(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の排ガス浄化のための放電管を用いたリアクタの放電管を、セパレータを用いて支持する場合に、熱膨張によりセパレータと放電管の取り付け部に係る応力を緩和する。【解決手段】排ガスを通過させる際、プラズマを発生させて排ガスの浄化を促進するリアクタにおいて、環状に形成された外周電極を含む外周電極管と、外周電極管の内部に配置され、外周電極管の長さ方向に伸びる中心電極１６と、この外周電極管を収容するハウジングとを備える。また、リアクタは、開口を有する導電体からなり、ハウジング内に固定されて、開口に外周電極管が貫通するように配置されたセパレータ３２を備える。また、外周電極管には、外周電極と電気的に接続するように固定された支持台５０が配置される。支持台と、セパレータとの間には、セパレータよりも高い弾性力を有する弾性部材５２が配置されて、これにより、支持台とセパレータとが接続される。【選択図】      図５
2006198546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状に形成された外周電極を含む外周電極管と、
前記外周電極管の内部に配置され、前記外周電極管の長さ方向に伸びる中心電極と、
前記外周電極管を収容するハウジングと、
開口を有する導電体からなり、前記ハウジング内に固定されて、前記開口に前記外周電極管が貫通するように配置されたセパレータと、
前記外周電極と電気的に接続するように前記外周電極管に固定された支持台と、
前記セパレータよりも高い弾性力を有し、かつ、前記支持台と前記セパレータとの間に配置されて、前記支持台と前記セパレータとを接続する弾性部材と、
を備えることを特徴とするリアクタ。
【請求項２】
前記支持台は、開口を有する中空のリング状部材であって、前記開口内面において前記外周電極管に接続するように、前記外周電極管に固定され、
前記弾性部材は、前記支持台の外周を一周して接続すると共に、前記セパレータの開口付近を一周して接続することを特徴とする請求項１に記載のリアクタ。
【請求項３】
前記弾性部材は、前記支持台と前記セパレータとの接続部との間に、蛇腹状に加工された部分を有することを特徴とする請求項１または２に記載のリアクタ。
【請求項４】
前記外周電極管は、前記外周電極の内側に、絶縁管を備え、
前記絶縁管は、前記外周電極の外側に、所定長だけ延在していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放電管による放電を用いたリアクタに関する。更に具体的には、内燃機関の排気経路の途中に設置されて用いられるリアクタとして好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
車両などの内燃機関により生成される排ガスを浄化するための技術として、例えば、特許文献１に、排気経路の途中に、リアクタを配置したものが開示されている。この装置は、ハウジング内に支持された複数の放電管を備える。各放電管は、金属管からなる外周電極と、外周電極の中心に、排ガスの流れ方向に伸びる棒状の中心電極とを有する。この中心電極に高電圧が印加されると、中心電極と外周電極との間で放電が起き、プラズマが発生する。この状態で放電管内に、排ガスが導入されると、排ガスは励起される。これにより、排ガスの反応が促進される。
【０００３】
この装置において、金属管の前後には、中心電極に接続して高電圧を供給する分岐接続線が配置される。そして、金属管の前端部及び後端部には、短絡を防止するため、それぞれ絶縁筒が固定される。この絶縁筒を、装置のハウジング内に固定することにより、放電管が、ハウジングに固定される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された装置においては、放電管を固定する構造が複雑である。この問題を解決するため、例えば、ある程度の剛性を有する導電体の板状部材（以下「セパレータ」と称する）を、ハウジング内面に固定して、このセパレータにより、放電管を固定して支持する方法が考えられる。より具体的には、外周電極の形成された外周電極管を、中心電極に電圧を供給する集合電極とはある程度間隔を空けて配置して、これを、セパレータにより支持する。このようにすることにより、短絡の問題を解決しつつ、浄化装置の組み立て構造を簡素化することができる。更に、セパレータを導電体により構成することで、放電管の外周電極を、このセパレータによりアースに接続することができる。
【０００６】
しかしながら、このような構造によると、セパレータと放電管との取り付け部において、組み付けの歪みに起因する応力がかかることがある。また、セパレータには、リアクタ内部の温度上昇に伴う熱膨張が生じる。このため、上記の構造によると、セパレータと放電管との取り付け部には、熱膨張による応力も加わりやすい。このような応力は、放電管の耐久性を低下させる原因となり、好ましいものではない。
【０００７】
