(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、粒子状物質をより凝集させることができる技術を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられる正電極及び負電極３と、正電極および負電極３よりも下流側の分岐部Ａにおいて分岐し更に下流側の合流部Ｂにおいて合流する少なくとも２つの通路であって、分岐部Ａから上流側の排気通路２の通路面積よりも分岐部Ａから合流部Ｂまでの通路の通路面積の合計値のほうが小さく、正電極付近を通過した排気が流れる位置と負電極付近を通過した排気が流れる位置とで異なる通路が開口する分岐通路２１，２２と、を備える。【選択図】図１
2010059822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられる電位が正の正電極と、
前記内燃機関の排気通路で前記正電極と排気の流れ方向で少なくとも一部が重ならない位置に設けられる電位が負の負電極と、
前記正電極および負電極よりも下流側の分岐部において分岐し更に下流側の合流部にお
いて合流する少なくとも２つの通路であって、前記分岐部から上流側の排気通路の通路面積よりも前記分岐部から前記合流部までの通路の通路面積の合計値のほうが小さく、前記正電極付近を通過した排気が流れる位置と前記負電極付近を通過した排気が流れる位置とで異なる通路が開口する分岐通路と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記合流部またはその下流側の排気通路において、前記分岐部より上流側の排気通路の通路面積よりも通路面積が小さくなる絞り部を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記正電極及び負電極に印加する電圧を排気の流量に応じて調節する調節手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記分岐通路よりも上流側の排気通路と前記絞り部よりも下流側の排気通路とを接続する迂回通路と、
前記迂回通路を流通する排気の量を通路面積を変更することで調節する調節弁と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記調節弁を操作する操作手段と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気中に含まれる粒子状物質を２種類の電極により発せされるコロナ放電により帯電させ、その後に凝集した粒子状物質を捕集する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ここで、粒子状物質の凝集を更に促進させることができれば、捕集が更に容易になると共に、大気中に放出される小径の粒子状物質の数も減少させることができる。
【特許文献１】特開２００６−３７８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、粒子状物質をより凝集させることができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられる電位が正の正電極と、
前記内燃機関の排気通路で前記正電極と排気の流れ方向で少なくとも一部が重ならない位置に設けられる電位が負の負電極と、
前記正電極および負電極よりも下流側の分岐部において分岐し更に下流側の合流部にお
いて合流する少なくとも２つの通路であって、前記分岐部から上流側の排気通路の通路面積よりも前記分岐部から前記合流部までの通路の通路面積の合計値のほうが小さく、前記正電極付近を通過した排気が流れる位置と前記負電極付近を通過した排気が流れる位置とで異なる通路が開口する分岐通路と、
を備えることを特徴とする。
【０００５】
正に帯電した粒子状物質は負電極に引き寄せられ、負に帯電した粒子状物質は正電極に引き寄せられる。このため、負電極のすぐ下流の排気中には正に帯電した粒子状物質が多く含まれ、正電極のすぐ下流の排気中には負に帯電した粒子状物質が多く含まれる。つまり、排気通路内の排気の流れ方向で正電極と負電極との少なくとも一部が重ならないように両電極を設置すれば、排気の流れの中に正に帯電した粒子状物質が主に含まれる部分と、負に帯電した粒子状物質が主に含まれる部分とが存在することになる。
【０００６】
そして、正に帯電した粒子状物質が主に含まれる排気と負に帯電した粒子状物質が主に含まれる排気とを分けるように排気通路を分岐させれば、分岐通路内の一方では主に正に帯電した粒子状物質を含む排気が流れ、他方では主に負に帯電した粒子状物質を含む排気が流れる。
【０００７】
