(57)【要約】【課題】  高電圧の作用により排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、複数の放電管を互いに並行するように保持するにあたり、組立て工程を容易化しうる手段を提供する。【解決手段】  支持ブロック１５を、複数の放電管４ａが中を通る外側環状体１５ａと、複数の放電管４ａを相互に位置決めする位置決めコマ１５ｂとから構成する。外側環状体１５ａの中に複数の放電管４ａを通し、その後に複数の放電管４ａの間に位置決めコマ１５ｂを挿入することによって、複数の放電管４ａを相互に位置決めできる。放電管４ａの断面形状に対応する多数の通孔に放電管４ａを１本ずつ通すような正確な作業が不要となり、組立て工程を容易化できる。【選択図】  図２
2006022737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス浄化装置の複数並行する放電管を一体的に支持する放電管支持構造であって、
前記複数の放電管が中を通る外側環状体と、
前記複数の放電管を相互に位置決めする位置決めコマと、
を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置の放電管支持構造。
【請求項２】
請求項１に記載の排ガス浄化装置の放電管支持構造であって、
前記外側環状体の外縁が前記排ガス浄化装置の容器の内周面に密接すると共に、
前記外側環状体および前記位置決めコマにより前記容器内の上流側と下流側との間が密封されることを特徴とする放電管支持構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の排ガス浄化装置であって、
前記外側環状体および位置決めコマが絶縁体からなることを特徴とする放電管支持構造。
【請求項４】
請求項１または２に記載の排ガス浄化装置であって、
前記外側環状体および位置決めコマが導電体からなることを特徴とする放電管支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガスを高電圧の印加によって処理する排ガス浄化装置に関し、とくに複数の放電管を支持するための放電管支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両などの内燃機関の排ガスを浄化するための技術として、近年、円筒形の外周電極と、この外周電極の軸線に沿って排ガスの流れ方向に延びる棒状の内部電極とを有し、両電極間に高電圧を印加してプラズマ状態を生じさせ、通過する排ガスを浄化するような、いわば透過型またはストレートフロー型の排ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような装置では、通過する排ガス中のＮＯｘなどの物質がＮ２等に変換されると共に、排ガス中のＰＭ（particulate matter; 粒子状物質）が内部電極からの放電により帯電され、その電荷と内外の電極間の電界との相互作用によってＰＭが外周電極側に吸着され、または、後方に設けた捕集装置に捕捉され、放電により発生した活性ガス（ＮＯ２、Ｏ３、ＯＨ等）により低温で焼却処理される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３０９２０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の装置では、外周面に外周電極が形成された複数の放電管を、絶縁性の取付け枠を介して一体的に容器に固定している。しかし、取付け枠に形成された放電管を収容するための多数の通孔は、気密性を付与するために放電管の断面形状とほぼ一致する形状および大きさにされていたため、組立て工程において多数の通孔に放電管を１本ずつ通す作業に正確を要するという欠点があった。
【０００５】
そこで本発明の目的は、高電圧の作用により排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、複数並行する放電管を一体的に支持するにあたり、組立て工程を容易化しうる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の本発明は、排ガス浄化装置の複数並行する放電管を一体的に支持する放電管支持構造であって、前記複数の放電管が中を通る外側環状体と、前記複数の放電管を相互に位置決めする位置決めコマと、を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置の放電管支持構造である。
