EP0191437A1 - Device and process for removing soot or the like from the exhaust gases of an internal-combustion engine - Google Patents

Device and process for removing soot or the like from the exhaust gases of an internal-combustion engine Download PDF

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EP0191437A1
EP0191437A1 EP86101625A EP86101625A EP0191437A1 EP 0191437 A1 EP0191437 A1 EP 0191437A1 EP 86101625 A EP86101625 A EP 86101625A EP 86101625 A EP86101625 A EP 86101625A EP 0191437 A1 EP0191437 A1 EP 0191437A1
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resonator
exhaust
exhaust gas
exhaust pipe
insert
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Johann Fürtauer
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Abstract

PCT No. PCT/EP86/00066 Sec. 371 Date Dec. 4, 1986 Sec. 102(e) Date Dec. 4, 1986 PCT Filed Feb. 7, 1986 PCT Pub. No. WO86/04640 PCT Pub. Date Aug. 14, 1986.A device and method for separating soot or other impurities from the exhaust gases of an internal-combustion engine, particularly a diesel internal-combustion engine, comprises a microwave source that is coupled to the intermediate section of the exhaust pipe that is constructed for the development of an electromagnetic field, an effective burning of the soot with a low flow resistance, the intermediate section being developed as a cavity resonator and at its exhaust gas inlet and exhaust gas outlet, is equipped with a metal grid, and an insert made of a dielectric material in the cavity resonator concentrates the exhaust gas flow in the area of high energy density of the electromagnetic field.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beseitigen von Ruß o.dgl. aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, mit einer Mikrowellen-Quelle, die an ein Zwischenstück der Abgasleitung angekoppelt ist und dort ein elektromagnetisches Feld erregt.The invention relates to an apparatus and a method for removing soot or the like. from the exhaust gases of an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, with a microwave source which is coupled to an intermediate piece of the exhaust pipe and there excites an electromagnetic field.

Aus der DE-PS 30 24 539 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der das Zwischenstück ein Abgas-Filter enthält, welches von einem Metallkörper gehalten wird und im wesentlichen radial von den Abgasen durchströmt wird. Das Abgas-Filter dient dazu, den Ruß in den Abgasen zurückzuhalten. Überschreiten die Rußablagerungen ein vorgegebenes Maß, so wird in dem Zwischenstück ein elektromagnetisches Feld erregt, wodurch der Ruß zur Verbrennung gebracht werden soll.Such a device is known from DE-PS 30 24 539 in which the intermediate piece contains an exhaust gas filter which is held by a metal body and through which the exhaust gases flow essentially radially. The exhaust gas filter serves to retain the soot in the exhaust gases. If the soot deposits exceed a predetermined level, an electromagnetic field is excited in the intermediate piece, whereby the soot is to be burned.

Nachteilig bei der aus der DE-PS 30 24 539 bekannten Anordnung ist es, dass das Abgas-Filter bei zunehmender Rußablagerung einen beträchtlichen Strömungswiderstand für die Abgase darstellt, der insbesondere bei Brennkraftmaschinen zu Leistungseinbußen führt. Da das Filter von einem koaxial in das Zwischenstück hineinragenden Metallstempel gehalten wird, bildet sich das elektromagnetische Feld im wesentlichen zwischen der Stirnwand des Metallstempels und der Stirnwand des Zwischenstückes aus. Auf dem Umfang des Metallstempels, auf dem die Filtermatte liegt, enden dagegen nur sehr wenige elektrische Feldlinien. Die Energiedichte des elektromagnetischen Feldes ist daher im Bereich der Filtermatte vernachlässigbar gering, die beabsichtigte Verbrennung der dort abgelagerten Rußpartikel ist aus diesem Grunde nicht verwirklichbar. Im Bereich hoher Energiedichte, nämlich an der Stirnwand des Stempels, ist dagegen keine Filtermatte vorhanden.A disadvantage of the arrangement known from DE-PS 30 24 539 is that the exhaust gas filter represents a considerable flow resistance for the exhaust gases with increasing soot deposition, which leads in particular to performance losses in internal combustion engines. Since the filter is held by a metal stamp projecting coaxially into the intermediate piece, the electromagnetic field essentially forms between the end wall of the metal stamp and the end wall of the intermediate piece. On the other hand, very few electrical field lines end on the circumference of the metal stamp on which the filter mat lies. The energy density of the electromagnetic field is therefore negligible in the area of the filter mat, the intended combustion of the soot particles deposited there cannot be realized for this reason. In contrast, in the area of high energy density, namely on the end wall of the stamp, there is no filter mat.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine wirksame Verbrennung des Rußes bei geringem Strömungswiderstand verwirklicht wird.In contrast, the object of the invention is to further develop the device of the type mentioned at the outset in such a way that effective combustion of the soot is achieved with a low flow resistance.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Zwischenstück als Hohlraumresonator ausgebildet ist und an seinem Abgaseinlass und Abgasauslass je ein Metallgitter enthält, und dass im Hohlraumresonator ein Einsatz aus dielektrischem Material die Abgasströmung in dem Bereich grosser Energiedichte des elektromagnetischen Feldes konzentriert.This object is achieved according to the invention in that the intermediate piece is designed as a cavity resonator and contains a metal grid at its exhaust gas inlet and exhaust gas outlet, and in that an insert made of dielectric material in the cavity resonator concentrates the exhaust gas flow in the region of high energy density of the electromagnetic field.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass die Abgase den Hohlraumresonator über seine gesamte axiale Länge im Bereich hoher Mikrowellen-Energiedichte durchströmen und während ihrer Verweildauer im Resonator durch die Mikrowellen-Energie verbrannt werden. Die beiden Metallgitter erzeugen dabei auch im Bereich des Abgaseinlasses und des Abgasauslasses eine ausreichend metallische Begrenzung für das Mikrowellenfeld, wodurch die zur Erzielung hoher Energiedichten und eines homogenen Feldverlaufes benötigte hohe Güte des REsonators erreicht, und die unvermeidliche Abstrahlung von Mikrowellen-Energie durch die Auspuffleitung wirksam reduziert wird. Da ausserdem die Abgasströmung - durch den dielektrischen Einsatz - während des Durchtritts durch den Resonator im Bereich grosser Energiedichte konzentriert wird, kann das Mikrowellenfeld die mit hoher Geschwindigkeit.hindurchtretenden Rußpartikel in diesem Bereich wirksam verbrennen.The advantages of the invention are, in particular, that the exhaust gases flow through the cavity resonator over its entire axial length in the region of high microwave energy density and are burned by the microwave energy during their residence time in the resonator. The two metal grids also generate a sufficient metallic boundary for the microwave field in the area of the exhaust gas inlet and the exhaust gas outlet, thereby achieving a high energy density and a homogeneous field required high quality of the REsonator is achieved, and the inevitable radiation of microwave energy through the exhaust pipe is effectively reduced. In addition, since the exhaust gas flow - due to the dielectric insert - is concentrated in the area of high energy density during the passage through the resonator, the microwave field can effectively burn the soot particles passing through in this area.