ここで、分岐通路の通路面積を合計した値が、分岐部上流の通路面積よりも小さければ、該分岐通路内を流れる排気の流速は分岐部上流よりも高くなる。そのため合流部では、２つの分岐通路を流れてきた排気が激しくぶつかり合う。このときに、正に帯電した粒子状物質と負に帯電した粒子状物質とが衝突し、クーロン力により凝集する。つまり、粒子状物質の粒子数が減少する。これにより、粒子状物質を捕集し易くなったり、大気中に放
出される粒子状物質を減少させたりすることができる。
【０００８】
本発明においては、前記合流部またはその下流側の排気通路において、前記分岐部より上流側の排気通路の通路面積よりも通路面積が小さくなる絞り部を備えることができる。
【０００９】
この絞り部により排気の流速が高まるため、正に帯電した粒子状物質と負に帯電した粒子状物質とがより衝突し易くなり、粒子状物質の凝集が促進される。
【００１０】
本発明においては、前記正電極及び負電極に印加する電圧を排気の流量に応じて調節する調節手段を備えることができる。
【００１１】
ここで、電気移動度は流体の密度に反比例するため、排気の流量に応じて印加電圧を変更すれば、正に帯電した粒子状物質と負に帯電した粒子状物質とを効率的に分けることができる。つまり、電力消費量を低減できる。
【００１２】
本発明においては、前記分岐通路よりも上流側の排気通路と前記絞り部よりも下流側の排気通路とを接続する迂回通路と、
前記迂回通路を流通する排気の量を通路面積を変更することで調節する調節弁と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記調節弁を操作する操作手段と、
を備えることができる。
【００１３】
ここで、分岐通路の通路面積を合計した値は、分岐部上流の通路面積よりも小さいため、排気の流量が増加すると分岐通路における抵抗が大きくなり、内燃機関の性能低下を招く虞がある。一方、分岐通路へ排気を流すと内燃機関の性能低下が許容範囲を超える場合に、この許容範囲を超えた分の排気を迂回通路へ流すようにすれば、排気の抵抗を小さくすることができるため、内燃機関の性能低下を抑制できる。また、このときに分岐通路にも排気を流すことにより、粒子状物質の凝集を最大限促進させることができる。なお、内燃機関の運転状態は、排気の流量に影響を与えるものに基づいて判断すれば良く、例えば機関回転数及び機関負荷に応じて調節弁を操作しても良い。また、排気の流量が閾値以上であれば迂回通路へ排気を全量流すようにしても良いし、排気の流量が多くなるほど迂回通路へ流す排気の量を多くしても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、粒子状物質をより凝集させることができる。これにより、大気中へ放出される小径の粒子状物質の数を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を表す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。
【００１７】
内燃機関１には、該内燃機関１から排出されるガスが流通する排気通路２が接続されている。排気通路２の途中には、粒子状物質を帯電極性に応じて分ける分離装置３が設けられている。分離装置３のすぐ下流側で隣接する分岐部Ａでは、排気通路２が第１分岐通路２１と第２分岐通路２２とに分岐している。この第１分岐通路２１と第２分岐通路２２とは、下流の合流部Ｂにおいて合流している。なお、これよりも多くの分岐通路を備えてい
ても良い。そして、合流部Ｂよりも下流側には、排気通路２の通路面積を一部で狭くする絞り部４が設けられている。
【００１８】
なお、排気通路２、第１分岐通路２１、第２分岐通路２２、絞り部４は全て、通路の断面形状が円形である。絞り部４の中心軸は排気通路２の中心軸と重なっている。つまり、絞り部４の直径はその前後の排気通路２の直径よりも小さい。そして、第１分岐通路２１及び第２分岐通路２２の通路面積を合わせた値は、分岐部Ａよりも上流側の排気通路２の通路面積よりも小さい。これよりも多くの分岐通路を備えている場合には、全ての分岐通路の通路面積をあわせた値が、分岐部Ａよりも上流側の排気通路２の通路面積よりも小さくなるようにする。
【００１９】
図２は、分離装置３の概略構成図である。分離装置３には、正の電源４１が接続されている正電極３１、負の電源４２が接続されている負電極３２、アース４３に接続されているアース電極３３が夫々設けられている。正電極４１と負電極４２とは、排気通路２の壁面付近であって互いに対向する位置に設置される。つまり、排気通路２の同一直径線上に正電極４１と負電極４２とが設置されている。また、アース電極３３は、正電極４１と負電極４２との中間に設置される。つまり、アース電極３３は、排気通路２の中心軸線を含むように設置されている。
【００２０】
