(57)【要約】【課題】  放電電極装置と高電圧発生装置との間の距離を短くすることが出来、配線で発生する電力損失を低減した排出ガス処理装置を提供する。【解決手段】  内燃機関の排気管と、前記排気管内に放電電極を突き出した状態で固定される放電電極装置と、自動車に設置された電源装置と、前記電源装置により供給された電圧を昇圧し、前記放電電極装置へ高電圧を供給する高電圧発生装置とを備えた排出ガス処理装置であって、前記高電圧発生装置における電圧の昇圧は、圧電素子により行なわれることを特徴とする排出ガス処理装置を提供する。【選択図】      図１
2006207425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管と、
前記排気管内に放電電極を突き出した状態で固定される放電電極装置と、
自動車に設置された電源装置と、
前記電源装置により供給された電圧を昇圧し、前記放電電極装置へ高電圧を供給する高電圧発生装置とを備えた排出ガス処理装置であって、
前記高電圧発生装置における電圧の昇圧は、圧電素子により行なわれることを特徴とする排出ガス処理装置。
【請求項２】
前記圧電素子は、長板状の圧電セラミックス板からなり、
略筒状の収容器に収容され、
複数の支持部によって固定され、
前記支持部の一端は、前記圧電セラミックス板の圧電変位の節となる部位またはその近傍に接し、
前記支持部の他方の一端は、前記収容器の内壁に接していることを特徴とした請求項１に記載の排出ガス処理装置。
【請求項３】
前記高電圧発生装置は、ＡＣ−ＤＣ変換回路を備えることを特徴とした請求項２又は３に記載の排出ガス処理装置。
【請求項４】
前記高電圧発生装置を前記放電電極装置と一体に構成したことを特徴とした請求項１乃至３に記載の排出ガス処理装置。
【請求項５】
前記高電圧発生装置は、前記放電電極装置の軸方向かつ近傍に設置され、
前記高電圧発生装置の出力電極と前記放電電極装置の入力電極とを電気的に接続する接続手段が設けられ、
前記接続部分を被うハウジングが設けられていることを特徴とした請求項４に記載の排出ガス処理装置。
【請求項６】
前記放電電極装置の下流に配置され多数の通気孔を有する導電性膜からなる接地電極を備え、
前記排気管および前記接地電極は実質的に接地されていることを特徴とした請求項１乃至５に記載の排出ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車からの排出ガス、特にディーゼルエンジンの排出ガスの処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンや希薄混合気燃焼方式（リーンバーン）のガソリンエンジンは希薄空燃比で運転されるため、低燃費であり、地球温暖化物質である二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量を抑制出来る利点がある。しかし、その排出ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）が問題となっている。
【０００３】
そこで、排出ガスに含まれるＰＭを処理する方法として、コロナ放電を利用して、ＰＭを静電凝集させる方法が考案された。例えば、特許文献１では、煙やＰＭを含むガスが流入する筒状体内に、コロナ放電を発生させる複数の直線状の放電電極装置を備えるとともに、筒状体壁を接地電極とした装置が提案されている。特許文献１記載の装置では、放電電極と接地電極との間に高電圧を印加することによりコロナ放電を発生させる。このコロナ放電によって排出ガス中のＰＭが帯電し、静電力で接地電極側へ移動して凝集する。
【特許文献１】特開２００３−１４４９７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の従来技術では、放電電極装置に高電圧を印加する高電圧発生装置の体格が大きく、自動車の排気管近傍であるシャシー下部に設置することが難しいため、放電電極装置と高電圧発生装置を離れた場所に設置せざるを得なかった。放電電極装置には数十ＫＶ（例えば２０ＫＶ）の電圧を印加するため、高電圧用配線が太くなっている。このため、放電電極装置と高電圧発生装置との間の配線の設置が大変であると共に、配線の体積が大きい為、自動車に設置する上での妨げとなっていた。またそればかりでなく、配線が長くなる程、配線にて発生する電力損失が大きくなることが問題となっていた。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、その目的は、放電電極装置と高電圧発生装置との間の距離を短くすることが出来、配線で発生する電力損失を低減した排出ガス処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては、内燃機関の排気管と、前記排気管内に放電電極を突き出した状態で固定される放電電極装置と、自動車に設置された電源装置と、前記電源装置により供給された電圧を昇圧し、前記放電電極装置へ高電圧を供給する高電圧発生装置とを備えた排出ガス処理装置であって、前記高電圧発生装置における電圧の昇圧は、圧電素子により行なわれることを特徴とする排出ガス処理装置を提供する。