【０００７】
第１の本発明では、外側環状体の中に複数の放電管を通し、その後に複数の放電管の間に位置決めコマを挿入することによって、複数の放電管を相互に位置決めできるので、
放電管の断面形状に対応する多数の通孔に放電管を１本ずつ通すような正確な作業が不要となり、組立て工程を容易化することができる。
【０００８】
第２の本発明は、請求項１に記載の排ガス浄化装置の放電管支持構造であって、前記外側環状体の外縁が前記排ガス浄化装置の容器の内周面に密接すると共に、前記外側環状体および前記位置決めコマにより前記容器内の上流側と下流側との間が密封されることを特徴とする放電管支持構造である。
【０００９】
第２の本発明では、容器内の上流側と下流側との間の密封により、放電管支持構造に密封部材としての機能を付与することができる。
【００１０】
本発明に係る放電管支持構造では、外側環状体および位置決めコマを第３の本発明のように絶縁体から構成してもよく、また、これらを第４の本発明のように導電体から構成してもよい。放電管支持構造を絶縁体から構成した場合には、これを放電管の上流側および／または下流側の端部に固定することにより、この放電管支持構造によって放電管と共に内部電極をも支持することが可能となる。また放電管支持構造を導電体から構成した場合には、放電管の外周に外周電極を配置し且つ放電管支持構造と外周電極とを導通させることにより、放電管支持構造に各外周電極間の導通手段としての機能を付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１において、本発明の実施形態の排ガス浄化装置１は、車両に適用されると好適なものであり、プラズマリアクタまたはコロナリアクタとして構成されている。この排ガス浄化装置１は、不図示の内燃機関の燃焼室から排出される排ガスを浄化するために、当該内燃機関の排気系統を構成する排気管に組み込まれる。
【００１３】
排ガス浄化装置１は、上流側ケース２ａ、下流側ケース２ｂ、および中間ケース３を有する。上流側ケース２ａ、下流側ケース２ｂおよび中間ケース３は、金属とくにＳＵＳ等の耐熱材料により形成されている。上流側ケース２ａの内部には、図１において白抜矢印で示される方向に、内燃機関の燃焼室から排出される排ガスが導入される。そして、中間ケース３の内部で浄化された排ガスは、下流側ケース２ｂから不図示の排気管を介して外部に排出される。
【００１４】
上流側ケース２ａおよび下流側ケース２ｂは、排気管と概ね同径かつ概ね円筒形の端部２１ａ，２１ｂと、排気管よりも断面積が大である長円形またはレーストラック形の断面形状を有する大径部２２ａ，２２ｂと、端部２１ａと大径部２２ａとの間および端部２１ｂと大径部２２ｂとの間に形成されたコーン部２４ａ，２４ｂとを含む。端部２１ａ，２１ｂは、排気管に接続するための入口または出口を構成する。このような上流側ケース２ａと下流側ケース２ｂとの間に、長円形またはレーストラック形の断面形状を有する筒型の中間ケース３が気密に結合されている。
【００１５】
本実施形態では、放電管４ａ、外周電極４ｂおよび内部電極５により、処理ユニット６が構成されている。各放電管４ａは円筒形であり、その外周面には円筒形の外周電極４ｂが形成されている。放電管４ａの長手方向の両端部、すなわち上流側および下流側の端部には、その軸方向に直交する平坦な環状の端面がそれぞれ形成されている。放電管４ａには碍子などのセラミックやアルミナなどの絶縁体を用いるのが好適である。外周電極４ｂにはＬｉメッキやＳＵＳ製筒体の焼きばめなど、耐熱性および耐腐食性を有する導電体を用い、且つこの導電体を放電管４ａに対して気密に設置するのが好適である。
【００１６】
中間ケース３の上流側および下流側の開口部には、本発明における放電管支持構造である支持ブロック１５，１５が、環状のアルミナマット１７，１７を介して気密に固定されている。支持ブロック１５，１５の間に、複数（本実施形態では、２４体）の放電管４ａが互いに平行に固定されている。
