(57)【要約】【課題】  電力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、組立性を改善し、溶接の品質を向上する。【解決手段】  外周電極４ｂと、当該外周電極４ｂの内側に配置されて排ガスの流れ方向に延びる内部電極５と、前記両電極間に電圧を印加するための給電端子１１と、を備えた排ガス浄化装置１の製造方法であって、外周電極４ｂの内側に内部電極５が配置された処理ユニット組立体３を作成する工程と、排気管に接続するための外側開口部２３ａを有する上流側ケース２ａに給電端子１１を内向きに固定する工程と、給電端子１１が固定された上流側ケース２ａを処理ユニット組立体３に結合する工程と、上流側ケース２ａの外側開口部２３から溶接トーチを挿入し給電端子１１と内部電極５とを接続する工程と、を有する。【選択図】  図４
2006009708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周電極と、当該外周電極の内側に配置されて排ガスの流れ方向に延びる内部電極と、前記両電極間に電圧を印加するための給電端子と、を備えた排ガス浄化装置の製造方法であって、
前記外周電極の内側に前記内部電極が配置された処理ユニット組立体を作成する工程と、
排気管に接続するための外側開口部を有する連結管に、前記給電端子を内向きに固定する工程と、
前記給電端子が固定された前記連結管を前記処理ユニット組立体に結合する工程と、
前記連結管の前記外側開口部から接続工具を挿入し、当該接続工具によって前記給電端子と前記内部電極とを接続する工程と、
を有することを特徴とする排ガス浄化装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の排ガス浄化装置の製造方法であって、
前記処理ユニット組立体に対する前記連結管の嵌合深さが、前記給電端子と前記内部電極との当接位置に対応する嵌合深さを含む所定範囲内で調整可能とされていることを特徴とする排ガス浄化装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の排ガス浄化装置の製造方法であって、
前記連結管は、前記処理ユニット組立体に近接するに従い開口面積が拡大するコーン部を含み、前記給電端子は前記コーン部に固定されることを特徴とする排ガス浄化装置の製造方法。
【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電力によって処理する排ガス浄化装置の製造方法に関する。
【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延びる直線状の内部電極とを有し、両電極間に高電圧を印加して排ガス中の所定物質をプラズマ化させ、その反応を促進してこれを浄化するような、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、これ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号公報
【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、容器の内部に配置される内部電極に対して容器外から給電するための構造および組立方法については検討が不十分である。すなわち、例えば容器の内外を可撓性の外部接続線で直接接続するとすれば、内部電極に接続された外部接続線を、組立後の容器内から外側に引き出す必要があり煩雑である上、外部接続線と容器との固定点については容器内側からの接近が難しいため、外部接続線が容器を貫通する場合にはその貫通点に対する容器内側からの気密処理が困難となりうる。このように特許文献１の装置では、その組立性についてなお改善の余地が残されているということができる。
【０００５】
また、出願人が試作している装置では、長尺の剛体の給電プラグを使用し、予め組み立てられた容器の内外を貫いて、給電プラグをその先端部の給電端子が容器内の内部電極に当接するように固定し、排気管に接続される容器の外側開口部から溶接トーチを挿入して、給電端子と内部電極とを溶接しているが、給電プラグを容器に固定した場合にその給電端子が内部電極に正確に当接するとは限らず、固定された給電端子と内部電極との間に隙間がある場合には溶接の品質が低下するおそれがある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、電力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、良好な組立性を提供でき給電経路の接続の品質を向上できる新規な手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明は、外周電極と、当該外周電極の内側に配置されて排ガスの流れ方向に延びる内部電極と、前記両電極間に電圧を印加するための給電端子と、を備えた排ガス浄化装置の製造方法であって、前記外周電極の内側に前記内部電極が配置された処理ユニット組立体を作成する工程と、排気管に接続するための外側開口部を有する連結管に、前記給電端子を内向きに固定する工程と、前記給電端子が固定された前記連結管を前記処理ユニット組立体に結合する工程と、前記連結管の前記外側開口部から接続工具を挿入し、当該接続工具によって前記給電端子と前記内部電極とを接続する工程と、を有することを特徴とする排ガス浄化装置の製造方法である。