【０００７】
これによると、高電圧発生装置の体格を小さくすることが可能なため、自動車の排気管近傍への設置が容易となる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明のように、前記圧電素子は、長板状の圧電セラミックス板からなり、略筒状の収容器に収容され、複数の支持部によって固定され、前記支持部の一端は、前記圧電セラミックス板の圧電変位の節となる部位またはその近傍に接し、前記支持部の他方の一端は、前記収容器に接していると良い。
【０００９】
これによると、自動車の振動による圧電素子の位置ずれや脱落を防止出来、且つ、圧電素子の機械的振動を阻害しない構成となる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のように、前記高電圧発生装置は、ＡＣ−ＤＣ変換回路を備えると、圧電素子により昇圧された交流電圧を直流電圧に変換することが出来る。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明のように、前記高電圧発生装置を前記放電電極装置と一体に構成すると、特に、請求項５に記載の発明のように、前記高電圧発生装置は、前記放電電極装置の軸方向かつ近傍に設置され、前記高電圧発生装置の出力電極と前記放電電極装置の入力電極とを電気的に接続する接続手段が設けられ、前記接続部分を被うハウジングが設けられていると、放電電極装置と高電圧発生装置を接続する高電圧用配線を短く出来るため、放電電極装置と高電圧発生装置との間での電力損失を低減することが出来る。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明のように、前記放電電極装置の下流に配置され多数の通気孔を有する導電性膜からなる電極を備え、前記排気管および前記電極は実質的に設置されていると、放電電極装置と高電圧発生装置との間での電力損失が少ない排出ガス処理装置を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明の実施形態の構成を図面に従って説明する。図１は、高電圧発生装置と一体に構成された本発明における放電電極装置２を、ディーゼルエンジンの排出ガス処理装置としての凝集器１に適用した場合の構成図である。
【００１４】
凝集器１は、排気管内において、コロナ放電電極装置（以下放電電極装置という）２と、放電電極装置２の外周位置の排気管内周壁からなる第１接地電極５と、放電電極装置２の下流に設けた導電性網からなる第２接地電極４を有している。第１接地電極５および第２接地電極４は、電気的に接地されている。
【００１５】
このように構成された凝集器１では、放電電極装置２に直流高電圧を印加することにより、放電電極装置２の放電電極２１と、第１接地電極５および第２接地電極４との間にコロナ放電を発生させる。
【００１６】
放電電極装置２は、円柱状の絶縁碍子２２と、絶縁碍子２２の端部に設けられた放電電極２１と、絶縁碍子２２の他端部に設けられた入力電極２３とを含み構成される。この放電電極装置２は、放電電極２１側の端部を排気管内に突き出し、一方、入力電極側の端部を排気管外に突き出した状態で、排気管の壁面に固定されている。放電電極２１の先端部が、下流に位置する第２接地電極４と所定間隔をおいて対向している。また、放電電極２１は、排気管の排気通路の径方向の中心部に位置している。この放電電極２１の先端部は、鋭角の先端部を多数有しており、先端部が放射状に位置する形状となっている。具体的には、図２に示すように、複数の突起６２ａを有する星型形状となっている。これによって、放電率を高めるとともに、排気管内に均等にコロナ放電を発生させて、凝集効果を高めることができる。
【００１７】