従って、この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、セパレータを用いる構造としつつ、放電管にかかる応力を緩和するよう改良したリアクタ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】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、リアクタであって、
環状に形成された外周電極を含む外周電極管と、
前記外周電極管の内部に配置され、前記外周電極管の長さ方向に伸びる中心電極と、
前記外周電極管を収容するハウジングと、
開口を有する導電体からなり、前記ハウジング内に固定されて、前記開口に前記外周電極管が貫通するように配置されたセパレータと、
前記外周電極と電気的に接続するように前記外周電極管に固定された支持台と、
前記セパレータよりも高い弾性力を有し、かつ、前記支持台と前記セパレータとの間に配置されて、前記支持台と前記セパレータとを接続する弾性部材と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記支持台は、開口を有する中空のリング状部材であって、前記開口内面において前記外周電極管に接続するように、前記外周電極管に固定され、
前記弾性部材は、前記支持台の外周を一周して接続すると共に、前記セパレータの開口付近を一周して接続することを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記弾性部材は、前記支持台と前記セパレータとの接続部との間に、蛇腹状に加工された部分を有することを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、
前記外周電極管は、前記外周電極の内側に絶縁管を備え、
前記絶縁管は、前記外周電極の外側に、所定長だけ延在していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、外周電極管に、支持台が固定される。この支持台と、セパレータとの間は、セパレータよりも高い弾性力を有する弾性部材により接続される。このように、セパレータと支持台とを、弾性部材を介して接続することで、外周電極管にかかる応力を緩和することができる。
【００１３】
また、第２の発明によれば、支持台は、開口を有する中空のリング状部材として外周電極管の一部に配置される。また、弾性部材は、この支持台の外側に一周して接続すると共に、セパレータの開口付近に一周して接続する。従って、より確実に外周電極管とセパレータとを接続することができ、リアクタ内部における排ガスの漏れを防止することができる。
【００１４】
また、第３の発明によれば、弾性部材は、支持台とセパレータとの接続部との間に、蛇腹状に加工された部分を有する。従って、外周電極管に生じる上下左右方向の応力を、より、確実に緩和することができる。
【００１５】
また、第４の発明によれば、外周電極管は、外周電極の内側に絶縁管を備え、絶縁管は、外周電極の外側に、所定長だけ延在している。これにより、外周電極管の前後に、中心電極に接続する集合電極が配置される場合にも、集合電極と外周電極との短絡を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略化する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態におけるリアクタの配置構造を示す模式図である。
図１に示す構造は、内燃機関２を含んでいる。内燃機関２には、排気経路Ｒの配管４が接続されている。排気経路Ｒの配管４には、リアクタ６が接続されている。リアクタ６には、高電圧発生装置８が電気的に接続されている。また、リアクタ６の下流側には、配管４を介して、触媒コンバータ１０が接続されている。
【００１８】
図２は、リアクタ６の斜視図である。また、図３は、リアクタ６の正面図である。
図３に示すように、リアクタ６は、外周を覆うハウジング１２を有する。ハウジング１２内には、複数の放電管１４が配置されている。また、各放電管１４は、その中心に、中心電極１６を有する。中心電極１６は、集合電極１８に接続されている。集合電極１８は、外部の高電圧発生装置８に接続されている。集合電極１８は、全て、等電位となっている。また、集合電極１８は、碍子２０により、ハウジング１２と絶縁されている。
【００１９】
図４は、リアクタ６の断面図である。
但し、図４においては、簡略化のため、放電管１４を２本配置した例を示す。以下図４を用いて、リアクタ６の断面構造について説明する。
【００２０】
リアクタ６は、排気経路Ｒの配管４に、気密に接続されている。ハウジング１２の上流側の入り口部分には、電極保持材２２が、アルミナマット２４を介して、絶縁されて、固定されている。アルミナマット２４は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の繊維で形成された、弾力性の高い、絶縁性のマットである。電極保持材２２は、集合電極１８を保持する。
【００２１】