Mit der Erfindung ist somit eine im Aufbau einfache Vorrichtung verwirklicht, bei der Strömungswiderstände bildende Einbauten im Resonator vermieden werden und ausserdem die für eine Rußrückhaltevorrichtung erforderliche Wartungsarbeit entfällt. Die erforderliche Mikrowellen-Quelle kann ausserdem, da Abstrahlungsverluste aus dem Resonator weitgehend vermieden werden, relativ gering ausgelegt sein.The invention thus realizes a device which is simple in terms of construction, in which built-in elements in the resonator which form flow resistances are avoided and, moreover, the maintenance work required for a soot retention device is eliminated. In addition, since radiation losses from the resonator are largely avoided, the required microwave source can be designed to be relatively small.

Bevorzugt ist die Vorrichtung während der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine ständig oder zu vorbestimmten Intervallen eingeschaltet, um die in den Resonator einströmenden Rußpartikel ständig zu verbrennen.The device is preferably switched on continuously or at predetermined intervals during the operating time of the internal combustion engine in order to continuously burn the soot particles flowing into the resonator.

Besonders bevorzugt sind die Metallgitter am Abgaseinlass und -auslass als Wabengitter geringer Wanddicke ausgebildet und erstrecken sich insbesondere vom Abgaseinlass und -auslass eine vorgegebene axiale Mindestlänge in die Abgasleitung hinein. Bei dieser Ausgestaltung der Metallgitter wird der Strömungswiderstand in der Abgasleitung, der zu unerwünschten Leistungsverlusten der Brennkraftmaschine führt, nur unwesentlich erhöht, während dem elektromagnetischen Feld innerhalb des Resonators eine ausreichend geschlossene metallische Oberfläche geboten wird, die das Abstrahlen der Mikrowellen wirksam verhindert.The metal grilles at the exhaust gas inlet and outlet are particularly preferably designed as honeycomb grids with a small wall thickness and extend in particular from the exhaust gas inlet and outlet into a predetermined minimum axial length into the exhaust gas line. In this embodiment of the metal grille, the flow resistance in the exhaust gas line, which leads to undesired power losses in the internal combustion engine, increased only insignificantly, while the electromagnetic field within the resonator is provided with a sufficiently closed metallic surface which effectively prevents the microwave radiation.

Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Abgaseinlass und der Abgasauslass einander gegenüberliegend an den beiden Stirnwänden des Resonators angeordnet und besitzt im wesentlichen dieselbe Nennweite wie die Abgasleitung. Die beiden Stirnwände werden von einer Umfangswand, bevorzugt mit Kreisquerschnitt, verbunden, dessen Nennweite durch die Resonanzfrequenz bestimmt ist, mit welcher der Resonator und die Mikrowellen-Quelle betrieben werden. Aufgrund der von den Postbestimmungen zugelassenen Betriebsfrequenzen ist die Nennweite des Resonators grösser als die der Abgasleitung.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the exhaust gas inlet and the exhaust gas outlet are arranged opposite one another on the two end walls of the resonator and have essentially the same nominal diameter as the exhaust gas line. The two end walls are connected by a peripheral wall, preferably with a circular cross section, the nominal width of which is determined by the resonance frequency with which the resonator and the microwave source are operated. Due to the operating frequencies permitted by the postal regulations, the nominal size of the resonator is larger than that of the exhaust pipe.

