本发明的等离子体系统的另一个部分的实施例，该等离子体系统包括延伸通过激发口的伸长型等离子体催化剂；图7表示根据本发明在图6的系统中使用的伸长型等离子体催化剂的图10表示根据本发明的发动机排气处理系统的一个简化示意图；图11表示根据本发明的发动机排气处理系统的另一个简化示意图；图12表示根据本发明的发动机排气处理系统的又一个简化示意图；图13表示根据本发明的包括排气处理系统的移动交通工具，在这里是指汽车的一个简化示意图。
具体实施例方式
本发明涉及用于等离子体辅助发动机排气处理，激发、调节和维持等离子体的方法和装置。从而，本发明可以用于控制的等离子体辅助排气处理以降低能耗并提高处理效率和灵活性。
在此引入下列共同拥有并同时申请的美国专利申请的全部内容作为参考美国专利申请No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0008)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0009)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0010)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0011)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0012)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0013)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0015)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0016)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0017)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0018)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0020)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0023)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0024)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0025)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0026)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0027)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0028)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0029)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0030)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0032)，No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0033)。
等离子体系统的说明图1表示根据本发明的一个方面的等离子体系统10。在该实施例中，在位于辐射腔(即辐射器(applicator))14内部的容器中形成腔12。在另一个实施例中(未示出)，容器12和辐射腔14是同一个，因此不需要两个独立的部件。在其中形成有腔12的容器包括一个或多个的辐射透射隔板，以改善其热绝缘性能使腔12无需显著地屏蔽辐射。
在一个实施例中，腔12在由陶瓷制成的容器内形成。由于根据本发明的等离子体可以达到非常高的温度，所用的陶瓷能够承受大约3000华氏度。陶瓷材料可以包括重量百分比为29.8％的硅，68.2％的铝，0.4％的氧化铁，1％的钛，0.1％的氧化钙，0.1％的氧化镁，0.4％的碱金属，该陶瓷材料为Model No.LW-30，由Pennsylvania，New Castle的New CastleRefractories公司出售。然而本领域的普通技术人员可知，根据本发明也可以使用其它材料，例如石英以及那些与上述陶瓷材料不同的材料。
在一个成功的实验中，等离子体形成在部分开口的腔中，该腔在第一砖状物内并以第二砖状物封顶。腔的尺寸为约2英寸×约2英寸×约1.5英寸。在砖状物中至少具有两个与腔连通的孔一个用于观察等离子体，并且至少一个用于供给气体。腔的尺寸取决于需要进行的等离子体处理。此外，腔至少应该设置成能够防止等离子体上升/漂移从而离开主要处理区。根据本发明应该理解不需要在等离子体自身附近放置电极就能够形成等离子体。
腔12可以通过管线20和控制阀22与一个或者多个气体源24(例如氩气、氮气、氢气、氙气、氪气等气体源)相连，由电源28提供能力。管线20可以是管状(例如在大约1/16英寸和大约1/4英寸之间，如大约1/8英寸)。而且，如果需要，真空泵可以与腔相连来抽走在等离子体处理中产生的任何不需要的气体。在排气处理中，可以从气缸中直接或间接提供气体。这样气体管线和真空装置可以任意选择。
一个辐射泄漏探测器(未示出)安装在源26和波导管30附近，并与安全联锁系统相连，如果检测到泄漏量超过预定安全值时，例如由FCC和/或OSHA(例如5mW/cm2)规定的值，就自动关闭幅射(如微波)电源。
由电源28提供能量的辐射源26通过一个或多个波导管30(参见，如图11)将辐射能引入腔14。本领域的普通技术人员应该理解源26可以直接连到腔12，从而取消波导管30。进入腔12的辐射能可以用于激发腔中的等离子体。通过将附加的电磁辐射与催化剂相结合可以充分调节或维持该等离子体并将其限制在腔内。
