专利名称：具有凝聚装置的内燃机的排气系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有凝聚装置的排气系统，该凝聚装置通过利用电晕发电对从内燃机排放的废气中所包含的排放微粒进行凝聚。
背景技术：
近来，对从内燃机排放的废气中包含的微粒的处理(收集)操作遇到很严重的问题。JP-A-2001-41024中披露了一种收集装置，在这种收集装置中，从柴油发动机中排放的微粒(PM)撞击在位于排气管内的碰撞导引部件上而被凝聚，然后通过带电体被充以负电荷，从而被阳极带电体所吸引并被电收集。已经穿过阳极带电体的微粒被置于下游的过滤器所收集，并且通过使电流通过阳极带电体以及将阳极带电体作为加热器而将微粒焚烧并去除。
然而，这种收集装置具有以下缺陷，即流道的构造复杂从而使压力损失增高。而且，仅仅通过撞击来凝聚不能获得充分的凝聚效果，并且令人担忧的是，微粒可能在没有被凝聚的情况下通过该装置并被排出。
而且，在JP-A-2003-144979所描述的装置中，流入气体形成围绕一圆筒体轴线的涡流，包含烟和废气微粒在内的气体在该圆筒体内进行流动，若干在圆筒体的轴向延伸的笔直的放电电极布置于圆筒体内，以产生电晕放电，并且圆筒体的圆筒壁作为一接地电极。烟和废气微粒通过电晕放电被充电并与圆筒壁发生碰撞。通过采用位于圆筒体两端处的两个板形的电极支承件将该电极安装在该装置内。电极支承件为板形部件，并且电极通过横跨在两个电极支承件上的方式被连接到该两个电极支承件上。
然而，在JP-2001-41024所描述的装置中，在通过静电力产生运动的情况下，沿向着灰尘收集电极方向的传送速度很低(通常为几厘米/秒)，因此，很难有效地完成凝聚和灰尘收集工作。同样，在JP-2001-41024所描述的装置中，由于烟和废气微粒以气体涡流形状进行流动，因而直到它们到达作为接地电极的圆筒形壁时，它们的静电荷才会出现。因此，难于充分地改进微粒的凝聚性能。
发明内容
本发明的目的在于为内燃机提供一排气系统，该排气系统利用电晕放电，并在具有高凝聚性能的同时还具有小的尺寸。
根据本发明，一内燃机的排气系统包括限定出一排气通道的排气管(11)以及对包含于废气中的排放微粒进行凝聚的凝聚装置(1，1A，1B，1C)，其中内燃机的废气通过所述排气通道沿排气管(11)的轴向流动。在该排气系统中，凝聚装置(1，1A，1B，1C)包括用于放电的释放和复原的第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)，从而提供并接收由施加于第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)之间的高电压造成的电晕放电所产生的放电。另外，第一电极(2，6，6A)具有电荷提供和接收部分(21，62，62A)，其沿排气通道的径向基本上居中地布置，并且第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)位于该排气通道内，以使排放微粒被充以由电晕放电所产生的电荷，并且由复原该电荷的电极(3，4，7，7A)所凝聚。
因此，由电晕放电所产生的电荷发生电离(例如氧气)，并且由所产生的离子对排放微粒进行充电，并且这些排放微粒在库仑力的作用下被推向复原电荷的电极处。通常，在第一电极(2，6，6A)和第二电极的电荷提供和接收部分之间会产生库仑力。由于第一电极基本上居中地位于排气通道的直径方向上，因此，能够提高放电的均匀性。而且，由于凝聚装置(1，1A，1B，1C)位于排气通道内，其中废气沿排气管的轴向流动，从而防止了排放微粒被涡流带走，因而大多数排放微粒能够在保持带电状态的同时到达第二电极(3，4，7，7A)处。因此，便在不增大排气系统的尺寸的情况下以简单的方式高效地使排放微粒凝聚。
优选的是，第二电极构造成排气管的内周壁(3)。在这种情况下，能够使放电更加均匀。可替换的是，第二电极为接地电极(3，4，7，7A)，它对由电晕放电产生的电荷进行复原，并且被构造为由导电结构制成的电极(4、7、7A)，其沿废气流方向置于第一电极(3)的下游，从而横跨排气通道，并具有多个排气孔(41)。由此，排放微粒可以被有效地凝聚在该导电结构中。在这种情况下，通常，第一电极(2，6，6A)的电荷提供和接收部分(21，62，62A)与导电结构(4，7，7A)沿废气流方向以50cm或更小的距离间隔开。这样，便能够有效地增强凝聚效果。