【０００８】
第１の本発明では、予め給電端子が内向きに固定された状態の連結管の外側開口部から、接続工具を挿入して、給電端子と内部電極とを接続する。したがって、組立後の容器内から外側に外部接続線を引き出す必要はない。また、連結管への給電端子の固定が容器の組立前に行われるので、給電端子と容器との間の位置決めや、給電端子の近傍における容器の気密の確保などのように容器内側からの給電端子への接近を要する作業も、必要に応じて容易に行うことができる。なお、処理ユニット組立体を作成する工程と、連結管に給電端子を固定する工程との順序は、いずれが先であってもよい。また、連結管を処理ユニット組立体に結合する工程と、給電端子と内部電極とを接続する工程との順序も、いずれが先であってもよい。
【０００９】
第２の本発明は、請求項１に記載の排ガス浄化装置の製造方法であって、前記処理ユニット組立体に対する前記連結管の嵌合深さが、前記給電端子と前記内部電極との当接位置に対応する嵌合深さを含む所定範囲内で調整可能とされていることを特徴とする排ガス浄化装置の製造方法である。
【００１０】
第２の本発明では、処理ユニット組立体に対する連結管の嵌合深さが、給電端子と内部電極との当接位置に対応する嵌合深さを含む所定範囲内で調整可能とされているので、給電端子が固定された連結管を処理ユニット組立体に結合する工程において、給電端子と内部電極とを適切に当接させることができ、これによって両者の接続を良好に行うことができる。
【００１１】
第３の本発明は、請求項１または２に記載の排ガス浄化装置の製造方法であって、前記連結管は、前記処理ユニット組立体に近接するに従い開口面積が拡大するコーン部を含み、前記給電端子は前記コーン部に固定されることを特徴とする排ガス浄化装置の製造方法である。
【００１２】
第３の本発明では、処理ユニット組立体に近接するに従い内径が拡大するコーン部に、給電端子が固定されるので、給電端子をコーン部の管壁に対して垂直に近い姿勢にさせることができ、給電端子とコーン部との間の異常放電を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。図１において、本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置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、図示されない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。
【００１４】
排ガス浄化装置１は、上流側ケース２ａ、下流側ケース２ｂ、および処理ユニット組立体３を含んで構成されている。上流側ケース２ａの内部には、図１において矢印Ａ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、処理ユニット組立体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。
【００１５】
ケース２ａ，２ｂは、排気管に接続するための外側開口部２３ａ，２３ｂを有する連結管である。ケース２ａ，２ｂは、金属とくにＳＵＳ等の耐熱材料により形成されており、排気管に接続すべき入口または出口を構成する小径部２１ａ，２１ｂと、排気管よりも大径の概ね六角形の断面形状を有する大径部２２ａ，２２ｂと、小径部２１ａと大径部２２ａとの間および小径部２１ｂと大径部２２ｂとの間を接続するように形成されたコーン部２４ａ，２４ｂとを含む。コーン部２４は概ね截頭錐状であり、装置を組み立てた状態における処理ユニット組立体３に近接するに従い開口面積が拡大する。大径部２２ａの軸方向（図中Ａ方向）長さは十分長く設定されており、その結果、後述するとおり上流側ケース２ａを中間ケース３ａに嵌合させた場合に、その嵌合深さが給電端子１１ａと格子部材８との当接位置に対応する嵌合深さを含む所定範囲内で調整可能とされている。
【００１６】
処理ユニット組立体３は、中間ケース３ａと、その内部に複数（本実施形態では、７体）互いに平行に並設された処理ユニット６とを含んでいる。各処理ユニット６は、円筒形のハニカム構造体４ａおよびその外周に形成された外周電極４ｂ、並びに断面円形の直棒状の内部電極５からなる。
【００１７】
各処理ユニット６は、その断面形状に対応した７個の通孔を有する固定枠７，７に対して、溶接または銅ロウ付け等によって気密に固定されている。図２に示されるように、固定枠７の中心（すなわち中間ケース３ａの中心）に１体の処理ユニット６が配置されると共に、その周囲に６体の処理ユニット６が等角度間隔に配置される。固定枠７の外周は、アルミナマット９を介して中間ケース３ａに気密に固定されている。
【００１８】
ハニカム構造体４ａは周知のハニカムフィルタであって、コーディエライトまたは炭化珪素等の多孔質焼結体から構成されている。図３に示されるように、ハニカム構造体４ａには、断面略正方形状の多数のセル１２がその軸線方向に沿って規則的に形成され、各セル１２は薄いセル壁によって互いに仕切られている。各セル１２のうちハニカム構造体４ａの軸心に位置するセル１２ａは、その後端部において詰栓１３によって封止されている。他方、このセル１２ａを除いた他の全てのセル１２の前端と後端とはいずれも開放しており、これにより中間ケース３ａ内の上流側と下流側とが連通されている。セル壁の表面には、白金族元素（例えばＰｔ等）やバナジウム、銅、マンガン、アルミナなどの金属元素及び金属酸化物等からなる酸化触媒が担持されている。