通过循环器32和调谐器34(例如，3通短线(3-stub)调谐器)提供辐射能。调谐器34用于使作为改变激发或处理条件的函数的反射能减至最少，特别是在等离子体形成之前，因为例如微波功率将被等离子体强烈吸收。
如下面更详细的说明，如果腔14支持多个模，特别是当这些模可持续或者周期性地混合时，腔14内的辐射传送腔12的位置将不是很关键。此外，当腔14是发动机的排气岐管时，腔12仅仅是一个热套筒，如果需要的话，可以完全去掉。并如下面更详细的说明，马达36可以与模混合器38相连，使时间平均的辐射能量分布在腔14内大致均匀。而且，窗口40(例如石英窗)可以设置在邻近腔12的腔14的一个壁上，使能用温度传感器42(例如光学高温计)来观察腔12内的处理。在一个实施例中，光学高温计输出值可以在温度升高时从0伏增加到追踪范围值之内。
传感器42能够产生作为腔12中相关工件(未示出)的温度或者任意其它可监测的条件的函数的输出信号，并将该信号供给控制器44。也可采用双重温度感应和加热，以及自动冷却速度和气流控制。该控制器44又用于控制电源28的运行，其具有一个与上述源26相连的输出端和另一个与控制气流进入腔12的阀22相连的输出端。
尽管可以使用任何小于约333GHz频率的辐射，本发明采用由通讯和能源工业(CPI)提供的915MHz和2.45GHz微波源取得了同样的成功。2.45GHz系统持续提供从大约0.5千瓦到大约5.0千瓦的可变微波功率。3通短线调谐器使得阻抗与最大功率传递相匹配，并且采用了测量发射和反射功率的双向连接器(未示出)。还采用了光学高温计来遥感样品温度。
如上所述，根据本发明可以使用任何小于大约333GHz频率的辐射。例如，可采用诸如功率线频率(大约50Hz至60Hz)这样的频率，尽管形成等离子体的气体压力可能降低以便有助于等离子体激发。此外，根据本发明，任何无线电频率或微波频率可以使用包括大于约100kHz的频率。在大多数情况下，用于这些相对高频的气体压力不需要为了激发、调节或维持等离子体而降低，因而在大气压和大气压之上能够实现多种等离子体处理。
该装置是由采用LabView 6i软件的计算机控制，它能提供实时温度监测和微波功率控制。通过利用适当数量数据点的平均值平滑处理来降低噪音。并且，为了提高速度和计算效率，在缓冲区阵列中储存的数据点数目用移位寄存器和缓存区大小调整来限制。高温计测量大约1cm2的敏感区域温度，用于计算平均温度。高温计用于探测两个波长的辐射强度，并利用普朗克定律拟合这些强度值以测定温度。然而，应知道也存在并可使用符合本发明的用于监测和控制温度的其它装置和方法。例如，在共有并同时提出申请的美国专利申请No.10/＿,＿(Attorney Dorket No.1837.0033)中说明了根据本发明可以使用的控制软件，在此引入其整个内容作为参考。
腔14具有几个具有辐射屏蔽的玻璃盖观察口和一个用于插入高温计的石英窗。尽管不是必须使用，还具有几个与真空泵和气体源相连的口。
系统10还包括一个带有用自来水冷却的外部热交换器的封闭循环去离子水冷却系统(未示出)。在操作中，去离子水先冷却磁电管，接着冷却循环器(用于保护磁电管)中的装卸处，最后流过焊接在腔的外表面上的水通道冷却辐射腔。
等离子体催化剂根据本发明的等离子体催化剂可包括一种或多种不同的物质并且可以是惰性或者活性的。在气体压力低于、等于或大于大气压力的情况下，等离子体催化剂可以在其它物质中激发、调节和/或维持等离子体。
根据本发明的一种形成等离子体的方法可包括使腔内排气在惰性等离子体催化剂存在的情况下受到小于大约333GHz频率的电磁辐射。根据本发明的惰性等离子体催化剂包括通过使根据本发明的局部电场(例如电磁场)变形而诱发等离子体的任何物体，而无需对催化剂施加附加的能量，例如通过施加电压引起瞬间放电。
本发明的惰性等离子体催化剂也可以是纳米颗粒或纳米管。这里所使用的术语“纳米颗粒”包括最大物理尺寸小于约100nm的至少是半导电的任何颗粒。并且，掺杂或不掺杂的、单层壁或多层壁的碳纳米管由于它们异常的导电性和伸长形状对本发明的激发等离子体尤其有效。该纳米管可以有任意合适的长度并且能够以粉末状固定在基板上。如果固定的话，当等离子体激发或维持时，该纳米管可以在基板的表面上任意取向或者固定到基板上(例如以一些预定方向)。
本发明的惰性等离子体也可以是粉末，而不必制成纳米粒子或纳米管。例如它可以形成为纤维、粉尘颗粒、薄片、薄板等。在粉末态时，催化剂可以至少暂时地悬浮于气体中。如果需要的话，通过将粉末悬浮于气体中，粉末就可以迅速分散到整个腔并且更容易被消耗。
在一个实施例中，粉末催化剂可以加载到腔内并至少暂时地悬浮于载气中。载气可以与形成等离子体的排气相同或者不同。而且，粉末可以在引入腔前加入气体中。例如，如图1A所示，辐射源52可以对设置有等离子体腔60的辐射腔55施加辐射。粉末源65将催化剂粉末70供给气流75。在一个可选实施例中，粉末70可以先以大块(例如一堆)方式加入腔60，然后以任意种方式分布在腔内，包括气体流动穿过或越过该块状粉末。此外，可以通过移动、搬运、撒下、喷洒、吹或以其它方式将粉末送入或分布于腔内，将粉末加到气体中用于激发、调节或维持等离子体。
在一个实验中，通过在伸入腔的铜管中设置一堆碳纤维粉末来使等离子体在腔内激发。尽管有足够的辐射被引入腔内，铜管屏蔽粉末受到的辐射而不发生等离子体激发。然而，一旦载气开始流入铜管，促使粉末流出铜管并进入腔内，从而使粉末受到辐射，腔内等离子体几乎瞬间激发。
根据本发明的粉末催化剂基本上是不燃的，这样它就不需要包括氧或者不需要在存在氧的情况下燃烧。如上所述，该催化剂可以包括金属、碳、碳基合金、碳基复合物、导电聚合物、导电硅橡胶弹性体、聚合物纳米复合物、有机无机复合物和其任意组合。
而且，粉末催化剂可以在等离子体腔内基本均匀的分布(例如悬浮于气体中)，并且等离子体激发可以在腔内精确地控制。均匀激发在一些应用中是很重要的，包括在要求等离子体暴露时间短暂的应用中，例如以一个或多个爆发的形式。还需要有一定的时间来使粉末催化剂本身均匀分布在整个腔内，尤其在复杂的多腔的腔内。因而，根据本发明的另一个方面，粉末等离子体可以通过多个激发口引入腔内以便在其中更快地形成更均匀的催化剂分布(如下)。