Besonders bevorzugt wird der Resonator als zylindrischer E010 Resonator ausgebildet und mit der Schwingungsmode E010 betrieben, und die Abgasleitung wird bevorzugt stirnseitig zentral angeflanscht, so dass die Achse der Abgasleitung und die Rotationsachse des Resonators fluchten. Die elektrischen Feldlinien und die entsprechenden induzierten Ströme besitzen im Zentrum des Resonators ihr Maximum und nehmen nach aussen hin stetig ab, im zentralen Bereich liegt eine hohe Energiedichte vor. Der dielektrische Einsatz ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung als Rohr mit der Nennweite der Abgasleitung ausgebildet und verläuft mit der Abgasleitung fluchtend vom Einlass zum Auslass des Resonators hin. Der Einsatz führt bei dieser Ausführungsform den Abgasstrom homogen durch den Resonator und verhindert dabei, dass die Abgase in Kontakt mit den metallischen Wänden des Resonators kommen, wodurch einer unerwünschten Erwärmung des Resonators, die zu einer Änderung der Resonanzfrequenz führt, entgegengewirkt wird. Der Einsatz wird zu diesem Zweck so gewählt, dass er einerseits das elektromagnetische Feld möglichst wenig beeinflusst, er soll also aus einem Material geringer Dielektrizitätskonstante mit geringem Verlustfaktor bestehen, das ausserdem eine möglichst gute thermische Isolierung bewirkt. Glas oder ein verlustfreies Keramikmaterial sind aus diesem Grunde besonders geeignet.The resonator is particularly preferably designed as a cylindrical E 010 resonator and operated with the vibration mode E 010 , and the exhaust pipe is preferably flange-mounted centrally on the end face, so that the axis of the exhaust pipe and the axis of rotation of the resonator are aligned. The electric field lines and the corresponding induced currents have their maximum in the center of the resonator and decrease steadily towards the outside, in the central area there is a high energy density. In this embodiment of the invention, the dielectric insert is designed as a tube with the nominal size of the exhaust pipe and runs in alignment with the exhaust pipe from the inlet towards the outlet of the resonator. In this embodiment, the insert guides the exhaust gas flow homogeneously through the resonator and thereby prevents the exhaust gases from coming into contact with the metallic walls of the resonator, as a result of which undesirable heating of the resonator, which leads to a change in the resonance frequency, is counteracted. For this purpose, the application is chosen so that on the one hand it influences the electromagnetic field as little as possible, that is, it should consist of a material with a low dielectric constant and a low loss factor, which moreover provides the best possible thermal insulation. For this reason, glass or a loss-free ceramic material are particularly suitable.

Alternativ kann der Resonator als H011- oder als E020-Resonator ausgelegt und betrieben werden, wobei selbstverständlich eine Auslegung und ein Betrieb auch noch in anderen geeigneten Schwingungsmoden möglich ist.As an alternative, the resonator can be designed and operated as an H 011 or E 020 resonator, it also being possible, of course, to design and operate in other suitable vibration modes.

Wird der Resonator als H011- oder als E020-Resonator ausgelegt und betrieben, so fällt der Bereich hoher Energiedichte mit einer Ringzone um die Rotationsachse des Resonators zusammen. Bevorzugt wird dann ein Keramikkörper in Form eines hohlen oder massiven Zylinders zentral und axial in den Resonator eingesetzt, der die Abgasströmung in den äusseren Bereich des Resonators leitet. Besonders bevorzugt ist in dieser Ausführungsform ein zweiter rohrförmiger Keramikkörper konzentrisch zum ersten Keramikkörper eingesetzt, der die äussere Berandung für die Ringzone bildet und dabei noch beabstandet von der Aussenwand des Resonators verläuft, so dass die Abgase nicht in Kontakt mit der Resonatorwand gelangen. Der innere Keramikkörper verjüngt sich an seinen Enden bevorzugt kegelförmig und ragt mit den Endkegeln in leicht kegelförmige Anschlussabschnitte der Abgasleitung hinein, die ebenfalls wieder, z.B. im Bereich der Nennweite, die wabenförmigen Metallgitter enthält.If the resonator is designed and operated as an H 011 or E 020 resonator, the area of high energy density coincides with a ring zone around the axis of rotation of the resonator. A ceramic body in the form of a hollow or solid cylinder is then preferably inserted centrally and axially into the resonator, which guides the exhaust gas flow into the outer region of the resonator. In this embodiment, a second tubular ceramic body is particularly preferably used concentrically to the first ceramic body, which forms the outer border for the ring zone and is still spaced from the outside wall of the resonator runs so that the exhaust gases do not come into contact with the resonator wall. The inner ceramic body tapers at its ends preferably in a conical shape and projects with the end cones into slightly conical connecting sections of the exhaust pipe, which also contains the honeycomb-shaped metal grille again, for example in the nominal diameter range.