そして、夫々の電極は、排気の流れ方向と平行に設けられており、排気の流れ方向に投影しても重なることはない。アース４３の電位は０である。正の電源４１はアース４３に対して正となる電圧を印加しているため、正電極３１の電位は正の値となる。また、負の電源４２はアース４３に対して負となる電圧を印加しているため、負電極３２の電位は負の値となる。なお、本実施例では、正電極３１と負電極３２とが対向しているが、排気の流れ方向でずれていても構わない。排気の流れ方向に投影しても正電極３１と負電極３２との少なくとも一部が重ならなければ良い。この場合、正電極３１と負電極３２とに対応したアース電極を夫々設ける。
【００２１】
そして、正電極３１のすぐ下流に第１分岐通路２１が開口し、負電極３２のすぐ下流に第２分岐通路２２が開口するように、分離装置３および両電極を設置する。つまり、正電極３１付近を通過する排気は第１分岐通路２１に流入し、負電極３２付近を通過する排気は第２分岐通路２２に流入する。
【００２２】
なお、分離装置３よりも上流側に、ＰＭを捕集するフィルタを備えていても良い。また、合流部Ｂよりも下流側にフィルタを備えていても良い。
【００２３】
そして、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００２４】
ここで、上記センサの他、アクセル開度センサ１１およびクランクポジションセンサ１２がＥＣＵ１０と電気的に接続されている。ＥＣＵ１０はアクセル開度センサ１１からアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、ＥＣＵ１０はクランクポジションセンサ１２から内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度を算出する。
【００２５】
一方、ＥＣＵ１０には、正の電源４１及び負の電源４２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。
【００２６】
そして、ＥＣＵ１０が正の電源４１から正電圧を印加し、負の電源４２から負電圧を印加することにより、排気中のＰＭがその極性と異なる極性の電極側へ引き寄せられる。すなわち、正に帯電したＰＭは負電極３２に引き寄せられ、負に帯電したＰＭは正電極３１に引き寄せられる。そのため、分離装置３内において、正電極３１側を流れる排気中では負に帯電したＰＭの割合が高くなり、負電極３２側を流れる排気中では正に帯電したＰＭの割合が高くなる。これにより、負電極３２のすぐ下流の排気中には正に帯電したＰＭが多く含まれ、正電極３１のすぐ下流の排気中には負に帯電したＰＭが多く含まれる。つまり、排気通路２内の排気の流れ方向で正電極３１と負電極３２との少なくとも一部が重ならないように両電極を設置すれば、排気の流れの中に正に帯電したＰＭが主に含まれる部分と、負に帯電したＰＭが主に含まれる部分とが存在することになる。
【００２７】
分離装置３を通過した排気は、第１分岐通路２１および第２分岐通路２２に流入する。両電極のすぐ下流で排気通路２が分岐しているため、第１分岐通路２１には主に負に帯電したＰＭが流れ、第２分岐通路２２には主に正に帯電したＰＭが流れる。
【００２８】
そして、第１分岐通路２１及び第２分岐通路２２の通路面積を合わせた値は、分岐部Ａよりも上流側の排気通路２の通路面積よりも小さい。そのため、分岐部Ａを境に排気の流速が高まる。このようにして流速の高まった排気が、第１分岐通路２１及び第２分岐通路２２を流通し、合流部Ｂにおいて合流する。このときには、排気の流速が高いためにＰＭに勢いが付いているので、正に帯電したＰＭと、負に帯電したＰＭとが接近し易くなり、また衝突し易くもなる。そして、正に帯電したＰＭと、負に帯電したＰＭとがクーロン力により凝集する。
【００２９】
また、本実施例では絞り部４が設けられているため、排気の流速をさらに高めると共に、正に帯電したＰＭと負に帯電したＰＭとが、さらに接近し易くなるため、凝集を促進させることができる。なお、本実施例では絞り部４を設けているが、この絞り部４がなくてもＰＭの凝集を促進させることはできる。
【００３０】
このようにしてＰＭの凝集を促進させることができるため、大気中へ放出されるＰＭ数を減少させることができる。また、フィルタで容易に捕集することができる。
【００３１】
なお、本実施例では、内燃機関１の運転状態に応じて、正電極３１及び負電極３２に印加する電圧を変更しても良い。
【００３２】
図３は、排気の流量と印加電圧との関係を示した図である。印加電圧は、負電極３２の場合には負の値の大きさを示している。ここで、電気移動度は流体の密度に反比例するため、排気の流量に応じて印加電圧を変更すれば、正に帯電したＰＭと負に帯電したＰＭとを効率的に分けることができる。
【００３３】
なお、機関回転数及び機関負荷と、排気の流量と、には相関関係があるため、これらの関係を予め実験等により求めておけば、機関回転数及び機関負荷を測定することにより、排気の流量を算出することができる。また、排気の流量と、印加電圧と、の関係は、最適値を予め実験等により求めておく。このときに、分離装置３に流入するＰＭ数に対し、絞り部４よりも下流側のＰＭ数をどの程度減少させるのかに基づいて、排気の流量に対する印加電圧を求めても良い。なお、本実施例においては正電極３１及び負電極３２に印加する電圧を排気の流量に応じて調節するＥＣＵ１０が、本発明における調節手段に相当する。