除了粉末，根据本发明的惰性等离子体催化剂还可包括，例如，一种或多种微观或宏观的纤维、薄片、针、线、绳、细丝、纱、麻线、刨花、裂片、碎片、编织布、带子、须或其任意混合物。在这些情况下，等离子体催化剂可以至少具有一部分，该部分的一个物理尺寸基本上大于另一个物理尺寸。例如，在至少两个垂直尺寸之间的比率至少为约1∶2，也可大于约1∶5或者甚至大于约1∶10。
因此，惰性等离子体催化剂可以包括至少一部分与其长度相比相对细的材料。也可以使用催化剂束(例如纤维)，其包括例如一段石墨带。在一个实验中，成功使用了一段具有大约三万股石墨纤维的、每股直径约为2-3微米的带。内部纤维数量和束长对激发、调节或维持等离子体来说并不重要。例如，用大约1/4英寸长的一段石墨带得到满意的结果。根据本发明成功使用了一种碳纤维是由Anderson，South Carolina的Hexcel公司出售的商标为Magnamite的Model No.AS4C-GP3K。此外，还成功地使用了碳化硅纤维。
根据本发明另一个方面的惰性等离子体催化剂可以包括一个或多个如基本为球形、环形、锥形、立方体、平面体、圆柱形、矩形或伸长形的部分。
上述惰性等离子体催化剂包括至少一种至少是半导电的材料。在一个实施例中，该材料具有强导电性。例如，根据本发明的惰性等离子体催化剂可以包括金属、无机材料、碳、碳基合金、碳基复合物、导电聚合体、导电硅橡胶弹性体、聚合纳米复合物、有机无机复合物或其任意组合。可以包括在等离子体催化剂中的一些可能的无机材料包括碳、碳化硅、钼、铂、钽、钨、氮化碳和铝，虽然相信也可以使用其它导电无机材料。
除了一种或多种导电材料以外，本发明的惰性等离子体催化剂还可包括一种或多种添加剂(不要求导电性)。如这里所用的，该添加剂可以包括使用者想要加入等离子体的任何材料。例如在半导体和其他材料的掺杂过程中，可通过催化剂将一种或多种掺杂剂加入等离子体。参见，例如，共有并同时提出申请的美国专利申请No.10/＿,＿(Attorney DorketNo.1837.0026)，在此引入其整个内容作为参考。催化剂可以包括掺杂剂本身或者，它可以包括分解后能产生掺杂剂的前体材料。因此，根据最终期望的等离子体复合物和使用等离子体处理，等离子体催化剂可以以任意期望的比率包括一种或者多种添加剂和一种或者多种导电材料。
惰性等离子体催化剂中的导电成分与添加剂的比率随着其被消耗的时间变化。例如，在激发期间，等离子体催化剂可以要求包括较大百分比的导电成分来改善激发条件。另一方面，如果在维持等离子体时使用，催化剂可以包括较大百分比的添加剂。本领域普的通技术人员可知用于激发和维持等离子体的等离子体催化剂的成分比率可以是相同的。
预定的比率分布可以用于简化许多等离子体处理。在许多常规的等离子体处理中，等离子体中的成分是根据需要来增加的，但是这样的增加一般要求可编程装置根据预定计划来添加成分。然而，根据本发明，催化剂中的成分比率是可变的，因而等离子体本身的成分比率可以自动变化。这就是说，在任一特定时间等离子体的成分比率依赖于当前被等离子体消耗的催化剂部分。因此，在催化剂内的不同位置的催化剂成分比率可以不同。并且，当前等离子体的成分比率依赖于当前和/或在消耗前的催化剂部分，尤其在流过等离子体腔内的气体流速较慢时。
根据本发明的惰性等离子体催化剂可以是均匀的、不均匀的或渐变的。而且，整个催化剂中等离子体催化剂成分比率可以连续或者不连续改变。例如在图2中，比率可以平稳改变形成沿催化剂100长度方向的梯度。催化剂100可包括一股在段105含有较低浓度成分并向段110连续增大浓度的材料。
可选择地，如图3所示，在催化剂120的每一部分比率可以不连续变化，例如包括浓度不同的交替段125和130。应该知道催化剂120可以具有多于两段的形式。因此，被等离子体消耗的催化剂成分比率可以以任意预定的形式改变。在一个实施例中，当等离子体被监测并且已检测到特殊的添加剂时，可以自动开始或结束进一步的处理。
改变被调节或维持的等离子体中的成分比率的另一种方法是通过在不同时间以不同速率引入具有不同成分比率的多种催化剂。例如，可以在腔中以大致相同位置或者不同位置引入多种催化剂。在不同位置引入时，在腔内形成的等离子体会有由不同催化剂位置决定的成分浓度梯度。因此，自动化系统可包括用于在等离子体激发、调节和/或维持以前和/或期间机械插入可消耗等离子体催化剂的装置。
根据本发明的惰性等离子体催化剂也可以被涂覆。在一个实施例中，催化剂可以包括沉积在基本导电材料表面的基本不导电涂层。或者，催化剂可包括沉积在基本不导电材料表面的基本导电涂层。例如图4和5表示了包括内层145和涂层150的纤维140。在一个实施例中，为了防止碳的氧化，等离子体催化剂包括涂覆镍的碳芯。
一种等离子体催化剂也可以包括多层涂层。如果涂层在接触等离子体期间被消耗，该涂层可以从外涂层到最里面的涂层连续引入等离子体，从而形成限时释放(time-release)机制。因此，涂覆等离子体催化剂可以包括任意数量的材料，只要部分催化剂至少是半导电的。
根据本发明的另一实施例，为了基本上减少或防止辐射能泄漏，等离子体催化剂可以完全位于辐射腔内。这样，等离子体催化剂不会电或磁连接于包括腔的容器、或腔外的任何导电物体。这防止了在激发口的瞬间放电，并防止在激发期间和如果等离子体被维持可能在随后电磁辐射泄漏出腔。在一个实施例中，催化剂可以位于伸入激发口的基本不导电的延伸物末端。
例如，图6表示在其中可以设置有等离子体腔165的辐射腔160。等离子体催化剂170被延长并伸入激发口175。如图7所示，根据本发明的催化剂170包括导电的末梢部分180(设置于腔160内)和不导电部分185(基本上设置于腔160外)。该结构防止了末梢部分180和腔160之间的电气连接(例如瞬间放电)。
在如图8所示的另一个实施例中，催化剂由多个导电片段190形成，所述多个导电片段190被多个不导电片段195隔开并与之机械相连。在这个实施例中，催化剂能延伸通过在腔中的一个点和腔外的另一个点之间的激发口，但是其电气不连续的分布有效地防止了产生瞬间放电和能量泄漏。
根据本发明的形成涂层等离子体的另一种方法包括使腔内气体在活性等离子体催化剂存在的情况下受到小于大约333GHz频率的电磁辐射，产生或包括至少一个电离粒子。