ハウジング１２の下流側の出口部分には、電極保持材２６が、アルミナマット２８を介して、絶縁されて、固定されている。電極保持材２６は、集合電極３０を保持する。集合電極３０は、上流側の集合電極１８と同様に配置されている。
【００２２】
放電管１４の中心に配置された中心電極１６は、ＳＵＳ（ステンレス）等の導電体により構成された棒状の電極である。中心電極１６の一端は、上流側の集合電極１８に接続され、他端は、下流側の集合電極３０に接続されている。即ち、中心電極１６は、その両端が、それぞれ、集合電極１８、３０に接続されて、これにより、高電圧発生装置８から、高電圧が印加されるようになっている。
【００２３】
セパレータ３２は、電極保持材２２と同様に、アルミナマット３４を介して、ハウジング１２に気密に取り付けられ、かつ絶縁されている。セパレータ３２は、ＳＵＳにより形成された板状の部材であり、放電管１４の長手方向に対して垂直な方向に、平行に３枚設けられている。また、セパレータ３２は、複数の開口３６を有する。各開口３６には、放電管１４が貫通するようにして配置されている。また、セパレータ３２は、集合外周電極３８に接続されている。集合外周電極３８とハウジング１２との接続部分は、碍子４０により絶縁されている。集合外周電極３８は、ここでは、アースに接続されている。従って、各放電管１４の外周電極は、セパレータ３２及び集合外周電極３８により、アースに接続されている。リアクタ６においては、放電管１４の外周電極がアースされ、一方、中心電極１６に高電圧が印加されることにより、各放電管１４内で放電を起こすことができる。
【００２４】
図５は、放電管１４とセパレータ３２の一部を拡大した図である。以下、図５を用いて、放電管１４の構造と、セパレータ３２との接続について詳細に説明する。
放電管１４は、絶縁管４２を備える。絶縁管４２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックにより構成された中空の管である。絶縁管４２の中心には、上述した中心電極１６が配置される。
【００２５】
また、絶縁管４２外周の一定区間には、メタライズ層４４が設けられている。具体的には、絶縁管４２の両端部の一定区間を除く、中間部分の外周に、メタライズ層４４が設けられている。メタライズ層４４は、モリブデンーマンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）等によりメタライズ処理されて形成された層である。
【００２６】
メタライズ層４４の外側には、金属メッキ４６が設けられている。金属メッキ４６は、メタライズ層４４の外側を覆うように、メタライズ層４４と同じ区間に設けられている。金属メッキ４６は、Ｎｉメッキ等により形成された層である。金属メッキ４６は、放電管１４の外周電極としての役割を果たす。
【００２７】
金属メッキ４６の外側には、被覆層４８が設けられている。被覆層４８は、金属メッキ４６を覆うように、金属メッキ４６と同じ区間に設けられている。また、被覆層４８は、アルミナ溶射により設けられた層であり、金属メッキ４６の腐食防止等の役割を果たす。
【００２８】
放電管１４の一部には、支持台５０が形成されている。支持台５０は、ＳＵＳ（ステンレス）等、比較的強度の強い導電体により形成されたリング状の部材である。支持台５０は、放電管１４の一部分を、１周囲むように配置されている。また、支持台５０が形成されている部分においては、被覆層４８が形成されておらず、支持台５０の内面は、金属メッキ４６に直接接するようにして溶着されている。
【００２９】
保持リング５２は、支持台５０とセパレータ３２とを接続する。保持リング５２は、一端が支持台５０の外周に一回りに溶接された薄い板状の部材であり、保持リング５２の内部には放電管１４が貫通する。また、保持リング５２の他端は、セパレータ３２の開口３６の外周一周に沿って溶接されている。保持リング５２は、セパレータ３２に比して、弾性力の大きな部材であり、ベローズ構造を有する。即ち、支持台５０と、セパレータ３２との間に、一部、ベローズ状（蛇腹状）に加工された部分を有し、これによりセパレータ３２と支持台５０との間で弾性力を発揮する。
【００３０】
なお、図５においては、放電管１４とセパレータ３２との１箇所の接続のみを表しているが、実施の形態においては、放電管１４とセパレータ３２とを接続する全ての部分が、同様の、保持リング５２を用いた構造により接続されている。即ち、放電管１４の外周電極である金属メッキ４６は、支持台５０、保持リング５２を介してセパレータ３２に接続され、集合外周電極３８を介してアースに接続されている。
【００３１】
以上のように構成されたリアクタ６の動作について説明する。
リアクタ６内には、内燃機関２の始動に合わせて、中心電極１６に高電圧発生装置８から、数kv〜数１０kv程度の高圧の電圧がかけられる。一方、外周電極である金属メッキ４６は、セパレータ３２等を介して集合外周電極３８に接続され、アースされている。
【００３２】
この状態で、内燃機関２から、排ガスが排出されると、排気経路Ｒの配管４から、各放電管１４内に、排ガスが導入される。排ガスが導入されると、空中放電によって、プラズマ状態が生じ、排ガスが活性化される。これにより、排ガスの浄化が促進され、排気エミッションの特性を改善することができる。