【００１７】
図２に示されるように、支持ブロック１５は、複数の放電管４ａが中を通る外側環状体１５ａと、複数の放電管４ａを相互に位置決めする位置決めコマ１５ｂとを含んでいる。これら外側環状体１５ａおよび位置決めコマ１５ｂは、いずれもアルミナなどの絶縁体からなる。
【００１８】
外側環状体１５ａは、２つの弧状片５１と２つの連結片５２とを環状に接着してなる。これら弧状片５１と連結片５２は、正面視において放電管４ａの外周面と曲率のほぼ等しい支持弧状面５３と、同じく正面視において直線をなす接合平面５４とを有する。
【００１９】
位置決めコマ１５ｂは、正面視において互いに正三角形をなす接合平面５５と、この正三角形の各頂点を中心とする円弧をなす支持弧状面５６とを有し、支持弧状面５６の曲率は放電管４ａの外周面の曲率とほぼ等しくされている。
【００２０】
これら外側環状体１５ａおよび位置決めコマ１５ｂの支持弧状面５３，５６の装置外方側の口縁部には、取付用突当面２５（図１参照）がそれぞれ形成されている。取付用突当面２５は放電管４ａの端部形状（本実施形態では円筒形）と相補的な形状の環状をなしている。各放電管４ａの上流端および下流端は、支持ブロック１５の取付用突当面２５に、それぞれ耐熱性および弾性を有する平板状かつ環状のガスケット（不図示）を挟んで固定されている。ガスケット２７の材料としては、石綿、耐熱性樹脂、耐熱性ゴム、金属などを用いることができる。外側環状体１５ａと位置決めコマ１５ｂ、または複数の位置決めコマ１５ｂによって構成される円形の通孔の装置外方側の口縁部の内径は、放電管４ａの内径と等しくされており、且つ両者の軸心は一致させられている。
【００２１】
位置決めコマ１５ｂは、図示のように外側環状体１５ａの支持弧状面５３にセットされた放電管４ａの外周面に、支持弧状面５６を適合させるようにして固定される。この位置決めコマ１５ｂの他の支持弧状面５６には、図示しない他の放電管４ａがセットされる。これを交互に繰り返すことにより外側環状体１５ａの内側の空間が密閉される。また外側環状体１５ａの外縁は、中間ケース３の内周面に、アルミナマット１７を介して気密に接合する。したがって、外側環状体１５ａおよび位置決めコマ１５ｂにより、中間ケース３内の上流側と下流側との間が密封されることになる。なお、外側環状体１５ａ、位置決めコマ１５ｂおよび放電管４ａの各接合面にはシート状の密封部材や、セラミック接着剤などの流動性密封材料を配置するのが好適であり、このような密封部材または密封材料の使用により装置の気密性を向上できるほか、これら密封材料または密封部材の弾発性に起因する個々の位置決めコマ１５ｂの姿勢の自由度によって、個々の放電管４ａの寸法のばらつきを吸収することができる。
【００２２】
支持ブロック１５における放電管４ａの配置は、図２に示されるとおりである。すなわち、縦一列４個の放電管４ａからなるセットが３列互いに平行に配置されると共に、これらの縦列の間および両側方に、縦一列３個の放電管４ａからなるセットが一列ずつ計４列配置される。各縦列の放電管４ａは隣接する縦列の放電管４ａに対して上下方向位置を放電管４ａの略半径分シフトして配置され、これにより各縦列間の距離の縮小ひいては装置全体の幅方向寸法の縮小が図られている。
【００２３】
他方、図１に示されるとおり、中間ケース３の中間部の内側には、他の放電管支持構造である支持ブロック１１５が、環状のアルミナマット１１７を介して気密に固定されている。図４に示されるように、支持ブロック１１５は、複数の放電管４ａが中を通る外側環状体１１５ａと、複数の放電管４ａを相互に位置決めする多数の位置決めコマ１１５ｂとを含む。これら外側環状体１１５ａおよび位置決めコマ１１５ｂは、いずれもＳＵＳなどの導電体からなる。
【００２４】
外側環状体１１５ａは、２つの弧状片１５１と２つの連結片１５２とを環状に接着してなる。これら弧状片１５１と連結片１５２は、正面視において外周電極４ｂの外周面と曲率のほぼ等しい支持弧状面１５３と、同じく正面視において直線をなす接合平面１５４とを有する。
【００２５】
位置決めコマ１１５ｂは、正面視において互いに正三角形をなす接合平面１５５と、この正三角形の各頂点を中心とする円弧をなす３つの支持弧状面１５６とを有し、支持弧状面１５６の曲率は外周電極４ｂの外周面の曲率とほぼ等しくされている。