根据本发明的活性等离子体催化剂可以是在电磁辐射存在的情况下能够向气态原子或分子传递足够能量来使气态原子或分子失去至少一个电子的任何粒子或者高能波包。利用源，电离粒子可以以聚焦或准直射束的形式直接引入腔，或者它们可以被喷射、喷出、溅射或者其它方式引入。
例如，图9表示辐射源200将辐射引入辐射腔205。等离子体腔210被设置于腔205内并允许排气流过口215和216。源220可以将电离粒子225引入腔210。源220可以用例如电离粒子可以穿过的金属屏蔽来保护，但也屏蔽了对源220的辐射。如果需要，源220可以水冷。
根据本发明的电离粒子的实例可包括X射线粒子、γ射线粒子、α粒子、β粒子、中子、质子及其任意组合。因此，电离粒子催化剂可以是带电荷(例如来自离子源的离子)或者不带电荷并且可以是放射性裂变过程的产物。在一个实施例中，在其中形成有等离子体腔的容器可以全部或部分地透过电离粒子催化剂。因此，当放射性裂变源位于腔外时，该源可以引导裂变产物穿过容器来激发等离子体。为了基本防止裂变产物(如电离粒子催化剂)引起安全危害，放射性裂变源可以位于辐射腔内。
在另一个实施例中，电离粒子可以是自由电子，但它不必是在放射性衰变过程中发射。例如，电子可以通过激发电子源(如金属)来引入腔内，这样电子有足够的能量从该源中逸出。电子源可以位于腔内、邻近腔或者甚至在腔壁上。本领域的普通技术人员可知可用任意组合的电子源。产生电子的常用方法是加热金属，并且这些电子通过施加电场能进一步加速。
除电子以外，自由能质子也能用于催化等离子体。在一个实施例中，自由质子可通过电离氢产生，并且选择性地由电场加速。
多模辐射腔电磁辐射波导管、腔或腔可以被设置成支持或便于至少一种电磁辐射模的传播。如这里所使用，术语“模”表示满足Maxwell方程和可应用的边界条件(如腔的)的任何停滞或传播的电磁波的特殊形式。在波导管或腔内，该模可以是传播或停滞电磁场的各种可能形式中的任何一种。每种模由其电场和/或磁场矢量的频率和极化表征。模的电磁场形式依赖于频率、折射率或介电常数以及波导管或腔的几何形状。
横电(TE)模是电场矢量垂直于传播方向的模。类似地，横磁(TM)模是磁场矢量垂直于传播方向的模。横电磁(TEM)模是电场和磁场矢量均垂直于传播方向的模。中空金属波导管一般不支持辐射传播的标准TEM模。尽管辐射似乎沿着波导管的长度方向传播，它之所以这样只是通过波导管的内壁以某一角度反射。因此，根据传播模，辐射沿着波导管轴线(通常指z轴)具有一些电场成分或者一些磁场成分。
在腔或者波导管中的实际场分布是其中模的叠加。每种模可以用一个或多个下标(如TE10(“Tee ee one zero”))表示。下标一般说明在x和y方向上含有多少在导管波长的“半波”。本领域的普通技术人员可知波导管波长与自由空间的波长不同，因为波导管内的辐射传播是通过波导管的内壁以某一角度反射。在一些情况下，可以增加第三下标来定义沿着z轴在驻波形式中的半波数量。
对于给定的辐射频率，波导管的尺寸可选择得足够小以便它能支持一种传播模。在这种情况下，系统被称为单模系统(如单模辐射器)。在矩形单模波导管中TE10模通常占主导。
随着波导管(或波导管所连接的腔)的尺寸增加，波导管或辐射器有时能支持附加的高阶模，形成多模系统。当能够同时支持多个模时，系统往往表示为多模。
一个简单的单模系统具有包括至少一个最大和/或最小的场分布。最大的量级很大程度上依赖于施加于系统的辐射的量。因此，单模系统的场分布是剧烈变化和基本上不均匀的。
与单模腔不同，多模腔可以同时支持几个传播模，在叠加时其形成混合场分布形式。在这种形式中，场在空间上变得模糊，并因此场分布通常不显示出腔内最小和最大场值的相同强度类型。此外，如下的详细说明，可以用一个模混合器来“混合”或“重新分布”模(如利用辐射反射器的机械运动)。这种重新分布有望提供腔内更均匀的时间平均场分布。
根据本发明的多模腔可以支持至少两个模，并且可以支持多于两个的多个模。每个模有最大电场矢量。虽然可以有两个或多个模，但是只有一个模占主导并具有比其它模大的最大电场矢量量级。如这里所用的，多模腔可以是任意的腔，其中第一和第二模量级之间的比率小于约1∶10，或者小于约1∶5，或者甚至小于约1∶2。本领域的普通技术人员可知比率越小，模之间的电场能量越分散，从而使腔内的辐射能越分散。
腔内等离子体的分布非常依赖于所施加的辐射的分布。例如，在一个纯单模系统中只可以有一个电场最大值的位置。因此，强等离子体只能在这一个位置产生。在许多应用中，这样一个强局部化的等离子体会不合需要的引起不均匀等离子体处理或加热(即局部过热和加热不足)。
根据本发明无论使用单或多模腔，本领域的普通技术人员可知在其中形成等离子体的腔可以完全封闭或者半封闭。例如，在特定的应用中，如在等离子体辅助熔炉中，腔可以全部密封。参见，例如，共有并同时提出申请的美国专利申请No.10/＿,＿(Attorney Dorket No.1837.0020)，在此引入其整个内容作为参考。然而在其它应用中，可能需要将气体流过腔，从而腔必须一定程度地打开。这样，流动气体的流量、类型和压力可以随时间而改变。这是令人满意的，因为某些气体如氩气，具有更低的电离电势，更容易激发，但在随后的等离子体处理中可能会有其它不希望的性质。
模混合在许多应用中，需要腔内包括均匀的等离子体。然而，由于微波辐射可以有较长波长(如几十厘米)，很难获得均匀分布。结果，根据本发明的一个方面，多模腔内的辐射模在在一段时间内可以混合或重新分布。因为腔内的场分布必须满足由腔的内表面设定的所有边界条件，可以通过改变内表面的任一部分的位置来改变这些场分布。
根据本发明的一个实施例中，可移动的反射表面位于辐射腔内。反射表面的形状和移动在移动期间将联合改变腔的内表面。例如，一个“L”型金属物体(即“模混合器”)在围绕任意轴旋转时将改变腔内的反射表面的位置或方向，从而改变其中的辐射分布。任何其它不对称形状的物体也可使用(在旋转时)，但是对称形状的物体也能工作，只要相对移动(如旋转、平移或两者结合)引起反射表面的位置和方向上的一些变化。在一个实施例中，模混合器可以是围绕非圆柱体纵轴的轴旋转的圆柱体。