【００３３】
このようなリアクタ６の動作中、排ガスの熱等により、放電管１４やセパレータ３２が加熱され、熱膨張を起こす場合がある。このとき、セパレータ３２と放電管１４とが直接接続されている構造とすると、セパレータ３２の熱膨張により、放電管１４に応力がかかる。また、セパレータ３２と放電管１４とが直接接続されて固定された構造とすると、接続部における組み付け歪みに起因する応力がかかる場合もある。このような応力がかかると、放電管１４、特に絶縁管４２の耐久性を低下させる原因となり好ましいものではない。しかし、この実施の形態では、上述したように、セパレータ３２と、放電管１４とは、弾性部材である保持リング５２を介して接続されている。従って、応力は、保持リング５２により吸収されるため、放電管１４にかかる応力を小さく抑えることができる。
【００３４】
なお、この実施の形態においては、放電管１４とセパレータ３２とを接続する弾性部材である保持リング５２は、ベローズ加工されている場合について説明した。しかし、この発明において、弾性部材の形状は、保持リング５２に限るものではない。この発明において、弾性部材は、セパレータ３２により放電管１４に生じる応力を、吸収、緩和できるものであればよい。
【００３５】
具体的に、セパレータ３２と放電管１４とが直接接続された場合、放電管１４には、上下方向、左右方向の両方の応力がかかる。従って、少なくとも、上下方向あるいは、左右方向のいずれかに、セパレータ３２よりも、高い弾性力を有する弾性部材を配置することで、放電管１４にかかる応力をある程度緩和することができる。また、より好適には、弾性部材は、上下方向、左右方向の両方向の応力を吸収、緩和できるように、両方向に弾性力を有するものであることが好ましい。
【００３６】
例えば、弾性部材の他の例としては、図６に示す保持リング１５２のように、ベローズ加工した弾性体の一端を、支持台５０の外周を囲むように取り付け、更に、曲線的に約９０度折り曲げて、他端を、セパレータ３２の開口３６外周に取り付けたものが考えられる。この弾性部材５０においては、支持台５０との取り付け部分とセパレータ３２との取り付け部分との間が、ベローズ状に折り曲げられ、かつ、曲線的に持って９０度折り曲げられることで、上下方向、左右方向の弾性力を有する。従って、放電管１４にかかる応力を吸収、緩和することができる。
【００３７】
また、別の例として、図７に示す保持リング２５２のように、単に、薄板を、曲線的に概ね９０度に折り曲げたものが考えられる。この場合にも同様に、一端を、支持台５０の外周を取り囲むように溶接して、他端を、セパレータ３２の開口３６の外周に溶接して取り付ける。この薄板により形成された保持リング２５２は、同様に、上下、左右方向に、セパレータ３２よりも大きな弾性力を有するため、放電管１４にかかる応力を吸収、緩和することができる。
【００３８】
また、この発明において、弾性部材は、折り曲げられた板状のリングに限るものでもない。例えば、ベローズ処理したリング部材を、そのまま、セパレータ３２と支持台５０との間に設けるものであっても良い。このようにしても、少なくとも一方向の歪は吸収することができ、また、ベローズ処理により、これに垂直な方向の歪みも、ある程度は吸収できるため、有効である。
【００３９】
また、弾性部材は、支持台５０を一回りするリング状の部材に限るものではない。例えば、支持台５０の何箇所かに、コイルばねなどの弾性体を接続し、これに、セパレータ３２を取り付けたものであっても良い。このようにしても、放電管１４にかかる応力を緩和することができる。
【００４０】
また、この実施の形態においては、保持リング５２を溶接により支持台５０及びセパレータ３２に接続する場合について説明した。しかし、この発明において、保持リング５２は、必ずしも溶接により取り付けられたものに限るものではない。保持リング５２の取り付け方法としては、例えば、支持台５０とセパレータ３２とにそれぞれ嵌合させる方法や、ロウ付け等によるものが考えられる。
【００４１】
また、この実施の形態においては、支持台５０として、ＳＵＳ（ステンレス）により形成されたリングを、溶接する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、ＳＵＳ（ステンレス）のリングを、メタル焼きばめによりはめ込んでも良い。また、支持台５０の材料は、ある程度の強度を確保できる導電材であれば、ＳＵＳ（ステンレス）に限るものでもない。
【００４２】
また、この実施の形態においては、絶縁管４２として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いる場合について説明した。しかし、この発明において絶縁管４２を構成する材料は、これに限るものではない。絶縁管４２としては、絶縁性を有するものであればよく、例えば、他の材料としては、窒化珪素等のセラミックを用いることが考えられる。
【００４３】