第２接地電極４となる導電性網は円板状で、排気流れと直交するように通路を横切って配置され、外周縁が排気管内周壁に固定されている。導電性網の網目によって形成される多数の通気孔は、凝集した微粒子の通過を妨げない大きさとされる。排気微粒子は、通常、０．１μｍから数μｍの粒径であり、凝集した微粒子は、通常、１μｍから１０μｍの粒径の粗大粒子となるため、通気孔は、例えば、一辺が０．５ｍｍから１ｍｍ程度、ないしそれ以上となっていればよい。一般に、通気孔が大きいほど圧損を低減する効果は高くなるが、通気孔が小さく表面積が広い方が、コロナ放電による凝集効果は大きくなる。従って、圧損を悪化させない範囲で、所望の凝集効果が得られるように、通気孔の大きさを適宜調整するとよい。
【００１８】
第２接地電極４の設置位置は、好ましくは、放電電極２１と第２接地電極４となる導電性網との距離（軸方向距離）が、放電電極２１と第１接地電極５となる排気管内周壁との距離（径方向距離）よりも長くなるようにする。このようにすると、排気ガス流量が少ない時には、主に第１接地電極５にて微粒子を凝集させ、排気ガス流量が多い時には、ガス流によって、第１接地電極５へ移動できない微粒子を、ガス流れ方向に位置する第２接地電極４で十分凝集させ、捕集の容易な粗大粒子とすることができる。
【００１９】
このように構成された凝集器１では、放電電極装置２に、負の直流高電圧、例えば、−２０ＫＶを印加し、放電電極２１の近傍においてコロナ放電を発生させる。これにより、電子が放射されて、電子親和性の高い酸素がマイナスイオン化し、付近のＰＭに付着してこれを負に帯電させる。ＰＭは、主に第２接地電極４において凝集・粗大化する。
【００２０】
粗大化したＰＭは、第２接地電極４の通気孔を通過して下流へ移動する。
【００２１】
図３は、図１の放電電極装置２の拡大図である。放電電極装置２は、ハウジング２０２と、絶縁碍子２２と、放電電極２１と、入力電極２３と、支持部材２０６と、高電圧発生部２０７と、高電圧配線２０５とから構成される。
【００２２】
ハウジング２０２は、ステンレス等からなり、略円筒状に形成された絶縁碍子支持部２０２Ａと、筒状かつ蛇腹形状に形成された蛇腹筒状部２０２Ｂを備えている。絶縁碍子支持部２０２Ａの外周には、略円環状に形成された段差部２０２Ｃが設けられ、段差部２０２Ｃより排気管側には、排気管壁に固定するためのネジ部２０２Ｄが設けられている。このハウジング２０２に用いる材料はステンレス以外の材料であっても良く、放電電極装置２は排気管の近傍に設けられ、排気管の温度は最大約６００度となるため、耐熱性の高い材料であると良く、車外に曝されるため、耐腐食性の高い材料であると良い。
【００２３】
絶縁碍子２２は、アルミナセラミック（Ａｌ2Ｏ3）等からなり、略円柱状に形成されている。この絶縁碍子２２は、軸方向の中間位置でハウジング２０２に固定されると共に、絶縁碍子２２の入力電極２３側は、ハウジング２０２の蛇腹筒状部２０２Ｂに覆われている。
【００２４】
放電電極２１は、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基合金等の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成されており、本例では円柱状かつＬ字状に形成されている。この放電電極２１は、絶縁碍子２２の排気管側端部に設けられた軸孔（図示せず）に固定され、絶縁碍子２２を介してハウジング２０２に絶縁保持されている。
【００２５】
入力電極２３は、略円筒状に形成されており、絶縁碍子２２の図の上方向の端部に設けられている。
【００２６】
支持部材２０６は、略円筒状に形成され、ハウジング２０２の内周に固定されている。またハウジング２０２の蛇腹筒状部２０２Ｂの上部から段差部２０２Ｃ方向へ伸びており、絶縁碍子２２の上部を覆っている。
【００２７】
高電圧発生部２０７は、略筒状に形成され、支持部材２０６の内周に、絶縁碍子２２と対面して軸方向に配置固定されている。高電圧発生部２０７の構成については後述する。
【００２８】
高電圧配線２０５は、高電圧発生部２０７の絶縁碍子２２側の端部に設けられていると共に、絶縁碍子２２に設けられた入力電極２３に接続されている。
【００２９】
このように構成された放電電極装置２では、高電圧発生部２０７は、電源装置（図示せず）から電源入力配線（図示せず）を介して入力された電力を元に、内部で高電圧を発生する。高電圧発生部２０７により発生された高電圧が、高電圧配線２０５および入力電極２３を介して、絶縁碍子２２に印加されると、絶縁碍子２２は、放電電極２１先端部の近傍においてコロナ放電を発生させる。
【００３０】
このとき、放電電極装置２と高電圧発生部２０７を接続する高電圧配線２０５が短いため、放電電極装置２と高電圧発生部２０７との間での電力損失を低減することが出来る。