【００３４】
このようにして印加電圧を調節すれば、正電極３１及び負電極３２に必要以上の電圧を印加することを抑制できるため、電力消費量を低減することができる。これにより、燃料
消費量を低減させることができる。なお、排気の流量が多くなる運転状態、又はＰＭの排出量が多くなる運転状態に合わせて印加電圧を固定値として設定しても良い。また、排気の流量を複数の領域に分けて、各領域で印加電圧を設定しても良い。さらに、フィルタでＰＭがどれだけ捕集されるのかに応じて印加電圧を設定しても良い。
【００３５】
以上説明したように本実施例によれば、ＰＭの凝集を促進させることができる。これにより、例えば絞り部４よりも下流側にフィルタを備えている場合には、該フィルタにてＰＭを捕集し易くできる。また、下流側にフィルタを備えていない場合であっても、大気中に放出されるＰＭ数を減少させることができるため、該ＰＭの拡散を抑制できる。
【実施例２】
【００３６】
図４は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を表す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。また、実施例１で説明した箇所の説明は省略する。
【００３７】
本実施例では、分離装置３よりも上流側の排気通路２と、絞り部４よりも下流側の排気通路２とを接続する迂回通路５が設けられている。この迂回通路５の途中には、排気の流量を調節する調節弁６が設けられている。この調節弁６の開度は、ＥＣＵ１０により制御される。
【００３８】
ここで、図５は、本実施例における排気の流量と調節弁６の開度との関係を示した図である。開度１００％で全開となり、開度０％で全閉となる。この開度は、第１分岐通路２１及び第２分岐通路２２に排気が過剰に流れないように決定される。これは、内燃機関１の出力低下等の機能低下が許容範囲内となるように決定するとしても良い。これらの関係は予め実験等により求めることができる。
【００３９】
つまり、分離装置３よりも上流側の排気の圧力が過度に上昇すると、内燃機関１の出力低下等が発生するため、過剰となっている分の排気を迂回通路５に流している。これにより内燃機関１の出力低下等の発生を抑制している。また、過剰となっている分のみを迂回通路５に流しているため、分離装置３を通過する分の排気についてはＰＭ数を減少させることができる。
【００４０】
図６は、本実施例に係る調節弁６の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００４１】
ステップＳ１０１では、排気の流量が測定される。排気の流量は、機関回転数及び機関負荷と相関関係にあるため、これらの関係を予め実験等により求めてマップ化しておく。
【００４２】
ステップＳ１０２では、調節弁６の開度が決定される。つまり、図５の関係に従って、調節弁６の開度が決定される。
【００４３】
ステップＳ１０３では、調節弁６の開度が変更される。開度は例えばセンサにより監視しても良い。なお、本実施例においてはステップＳ１０２及びステップＳ１０３を処理するＥＣＵ１０が、本発明における操作手段に相当する。
【００４４】
このようにして、排気の量が多くなった場合であっても、内燃機関１の出力低下を抑制できる。なお、本実施例では、迂回通路５が分離装置３よりも上流側に接続されているが、分岐部Ａに接続されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１に係る内燃機関の概略構成を表す図である。
【図２】分離装置の概略構成図である。
【図３】排気の流量と印加電圧との関係を示した図である。
【図４】実施例２に係る内燃機関の概略構成を表す図である。
【図５】実施例における排気の流量と調節弁の開度との関係を示した図である。
【図６】実施例に係る調節弁の制御フローを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１     内燃機関
２     排気通路
３     分離装置
４     絞り部
５     迂回通路
６     調節弁
１０   ＥＣＵ
１１   アクセル開度センサ
１２   クランクポジションセンサ
２１   第１分岐通路
２２   第２分岐通路
３１   正電極
３２   負電極
３３   アース電極
４１   正の電源
４２   負の電源
４３   アース
【図１】
2010059822.tif 000003
【図２】
2010059822.tif 000004
【図３】
2010059822.tif 000005
【図４】
2010059822.tif 000006
【図５】
2010059822.tif 000007
【図６】
2010059822.tif 000008