(57)【要約】【課題】  外周電極の内側に内部電極を配置してなる排ガス浄化装置において、装置の小型化を促進する。【解決手段】  外周電極２２ｂと、当該外周電極２２ｂに囲まれた領域に配置されて排ガスの流れ方向に延びる内部電極２３と、を備え、両電極２２ｂ，２３間に高電圧を印加して排ガスを浄化する排ガス浄化装置１において、絶縁材からなり複数の排ガス流路を有するバリア層２１を更に備え、外周電極２２ｂを、バリア層２１において複数の排ガス流路を画成する隔壁２１ａの厚さ内に配置する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周電極と、当該外周電極に囲まれた領域に配置されて排ガスの流れ方向に延びる内部電極と、を備え、前記両電極間に高電圧を印加して排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、
絶縁材からなるバリア層を更に備え、前記外周電極は前記バリア層において排ガス流路を画成する隔壁の厚さ内に配置されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
外周電極と、当該外周電極に囲まれた領域に配置されて排ガスの流れ方向に延びる内部電極と、を備え、前記両電極間に高電圧を印加して排ガスを浄化する排ガス浄化装置の製造方法であって、
絶縁材からなるバリア層であって、排ガス流路を画成する隔壁の厚さ内に空室が形成されたバリア層を作成する工程と、
前記空室に前記外周電極を挿入する工程と、
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３】
請求項２に記載の排ガス浄化装置の製造方法であって、
前記バリア層を作成する工程は、温度上昇により除去可能な材料からなる中子を用いて前記バリア層を成形する工程と、温度上昇により前記中子を除去する工程と、を含むことを特徴とする排ガス浄化装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の排ガス浄化装置の製造方法であって、
前記中子は黒鉛からなることを特徴とする排ガス浄化装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の排ガス浄化装置または請求項２ないし４のいずれかに記載の排ガス浄化装置の製造方法であって、
前記外周電極が複数備えられ、当該複数の外周電極が保持部材によって互いに一体的に保持されていることを特徴とする排ガス浄化装置または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高電圧の印加によって処理する排ガス浄化装置、および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棒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、供給される排ガス中の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】特開平８−３２３１４７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、出願人は、この種の装置において筒型の外周電極の内部にセラミックなどの絶縁体からなる筒型のバリア層を配置する構成を試作している。しかし、このようなバリア層と外周電極とをそれぞれ設けるのでは、両者の厚さによって装置全体のサイズが増し、特に複数並列に設置することを考えた場合に、装置の小型化の妨げになる上、前面投影面積の増大によって圧損が増大するおそれもある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、外周電極の内側に内部電極を配置してなる排ガス浄化装置において、装置の小型化を促進できるよう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】
【０００６】
第１の本発明は、外周電極と、当該外周電極に囲まれた領域に配置されて排ガスの流れ方向に延びる内部電極と、を備え、前記両電極間に高電圧を印加して排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、絶縁材からなるバリア層を更に備え、前記外周電極は前記バリア層において排ガス流路を画成する隔壁の厚さ内に配置されていることを特徴とする排ガス浄化装置である。
【０００７】