【００２６】
位置決めコマ１１５ｂは、図示のように外側環状体１１５ａの支持弧状面１５３にセットされた放電管４ａの外周面の外周電極４ｂに支持弧状面１５６を適合させるようにして固定される。この位置決めコマ１１５ｂの他の支持弧状面１５６には、図示しない他の放電管４ａがセットされ、これを交互に繰り返すことにより外側環状体１１５ａの内側の空間が密閉される。また外側環状体１１５ａの外縁は、中間ケース３の内周面に、アルミナマット１１７を介して気密に接合する。したがって、外側環状体１１５ａおよび位置決めコマ１１５ｂにより、中間ケース３内の上流側と下流側との間が密封されることになる。なお、支持ブロック１１５と外周電極４ｂとの各接合部には、ロウ付けなどにより導電性と気密性を付与するのが好適である。
【００２７】
再び図１において、内部電極５は実質的に剛体であり、放電管４ａの中心軸上ならびに外周電極４ｂの中心軸上に配置されて、排ガスの流れ方向に延びる。各内部電極５には、放電特性の良好なタングステンのプレス焼成品あるいはＳＵＳを用いるのが好適である。
【００２８】
各内部電極５の上流側の端部は、放電管４ａおよび外周電極４ｂの外部で、図１および図３に示されるような電極支持フレーム８に固定され、これによって両者間が導通されている。電極支持フレーム８は、金属とくにＳＵＳなどの耐熱導電性材料からなり、図３に示されるように、概ね鉛直方向を長手として配置された７本の支持アーム８ａと、これら７本の支持アーム８ａと概ね直交方向に交差する１本の支持アーム８ａとを組み合わせて構成されている。
【００２９】
各内部電極５の下流側は、放電管４ａおよび外周電極４ｂの外部で、電極支持フレーム１８に固定されている。なお、内部電極５の一方または両方の端部と、電極支持フレーム８，１８のうちの一方または両方との結合を摺動自在とすることにより、内部電極５の伸びに起因する曲がりを抑制できる。
【００３０】
再び図１において、電極支持フレーム８には給電線１０が接続されており、給電線１０は図示されない電源ユニットに接続されている。また電極支持フレーム８には、給電線１０を被覆するスリーブ１１、および保持材１２が固定されており、電極支持フレーム８はこれらスリーブ１１および保持材１２を介して支持ブロック１５に固定されている。スリーブ１１及び保持材１２は、碍子などの絶縁材からなる。
【００３１】
支持ブロック１１５には導電線１３が接続されており、導電線１３は不図示の車体の適宜のボディアース点に接続されることで電気的に接地されている。導電線１３は、碍子などの絶縁体からなるスリーブ１４に被覆されており、スリーブ１４は中間ケース３に固定されている。複数の外周電極４ｂの間は支持ブロック１１５によって互いに導通されているため、これによって全ての外周電極４ｂが接地されることになる。なお、電源ユニットとしては、直流高圧電源、交流高圧電源、直流パルス電源、および直流とパルスとの重畳電源のいずれかを用いることができる。
【００３２】
以上のとおり構成される排ガス浄化装置１では、内燃機関の始動に合わせて、電源ユニットによって、各処理ユニット６の外周電極４ｂと内部電極５との間に、内部電極５を陽極として高電圧が印加される。そして、始動した内燃機関の燃焼室からの排ガスが、上流側ケース２ａから放電管４ａの内部へと導入されると、各処理ユニット６の内部電極５と外周電極４ｂとの間の空中放電によってプラズマ状態が生じ、排ガス中のＮＯｘなどの所定物質が活性化され、反応が促進されてＮ２等の物質に変換させられる。また、供給される排ガス中のＰＭが内部電極５からの放電により帯電され、内部電極５と外周電極４ｂとの間における電界との相互作用によって放電管４ａに吸着され、高電圧の印加に伴って発生する活性ガスにより、その燃焼ないし酸化が促進されることになる。
【００３３】