Verallgemeinert eignen sich grundsätzlich alle E Oln-Resonatoren oder H01m-Resonatoren, n = 0, 1, 2, 3... bzw. m = 1, 2, 3..., die entsprechend betrieben werden. Der Index n bzw. m ist dabei ein Maß für die relative axiale Länge L des Resonators, gemessen in ganzen Vielfachen der halben ResonanzWellenlänge λ0/3. Grössere Baulängen, d.h. Schwingungsmoden/Resonatoren mit höherem Index n oder m können insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn zur ausreichenden Verbrennung die Verweildauer der Rußpartikel vergrössert werden muss.In general, all E Oln resonators or H 01m resonators, n = 0, 1, 2, 3 ... or m = 1, 2, 3 ..., which are operated accordingly, are generally suitable. The index n or m is a measure of the relative axial length L of the resonator, measured in whole multiples of half the resonance wavelength λ0 / 3. Longer structural lengths, ie vibration modes / resonators with a higher index n or m can be advantageous in particular if the residence time of the soot particles has to be increased for sufficient combustion.

Sollte es sich - z.B. wegen einer sehr hohen AbgasGeschwindigkeit oder einer zu geringen Leistungsabgabe der Mikrowellen-Quelle - als notwendig erweisen, die Verweildauer in der Verbrennungszone zu erhöhen, so lassen sich auch bevorzugt mehrere Resonatoren in Serie in die Abgasleitung einfügen. Benachbarte Resonatoren können dann aneinander angrenzend angeordnet sein und zwischen sich eine gemeinsame Stirnwand mit einer Abgasöffnung besitzen, welche je ein Metallgitter trägt. Diese Anordnung kommt mit nur einer Ankopplung der Mikrowellen-Quelle aus, die bevorzugt über Hohlleiter und ein Koppelloch erfolgt, wenn in die gemeinsamen Stirnwände der Resonatoren Koppelorgane, z.B. Koppellöcher oder Koppelschleifen, eingearbeitet sind.Should it prove necessary to increase the length of time in the combustion zone - e.g. due to a very high exhaust gas speed or too little power output from the microwave source - several resonators can also be inserted in series in the exhaust line. Adjacent resonators can then be arranged adjacent to one another and have between them a common end wall with an exhaust gas opening, each of which carries a metal grille. This arrangement requires only one coupling of the microwave source, which is preferably carried out via a waveguide and a coupling hole when in the common forehead walls of the resonators coupling elements, for example coupling holes or coupling loops, are incorporated.

Erweist es sich dagegen als notwendig, den durch die Metallgitter und den Resonator verursachten geringen Strömungswiderstand noch weiter zu verringern, um damit eine bessere Motorleistung zu erzielen, so lassen sich erfindungsgemäss auch mehrere Resonatoren parallel zueinander in die Abgasleitung einsetzen.On the other hand, if it proves necessary to further reduce the low flow resistance caused by the metal grille and the resonator in order to achieve better engine performance, then according to the invention several resonators can also be used in parallel in the exhaust pipe.

Damit der Resonator und/oder die Mikrowellen-Quelle nach Möglichkeit während des Betriebes in der Frequenz nicht verstimmt werden müssen, wird der Resonator sowie die Mikrowellen-Quelle bevorzugt von der Abgasleitung thermisch möglichst wirksam entkoppelt. Zusätzlich kann es notwendig sein, den bzw. die Resonatoren mittels eines Kühlsystems zu kühlen. Besonders vorteilhaft eignet sich das Kühlwassersystem der Brennkraftmaschine zur Kühlung des oder der Hohlraumresonatoren. Zu diesem Zweck lässt sich der Hohlraumresonator mit einem Kühlmantel versehen und zwischen Resonatorwand und Kühlmantel ständig mit Kühlflüssigkeit beaufschlagen. Ausserdem wird zweckmässigerweise der Resonator aus einem Metall mit geringem Wärmedehnungswert hergestellt.So that the resonator and / or the microwave source do not have to be detuned in frequency if possible during operation, the resonator and the microwave source are preferably thermally decoupled from the exhaust gas line as effectively as possible. In addition, it may be necessary to cool the resonator (s) by means of a cooling system. The cooling water system of the internal combustion engine is particularly advantageously suitable for cooling the cavity resonator (s). For this purpose, the cavity resonator can be provided with a cooling jacket and constantly charged with cooling liquid between the resonator wall and the cooling jacket. In addition, the resonator is expediently made of a metal with a low thermal expansion value.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden die Abgase einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, ständig oder während vorbestimmter Betriebsintervalle durch ein elektromagnetisches Mikrowellenfeld hoher Energiedichte hindurchgeleitet, wodurch die in den Abgasen enthaltenen brennbaren Bestandteile wirksam verbrannt werden, ohne dass der Strömungswiderstand für die Abgase erhöht wird.In the method according to the invention, the exhaust gases from an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, are passed continuously or during predetermined operating intervals through an electromagnetic microwave field of high energy density, as a result of which the combustible components contained in the exhaust gases are effectively burned, without increasing the flow resistance for the exhaust gases.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are characterized by the features of the subclaims.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele.der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.