【００１９】
このようなハニカム構造体４ａの外周面に密接して、略円筒形の外周電極４ｂが形成されている。外周電極４ｂには、金属とくにＳＵＳ等の耐熱導電材料を用いるのが好適である。
【００２０】
内部電極５は、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を用いるのが好適である。
【００２１】
各内部電極５の上流側の端部は、金属製の格子部材８の格子点に固定されている。格子部材８は、全ての内部電極５を一体的に支持するための支持部材として、および全ての内部電極５に給電するための分配経路として機能するものであり、ＳＵＳなどの耐熱導電性材料からなる。なお異常放電を抑制するために、格子部材８の表面のうち後述する給電プラグ１０との導通点および内部電極５との導通点を除いた全部または一部を、セラミックなどの耐熱絶縁性材料からなる絶縁層で被覆してもよい。
【００２２】
内部電極５は、図３に示されるように、上述したハニカム構造体４ａの多数のセル１２のうちハニカム構造体４ａの軸心部に位置するセル１２ａに挿入され、その詰栓１３に突き当たることでハニカム構造体４ａに保持される。
【００２３】
再び図１において、上流側ケース２ａのコーン部２４ａには、給電プラグ１０が固定されている。給電プラグ１０は、実質的に剛体であって、給電端子１１および絶縁碍子１２を含んで構成されている。給電端子１１の下端部１１ａは、組立ての際に格子部材８の表面に沿うように予め屈曲されている。給電プラグ１０は、上流側ケース２ａに形成された短円筒形のボス部２５に、例えばねじ嵌合によって固定される。このようにして給電プラグ１０がコーン部２４ａに固定されると、給電端子１１の下端部１１ａは、中間ケース３ａの軸心に対して図１における上寄りにある偏心位置であって、かつ上流側ケース２ａの小径部２１ａをその軸心方向へ延長した領域の内側に配置されることになる。
【００２４】
給電プラグ１０は、不図示の電源ユニットに排ガス浄化装置１の外部で接続される。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何れかを用いることができる。他方、各外周電極４ｂは、不図示の端子を介して電気的に接地されている。
【００２５】
このような排ガス浄化装置１の組立工程は、図４ないし図６に示されるとおりである。図４に示されるように、まず、７体の処理ユニット６が固定された固定枠７，７をアルミナマット９を介して中間ケース３ａに固定する。また、格子部材８に７本の内部電極５を固定し、この内部電極５を一体的に各ハニカム構造体４ａに挿入することで、処理ユニット組立体３を作成する。他方、給電プラグ１０を上流側ケース２ａのコーン部２４ａに固定する。
【００２６】
次に、図５に示されるように、給電プラグ１０が内向きに固定されたコーン部２４ａを、処理ユニット組立体３に嵌合させ、給電プラグ１０の下端部１１ａを格子部材８に突き当てた状態で、大径部２２ａを中間ケース３ａに溶接することで、上流側ケース２ａを処理ユニット組立体３に固定する。
【００２７】
そして、図６に示されるように、上流側ケース２ａの外側開口部２３ａから、溶接トーチ３０を内部に挿入し、この溶接トーチ３０によって給電プラグ１０の給電端子１１と格子部材８とを接続する。溶接トーチ３０による溶接点Ｗは、中間ケース３ａの軸心に対して図６における上寄りにある偏心位置であって、かつ上流側ケース２ａの小径部２１ａをその軸心方向へ延長した領域の上端から１０ないし２０ｍｍ内側とする。なお、溶接には電気溶接・ガス溶接その他各種の方法を用いることができ、電気溶接の場合には格子部材８または内部電極５に接触するアース手段を用いる必要がある。
【００２８】
最後に、下流側ケース２ｂを中間ケース３ａの下流側の端部に嵌合・溶接して固定し、これによって排ガス浄化装置１の組立てが終了する。なお、給電プラグ１０には不図示のプラグキャップが嵌合され、不図示のプラグコードを介して電源ユニットが接続されることになる。
【００２９】
このようにして作成された排ガス浄化装置１では、内燃機関の始動に合わせて、各処理ユニット６にてプラズマを発生させるべく、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を経由して処理ユニット組立体３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との間の放電によって排ガス中のＮＯｘなどの所定物質がプラズマ化され、反応の促進によりＮ２等の物質に変換させられる。また、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ハニカム構造体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。
【００３０】