多模腔中的每个模都具有至少一个最大电场矢量，但是每个矢量会周期性出现在腔内。通常，假设电磁辐射的频率不变，该最大值是固定的。然而，通过移动模混合器使它与电磁辐射相作用，就可能移动最大值的位置。例如，模混合器38可用于优化腔12内的场分布以便于优化等离子体激发条件和/或等离子体维持条件。因此，一旦激活等离子体，为了均匀的时间平均等离子体处理(如加热)，可以改变模混合器的位置来移动最大值的位置。
因此根据本发明，在等离子体激发期间可以使用模混合。例如，当把导电纤维用作等离子体催化剂时，已经知道纤维的方向能够强烈影响最小等离子体激发条件。例如据报道说，当这样的纤维取向于与电场成大于60°的角度时，催化剂很少能改善或放松这些条件。然而通过移动反射表面进入或接近腔，电场分布能显著地改变。
通过例如安装在辐射器腔内的旋转波导管接头将辐射射入辐射器腔，也能实现模混合。为了在辐射腔内在不同方向上有效地发射辐射，该旋转接头可以机械地运动(如旋转)。结果，在辐射器腔内可产生变化的场形式。
通过柔性波导管将辐射射入辐射腔，也能实现模混合。在一个实施例中，波导管可固定在腔内。在另一个实施例中，波导管可伸入腔中。为了在不同方向和/或位置将辐射(如微波辐射)射入腔，该柔性波导管末端的位置可以以任何合适的方式连续或周期性移动(如弯曲)。这种移动也能引起模混合并有助于在时间平均基础上更均匀的等离子体处理(如加热)。可选择地，这种移动可用于优化激发的等离子体的位置或者其它的等离子体辅助处理。
如果柔性波导管是矩形的，波导管的开口末端的简单扭曲将使辐射器腔内的辐射的电场和磁场矢量的方向旋转。因而，波导管周期性的扭曲可引起模混合以及电场的旋转，这可用于辅助激发、调节或维持等离子体。
因此，即使催化剂的初始方向垂直于电场，电场矢量的重新定向能将无效方向变为更有效的方向。本领域的技术人员可知模混合可以是连续的、周期性的或预编程的。
除了等离子体激发以外，在后面的等离子体处理期间模混合可用于减少或产生(如调整)腔内的“热点”。当微波腔只支持少数模时(如少于5)，一个或多个局部电场最大值可产生“热点”(如在腔12内)。在一个实施例中，这些热点可设置成与一个或多个分开但同时的等离子体激发或处理过程相一致。因此，等离子体催化剂可放在一个或多个这些激发或随后处理的位置上。
多点激发可使用不同位置的多种等离子体催化剂来激发等离子体。在一个实施例中，可用多纤维在腔内的不同点处激发等离子体。这种多点激发在要求均匀等离子体激发时尤其有益。例如，当等离子体在高频(即数十赫兹或更高)下调节，或在较大空间中激发，或两者都有时，可以改善等离子体的基本均匀的瞬态撞击和再撞击。可选地，当在多个点使用等离子体催化剂时，可以通过将催化剂选择性引入这些不同位置，使用等离子体催化剂在等离子体腔内的不同位置连续激发等离子体。这样，如果需要，在腔内可以可控地形成等离子体激发梯度。
而且，在多模腔中，腔中多个位置的催化剂的随机分布增加了如下可能性根据本发明的至少一种纤维或任何其它惰性等离子体催化剂优化沿电力线取向。但是，即使催化剂没有优化取向(基本上没有与电力线对准)，也改善了激发条件。
而且，由于催化剂粉末可以悬浮在气体中，可认为具有每个粉末颗粒具有位于腔腔内不同物理位置的效果，从而改善了腔内的激发均匀性。
双腔等离子体激发/维持根据本发明的双腔排列可用于激发和维持等离子体。在一个实施例中，系统包括至少一个第一激发腔和一个与第一腔流体连通的第二腔。为了激发等离子体，第一激发腔中的气体选择性地在等离子体催化剂存在的情况下受到频率小于大约333GHz的电磁辐射。这样，接近的第一和第二腔可使第一腔中形成的等离子体激发第二腔中的等离子体，其可用附加的电磁辐射来维持。
在本发明的一个实施例中，第一腔可以非常小并主要或只设置用于等离子体激发。这样，只需很少的电磁辐射能来激发等离子体，使激发更容易，尤其在使用根据本发明的等离子体催化剂时。
在一个实施例中，第一腔基本上是单模腔，第二腔是多模腔。当第一腔只支持单模时腔内的电场分布会剧烈变化，形成一个或多个精确定位的电场最大值。该最大值一般是等离子体激发的第一位置，将其作为安放等离子体催化剂的理想点。然而应该知道，当等离子体催化剂用于激发等离子体时，催化剂不需要设置在电场最大值之处，而且在大多数情况下，不需要取向于特定的方向。
发动机排气处理图10表示根据本发明的发动机排气处理系统300的简化示意图。通常，发动机排气处理系统包括一个或者多个管道。在图10所示的实施例中，系统300包括管道302、304和306。在运行过程中，一个或多个管道提供等离子体处理区域，在其中形成等离子体并用于处理发动机排气。根据本发明的管道可设置成任意的通道、导管或流道，用于将排气从入口部分传送到出口部分。
每个管道302、304和306都分别包括至少一个入口部分312、314和316和至少一个出口部分322、324和326。每个入口部分设置成直接或间接与发动机气缸(未示出)相连并从一个或更多的燃烧区域、地带或者腔中接收发动机排气。例如，管道的数量可与发动机中活塞的数量一致。在一个实施例中，单个管道可以用作单个燃烧区域。可选择地，单个管道可以用作多个燃烧区域。然而在另一个实施例中，多个管道也可以用作单个燃烧区域。
发动机气缸可以是任意静止或者可动系统中使用的燃烧发动机，例如，包括二冲程发动机、四冲程发动机或者柴油机。可动系统包括交通工具，如小轿车、公交车、卡车、飞机、火车、摩托车、拖拉机、运动装置或者含有燃烧发动机的任何可动装置。每个管道302、304和306也可以分别包括用于将气体从入口部分312、314和316传送到出口部分322、324和326的至少一个中间部分332、334和336。
此外每个管道302、304和306包括至少一个位于与其相应的入口部分312、314和316附近的等离子体腔，用于处理排气。在本文的排气处理系统中，等离子体处理腔可以是任意的腔或者区域，其中可选地在存在辐射的情况下可以形成等离子体。因此，等离子体处理腔与管道中间部分可以是相同的或者不同的，同时可以和管道是一体的或者分离的。而且，等离子体处理腔可以是单模腔或者多模腔，这取决于排气处理系统的特定设计的约束。此外，等离子体处理腔可具有任意合适的长度和任意合适的横截面。也可以在入口处或附近设置一个或者多个空气入口(未示出)，用于将气体供到该系统中，以产生更完全的燃烧。类似的，如果需要的话，也可以将空气入口设置在管道的出口部分处或附近，作为后燃烧器。