第１の本発明では、外周電極がバリア層において排ガス流路を画成する隔壁の厚さ内に配置されているので、装置の小型化を促進することができる。また、本発明による改良前のようにバリア層の外側に外周電極を配置する構造では、複数の排ガス流路を備えるバリア層を一体成形により形成する場合に、成形後のバリア層の外側に外周電極を設置するのが困難と考えられるが、第１の本発明によれば、複数の排ガス流路が備えられ且つそのそれぞれに外周電極が配置されたバリア層の構造を簡易な手段で実現することができる。
【０００８】
第２の本発明は、外周電極と、当該外周電極に囲まれた領域に配置されて排ガスの流れ方向に延びる内部電極と、を備え、前記両電極間に高電圧を印加して排ガスを浄化する排ガス浄化装置の製造方法であって、絶縁材からなるバリア層であって、排ガス流路を画成する隔壁の厚さ内に空室が形成されたバリア層を作成する工程と、前記空室に前記外周電極を挿入する工程と、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。
【０００９】
第２の本発明では、第１の本発明の構造をもつ装置を簡易な手段で作成することができる。また、焼成を要するセラミックなどのように、熱処理が必要な材料によりバリア層を構成する場合には、個々のバリア層の周りに外周電極を設置してからこれを熱処理するのでは、熱処理の際の熱によって外周電極が溶損ないし劣化するおそれがある。この点、第２の本発明では、外周電極を挿入する工程をバリア層の熱処理後に行なうことにより、外周電極の溶損ないし劣化を避けることができる。
【００１０】
第３の本発明は、請求項２に記載の排ガス浄化装置の製造方法であって、前記バリア層を作成する工程は、温度上昇により除去可能な材料からなる中子を用いて前記バリア層を成形する工程と、温度上昇により前記中子を除去する工程と、を含むことを特徴とする排ガス浄化装置の製造方法である。
【００１１】
第３の本発明では、隔壁の厚さ内に空室が形成されたバリア層を好適に作成することができる。
【００１２】
この第３の本発明における中子の材料としては、第４の本発明のように黒鉛を用いるのが特に好適である。
【００１３】
第５の本発明は、請求項１に記載の排ガス浄化装置または請求項２ないし４のいずれかに記載の排ガス浄化装置の製造方法であって、前記外周電極が複数備えられ、当該複数の外周電極が保持部材によって互いに一体的に保持されていることを特徴とする排ガス浄化装置または排ガス浄化装置の製造方法である。
【００１４】
第５の本発明では、保持部材によって一体的に保持された複数の導電体を隔壁における複数の空室に挿入することにより、これら複数の導電体を空室内に配置できるので、良好な組立作業性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態につき、以下に図面に従って説明する。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、車両に適用されるものであり、エンジン５１の燃焼室から排出される排ガスを浄化するために、エンジン５１の排気経路に組み込まれた浄化容器１０を含んで構成されている。エンジン５１の排気ポートに接続された排気マニホールド５２には、三元触媒５３、浄化容器１０、ＮＯｘ還元触媒５４、および消音器５５がこの順に接続され、これらによって排気経路が構成されている。エンジン５１は筒内直接噴射式の４気筒ディーゼルエンジンであり、燃焼サイクルにおける燃料噴射のタイミングを異にすることにより、例えば軽負荷時（低回転時）にはエンジンの点火栓近傍に濃い混合気を偏在させていわゆる成層燃焼を行い、また高負荷時（高回転時）には、混合気をエンジンの燃焼室内全体に均等に分布させていわゆる均質燃焼を行うことが可能とされている。
【００１６】
図２において、浄化容器１０は、金属等の耐熱導電性材料により概ね円筒形に形成されている。浄化容器１０の内部には、帯電部２０および吸着部３０からなる高電圧処理部４０が設けられている。
【００１７】
帯電部２０は、複数（本実施形態では、７個）の概ね正六角柱形の排ガス流路を有するバリア層２１と、バリア層２１において排ガス流路を画成する隔壁の厚さ内に配置された多数の外周電極２２ｂと、これら多数の外周電極２２ｂに囲まれた領域に挿通された細径棒状の中心電極２３と、を主部材として構成されている。バリア層２１は、浄化容器１０の内側に設置されており、バリア層２１の外周面と浄化容器１０との間は、アルミナなどの絶縁層２４によって気密に閉塞されている。中心電極２３に接続された導電線２５は、碍子などからなるスリーブ１２に挿通されており、かつ全ての中心電極２３が一体的に結合された枠体２６を支持している。