Es zeigen:

  • Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung;
  • Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung der Fig. 1 längs der Linie II-II;
  • Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung;
  • Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie A-B der Fiq. 3;
  • Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung; und
  • Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung.
Show it:
  • 1 shows a longitudinal section through an inventive device.
  • FIG. 2 shows a cross section through the device of FIG. 1 along the line II-II;
  • 3 shows a longitudinal section through a second embodiment of the device;
  • Fig. 4 shows a cross section along the line AB of the Fiq. 3;
  • 5 shows a longitudinal section through a third embodiment of the device; and
  • Fig. 6 shows a longitudinal section through a fourth embodiment of the device.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der Vorrichtung im Längs- und Querschnitt. In eine Abgasleitung 15 einer nicht dargestellten Diesel-Brennkraftmaschine ist ein Mikrowellen-Hohlraumresonator 1 als Zwischenstück eingefügt. Der Hohlraumresonator 1 besitzt eine erste Stirnwand 2, in vorgegebenen axialem Abstand hier eine zweite Stirnwand 3 und eine kreiszylindrische Umfangswand 4, welche den Aussenumfang der Stirnwände 2 und 3 miteinander verbindet. Die Stirnwände 2 und 3 besitzen konzentrisch zur Rotationsachse einen Abgaseinlass 6 bzw. einen Abgasauslass 8 mit etwa der Nennweite der Abgasleitung 15. Die Abgasleitung 15 geht am Einlass 6 und am Auslass 8 entweder einstückig oder über eine Flanschverbindung in die Stirnwände 2, 3 oder einen entsprechenden Einlass- oder Auslaßstutzen über. Der Resonator besteht aus einem Metall mit geringem Wärmedehnungswert, z.B. aus Edelstahl und kann ggfs. an seiner inneren Oberfläche mit einer elektrisch hochleitenden Schicht beschichtet sein.1 and 2 show a first embodiment of the device in longitudinal and cross section. In an exhaust pipe 15 of a diesel, not shown Internal combustion engine, a microwave cavity resonator 1 is inserted as an intermediate piece. The cavity resonator 1 has a first end wall 2, at a predetermined axial distance here a second end wall 3 and a circular cylindrical peripheral wall 4, which connects the outer circumference of the end walls 2 and 3 to one another. The end walls 2 and 3 have concentrically to the axis of rotation an exhaust gas inlet 6 or an exhaust gas outlet 8 with approximately the nominal size of the exhaust pipe 15. The exhaust pipe 15 goes at the inlet 6 and the outlet 8 either in one piece or via a flange connection in the end walls 2, 3 or one corresponding inlet or outlet connection. The resonator consists of a metal with a low thermal expansion value, for example stainless steel, and may be coated on its inner surface with an electrically highly conductive layer.

Uber einen Hohlleiter 12, der an der Umfangswand 4 des Reonsators 1 endet und ein in den Innenraum des Hohlraumresonators mündendes Koppelloch 10 enthält, wird von einer Mikrowellen-Quelle 18 geeigneter Bauart Mikrowellen-Energie in den Resonator 1 mit einer solchen Frequenz eingespeist, dass sich im Resonator das elektromagnetische Feld mit einer gewünschten Schwindungsmode, z.B. einer E010-Resonanz ausbildet, die mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse ein abnehmendes elektrisches Feld und eine abnehmende elektrische Energiedichte besitzt.Via a waveguide 12 which ends on the peripheral wall 4 of the reonator 1 and contains a coupling hole 10 opening into the interior of the cavity resonator, microwave energy 18 of a suitable type is fed into the resonator 1 at a frequency such that a frequency forms the electromagnetic field in the resonator with a desired shrinkage mode, for example an E 010 resonance, which has a decreasing electrical field and a decreasing electrical energy density with increasing distance from the axis of rotation.

Der Abgaseinlass 6 und der Abgasauslass 8 ist mit je einem wabenförmigen Metallgitter 14 versehen, welches aus dünnem Metallblech gebildet ist und eine vorgegebene Mindestlänge in die Abgasleitung 15 hineinragt, um für das elektromagnetische Feld eine ausreichende metallische Begrenzung des Resonatorvolumens zu erzeugen und gleichwohl die Abgase ohne grösseren Strömungswiderstand durch den Resonator hindurchleiten zu können.The exhaust gas inlet 6 and the exhaust gas outlet 8 are each provided with a honeycomb-shaped metal grille 14, which is formed from thin metal sheet and has a predetermined minimum length in the exhaust gas line 15 protrudes in order to generate a sufficient metallic limitation of the resonator volume for the electromagnetic field and nevertheless to be able to pass the exhaust gases through the resonator without greater flow resistance.