排气处理系统300还包括电磁辐射源340，该电磁辐射源被设置成能直接将辐射施加到一个或多个等离子体腔342，344和346，以便将辐射供到相应的腔中。如前所述，辐射可以具有小于大约333GHz的任意频率，尽管具有该范围上限的频率的辐射，如微波辐射和射频辐射，也能在大气压力下用于激发等离子体。
如图10所示的实施例，辐射源340能通过多路调制器348并采用同轴电缆352、354和356连接到腔342、344和346。由于根据本发明可以达到高的等离子体辅助排气处理温度，热绝缘器(未示出)分别位于电缆352、354和356和管道302、304和306之间，从而能防止电缆过热。
多路调制器348能将辐射源340产生的辐射有选择性地引入腔342、344和346中的任意一个。在一个实施例中，可以按顺序将辐射引入腔中，特别是当这些腔中有排气时。这样，一个低能辐射源(例如，源340)可以由多个等离子体处理腔共用。根据本发明的顺序多路调制，能与由例如与发动机燃烧或喷油时序相关的电路产生的定时信号同步。在另一个实施例中，辐射源340能同时将辐射引入所有的等离子体腔，虽然这种同时方法不是有效的。
在一个可选实施例中，电磁辐射源340被设置成通过一个或多个波导管(未示出)将辐射引入至一个或者多个等离子体腔342、344和346。波导管的形状(例如，圆柱形，矩形，同轴形，椭圆形等)可用于选择各自腔中进行的一个或者多个辐射模(例如，TEM，TE和/或TM)。
图11表示另一个等离子体辅助排气处理系统400，其中多个辐射源410、415和420直接与每个管道402、404和406相连，因而不需要采用同轴电缆或波导管。如图11所示，每个源410、415和420都能被中央控制器425所控制(例如，触发控制)，其与发动机气缸的激发顺序同步。
图12表示根据本发明的等离子体辅助排气处理系统450的另一个实施例，其中辐射源455通过辐射透射隔板465将辐射提供至管道460中。在这个实施例中，排气能通过排气歧管的分支470输送到管道460中。可选择地，排气也可以不需要分支470直接通过管道460输送。无论如何，辐射都能通过至少一个同轴电缆475和波导管480传送到管道460中。
在图12所示的实施例中，波导管480包括导电(例如，金属)短板。为优化辐射耦合，同轴电缆475的连接口490设置成在离短板485至少大约λ/4处传输辐射，其中λ是辐射(例如，微波或射频辐射)的波长。一旦辐射被引入波导管480，它能通过辐射透射隔板465传播到管道460中，此隔板可由陶瓷、石英或基本上可透射辐射的任意材料构成。
回到图10，根据本发明的等离子体腔342、344和346分别位于入口部分312、314和316处或者附近。通过使腔接近入口部分，进入腔中的排气的温度就不会显著的下降。由于进入等离子体腔中的排气的温度相对较高，用于从排气激发等离子体的能量就相对较少。因此，根据本发明的一个实施例，可以沿管道的中间部分在距入口部分比距出口部分近的任意位置布置一个或多个等离子体腔。
如图10和图11所示，根据本发明的排气处理系统包括多个管道。在这些实施例中，每个管道都有不同的入口部分。此外，各出口部分可以接入一个相同的管道或者另一个出口部分。如图10和图11所示，尽管分隔开的等离子体能分别用于处理每个管道中的排气，但单个等离子体也能用于处理所有管道结合后(未示出)提供的排气。
根据本发明的一个方面，根据本发明的任意等离子体辅助排气处理系统可以包括等离子体催化剂。如上所述，该催化剂可以是惰性或活性的。在一个实施例中，等离子体催化剂可以置于一盒中。该盒可以是可拆卸、可更换或一次性的。该盒也可以是可再填充或可重复使用的。例如，如图12所示，盒495可以包括能从管道460中插入和移开的催化剂支撑结构。在这个实施例中，盒495可以包括当不再有效时可被替换的、可消耗的等离子体催化剂(如碳纤维、辐射源等)。
管道460也可以包括能测定等离子体是否有效的排气监控器(未示出)。例如，当等离子体在排气和足够量的辐射存在的情况下迅速激发时，那么等离子体催化剂认为是有效的。例如，氧气或者一氧化碳传感器能用于检测在管道的出口部分的排气成分。如果检测到的排气成分不能接受时，将会产生一个信号并用于提醒使用者，例如机动车驾驶员，此车需要维修了。
因此，根据本发明的惰性和活性等离子体催化剂可以用于激发、调节和/或维持在大气压力下辐射能数量减少的排气等离子体。通常，使用这种催化剂的方法包括通过在至少一个腔中存在等离子体催化剂的情况下，对排气施加频率小于大约333GHz的电磁辐射，在发动机排气中形成至少一种等离子体。
根据本发明使用等离子体催化剂的一个优点是能迅速达到有效的运行温度。也就是说，在足够高的运行温度下，在由等离子体形成时间测定的小于大约5秒，或小于大约1秒的时间段内，形成等离子体。当然确切的时间值取决于所要求的运行温度，气体流速，电磁辐射能等。例如，不需要采用真空装置就能够迅速达到超过1000摄氏度或超过2500摄氏度的运行温度。另一个优点是用等离子体催化剂能使等离子体再激发的速度和容易性提高。在如图10所示的使用顺序多路调制器的辐射中，这个优点特别有效。
在根据本发明的一个实施例中，管道的整体或部分自身能作为等离子体腔。这样，发动机排气处理系统可以包括至少一个管道，这些管道的至少一个包括设置成与发动机气缸相连并能接收发动机排气的入口部分，一个用于排出气体的出口部分，以及一个将排气从入口部分传送到出口部分的中间部分，该中间部分的内部的几何结构设置成能支持至少一个电磁辐射模，以便在其中从排气中形成等离子体。此系统也可以包括能将电磁辐射提供到中间部分的源，其中辐射的频率小于大约333GHz。
在一个实施例中，等离子体腔或者管道的至少一个部分具有同轴的形状。这样，该腔能在内管和外管之间形成，尽管其他的形状和构造也是可能的。应该理解的是这些管是能导电的(例如，金属的)或者绝缘的(例如，陶瓷的)。当采用同轴结构时，可以利用例如波导管或同轴电缆将电磁辐射引入等离子体腔。在采用同轴电缆的情况下，通过将电缆轴向连接来提供辐射。如果同轴电缆的内部尺寸与同轴管道的内部尺寸不同，则采用一个锥形连接器使两内表面基本上齐平，从而防止辐射的反射。