第二电极可以是复原由电晕放电所产生的电荷的接地电极(3，4)。在这种情况下，例如，该接地电极包括被构造为排气管的内周壁(3)的第一接地电极部件(3)，以及由沿废气流方向位于第一电极的下游从而横跨排气通道的导电结构构成的第二接地电极部件(4)。此外，该导电结构具有多个排气孔(41)。在这种情况下，在废气的低流速和高流速下凝聚效果均可有效增强。例如，沿废气流方向的第一电极(2)的电荷提供和接收部分(21)和第二接地电极部件(4)的导电结构之间的距离可被设置为等于或大于排气通道的半径。
例如，在本发明的排气系统中，该导电结构可包括若干平行于废气流方向的导电网(42，43)。可替换的是，该导电结构包括朝向废气流的下游侧向下凸出地弯曲的基本上呈球形的导电网(45)，或者导电结构(46)的排气孔比在排气通道的外周部分更加密集地置于排气通道的中心部分处。此外，该导电结构可以由导电网和导电多孔体(44)中的一个构成。
优选地，第二电极包括一球形笼状体(7A)，它置于电荷的提供和接收部分(62A)的周围，并且凝聚排放微粒在无阻碍的情况下通过该球形笼状体。在这种情况下，将使得放电更加均匀。
在本发明的排气系统中，第一电极可以被构造成包括与电荷提供和接收部分(62，62A)相连并穿过排气管的管壁从而在与废气流相交的方向上延伸的导电部分(61，61A)。在这种情况下，一支承板(81)以法兰形式位于导电部分(61，61A)的外周处，以支承第一电极(6，6A)，排气管带有由支承板(81)封闭的开口，并且当将第一电极(6，6A)安装到排气管上时，越过支承板的第一电极(6，6A)的顶端部分(61，61A)插入该开口。此外，通过螺栓将具有比所述开口的直径大的直径的支承板(81)连接到位于所述开口的外周处的排气管上，并具有插入螺栓的螺栓孔(8102)。例如，该螺栓孔为狭槽(8102)，它围绕着导电部分(61)的周向伸长。另外，导电部分(61)可以沿废气流的方向在中间位置处弯曲。
优选地，第一电极的电荷提供和接收部分(62)包括若干径向并且基本上在所有方向上形成的突起(621a，622a，623a)。此外，该突起(621a，622a，623a)被形成为其顶端位于具有预定直径的一假想球的表面上。可替换的是，第一电极(6A)的电荷提供和接收部分(62A)位于围绕着排气管的直径中心的一假想圆的区域内，该假想圆具有排气管的一半的内径。
例如，在本发明中，当在第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)之间产生电晕放电时，将施加到第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)之间的电压设置在5KV到50KV的范围内。更优选地，当在第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)之间产生电晕放电时，将施加于第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)之间的电压设置在10KV到30KV的范围内。
本发明的其它目的、特征和优点将结合附图从下面的详细描述中变得更加明显。
图1(a)为示出了本发明的第一实施例的内燃机的排气系统的示意图，图1(b)示出了沿图1(a)中的线A-A的横截面图。
图2为示出了施加到一凝聚装置上的电压的波形图。
图3为在低流速下凝聚装置的局部放大剖面图，它示出了本发明的操作；图4为在高流速下凝聚装置的局部放大剖面图，它示出了本发明的操作；图5(a)、5(b)和5(c)为示意图，其中构成内燃机的排气系统中的凝聚装置的部件被不同地布置；图6为示出了当构成内燃机的排气系统的凝聚装置的部件被不同地布置时操作特性变化的图表；图7为示出了内燃机的排气系统的整个结构的示意图，其中一过滤器被安装在凝聚装置的下游处；图8为示出了由第一实施例中的凝聚装置所产生的烟降低效果的图表；