Im Resonator 1 ist ein rohrförmiger dielektrischer Einsatz 5 - von Stirnwand zu Stirnwand -.angebracht, dessen Nennweite gleich derjenigen der Abgasleitung 15 ist. Der Einsatz 5 ist zentrisch und axial zwischen dem Abgaseinlass 6 und dem -auslass 8 mit der Abgasleitung 15 fluchtend angeordnet und leitet die Abgase ohne Querschnittsänderung durch den Resonatorbereich hoher Energiedichte hindurch. Da die Nennweite bzw. der Durchmesser des Resonators 1 wesentlich grösser als die Nennweite der Abgasleitung 15 ist und durch die Resonanzfrequenz bestimmt wird, mit welcher die Vorrichtung - nach den Postvorschriften - betrieben werden darf, wird der Abgasstrom durch den Einsatz 5 in grösserem Abstand von der Resonatorwandung geführt, die dadurch relativ kalt bleibt und keine bzw. nur eine geringe Wärmeausdehnung erfährt.In the resonator 1, a tubular dielectric insert 5 is attached — from end wall to end wall — the nominal width of which is equal to that of the exhaust pipe 15. The insert 5 is arranged centrally and axially between the exhaust gas inlet 6 and the outlet 8 in alignment with the exhaust gas line 15 and conducts the exhaust gases through the resonator region of high energy density without changing the cross section. Since the nominal width or the diameter of the resonator 1 is substantially larger than the nominal width of the exhaust pipe 15 and is determined by the resonance frequency with which the device - according to the postal regulations - may be operated, the exhaust gas flow through the insert 5 is at a greater distance from of the resonator wall, which thereby remains relatively cold and experiences little or no thermal expansion.

Fig. 3 und 4 zeigen einen der Fig. 1 entsprechenden Aufbau, bei dem in die Abgasleitung 15 ein H010-Resonator mit beabstandeten Stirnwänden 2, 3 und der dazwischen liegenden Umfangswand 4 sowie dem Abgaseinlass 6 und -auslass 8 eingefügt ist, der durch einen Hohlleiter 12 und das Koppelloch 10 Mikrowellenenergie zur Anregung der H010-Schwingung erhält. Bei dieser Schwingungsmode besitzt der Bereich hoher Energiedichte die Form einer Ringzone. Um daher die Abgase beim Durchtritt durch den Resonator 1 in dieser Ringzone zu führen, ist ein zylinderförmiger dielektrischer Einsatz 5, der an seinen Enden sich kegelförmig verjüngt, axial und zentral in dem Resonator 1 eingesetzt, wobei die Endkegel des Einsatzes 5 durch den Einlass 6 und den Auslass 8 hin-. durch in die Abgasleitung 15 hineinragen, die entsprechend kegelförmige Abschnitte 17 besitzt.3 and 4 show a structure corresponding to FIG. 1, in which an H 010 resonator with spaced end walls 2, 3 and the intermediate peripheral wall 4 as well as the exhaust gas inlet 6 and outlet 8 is inserted into the exhaust line 15, through which a waveguide 12 and the coupling hole 10 receives microwave energy to excite the H 010 vibration. In this mode of vibration, the area of high energy density is in the form of a ring zone. Therefore, the exhaust gases as they pass through the resonator 1 To lead in this ring zone, a cylindrical dielectric insert 5, which tapers conically at its ends, is inserted axially and centrally in the resonator 1, the end cones of the insert 5 passing through the inlet 6 and the outlet 8. by protruding into the exhaust pipe 15, which has corresponding conical sections 17.

Das wabenförmige Metallgitter 14 ist in der darge- stellten Ausführungsform konzentrisch um die Endkegel des Einsatzes 5 im Bereich des Einlasses 6 und des Auslasses 8 angebracht. Um die Ringzone auch nach aussen hin abzugrenzen, ist ein zweiter dielektrischer Einsatz 7 in Form eines Rohres konzentrisch zum ersten Einsatz 5 in dem Resonator eingesetzt, der die Ringzone nach aussen hin begrenzt und gleichzeitig die Resonatorwandung vor einer zu grossen Erhitzung schützt.In the embodiment shown , the honeycomb-shaped metal grid 14 is mounted concentrically around the end cone of the insert 5 in the area of the inlet 6 and the outlet 8. In order to also delimit the ring zone from the outside, a second dielectric insert 7 in the form of a tube is inserted concentrically with the first insert 5 in the resonator, which limits the ring zone to the outside and at the same time protects the resonator wall against excessive heating.