该系统也可以包括一个能将电磁辐射提供到中间部分的源，其中辐射的频率小于大约333GHz。
因此，管道的内部尺寸设置成可以充当辐射的优化的波导管，并因此可以激发、调节或维持根据本发明的排气等离子体。
如上所述，包括燃烧发动机的任意类型的移动交通工具可以使用根据本发明的发动机排气处理系统。例如，移动交通工具或系统可以是小轿车，公交车，卡车，飞机，火车，摩托车，拖拉机，可动装置或者任何由燃烧发动机提供能量的可动装置。因此，如图13所示，移动的交通工具，在这里是汽车500，可以包括至少某种类型的底盘505，燃烧发动机510，与发动机510相连并排出发动机510中的燃烧气体的管道515，以及根据本发明的排气处理系统520。该排气处理系统520除其它东西外还包括，用于将辐射引入至管道的电磁辐射源525。系统520也可以包括根据本发明用于催化等离子体的等离子体催化剂(图13中未示出)。
在前述的实施例中，为了简化说明，各种特征被集合在单个实施例中。这种公开方法不意味着本发明权利要求书要求了比每个权利要求中明确叙述的特征更多的特征。而是，如下列权利要求所述，创造性方面要比前述公开的单个实施例的全部特征少。因此，下列权利要求被加入到该具体实施方式
中，每个权利要求本身作为本发明的一个单独的优选实施例。
权利要求
1.一种发动机排气处理系统，该系统包括至少一个管道，该管道包括入口部分，设置成与发动机气缸相连并接收发动机排气，出口部分，用于排出所述气体，以及中间部分，将所述排气从所述入口部分传送到所述出口部分，其中该中间部分包括位于所述入口部分附近的等离子体腔，用于处理所述排气；以及电磁辐射源，设置成将辐射引入所述腔，其中所述辐射的频率小于大约333GHz。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述腔位于所述入口部分处。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述腔位于沿所述中间部分距所述入口部分比距所述出口部分近的位置处。
4.如权利要求1所述的系统，还包括位于所述辐射中的惰性等离子体催化剂和活性等离子体催化剂中的至少一种。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述等离子体催化剂位于设置成可从所述腔中拆卸的盒中。
6.如权利要求4所述的系统，其中所述等离子体催化剂包括至少一种惰性等离子体催化剂，该惰性等离子体催化剂包括至少是半导电的材料。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述等离子体催化剂涂有保护层以帮助防止催化剂被等离子体消耗。
8.如权利要求6所述的系统，其中所述材料包括金属、无机材料、碳、碳基合金、碳基复合物、导电聚合物、导电硅橡胶弹性体、聚合物纳米复合物和有机无机复合物中的至少一种。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述材料的形式为纳米粒子、纳米管、粉末、粉尘、薄片、纤维、薄板、针、线、绳、细丝、纱、麻线、刨花、裂片、碎片、编织布、带子和须中的至少一种。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述催化剂包括碳纤维。
11.如权利要求9所述的系统，其中所述催化剂的形式为纳米粒子、纳米管、粉末、粉尘、薄片、纤维、薄板、针、线、绳、细丝、纱、麻线、刨花、裂片、碎片、编织布、带子和须中的至少一种。
12.如权利要求8所述的系统，其中所述等离子体催化剂包括粉末。
13.如权利要求4所述的系统，其中所述等离子体催化剂是包括至少一种电离粒子的活性等离子体催化剂。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述至少一种电离粒子包括一束粒子。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述粒子是x射线粒子、γ射线粒子、α粒子、β粒子、中子和质子中的至少一种。
16.如权利要求13所述的系统，其中所述电离粒子包括放射性裂变的产物。
17.如权利要求13所述的系统，其中所述等离子体在至少是大气压的压力下在所述腔中形成。
18.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个管道包括多个管道。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述多个管道中的每一个具有不同的入口部分并共用一个相同的出口部分。
20.如权利要求1所述的系统，其中所述腔安排在这样的位置，以使在使用中，进入所述腔的排气的温度近似等于入口部分处排气的温度。
21.一种处理发动机排气的方法，该方法包括在至少一个腔中存在等离子体催化剂的情况下，通过对排气施加频率小于大约333GHz的电磁辐射，在发动机排气中形成至少一种等离子体。
22.如权利要求21所述的方法，还包括在由等离子体形成时间测定的小于大约5秒的时间段内获得有效的运行温度。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述时间段小于大约1秒。
24.如权利要求21所述的方法，其中所述至少一个腔包括设置成单独与相应的燃烧区域相连的多个腔，其中每个腔设置成相互之间流体连通从而在运行期间从每个腔流出的排气能汇合。
25.如权利要求21所述的方法，其中所述排气从燃烧区域排出时具有第一温度，该方法还包括在温度从第一温度显著下降之前将排气引入所述腔。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述等离子体的温度大于大约1000摄氏度。
27.如权利要求24所述的方法，其中所述等离子体的温度大于大约2500摄氏度。