图9(a)为示出了本发明的第一实施例中的第二接地电极的构造的剖面示意图，图9(b)为示出了本发明的第二实施例中的第二接地电极的构造的剖面示意图，图9(c)为示出了本发明的第三实施例中的第二接地电极的构造的剖面示意图，图9(d)为示出了本发明的第四实施例中的第二接地电极的构造的剖面示意图，图9(e)为示出了本发明的第五实施例中的第二接地电极的构造的剖面示意图；图10为示出了本发明第六实施例的内燃机排气系统的局部剖面示意图；图11为沿着图10中的箭头X观察到的视图；图12为示出了支承板的视图，该支承板构成第六实施例的排气系统的一部分；图13为示出了本发明的第七实施例的内燃机排气系统的局部剖面示意图；图14(a)示出了电晕放电电极的主要部分的放大视图，该部分构成第七实施例的排气系统的一部分，图14(b)为沿着图14(a)的箭头Y的方向看到的视图；图15为示出了本发明的第八实施例的内燃机的排气系统的局部剖面示意图。
具体实施例方式
下面将参照附图对本发明的第一实施例进行说明。如图1(a)所示的内燃机的排气系统包括安装于发动机的排气管11的中间位置处的凝聚装置1。一部分排气管11以L形向下弯曲并且其直径被扩大。排气管11的小直径部分111的轴线A1以及大直径部分112的轴线A2彼此相交。废气流沿着轴线A2形成于大直径部分112内，并且在轴线A2的周围没有形成任何涡流。在排气管11的大直径部分112内，凝聚装置1包括为本发明的第一种类型的电极(第一电极)的电晕放电电极2(以下称放电电极)、为本发明的第二种类型的电极(第二电极)并且由位于放电电极2的外周上的排气管11的内壁形成的第一接地电极3、以及为本发明的第二种类型的电极(第二电极)并且由位于第二电极2的下游的导电网形成的第二接地电极4。该放电电极2与高直流电压电源(未示出)相连。第一和第二接地电极3、4由导电材料制成并且均电接地。根据本发明，放电电极2被用作负电极，并且如图2所示的高的负直流电压被施加到放电电极2上，从而在电极2和3、4之间产生电晕放电。
具体地，放电电极2呈在如图1(a)中的上-下方向延伸的棒状，它的轴线与排气管11的大直径部分的轴线对应。此外，放电电极2在除了其两端外的一部分放电电极2被绝缘并支承到圆柱形绝缘体22内的状态下被固定到排气管11的大直径部分的上表面112a处。放电电极2的下半部分从大直径部分112的上表面11a突出在排气管11内，并且从圆柱形绝缘体22上暴露的顶端21通过预定的间隔与位于下游处的第二接地电极4相对。并且，通过使放电电极2的轴线与排气管11的大直径部分112的轴线一致，将放电电极2的顶端21沿着由排气管11的大直径部分112形成的排气通道的直径方向居中地布置。此外，顶端21被如此成形，以使多个突起21a以星形图案方式从如图1(b)所示的排气通道的直径方向的中心径向突出。顶端21的尺寸被设置为突起21a的径向外端部位于直径为10mm的假想圆内，从而与该假想圆相接触。以这种方式，具有多个锐角顶端的结构能够提高放电率并且在排气管内11内均匀地产生电晕放电，从而增强凝聚效果。另外，顶端21并不局限于如图1(b)所示的星形，它还可以采用具有若干径向布置的突起21a的任何形状。突起21a的数目和形状能够被适当地按需要设置和改变。
由于电晕放电电极2的顶端21沿着排气通道的直径方向居中地布置，因此将提高放电的均匀性。此外，凝聚装置1位于排气通道内，其中废气沿着排气管11的大直径部分112的轴线A2方向流动，从而防止了排放微粒被涡流带走。因此，大部分废气微粒能够在保持带电状态下的同时到达接地电极3、4。
被构造有导电网的第二接地电极4呈盘形并且被设置于横跨排气通道，从而与废气流垂直，并且第二接地电极4的外周边缘被固定到排气管11的内周壁上。由第二接地电极4的导电网所限定的多个排气孔41的尺寸设置为不妨碍凝聚微粒的穿过。由于废气微粒的颗粒尺寸(粒度)通常在0.1μm到几μm的范围内，并且凝聚后的微粒通常会变得粗大，其颗粒尺寸在1μm到10μm的范围内，排气孔41具有足够的例如大约0.5mm到1mm或更大的尺寸。通常，排气孔41越大，压力损失减少的效果就越强，同时由电晕放电所产生的凝聚效果便会在排气孔41较小并且表面积较大的情况下得到增强。因此，优选的是，适当地对排气孔41的尺寸进行调整，从而在不使压力损失恶化的范围内获得理想的凝聚效果。
第二接地电极4优选地布置在这样的位置处，以使得放电电极2的顶端21与第二接地电极4的导电网之间的距离(轴向距离)长于排气管11的顶端21和形成第一接地电极3的内周壁之间的距离(径向距离)。因此，当废气的流速小时，微粒主要由第一接地电极3所凝聚。相反，当废气的流速高时，那些不能被气流移动到第一接地电极3的微粒能够被位于气流方向上的第二接地电极4充分地凝聚，从而使那些容易被收集的微粒变粗。