【００１８】
図３に示されるように、バリア層２１は、排ガス流路を画成する隔壁２１ａの厚さ内に、本発明における空室である多数の通孔２１ｂを備えている。通孔２１ｂは、図２において矢印Ａで示される排ガスの供給方向と平行に、隔壁２１ａの長手方向に延びてこれを貫通している。
【００１９】
図４に示されるように、外周電極組立体２２は、バリア層２１の端面形状と概ね同一の平面形状を有する平板状の保持部材２２ａに、バリア層２１の通孔２１ｂに挿入するための外周電極２２ｂを、複数本互いに平行に、片持ち状に固定してなる。これら保持部材２２ａおよび外周電極２２ｂには、ＳＵＳなどの耐熱導電性材料を用いるのが好適である。なお、バリア層２１および外周電極組立体２２は、図３に示されるとおり７個の排ガス流路を画成しているが、図４においては理解の容易のため、排ガス流路を３個として図示している。
【００２０】
再び図２において、吸着部３０は、略円柱形のハニカム構造体３１と、ハニカム構造体３１の長手方向軸心上に位置するように挿通された細径棒状の中心電極３２とを主部材として構成されている。ハニカム構造体３１は、炭化珪素の多孔質焼結体からなる周知のハニカムフィルタであり、断面略正方形の多数のセルがその軸線方向に沿って規則的に形成され、各セルは薄いセル壁によって互いに仕切られている。各セルはその前端部と後端部とで開放しており、これにより浄化容器１０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。
【００２１】
ハニカム構造体３１の外周面に密接して、略円筒形の外周電極３３が設けられており、外周電極３３の外周面と浄化容器１０との間は、アルミナなどの絶縁層３４によって気密に閉塞されている。外周電極３３に接続された導電線３５は、電極座１３を介して外部に引き出されている。中心電極３２に接続された導電線３７は、碍子などからなるスリーブ１５を介して浄化容器１０の外部に引き出されている。
【００２２】
浄化容器１０および導電線３５は、不図示のボディアース点に接続されており、これによって電気的に接地されている。一方、帯電部２０に給電するための導電線２５には、直流パルス電源、交流電源、または直流パルスと交流の重畳電源の陽極が接続される。吸着部３０に給電するための導電線３７には、直流電源の陽極が接続される。
【００２３】
本実施形態における帯電部２０の製造方法は、以下のとおりである。すなわち、まず、コーディエライトなどのセラミック材料の成形加工、例えば押出し加工により、複数の排ガス流路を有するバリア層２１を成形する。この成形の際に、黒鉛からなる丸棒状の中子を所望の本数、隔壁２１ａの厚さ内に配置しておく。
【００２４】
次に、成形されたバリア層２１を焼成する。この焼成によって、中子が焼却・除去されて、隔壁２１ａの厚さ内に多数の通孔２１ｂが形成されることになる。
【００２５】
他方、保持部材２２ａに、複数の外周電極２２ｂを互いに並行に一体的に固定して、外周電極組立体２２を作成する。
【００２６】
そして、作成された外周電極組立体２２の各外周電極２２ｂを、図４における矢印Ｂ方向に各通孔２１ｂに挿入することによって、外周電極組立体２２とバリア層２１とを結合する。
【００２７】
以上のとおり構成された本実施形態の排ガス浄化装置１では、エンジン５１の始動に合わせて、帯電部２０および吸着部３０に、内部電極２３および中心電極３２をそれぞれ陽極として高電圧が印加される。そして、始動したエンジン５１の燃焼室からの排ガスが三元触媒５３を経由して浄化容器１０の内部へと導入されると、帯電部２０における放電によって排ガス中のＮＯｘなどの物質がプラズマ状態に活性化されて、反応が促進され、Ｎ２等の物質に変換させられる。また、帯電部２０において帯電された排ガス中のＰＭが、吸着部３０における電界との相互作用によってハニカム構造体３１に吸着され、ハニカム構造体３１に担持された触媒物質の作用と相まって、放電に伴って発生した活性ガス（ＮＯ２，Ｏ３，ＯＨ等）により低温で焼却処理される。
【００２８】
ここで、本実施形態では、バリア層２１において排ガス流路を画成する隔壁２１ａの厚さ内に外周電極２２ｂが配置されているので、装置の小型化を促進することができる。
【００２９】