ここで本実施形態では、本発明における放電管支持構造である支持ブロック１５，１１５を、複数の放電管４ａが中を通る外側環状体１５ａ，１１５ａと、複数の放電管４ａを相互に位置決めする位置決めコマ１５ｂ，１１５ｂとから構成したので、外側環状体１５ａ，１１５ａの中に複数の放電管４ａを通し、その後に複数の放電管４ａの間に位置決めコマ１５ｂ，１１５ｂを挿入することによって、複数の放電管４ａを相互に位置決めできる。従って本実施形態では、放電管４ａの断面形状に対応する多数の通孔に放電管４ａを１本ずつ通すような正確な作業が不要となり、組立て工程を容易化することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、外側環状体１５ａ，１１５ａの外縁が中間ケース３の内周面に密接すると共に、外側環状体１５ａ，１１５ａおよび位置決めコマ１５ｂ，１１５ｂにより中間ケース３内の上流側と下流側との間が密封されるようにしたので、この密封により放電管支持構造である支持ブロック１５，１１５に密封部材としての機能を付与することができる。
【００３５】
また本実施形態では、支持ブロック１５を絶縁体から構成し、これを放電管４ａの上流側および下流側の端部に固定したので、この支持ブロック１５によって放電管４ａと共に内部電極５をも保持でき、部品点数の増加を抑制できる。
【００３６】
また本実施形態では、支持ブロック１１５を導電体から構成し、且つ放電管４ａの外周に外周電極４ｂを配置し支持ブロック１１５と外周電極４ｂとを導通させたので、支持ブロック１１５に各外周電極４ｂ間の導通手段としての機能を付与でき、これによって支持ブロック１１５への導電線１３の接続を１箇所のみとすることができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に記載の態様に限定されず、各種の変形が可能である。例えば、上記実施形態では位置決めコマ１５ｂ，１１５ｂが１個あたり３体の放電管４ａに接するようにしたが、本発明における位置決めコマは、例えば図５に示される位置決めコマ２１５ｂのように４体以上の放電管４ａに接する形状としてもよく、このように位置決めコマが接する放電管の数を増加させることにより部品点数を減少することができる。また、上記実施形態では本発明に係る放電管支持構造を３箇所に設けたが、本発明に係る放電管支持構造は１箇所のみであってもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では放電管支持構造としてブロック状の支持ブロック１５，１１５を用いたが、本発明における放電管支持構造は、例えば放電管の姿勢を規制しうるボス部を備えたプレス成形品などの薄板状の部材を含んでいてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では放電管４ａや外周電極４ｂを円筒形としたが、本発明における放電管や外周電極は角筒形など他の形状としてもよい。また、本発明では外周電極や内部電極に触媒物質を担持させてもよい。さらに、本発明では外周電極４ｂに囲まれた空間にセラミックスなどのハニカム構造体を設置するなど、プラズマの利用の有無やＰＭの濾過如何にかかわらず、電力の作用により排ガスを改質処理しうる各種の構成を用いることができ、いずれも本発明の範疇に属するものである。また本発明は、車両以外の内燃機関について適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置を示す縦断側面図である。
【図２】中間ケースおよび絶縁性の支持ブロックを示す正面図である。
【図３】電極支持ブロックを示す正面図である。
【図４】導電性の支持ブロックおよびその組み付け方法を示す斜視図である。
【図５】絶縁性の支持ブロックの変形例を示す正面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１          排ガス浄化装置
２ａ        上流側ケース
２ｂ        下流側ケース
３          中間ケース
４ａ        放電管
４ｂ        外周電極
５          内部電極
６          処理ユニット
８，１８    電極支持フレーム
１０        給電線
１５，１１５，２１５  支持ブロック
１５ａ，１１５ａ      外側環状体
１５ｂ，１１５ｂ      位置決めコマ
【図１】
2006022737.tif 000003
【図２】
2006022737.tif 000004
【図３】
2006022737.tif 000005
【図４】
2006022737.tif 000006
【図５】
2006022737.tif 000007