下面将在废气流的流速小(图3)时的状态下以及废气流的流速大时的情况下(图4)对以上述方式构造的废气系统的操作进行描述。在图3中，当高的负直流电压(例如，-20KV)从高的直流电压电源(未示出)施加于放电电极2上时，顶端21的突起21a的附近产生电晕放电，从而释放出电子(图3中的<1>)。因此，具有高电子亲合性的氧气被负电离(图3中的<2>)，以附着到附近的微粒(PM)上，从而微粒被充以等量的负电荷(图3中的<3>)。微粒(PM)在库仑力和气流(图3中的<4>)的作用下发生移动从而产生凝聚，并变成粗化微粒(图3中的<5>)。
这里，库仑力F和由气流施加的力Fm表示如下F＝q·E(q电荷，E电场强度)Fm＝6πηaV(η粘性系数，a颗粒尺寸，V排放气流的速度)当废气的流速低(例如2～3m/sec)时，由于由气流施加的力Fm小，因此微粒(PM)主要被库仑力F吸附到第一接地电极3上而被凝聚。已经在第一接地电极3上发生凝聚并且变粗的微粒释放出电子(图3中的<6>)，其后由于它们的自重或者在气流的作用下从第一接地电极3脱离，并且所产生的被凝聚的微粒(图3中的<7>)穿过第二接地电极4的排气孔41向下游移动。
另一方面，图4示出了当废气的流速高(例如10-大于10m/sec)时高的负直流电压(例如-20KV)从高直流电源被类似地施加到放电电极2上的情况。在这种情况下，在顶端21的突起21a的附近产生电晕放电。因此，电子被释放(图4中的<1>)，具有高电子亲合性的氧气被负电离(图4中的<2>)从而附着到附近的微粒(PM)上，从而微粒被充以等量的负电荷(图4中的<3>)。微粒(PM)在库仑力和气流的作用下发生移动(图4中的<4>)，但是由于由气流施加的力Fm较大，因此微粒不能移动到第一接地电极3上而是主要在第二接地电极4上凝聚并变粗大(图4中的<5>)。
已经变粗大的微粒释放出电子(图4中的<6>)并且其后由于它们的自重或者在气流的作用下使发生凝聚的微粒(凝聚微粒PM)脱离从而穿过第二接地电极4的排气孔41并且向下游移动(图4中的<7>)。
图5(a)、5(b)和5(c)示出了当位于放电电极2的顶端21和第二接地电极4之间的间隔发生改变时放电所产生的离子流。在图5(a)、5(b)和5(c)中，下面描述的L表示位于放电电极2的顶端21的突起21a和第二接地电极4之间的距离(轴向距离)，R表示位于顶端21和第一接地电极3之间的距离(径向距离)。在图5(a)中，当L＝0.5R时，在废气流方向上的电场的强度变大，并且大多数离子流从相对的顶端21指向第二接地电极4的中心。相应地，排气管11的内周壁附近的离子密度降低。因此，在排气管11的内周壁附近即在排气通道的外周处流动的PM难于被充上电。
如图5(b)和5(c)所示，当第二接地电极4远离放电电极2时，形成从放电电极2的突起21a指向排气通道的径向的充足离子流。由此，使排气通道的直径方向上的离子的分配均匀化并提高了在排气通道的外周处的离子密度。在这种情况下，从排气通道的径向中心到排气通道的外周的PM均可被均匀地充电。这里，在确保沿排气通道的径向方向的离子分布的均匀性的同时，当沿排气通道的径向从放电电极2的突起21a指向第一接地电极3的电场与沿排气通道的轴向(废气流方向)从放电电极2的突起21a指向第二接地电极4的电场变得基本上彼此相等时，L变得最小。即，当L＝R时，在使排气通道的径向方向上的离子分布足够均匀的同时，L变得最短。
相反，当第二接地电极4进一步远离放电电极2时，便产生以下问题。即，PM释放被充电电荷的比率增大，而排气通道内的废气流中的PM的电荷数减少。距离的设置应该考虑到相对于距离L的PM的电荷数的特性(被充电PM的衰减特性)来进行。图6表示被充电的PM的衰减特性。在以负载为110Nm、发动机转速为3000rpm对2000cc的柴油机进行驱动并将20KV的电压施加到放电电极2和接地电极3、4之间的情况下，被充电的PM的数量衰减了10％的距离L为50cm。因此，距离L优选为50cm或更短。
根据该实施例，将构造为排气管11的内周壁的第一接地电极3围绕着电晕放电电极2的外周布置并且将构造为导电网的第二接地电极4布置于电晕放电电极2的下游。因此，甚至当废气从小流速到大流速流动时，在电极2、4之间产生的电晕放电也能使排放微粒进行有效凝聚。已经通过凝聚装置1的凝聚微粒的尺寸(通常为1μm或更大)使这些微粒难于在大气中分散开，从而使漂浮的微粒容易在自重的作用下下落。