28.如权利要求21所述的方法，其中所述至少一个腔位于沿至少一个管道，该管道包括设置成与发动机气缸相连并接收发动机排气的入口部分，用于排出所述气体的出口部分，以及将所述排气从所述入口部分传送到所述出口部分的中间部分，其中每个腔位于与其对应的管道的入口部分附近。
29.如权利要求28所述的方法，其中每个管道具有不同的入口部分并共用一个相同的出口部分。
30.如权利要求22所述的方法，其中所述腔在所述入口部分中。
31.如权利要求22所述的方法，其中所述腔距所述入口部分比距所述出口部分近。
32.如权利要求21所述的方法，其中所述等离子体催化剂包括惰性等离子体催化剂和活性等离子体催化剂中的至少一种。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述等离子体催化剂包括至少一种惰性等离子体催化剂，该惰性等离子体催化剂包括至少是半导电的材料。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述材料包括金属、无机材料、碳、碳基合金、碳基复合物、导电聚合物、导电硅橡胶弹性体、聚合物纳米复合物和有机无机复合物中的至少一种。
35.如权利要求32所述的方法，其中所述材料的形式为纳米粒子、纳米管、粉末、粉尘、薄片、纤维、薄板、针、线、绳、细丝、纱、麻线、刨花、裂片、碎片、编织布、带子和须中的至少一种。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述等离子体催化剂包括粉末。
37.如权利要求32所述的方法，其中所述等离子体催化剂是包括至少一种电离粒子的活性等离子体催化剂。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述至少一种电离粒子包括一束粒子。
39.如权利要求32所述的方法，其中所述粒子是x射线粒子、γ射线粒子、α粒子、β粒子、中子和质子中的至少一种。
40.如权利要求21所述的方法，其中所述等离子体在至少是大气压的压力下在所述腔中形成。
41.如权利要求21所述的方法，该方法包括按照预定的时序，第一燃烧区域和第二燃烧区域分别产生排气的第一部分和第二部分，以与所述时序同步的方式将所述排气的第一部分和第二部分暴露在辐射下。
42.一种发动机排气处理系统，该系统包括至少一个管道，该管道包括入口部分，设置成与发动机气缸相连并接收发动机排气，出口部分，用于排出所述气体，以及中间部分，将所述排气从所述入口部分传送到所述出口部分，该中间部分的内部尺寸设置成能支持至少一种电磁辐射模，从而在等离子体催化剂存在的情况下在所述排气中形成等离子体；以及将电磁辐射提供到所述中间部分的源，其中所述辐射的频率小于大约333GHz。
43.如权利要求42所述的系统，还包括在所述源和所述管道之间相连的同轴电缆。
44.如权利要求43所述的系统，还包括在所述源和所述管道之间的波导管。
45.如权利要求42所述的系统，还包括位于所述入口部分附近的至少一个辐射滤波器，以帮助防止所述辐射从所述管道中传出。
46.如权利要求42所述的系统，还包括位于所述出口部分附近的至少一个辐射滤波器，以帮助防止所述辐射从所述管道中传出。
47.如权利要求42所述的系统，其中所述内部尺寸设置成可以充当所述辐射的优化的波导管。
48.如权利要求42所述的系统，其中所述至少一个管道包括至少一个设置成与第一燃烧区域相连的第一管道和设置成与第二燃烧区域相连的第二管道，该系统还包括控制器，用于按照预定的时序，使在所述第一管道中的第一部分排气暴露在辐射下，并使在所述第二管道中的第二部分排气暴露在辐射下。
49.如权利要求48所述的系统，其中所述预定的时序使在任一时刻仅暴露一个所述排气部分。
50.如权利要求42所述的系统，其中所述管道具有同轴的形状。
51.如权利要求50所述的系统，其中所述源通过同轴电缆与所述管道相连。
52.如权利要求51所述的系统，其中所述同轴电缆具有内部横截面尺寸，以及所述同轴管道具有与所述同轴电缆的内部横截面尺寸不同的内部横截面尺寸，该系统还包括采用一个锥形连接器使所述电缆和所述管道之间的连接基本上齐平。
53.如权利要求42所述的系统，其中所述管道包括至少一个允许空气进入所述管道并在将所述排气传送到所述出口之前进一步燃烧所述排气的空气口。
54.一种移动交通工具，该交通工具包括底盘；燃烧发动机，与所述底盘相连；发动机排气处理系统，设置成接收所述发动机的排气，其中该系统包括至少一个管道，其中该管道包括设置成与发动机气缸相连并接收发动机排气的入口部分，用于排出所述气体的出口部分，以及将所述排气从所述入口部分传送到所述出口部分的中间部分；至少一个等离子体腔，位于所述入口部分附近，用于处理所述排气；以及电磁辐射源，设置成将辐射提供到所述腔中，其中辐射的频率小于大约333GHz。
55.如权利要求54所述的交通工具，其中所述交通工具是汽车。
56.如权利要求54所述的交通工具，还包括在所述辐射中的等离子体催化剂。
57.如权利要求56所述的交通工具，其中所述等离子体催化剂包括惰性等离子体催化剂和活性等离子体催化剂中的至少一种。
58.如权利要求56所述的交通工具，其中所述等离子体催化剂包括碳纤维。
59.如权利要求54所述的交通工具，其中所述管道包括至少一个允许空气进入所述管道并进一步燃烧所述排气的空气口。
全文摘要
本发明提供了等离子体辅助发动机排气处理的方法和装置。在一个实施例中，发动机排气处理系统包括至少一个管道，该管道包括入口部分(215)、出口部分(216)、中间部分(205)和至少一个等离子体腔(210)。该入口部分设置成与发动机气缸(510)相连并接收排气。该出口部分在等离子体处理后排出所述气体。该中间部分将排气从入口部分传送到出口部分。在一个实施例中，一个或多个等离子体腔(342，344，346)位于入口部分附近，用于处理排气。该系统也包括与各腔相连的电磁辐射源(340)，用于将辐射提供到各腔，其中辐射的频率小于大约333GHz。还提供了采用等离子体催化剂(70，170)的排气处理。
文档编号F01N3/30GK1653248SQ03810266
公开日2005年8月10日 申请日期2003年5月7日 优先权日2002年5月8日
发明者K·A·谢里安, D·库马尔, S·库马尔 申请人:达纳公司