【００３１】
図４は、図３の高電圧発生部２０７の断面図である。高電圧発生部２０７は、収容器３００と、圧電素子３０１と、支持部３０４と、帰還抵抗３０８と、ＡＣ−ＤＣ変換回路３０９とを含んで構成されている。昇圧手段に圧電素子３０１を用いることより、高電圧発生部２０７の体格を小さくすることが可能なため、自動車の排気管近傍への設置が容易となる。
【００３２】
圧電素子３０１は、圧電セラミック体からなり、細長で平板状に形成されている。
【００３３】
この圧電素子３０１の幅方向一方の半部には、圧電素子３０１を上下面で挟み対向する一対の入力電極３０２が設けられている。一方、圧電素子３０１の幅方向の他方の半部には、出力電極３０３が設けられている。
【００３４】
前記圧電素子３０１は、複数の支持部３０４を介して収容器３００に固定されている。
【００３５】
収容器３００は、ステンレス等からなり、略直方体状に形成されている。
【００３６】
支持部３０４は、樹脂材料等からなり、略円錐状に形成されて、一端が前記圧電素子３０１に固定され、他端が収容部３００に固定されている。圧電素子３０１を固定する位置は、圧電素子３０１の入力電極３０２に電圧が印加されたとき、圧電素子３０１自身の変位（歪み）が少ない地点とすると良い。この変位の少ない部位は、圧電素子３０１の共振周波数によって異なるが、共振周波数が下記数式で表されるとき、変位の少ない部位は、長さを３等分したときの１／３および２／３の地点となる。例えば長さが５０ｍｍである場合は、１６．７ｍｍおよび３３．３ｍｍ付近となる。
【００３７】
（数１）
共振周波数ｆ＝圧電トランス中の音速／圧電トランスの長さ
（圧電トランス中の音速：３２５０ｍ／ｓ）
支持部３０４に用いる材料は、樹脂材料以外の材料であっても良く、放電電極装置２は排気管の近傍に設けられ、排気管の温度は最大約６００度となるため、耐熱性の高い材料であると良く、圧電素子３０１を破損しないよう、柔軟性のある材料であると良く、電極と接するため、絶縁性の高い材料であると良い。これによって、自動車の振動による圧電素子３０１の位置ずれや脱落を防止出来、且つ、圧電素子３０１自身の有効振動を阻害しない構成となっている。
【００３８】
前記圧電素子３０１の入力電極３０２には、入力配線３０６および接地配線３０５が設けられている。入力配線３０６は、交流電源回路（図示せず）に接続されている。接地配線３０６は、自動車のボデー等に接続されている。
【００３９】
前記圧電素子３０１の出力電極３０３には、高電圧配線３０７が設けられており、圧電素子３０１にて発生した交流電圧を直流電圧に変換するためのＡＣ−ＤＣ変換回路３０９に接続されている。
【００４０】
ＡＣ−ＤＣ変換回路３０９は、帰還抵抗３０８を備えており、帰還抵抗３０８は、圧電素子３０１から出力される電圧を計測するため、一端を圧電素子３０１に設けらた入力電極３０２を介して電気的に接地し、他方の一端をＡＣ−ＤＣ変換回路３０９の基板に設けられた配線パターン（図示せず）を介して高電圧配線３０７と導通している。またＡＣ−ＤＣ変換回路３０９には、変換した電力を外部へ出力するための高電圧配線３０９が設けられている。
【００４１】
このように構成された高電圧発生部２０７は、交流電源回路から入力配線３０６および入力電極３０２を介して圧電素子３０１に交流電圧が印加されると、圧電素子３０１にて電圧を増幅する。そして、圧電素子３０１にて発生した高電圧を、圧電素子３０１の出力電極３０３および高電圧配線３０７を介してＡＣ−ＤＣ変換回路３０９に送り、ＡＣ−ＤＣ変換回路３０９により交流電圧から直流電圧に変換し、高電圧配線３１０を介して図３の絶縁碍子２２の上部に設けられた入力電極２３に直流高電圧を供給する。また帰還抵抗３０８の両端の電圧を計測し、計測された電圧値を外部に設けられた可変周波数発振器（図示せず）にフィードバックし、計測された電圧値に応じて、可変周波数発振器の周波数を低くする又は高くすることで、高電圧発生部２０７の出力電圧を所定の電圧、例えば−２０ＫＶに制御することが可能である。
【００４２】
また、圧電素子３０１を用いることより、高電圧発生装置の体格を小さくすることが可能なため、自動車の排気管近傍への設置が容易となる。ここで振動の多い自動車において圧電素子を用いる上では振動対策も重要であるが、本発明では支持部３０４によって、自動車の振動による圧電素子３０１の位置ずれや脱落を防止出来、且つ、圧電素子３０１自身の有効振動を阻害しない構成となっている。
【００４３】