また、この実施の形態においては、絶縁管４２の周りに、Ｍｏ−Ｍｎからなるメタライズ層４４を設ける場合について説明した。しかし、この発明において、メタライズ層４４が設けられたものに限るものでもなく、また、Ｍｏ−Ｍｎに限るものでもない。但し、メタライズ層を設けたものであることが好ましい。また、他の、メタライズ層４４の材料としては、例えばＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ等が考えられる。
【００４４】
また、この実施の形態においては、放電管１４の外周電極として、Ｎｉを用いた金属メッキ４６を設ける場合について説明した。しかし、この発明において、金属メッキ４６は、必ずしもＮｉメッキに限るものではなく、他の導電材を用いたメッキであっても良い。また、外周電極は、金属メッキ４６に限るものでもなく、例えば、メタル焼きばめにより、絶縁管４２に金属管を被せたものであってもよい。
【００４５】
また、金属メッキ４６の外側に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）溶射により被覆層４８を設けるものについて説明した。しかし、この発明において被覆層はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）により構成されるものに限るものではない。被覆層としては、金属メッキ４６の腐食を防止できるものであれば、他の材料を用いて、他の方法により形成したものであってもよい。
【００４６】
また、この実施の形態においては、セパレータ３２としてＳＵＳ（ステンレス）を用いる場合について説明した。しかし、この発明においてセパレータ３２は、ＳＵＳにより構成されるものに限るものではなく、導電性と耐腐食性を有するものであれば、他の材料を用いてもよい。
【００４７】
また、実施の形態においては、リアクタ６内に複数の放電管１４を配置する場合を図示して説明した。しかし、この発明において、放電管１４の数は、これに限るものではなく、必要に応じて、１又は複数の放電管が配置されているものであればよい。
【００４８】
また、実施の形態においては、リアクタ６を、触媒コンバータ１０の前に配置する場合について説明した。しかし、リアクタ６の配置位置は、これに限るものではない。例えば、２つの触媒コンバータを配置する構造のような場合、より有効に排ガスを分解するためには、触媒コンバータと触媒コンバータとの間にリアクタ６を配置する構造が考えられる。ただし、これに限るものでもなく、触媒コンバータの前、あるいは、触媒コンバータの後であってもよい。
【００４９】
その他の部分の構造においても、各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００５０】
なお、例えば、実施の形態におけるリアクタ６は、この発明の「リアクタ」に該当する。また、例えば、実施の形態における絶縁管４２、メタライズ層４４、金属メッキ４６及び被覆層４８は、この発明の「外周電極管」に該当する。また、例えば、金属メッキ４６、中心電極１６、セパレータ３２、支持台５０は、それぞれ、「外周電極」、「中心電極」、「セパレータ」、「支持台」に該当し、保持リング５２は、「弾性部材」に該当する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明の実施の形態における排気経路を説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態におけるリアクタを説明するための斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態におけるリアクタを説明するための正面図である。
【図４】この発明の実施の形態におけるリアクタを説明するための断面図である。
【図５】この発明の実施の形態におけるリアクタを説明するための拡大図である。
【図６】この発明の実施の形態におけるリアクタの他の例を説明するための模式図である。
【図７】この発明の実施の形態におけるリアクタの他の例を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００５２】
２  内燃機関
４  配管
６  リアクタ
８  高電圧発生装置
１０  触媒コンバータ
１２  ハウジング
１４  放電管
１６  中心電極
１８  集合電極
２０  碍子
２２  電極保持材
２４  アルミナマット
２６  電極保持材
２８  アルミナマット
３０  集合電極
３２  セパレータ
３４  アルミナマット
３６  開口
３８  集合外周電極
４０  碍子
４２  絶縁管
４４  メタライズ層
４６  金属メッキ
４８  被覆層
５０  支持台
５２  保持リング
【図１】
2006198546.tif 000003
【図２】
2006198546.tif 000004
【図３】
2006198546.tif 000005
【図４】
2006198546.tif 000006
【図５】
2006198546.tif 000007
【図６】
2006198546.tif 000008
【図７】
2006198546.tif 000009