此外，由于排放微粒被凝聚装置1所凝聚，因此排放微粒变得容易收集。优选地，如图7所示，在凝聚装置1的排气管11的下游处安装一已知的蜂巢结构或柴油机微粒过滤器(DPF)5，从而能够对这些凝聚微粒(凝聚PM)进行收集，这样便防止了废气中的微粒排放到大气中。图8示出了当凝聚装置1配置了蜂巢结构时收集效率的提高效果。当凝聚装置1被运行(凝聚装置开启)时，与在凝聚装置没有运行(凝聚装置关闭)的情况下相比，烟的排放减少，并且特别是在发动机低转速的区域内烟排放减少的效果被提高。
另外，根据本发明的第一实施例，凝聚装置1位于排气管11的弯曲部，从而笔直的放电电极2和排气管11被彼此同轴地布置，并且排放电极2的顶端21基本上沿排气通道的径向居中布置。因此，可以使电场均匀。然而，该实施例并不局限于上述布置，凝聚装置1也可以位于排气管11的笔直部分。在这种情况下，放电电极2优选地弯曲成L形，从而可以从排气管11的一侧将其取出。
根据第一实施例，如图9(a)所示，第二接地电极4由具有多个排气孔41的导电网形成。然而，根据图9(b)所示的第二实施例，也可将若干导电网42、43以并置的方式沿废气流的方向布置，从而构成第二接地电极4。在图9(b)的这种布置中，通过上游导电网42的未充分凝聚的排放微粒能够被下游的导电网43所凝聚，从而提高了凝聚效果。可替换的是，根据如图9(c)所示的第三实施例，例如由金属或类似物形成的导电多孔体被布置而形成第二接地电极4。在这种情况下，形成于多孔体44内的多个排气孔具有足够的尺寸，从而不妨碍凝聚微粒的通过。因此，电极的表面积能够进一步地增大，并且也能够在凝聚后的微粒通过形成于多孔体44内的排气孔的同时由于碰撞的效果使凝聚效果进一步增强。
此外，根据图9(d)所示的第四实施例，基本上呈球形的导电网45被向下突起地弯曲，从而形成第二接地电极4。图9所示的导电网45的布局使电场均匀，并且通过使用导电网45的所有面积而提高了凝聚效果。
此外，根据图9(e)所示的第五实施例，构成第二接地电极4的导电网46的排气孔41在位于排气通道的横截面的中心处被设置得较小，而在排气通道的外周处被设置得较大。通常，由于排气通道内的中心部分的废气流的量以及排放微粒的通过速度比周边附近的大，因此，可以通过比排气通道的外周部位更集中地将排气孔41分布于排气通道的中心部位来增强凝聚效果。
如上所述，能够采用本发明的简单结构获得由于电晕放电带来的排放微粒凝聚能力的提高。因此，可以提供一种废气系统，该系统能够改进汽车安装质量和凝聚质量。
图10示出了第六实施例的废气系统。根据第六实施例，构成凝聚装置的以L形弯曲的放电电极位于上述排气通道的笔直部分中。排气管5的内部限定了具有圆形通道断面的排气通道，并且构成放电电极的电晕放电电极6被安装成穿过管壁。电晕放电电极6包括与一高直流电压电源相连的导电部件61和位于该导电部件的顶端处的放电部件62。因此，在电晕放电电极6内，高电压通过导电部件61被导入放电部分62。导电部件61沿横跨排气管5中的废气流的方向穿过排气管5的管壁延伸，并且在排气管5的轴线C的位置处被弯曲成L形，这样导电部件61的顶端侧部沿着轴线C指向废气流的下游。如图11所示，放电部件62包括具有若干星形突起62a的盘形部件，并且这些突起62a相对于轴线C呈径向分布。而且，一导电网被布置于放电部件62的下游处，从而构成接地电极7。
下面将对排气管5中的电晕放电电极的连接结构进行说明。一法兰状的支承板81位于电晕放电电极6的导电部件61的外周上。支承板81被构造成圆形板。在支承板81的中心处，一内螺纹8101在厚度方向上延伸穿过该板，并且电晕放电电极6的导电部件61的外螺纹被拧到内螺纹8101上。在电晕放电电极6被夹紧以及固定于支承板81上的状态下，将电晕放电电极6拧紧到支承板81的内螺纹8101上。
与此相反，由支承板81封闭的开口501形成于排气管5内。开口501由在排气管5的径向方向上延伸穿过管壁的孔形成。通过将位于支承板81的顶端侧上的部分电晕放电电极6穿过所述孔插入到排气管5内从而将电晕放电电极6安装到排气管5上。因此，通过考虑位于支承板81的顶端侧上的电晕放电电极6的形状、特别是从导电部件61的弯曲部分到放电部件62的距离对开口501的大小进行设置。