図５は、高電圧発生部２０７の回路構成を説明する説明図である。高電圧発生部２０７は、圧電素子３０１と、帰還抵抗３０８と、ＡＣ−ＤＣ変換回路３０９とから構成されている。このように構成された高電圧発生部２０７は、交流電源回路（図示せず）から圧電素子３０１に交流電圧が印加されると、圧電素子３０１にて電圧を増幅する。そして、圧電素子３０１にて発生した高電圧を、ＡＣ−ＤＣ変換回路３０９に送り、ＡＣ−ＤＣ変換回路３０９により交流電圧から直流電圧に変換し、外部負荷（図示せず）に直流高電圧を供給する。また帰還抵抗３０８の両端の電圧を計測し、外部に設けられた可変周波数発振器（図示せず）にフィードバックし、計測された電圧値に応じて、可変周波数発振器の周波数を低くする又は高くすることで、高電圧発生部２０７の出力電圧を所定の電圧、例えば−２０ＫＶに制御することが可能である。
【００４４】
図６は、本発明における実施形態の交流電源回路の回路構成を示す説明である。交流電源回路は、バッテリー５０１と、ＤＣ−ＡＣ変換回路５０２と、可変周波数発振器５０３とから構成される。このように構成された交流電源回路は、バッテリー５０１からＤＣ−ＡＣ変換回路５０２へ直流電圧を送り、ＤＣ−ＡＣ変換回路５０２により直流電圧を交流電圧に変換し、可変周波数発振器５０３により交流電圧の周波数を調整し出力する。
【００４５】
上述した通り本発明によると、高電圧発生装置の体格を小さくすることが可能なため、自動車の排気管近傍への設置が容易となる。また、放電電極装置と高電圧発生装置を接続する高電圧用配線を短く出来るため、放電電極装置と高電圧発生装置との間での電力損失が少ない排出ガス処理装置を提供することが出来る。
【００４６】
なお、本発明に用いられる構成は本発明の課題を達成出来るものであれば、本実施形態の構成に限定されない。例えば、放電電極装置２と、第１接地電極５と、第２接地電極４との間にてコロナ放電を発生させる際の、両電極間に印加させる電圧落差は、５ＫＶから５０ＫＶの範囲に設定する。これにより、電極間に電圧を印加する際の適正な耐電圧リーク特性を満たしつつ、好適な排気微粒子の凝集効果を得ることができる。好ましくは，両電極間に印加させる電圧落差は、１０ＫＶから３０ＫＶの範囲に設定するのが良く、放電電極２１の先端部は、複数の先端部が放射状位置する形状に限らず、必要に応じて適宜設定変更することが出来、収容器３００は、円筒状など、必要に応じて適宜設定変更することが出来、ハウジング２０２の蛇腹筒状部２０２Ｂは、円筒状など、必要に応じて適宜設定変更することが出来、排気管内周壁からなる第１接地電極５や導電性網からなる第２接地電極４は、必ずしも接地電位である必要はなく、図７に示すように排気管と接地の間にコンデンサ等を設けることで電位を高く調整しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明における実施形態の凝集器の構成を示す断面図である。
【図２】図１及び図６におけるＸ矢視図である。
【図３】図１の放電電極装置２の拡大図である。
【図４】図３の高電圧発生部２０７の構成を示す説明図である。
【図５】図３の高電圧発生部２０７の回路構成を説明する説明図である。
【図６】本発明における実施形態の交流電源回路の回路構成を示す説明である。
【図７】本発明における実施形態の凝集器の構成を示す断面図（２）である。
【符号の説明】
【００４８】
１  凝集器
２  放電電極装置
３  第１接地電極
４  第２接地電極
５  排気管
２０７  高電圧発生部
【図１】
2006207425.tif 000003
【図２】
2006207425.tif 000004
【図３】
2006207425.tif 000005
【図４】
2006207425.tif 000006
【図５】
2006207425.tif 000007
【図６】
2006207425.tif 000008
【図７】
2006207425.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月3日(2005.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
【図１】本発明における実施形態の凝集器の構成を示す断面図である。
【図２】図１及び図７におけるＸ矢視図である。
【図３】図１の放電電極装置２の拡大図である。
【図４】図３の高電圧発生部２０７の構成を示す説明図である。
【図５】図３の高電圧発生部２０７の回路構成を説明する説明図である。
【図６】本発明における実施形態の交流電源回路の回路構成を示す説明である。
【図７】本発明における実施形態の凝集器の構成を示す断面図（２）である。