ここで、本実施形態では、予め給電端子１１が内向きに固定された状態の上流側ケース２ａの外側開口部２３ａから、接続工具である溶接トーチ３０を挿入して、給電端子１１と格子部材８とを接続する。したがって、組立後の容器内から外側に外部接続線を引き出す必要がない。また、コーン部２４ａへの給電端子１１の固定が容器の組立前に行われるので、給電端子１１と容器との位置決めや、給電端子１１の近傍における容器の気密の確保などのように容器内側からの給電端子１１への接近を要する作業も容易に行うことができる。
【００３１】
また本実施形態では、処理ユニット組立体３に対する上流側ケース２ａの嵌合深さが、給電端子１１と格子部材８との当接位置に対応する嵌合深さを含む所定範囲内で調整可能とされているので、給電端子１１が固定された格子部材８を処理ユニット組立体３に結合する工程において、給電端子１１と格子部材８とを適切に当接させることができ、これによって両者の接続を良好に行うことができる。
【００３２】
また、本実施形態では、処理ユニット組立体３に近接するに従い内径が拡大するコーン部２４ａに、給電端子１１が固定されるので、給電端子１１をコーン部２４ａの管壁に対して垂直に近い姿勢にさせることができ、給電端子１１とコーン部２４ａとの間の異常放電を抑制できる。
【００３３】
また、本実施形態では、溶接トーチ３０による溶接点Ｗを、中間ケース３ａの軸心に対して図６における上寄りにある偏心位置としたので、溶接点Ｗを中間ケース３ａの軸心上とした場合に比べて動作時の圧損が少なく、また排ガスの熱に起因する劣化を抑制することができる。また、溶接点Ｗを上流側ケース２ａの小径部２１ａをその軸心方向へ延長した領域の内側としたので、溶接の際の作業性が良く、また溶接の結果を前方（上流側）から良く視認することができる。
【００３４】
なお、本発明は上述の各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、処理ユニット組立体３を作成する工程と、上流側ケース２ａに給電端子１１を固定する工程との順序は、いずれが先であってもよい。また、上流側ケース２ａを処理ユニット組立体３に結合する工程と、給電端子１１と内部電極５とを接続する工程との順序も、いずれが先であってもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では内部電極５と給電端子１１との接続を溶接によって行ったが、両者の接続はかしめやネジ止めなど他の固定方法によってもよい。また、上記実施形態では内部電極５を上流側の端部で格子部材８によって保持したが、これを下流側の端部で保持するなど、内部電極５の保持点の位置は任意である。また上記実施形態では上流側ケース２ａに給電端子を固定したが、本発明における給電端子は下流側ケース２ａに固定してもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では外周電極４ｂを円筒形としたが、角筒形など他の形状であってもよい。また、外周電極および内部電極の固定構造は他の構造であってもよい。
【００３７】
また上記実施形態ではハニカム構造体４ａのセル１２に基本的に詰栓を設けなかったが、本発明では、例えば前端開放且つ後端封止のセル１２と後端開放且つ前端封止のセル１２とが隣り合うようにこれらを市松模様状に配置し、前端開放のセル１２から侵入した排ガスがセル壁を通過して後端開放のセル１２から下流側に排出されるようにし、排ガスがセル壁を透過する際にＰＭが濾過されるようにしてもよい。また、単一の内部電極について複数個の外周電極を設けてもよい。また本発明はプラズマの利用の有無にかかわらず、電力の作用により排ガスを改質処理しうる各種の装置に適用することができ、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】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置の縦断端面を示す側面図である。
【図２】処理ユニット組立体を示す正面図である。
【図３】ハニカム構造体の要部を示す断面図である。
【図４】排ガス浄化装置の組立工程のうち、処理ユニット組立体を作成する工程と、上流側ケースに給電端子を固定する工程とを示す概念図である。
【図５】排ガス浄化装置の組立工程のうち、給電端子が固定された上流側ケースを処理ユニット組立体に結合する工程を示す概念図である。
【図６】排ガス浄化装置の組立工程のうち、溶接トーチによって給電端子と内部電極とを接続する工程を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３９】
１        排ガス浄化装置
２ａ      上流側ケース
２ｂ      下流側ケース
３        処理ユニット組立体
３ａ      中間ケース
４ａ      ハニカム構造体
４ｂ      外周電極
５        内部電極
６        処理ユニット
８        格子部材
１０      給電プラグ
１１      給電端子
【図１】
2006009708.tif 000003
【図２】
2006009708.tif 000004
【図３】
2006009708.tif 000005
【図４】
2006009708.tif 000006
【図５】
2006009708.tif 000007
【図６】
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