具有与排气管5的开口501的直径基本相等的环形台阶部81a位于与排气管5的表面相对的支承板81的表面上，从而同内螺纹8101同轴地突出。因此，支承板81能够安装在相对于排气管5的开口501的适当位置处。气密性的保持垫圈84在支承板81的环形台阶81a的外周处插入在支承板81和排气管5之间。通过螺栓83将支承板81和排气管5连接在一起，所述螺栓83穿过支承板81的螺栓孔8102。
如图12所示，多个螺栓孔8102(在所示的例子中为3个)形成于内螺纹8101的周围。即，螺栓孔8102以相等的间隔周向地形成于导电部件61的外螺纹611的周围，从而允许螺栓83从此处插入并被拧到排气管5内。各螺栓孔8102为在周向上延长的狭槽，并且支承板81的角位置可以相对于排气管5进行调整，直到螺栓83被夹紧为止。由此，电晕放电电极6的放电部件62相对于排气管5的轴线C被偏转地调整。
根据第六实施例的废气系统，在放电电晕电极6被安装到支承板81上从而通过螺栓82被夹紧并安装到支承板81上的状态下，电晕放电电极6的放电部件62指向排气管5的开口501并从沿与来自开口501的废气流相垂直的方向插入。然后，将支承板81和排气管5连接在一起。此时，由于螺栓孔8102由细长的狭槽形成，因此螺栓81能够在支承板81进行旋转和调整后被夹紧，从而放电部件62笔直地对准排气管5的下游。如果放电部件62在废气流的宽度方向上发生偏斜的话，那么便不会正确地对准接地电极7，从而可能造成在放电特性上的个别差异。然而，在该实施例中，由于电晕放电电极具有相对于排气管可以进行旋转和调整的功能，因此，当支承板81在被螺栓83夹紧之前进行旋转和调整时，电晕放电电极6的放电部件62便能够正确地面对接地电极7，从而放电部件62可以笔直地对准排气管5的下游。由此，便提高了放电的均匀性。此外，在不需对工人的技术作要求的情况下，满足了进一步的精度需求。另外，由于没有绕支承板81的中心的转矩作用在螺栓83的夹紧上，因此当螺栓83被夹紧时支承板81不会相对于排气管5发生旋转。
图13示出了本发明第七实施例的排气系统。由于该系统的基本结构与第六实施例的图10内结构相同，因此，下面主要对其区别进行说明。
凝聚装置1B包括直接安装在排气管5A上的电晕放电电极6A。更具体地，一穿过排气管5A的管壁的孔形成为沿横跨废气流的方向延伸，从而形成开口501A，通过该开口将电晕放电电极6A插入。开口501A被攻以螺纹，从而将电晕放电电极6A的导电部件61A的外螺纹611拧到开口501A上。通过螺栓82将电晕放电电极6A夹紧并固定到排气管5A处。在如图13所示的结构中，电晕放电电极6A从开口501A处沿横穿废气流的方向插入到排气管5A中。因此，电晕放电电极6A能够相对于排气管5A进行设置，但是与图10中示出的结构相比，电晕放电电极的角位置相对于排气管的改变可以被接受。然而，排气系统以下述方式被构造为能够抑制角位置的这种改变的影响。
更具体地，电晕放电电极6A的导电部件61A仅仅具有在横穿废气流的方向延伸的笔直部分，并且放电部件62A位于导电部件的顶端，从而被设置于如图13所示的排气管5A的轴线C上。
如图14(a)和14(b)所示，放电部件62A包括由导电平板制成的三个板形部件621、622、623以及邻近导电部件61A的销部分624。导电部件61A和销部分624被彼此形成为一整体并由一单独圆杆部件制成。板形部件621-623为点对称并且呈在断面方向上具有突起621a、622a、623a的星形。此外，销部分624在板形部件621-623彼此重叠的状态下插入并穿过形成于板形部件621-623的中心处的通孔。
在具有板形部件621-623的情况下，位于图中下侧处的板形部件621的突起621a在其根部处倾斜地向下弯曲，并且位于图中上侧的板形部件623的突起在其根部处向上地弯曲。弯曲角被设置成使得突起621a-623a的顶端与板形部件621-623的中心成相等的距离，从而被设置于预定的假想球面S上。而且，销部分624的顶端也位于假想球面S上。定义出该假想球面S的假想球的中心为一位于外螺纹611的旋转中心线上的点，即，位于导电部件61A的轴线上。