In Fig. 5 sind mehrere E010-Resonatoren, die alle entsprechend der Fig. 1 aufgebaut sind, in Serie in eine Abgasleitung 15 eingefügt. Benachbarte Resonatoren 1 sind aneinander angrenzend angeordnet und besitzen eine gemeinsame Stirnwand 3, die, wie die äusseren Stirnwände 2, 3 eine zentrale Abgasöffnung 9 enthalten, welche die Nennweite der Abgasleitung 15 besitzt und je ein wabenförmiges Metallgitter 14 zur elektromagnetischen Abgrenzung des REsonator-Innenraumes trägt. Zwischen dem Einlass 6 des ersten Resonators 1, den Abgasöffnungen 9 und dem Auslass 8 des letzten Resonators 1 sind rohrförmige dielektrische Einsätze 5 mit der Nennweite der Abgasleitung 15 eingesetzt, die den Abgasstrom zentral führen. Einer der Resonatoren 1 ist über eine Hohlleitung 12 mit der Mikrowellen-Quelle 18 verbunden. Die gemeinsamen Stirnwände 3 besitzen ebenfalls je ein Koppelorgan 20, z.B. eine Koppelschleife oder eine Koppelöffnung, um auch die nachfolgenden Resonatoren mit Mikrowellen-energie zu speisen.In FIG. 5, a plurality of E 010 resonators, which are all constructed in accordance with FIG. 1, are inserted in series into an exhaust gas line 15. Adjacent resonators 1 are arranged adjacent to one another and have a common end wall 3 which, like the outer end walls 2, 3, contains a central exhaust opening 9, which has the nominal width of the exhaust line 15 and each carries a honeycomb-shaped metal grille 14 for electromagnetic delimitation of the interior of the resonator . Between the inlet 6 of the first resonator 1, the exhaust gas openings 9 and the outlet 8 of the last resonator 1, tubular dielectric inserts 5 with the nominal width of the exhaust gas line 15 are inserted, which guide the exhaust gas flow centrally. One of the resonators 1 is connected to the microwave source 18 via a hollow line 12. The common end walls 3 also each have a coupling element 20, for example a coupling loop or a coupling opening, in order to also feed the subsequent resonators with microwave energy.

Gemäss Fig. 6 ist ein E010-Resonator entsprechend der Fig. 1 und ein H011-Resonator entsprechend der Fig. 3 in Serie in die Abgasleitung 15 eingefügt. Beide Resonatoren sind über je eine separate Hohlleitung 12 von der Mikrowellen-Quelle 18 gespeist.According to FIG. 6, an E 010 resonator corresponding to FIG. 1 and a H 011 resonator corresponding to FIG. 3 are inserted in series in the exhaust line 15. Both resonators are fed via a separate hollow line 12 from the microwave source 18.

Der einzelne bzw. die mehreren in Serie oder parallel geschalteten Resonatoren lassen sich zur Erzielung einer möglichst hohen Frequenzkonstanz thermisch von der Abgasleitung entkoppeln (nicht dargestellt). Ebenfalls lässt sich der einzelne Resonator 1 von der Mikrowellen-Quelle 18 thermisch entkoppeln (nicht dargestellt). Ausserdem lassen sich die Resonatoren mittels Kühlsystemen kühlen, die z.B. in die Kühlsysteme der Brennkraftmaschinen integriert sein können.The individual or the several resonators connected in series or in parallel can be thermally decoupled from the exhaust pipe in order to achieve the highest possible frequency constancy (not shown). The individual resonator 1 can also be thermally decoupled from the microwave source 18 (not shown). In addition, the resonators can be cooled by means of cooling systems which e.g. can be integrated into the cooling systems of the internal combustion engines.

Claims (18)