また、バリア層２１の外側に外周電極を設置する従来の構造では、外周電極と排ガス流路との間に絶縁体からなるバリア層を設けることを考えた場合に、複数の排ガス流路を備えるバリア層を一体的に成形すると、成形後の個々の排ガス流路について外周電極を取り付けるのが困難と考えられる。これに対して、本実施形態では複数の排ガス流路を画成する隔壁２１ａの厚さ内に空室２１ｂが形成されたバリア層２１を予め作成し、この空室２１ｂに前記外周電極２２ｂを挿入することによって装置を製造するので、このような構造（すなわち、複数の排ガス流路が備えられ且つ各排ガス流路を囲むように外周電極が配置された構造）を簡易な手段で実現することができる。
【００３０】
また、焼成を要するセラミックなどのように、熱処理が必要な材料により複数の互いに平行な排ガス流路を有するバリア層を一体成形によって構成する場合には、個々のバリア層に外周電極を設置してからこれを熱処理するのでは、熱処理の際の熱（セラミックの焼成温度は一般に１４００°Ｃ以上）によって外周電極が溶損ないし劣化するおそれがある。この点、本実施形態では、外周電極２２ｂを挿入する工程がバリア層２１の熱処理（焼成）後に行なわれるので、外周電極２２ｂの溶損ないし劣化を避けることができる。
【００３１】
また本実施形態では、バリア層２１を作成する工程が、温度上昇により分解除去可能な材料からなる中子を用いてバリア層２１を成形する工程と、成形後の温度上昇により前記中子を除去する工程と、を含むこととしたので、隔壁２１ａの厚さ内に空室２１ｂが形成されたバリア層２１を好適に作成することができる。
【００３２】
また本実施形態では、保持部材２２ａによって一体的に保持された複数の外周電極２２ｂを、隔壁２１ａにおける複数の空室２１ｂに挿入することにより、これら複数の外周電極２２ｂを単一操作で同時に空室２１ｂ内に配置できるので、良好な組立作業性を得ることができる。
【００３３】
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、上記実施形態では中子の材料に黒鉛の棒材を用いたが、本発明における中子の材料としてはいわゆるロスト材、すなわち蝋材、固形オイル、樹脂材、木材などのように温度上昇により分解除去可能な各種の材料を使用することができる。また、上記実施形態では外周電極２２ｂを配置すべき空室を通孔２１ｂとしたが、本発明における空室は通孔である必要はなく、有底の穴であってもよい。また、上記実施形態では外周電極２２ｂを丸棒状としたが、本発明における外周電極は他の形状、例えば板状であってもよい。
【００３４】
また上記実施形態ではバリア層２１によって画成される排ガス流路の断面形状を正六角形としたが、排ガス流路の断面形状は円形や正八角形など、他の任意の形状を選択できることはいうまでもない。また、上記実施形態では高電圧処理部４０が帯電部２０と吸着部３０とを有することとしたが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、例えばハニカム構造体の上流側の端面から下流側の端面まで貫通した多数のセルのうち、一部のセルを上流側の端部で栓詰し、これに隣接する他のセルを下流側の端部で栓詰することで、上流側開口のセルから流入した排ガスが、多孔質の隔壁を通って濾過され、下流側開口のセルから排出されて、その際に排ガス中のＰＭが隔壁に捕集されるようにしたものに外周電極および内部電極を設けた装置など、プラズマの利用の有無やＰＭの濾過如何にかかわらず、電力の作用を利用して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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置が適用される排気系の概略を示す側面図である。
【図２】本実施形態に係る排ガス浄化装置の要部を示す縦断側面図である。
【図３】図２のＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】帯電部の構造および組立工程を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３６】
１        排ガス浄化装置
１０      浄化容器
２０      帯電部
２１      バリア層
２１ａ    隔壁
２１ｂ    通孔
２２      外周電極組立体
２２ａ    保持部材
２２ｂ    外周電極
２３      内部電極
３０      吸着部
【図１】
2006026537.tif 000003
【図２】
2006026537.tif 000004
【図３】
2006026537.tif 000005
【図４】
2006026537.tif 000006