根据该排气系统，即使在夹紧螺栓82时对电晕放电电极的旋转位置进行改变时，位于放电部件62A上的销部分624以及突起621a-623a的顶端也位于假想球面S上，该假想球面S具有位于外螺纹611的旋转中心线上的中心。因此，便会降低对放电特性的影响，这些影响是由于电晕放电电极的旋转位置发生改变而造成的。
另外，图15示出了本发明的第八实施例的排气系统。该排气系统通过将如图13所示的结构中的接地电极替换为其它结构而获得。凝聚装置1C包括构造为球形笼状体的接地电极7A，所述球形笼状体由导电材料制成，并且被凝聚的排放微粒在无阻碍的情况下穿过所述球形笼状体。接地电极7A布置于放电部件62A的周围。通常，接地电极7A具有孔，放电电极62A通过该孔被插入。在该实施例中，由于接地电极7A以相等的距离围绕在放电部件62A的周围，因此防止了由于电晕放电电极旋转位置的改变而引起的放电特性的分散。
虽然已经通过优选实施例并参考附图对本发明进行了完整说明，但是需指出的是，对于本领域的技术人员来说，各种变化和修改均是很明显的。
例如，在上述实施例中，将放电电极置于排气通道的大致中心部分的位置处，从而距离接地电极具有均匀的间隔，由此提高了放电的均匀性。然而，并不是必须要求放电电极位于该排气通道的大致中心位置处。实际上，例如，位于排气管内的放电电极也可以被设置在一假想圆的区域内，该假想圆围绕着排气管的中心并具有排气管一半的内径。
另外，当电极之间产生电晕放电时，施加于电极之间的电压也可以被设置在5KV到50KV的范围内。因此，在将电压施加到两个电极之间时满足恰当的抵抗电压泄漏特性的同时，提供了排放微粒的最优凝聚效果。优选地，施加于两个电极之间的电压差被设置为10KV到30KV的范围内。
另外，当在各实施例中通过排气管的内壁以及导电网构成接地电极的同时，并不必须要求它们的电势与地的电势一致。
这些变化和修改可以被理解为在由所附权利要求中限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种内燃机的排气系统，包括限定出一排气通道的排气管(11)，内燃机的废气通过该排气通道沿该排气管(11)的轴向流动；以及对包含于废气中的排放微粒进行凝聚的凝聚装置(1，1A，1B，1C)，该排气系统的特征在于该凝聚装置(1，1A，1B，1C)包括用于放电的释放和复原的第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)，从而提供并接收由施加于第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)之间的高电压造成的电晕放电所产生的放电；该第一电极(2，6，6A)具有电荷提供和接收部分(21，62，62A)，该电荷提供和接收部分沿排气通道的直径方向基本上居中地布置；以及该第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)均位于该排气通道内，以便排放微粒被充以由电晕放电所产生的电荷，并且由复原该电荷的电极(3，4，7，7A)所凝聚。
2.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，该第二电极被构造成排气管的内周壁(3)。
3.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，该第二电极为接地电极(3，4，7，7A)，它对由电晕放电所产生的电荷进行复原，并被构造为由沿废气流方向位于第一电极(3)的下游从而横跨该排气通道并具有多个排气孔(41)的导电结构制成的电极(4、7、7A)。
4.如权利要求3所述的排气系统，其特征在于，该第一电极(2，6，6A)的电荷提供和接收部分(21，62，62A)与该导电结构(4，7，7A)沿废气流方向以50cm或更小的距离间隔开。
5.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于该第二电极为复原由电晕放电所产生的电荷的接地电极(3，4)；以及该接地电极包括被构造为排气管的内周壁(3)的第一接地电极部件(3)，以及由沿废气流方向位于第一电极的下游从而横跨该排气通道的导电结构构成的第二接地电极部件(4)；以及该导电结构具有多个排气孔(41)。
6.如权利要求5所述的排气系统，其特征在于，沿废气流方向，该第一电极(2)的电荷提供和接收部分(21)与第二接地电极部件(4)的导电结构之间的距离被设置为等于或大于该排气通道的直径。