1. Vorrichtung zum Beseitigen von Ruß o.dgl. aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, - mit einer Mikrowellen-Quelle (18), - die an ein Zwischenstück der Abgasleitung (15) angekoppelt ist und dort ein elektromagnetisches Feld erregt,
dadurch gekennzeichnet, - dass das Zwischenstück als Hohlraumresonator (1) ausgebildet ist und an seinem Abgaseinlass (6) und Abgasauslass (8) je ein Metallgitter (14) enthält, - und dass im Hohlraumresonator (1) ein Einsatz (5) aus dielektrischem Material die Abgasströmung in dem Bereich grosser Energiedichte des elektromagnetischen Feldes konzentriert. 1. Device for removing soot or the like. from the exhaust gases of an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, - With a microwave source (18), - which is coupled to an intermediate piece of the exhaust pipe (15) and excites an electromagnetic field there,
characterized, - That the intermediate piece is designed as a cavity resonator (1) and contains a metal grille (14) at its exhaust gas inlet (6) and exhaust gas outlet (8), - And that in the cavity (1) an insert (5) made of dielectric material concentrates the exhaust gas flow in the area of high energy density of the electromagnetic field. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Metallgitter (14) als Wabengitter mit vorgegebener axialer Mindestlänge ausgebildet sind. 2. Device according to claim 1, characterized in - That the metal grid (14) are designed as a honeycomb grid with a predetermined axial minimum length. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - dass die Metallgitter (14) sich vom Abgaseinlass (6) und -auslass (8) eine vorgegebene axiale Mindestlänge in die Abgasleitung (15) hineinerstrecken. 3. Device according to claim 2, characterized in that - That the metal grille (14) extend from the exhaust gas inlet (6) and outlet (8) a predetermined axial minimum length into the exhaust pipe (15). 4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Abgaseinlass (6) und Abgasauslass (8) an gegenüberliegenden Stirnwänden (2, 3) angeordnet sind und im wesentlichen dieselbe Nennweite wie die Abgasleitung (15) besitzen, und - dass die Umfangswand (4) zwischen den Stirnwänden (2, 3) einen Kreisquerschnitt mit grösserer Nennweite als die Abgasleitung (15) besitzt. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in - That the exhaust gas inlet (6) and exhaust gas outlet (8) are arranged on opposite end walls (2, 3) and have substantially the same nominal size as the exhaust pipe (15), and - That the peripheral wall (4) between the end walls (2, 3) has a circular cross section with a larger nominal width than the exhaust pipe (15). 5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Resonator (1) als E01n-Resonator ausgebildet und angeregt ist, wobei n = 0, 1, 2..., - und dass der Einsatz (5) als Rohr mit der Nennweite der Abgasleitung (15) ausgebildet ist und axial mit der Abgasleitung fluchtend vom Einlass (6) zum Auslass (8) verläuft. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in - That the resonator (1) is designed and excited as an E 01n resonator, where n = 0, 1, 2 ..., - And that the insert (5) is designed as a pipe with the nominal size of the exhaust pipe (15) and axially aligned with the exhaust pipe from the inlet (6) to the outlet (8). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, - dass der Resonator (1) als H01m-Resonator ausgebildet und angeregt ist, wobei m = 1, 2, 3..., - und dass der Einsatz (5) ein endseitig geschlossener Zylinder ist, - der zur Erzeugung eines Strömungskanals mit Ringquerschnitt zentral und axial in den Resonator (1) eingesetzt ist. 6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in - That the resonator (1) is designed and excited as a H 01m resonator, where m = 1, 2, 3 ..., - and that the insert (5) is a cylinder closed at the end, - Which is used centrally and axially in the resonator (1) for generating a flow channel with a ring cross section. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, - dass sich der Einsatz (5) an seinen Enden kegelförmig verjüngt. 7. The device according to claim 6, characterized in - That the insert (5) tapers conically at its ends. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, - dass ein zweiter dielektrischer Einsatz (7) als Rohr mit einer gegenüber dem Durchmesser des ersten Einsatzes (5) und der Abgasleitung (15) vergrösserten Nennweite konzentrisch zum ersten Einsatz (5) im Resonator (1) angeordnet ist - und die Aussenwand für den Abgasströmungskanal bildet. 8. The device according to claim 6 or 7, characterized in that - That a second dielectric insert (7) as a tube with an enlarged compared to the diameter of the first insert (5) and the exhaust pipe (15) is arranged concentrically to the first insert (5) in the resonator (1) - and forms the outer wall of the Ab g asströmun g skanal. 9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass mehrere Resonatoren (1) mit je mindestens einem dielektrischen Einsatz (5) in Serie in die Abgasleitung (15) eingefügt sind. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that - That several resonators (1), each with at least one dielectric insert (5) are inserted in series in the exhaust line (15). 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, - dass benachbarte Resonatoren (1) aneinander angrenzend angeordnet sind und - je eine gemeinsame Stirnwand (3) mit einer das Metallgitter (14) tragenden Abgasöffnung (9) besitzen. 10. The device according to claim 9, characterized in - That adjacent resonators (1) are arranged adjacent to each other and - Each have a common end wall (3) with a metal grille (14) carrying the exhaust opening (9). 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, - dass die mehreren Resonatoren (1) zur Mikrowellenankopplung eine Speisekopplung (10, 12) und - in den gemeinsamen Stirnwänden (3) je ein Koppelorgan (20) besitzen. 11. The device according to claim 10, characterized in that - That the several resonators (1) for microwave coupling a feed coupling (10, 12) and - Each have a coupling member (20) in the common end walls (3). 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, - dass mehrere Resonatoren (1) parallel zueinander in die Abgasleitung (15) eingefügt sind. 12. The device according to one of claims 1 to 7, characterized in that - That several resonators (1) are inserted in parallel in the exhaust pipe (15). 13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der/die Resonatoren (1) thermisch von der Abgasleitung (15) entkoppelt sind. 13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that - That the / the resonators (1) are thermally decoupled from the exhaust pipe (15). 14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die zur Mikrowellen-Quelle (18) führende Ankoppelleitung (12) thermisch von der Mikrowellen-Quelle entkoppelt ist. 14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that - That the coupling line (12) leading to the microwave source (18) is thermally decoupled from the microwave source. 15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der/die Resonatoren (1) von einem Kühlsystem kühlbar sind. 15. Device according to one of the preceding claims, characterized in - That the / the resonators (1) can be cooled by a cooling system. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, - dass das Kühlsystem mit dem Kühlwassersystem der Brennkraftmaschine in Verbindung steht. 16. The apparatus according to claim 15, characterized in - That the cooling system is connected to the cooling water system of the internal combustion engine. 17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Resonator (1) aus einem metallischen Werkstoff mit geringem Wärmedehungswert gebildet ist. 17. Device according to one of the preceding claims, characterized in that - That the resonator (1) is formed from a metallic material with a low thermal expansion value. 18. Verfahren zum Beseitigen von Ruß o.dgl. aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine,
dadurch gekennzeichnet, - dass die Abgase durch ein elektromagnetisches Mikrowellenfeld hoher Energiedichte hindurchgeleitet werden, welches die Rußpartikel verbrennt. 18. A method for removing soot or the like. from the exhaust gases of an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine,
characterized, - That the exhaust gases are passed through an electromagnetic microwave field of high energy density, which burns the soot particles.
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