7.如权利要求3至6中任一项所述的排气系统，其特征在于，该导电结构包括若干平行于废气流方向的导电网(42，43)。
8.如权利要求3至6中任一项所述的排气系统，其特征在于，该导电结构包括朝向废气流的下游侧向下凸出地弯曲的、基本上呈球形的导电网(45)。
9.如权利要求3至6中任一项所述的排气系统，其特征在于，该导电结构(46)的排气孔(41)比排气通道的外周部分更加密集地布置于排气通道的中心部分处。
10.如权利要求3至9中任一项所述的排气系统，其特征在于，该导电结构可以由导电网和导电多孔体(44)中的一个构成。
11.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，该第二电极包括一球形笼状体(7A)，它被布置于电荷的提供和接收部分(62A)的周围，并且凝聚排放微粒在无阻碍的情况下通过该球形笼状体。
12.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，该第一电极包括与电荷提供和接收部分(62，62A)相连并穿过排气管的管壁从而在与废气流相交的方向上延伸的导电部分(61，61A)。
13.如权利要求12所述的排气系统，其特征在于，还包括呈法兰形式位于导电部分(61，61A)的外周处的支承板(81)，以用于支承该第一电极(6，6A)，其中该排气管带有由该支承板(81)封闭的开口，并且当将第一电极(6，6A)安装到排气管上时，越过该支承板的第一电极(6，6A)的顶端部分(61，61A)通过该开口插入。
14.如权利要求13所述的排气系统，其特征在于通过螺栓将具有比所述开口的直径大的直径的支承板(81)连接到位于所述开口的外周处的排气管上，并且该支承板具有使所述螺栓插入的螺栓孔；以及该螺栓孔为狭槽(8102)，其围绕着导电部分(61)周向伸长。
15.如权利要求12至14中任一项所述的排气系统，其特征在于，该导电部分(61)在废气流方向的中间位置处弯曲。
16.如权利要求12至14中任一项所述的排气系统，其特征在于，该第一电极(6)的电荷提供和接收部件(62)包括若干径向地并基本上在所有方向上形成的突起(621a，622a，623a)。
17.如权利要求16所述的排气系统，其特征在于，该突起(621a，622a，623a)被形成为其顶端位于具有预定直径的一假想球的表面上。
18.如权利要求12所述的排气系统，其特征在于，该第一电极(6A)的电荷提供和接收部件(62A)位于围绕着排该气管的直径中心的一假想圆的区域内，该假想圆具有排气管的一半的内径。
19.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，当在第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)之间产生电晕放电时，将施加到第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)之间的电压设置在5KV到50KV范围内。
20.如权利要求19所述的排气系统，其特征在于，当在第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)之间产生电晕放电时，将施加于第一和第二电极(2，3，4，6，6A，7，7A)之间的电压设置在10KV到30KV的范围内。
全文摘要
一凝聚装置(1，1A，1B，1C)被布置于内燃机的排气管内，并且将高直流电压施加于一放电电极(2，6，6A)和第一和第二接地电极(3，4，7，7A)之间，以产生电晕放电，这样带电的排放微粒被充电并且并凝聚。该放电电极位于排气通道的中心部位处，并且以小流速排放的排放微粒主要凝聚于第一接地电极上。该第一接地电极由位于放电电极的外周周围的排气管的内周壁形成。该第二电极被布置于放电电极的下游，从而横跨排气通道，并且由具有多个排气孔的导电网形成。该第二接地电极凝聚以大流速排放的不能向第一接地电极移动的微粒，由此利用小尺寸的装置产生了高的凝聚效果。
文档编号F01N3/01GK1605724SQ200410083530
公开日2005年4月13日 申请日期2004年10月9日 优先权日2003年10月9日
发明者荒川宫男 申请人:株式会社电装