(57)【要約】【課題】  コロナ放電を利用した排気微粒子（ＰＭ）の浄化装置において、アーク放電が発生した場合に起こる高熱による放電電極先端部の電極溶損を防止する。【解決手段】  内燃機関の排気部で、電極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て排気微粒子を帯電し、帯電した排気微粒子を凝集させて捕集する内燃機関用の排気浄化装置において、コロナ放電電極及び高電圧電源間に抵抗体を直列に配設したことを特徴とする内燃機関用排気浄化装置。【選択図】      図２
2006200376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気部で、電極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て排気微粒子を帯電し、帯電した排気微粒子を凝集させて捕集する内燃機関用の排気浄化装置において、コロナ放電電極及び高電圧電源間に抵抗体を直列に配設したことを特徴とする内燃機関用排気浄化装置。
【請求項２】
上記抵抗体は、上記コロナ放電電極を上記排気浄化装置のハウジングに取付けるための取付け金具の位置より上部の部位に配設されている抵抗体であることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記抵抗体は、上記コロナ放電電極内部に配設された抵抗体であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用排気浄化装置。
【請求項４】
上記抵抗体は、高電圧コードまたは上記高電圧電源の内部に配設された抵抗体であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用排気浄化装置。
【請求項５】
上記抵抗体は、上記コロナ放電電極内部に配設された抵抗体並びに上記高電圧コード及び/または上記高電圧電源の内部に配設された抵抗体であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用排気浄化装置。
【請求項６】
上記抵抗体は、１００Ω以上の抵抗値を有する抵抗体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の内燃機関用排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスに含まれる排気微粒子（ＰＭ）をコロナ放電により帯電させて凝集し、捕集する内燃機関用の排気浄化装置において、アーク放電が発生した場合に起こる高熱による放電電極の放電先端部の電極溶損を防止する機能を組み込んだ内燃機関用排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気に含まれる排気微粒子（ＰＭ）の処理が大きな課題となっている。従来技術として、特許文献１があり、放電極と凝集板からなる荷電部を有する静電凝集装置において、前記放電極及び凝集板を電気的に絶縁し、放電極及び凝集板間にコロナ放電を発生させるための高電圧電源を備え、且つ、前記放電極は、複数のトゲ状の突起またはシャープエッジの放電部を備えた電極からなることを特徴とし、特に重油専用ボイラーに用いられる静電凝集装置が提示されている。
【０００３】
放電部先端をトゲ状或いはシャープエッジに形成することにより、低電圧でコロナ放電を発生させることができるが、一方で、アーク放電が発生した場合に先端がシャープであるほど放電部先端の溶損を招きやすい欠点がある。特に、内燃機関においては、排気温度が大きく変化するため、一定の電圧を印加していても、特に温度上昇時には、アーク放電が発生しやすい。このアーク放電が発生すると、高熱が発生してトゲ状或いはシャープエッジの電極の放電部先端が溶損して、鈍角になったり短くなったりしてしまうこととなる。その結果、コロナ放電を発生させるために印加する電圧が上昇することとなり、放電の分布が不均一になり性能が著しく低下してしまう。上記静電凝集装置においては、このような状況への対応策の提示が全くなく、提示されているトゲ状或いはシャープエッジの放電電極の放電部をそのまま自動車の内燃機関に応用することには大きな課題が残される。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２６３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の従来技術が有する欠点を改良しようとするものであり、特に、内燃機関の排気ガスに含まれる排気微粒子（ＰＭ）をコロナ放電により帯電させて凝集し、捕集する内燃機関用の排気浄化装置において、アーク放電が発生した場合に起こる高熱による放電電極の放電先端部の電極溶損を防止する機能を組み込んだ内燃機関用排気浄化装置を実現しようとするものである。このため、放電電極の放電先端部をシャープな形状に維持できるので低電圧で均等なコロナ放電の発生を維持することができ、消費電力の節約になる。また、その結果として、効率良く排気微粒子（ＰＭ）を帯電させて、コロナ放電を利用した排気微粒子（ＰＭ）の効率のよい凝集或いは捕集を可能にし、高性能な内燃機関用の排気浄化装置を実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の内燃機関用の排気浄化装置は、内燃機関の排気部で、電極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て排気微粒子を帯電し、帯電した排気微粒子を凝集させて捕集する内燃機関用の排気浄化装置において、コロナ放電電極及び高電圧電源間に抵抗体を直列に配設したことを特徴とするものである。
【０００７】
上記内燃機関用排気浄化装置においては、このような構成であるから、抵抗体を直列に配設したことにより、アーク放電が発生した場合の大電流の発生を減少させることができ、それに比例して発生する熱も低減させることができる。このため、アーク放電が発生する際に生じる高熱による放電電極のシャープな放電先端部の溶損を防止することができるものである。シャープな放電先端部を維持できるので、低電圧による均等なコロナ放電を達成することができ、消費電力の節約になる。また、結果として、効率良く排気微粒子（ＰＭ）を帯電させて、コロナ放電を利用した排気微粒子（ＰＭ）の効率のよい凝集或いは捕集を可能にし、高性能な内燃機関用排気浄化装置を実現することができる。
さらにまた、アーク放電が発生する際に併せて起きる電波発生などのノイズの低減効果も兼ね備えることができるものである。
【０００８】
請求項２の発明のように、好ましくは、上記抵抗体は、上記コロナ放電電極を上記排気浄化装置のハウジングに取付けるための取付け金具の位置より上部の部位に配設されている。
【０００９】
このように構成することにより、取付け金具より上部の部位は排気ガス温度の影響が少ないため温度が低く、したがって、特別な耐熱のための工夫を施す必要がなく、抵抗体の抵抗値の温度変化による影響を小さく保つことができる。
【００１０】
請求項３の発明のように、上記抵抗体は、上記コロナ放電電極内部に配設された抵抗体であることを特徴とする。
【００１１】
このように構成することにより、抵抗体の配設が、温度が低い取付け金具の上部の部位でも、アーク放電が発生する部位の直近の位置となるため、特に、アーク放電発生初期の容量電流の吸収に極めて高い効果を奏するものである。
【００１２】
請求項４の発明のように、上記抵抗体は、高電圧コードまたは上記高電圧電源の内部に配設された抵抗体であることを特徴とする。
【００１３】
このように構成することにより、既存の高い抵抗値を有している点火用の高電圧コードを利用することができ安価である。また、上記高電圧電源内に抵抗体を配設することにより、放電電極内に内蔵させるという複雑な加工を施さずに、簡単確実に抵抗体を取付け金具上部の部位に配設することができるという効果を有するものである。
【００１４】
請求項５の発明のように、上記抵抗体は、上記コロナ放電電極内部に配設された抵抗体並びに上記高電圧コード及び/または上記高電圧電源の内部に配設された抵抗体であることを特徴とする。
【００１５】
特にアーク放電発生初期の容量電流の吸収に極めて高い効果を奏する抵抗体内蔵型の放電電極を上記排気浄化装置に取付けた後に、その後の事情により抵抗値総量が不足するような場合には、一度放電電極に内蔵した抵抗体を取り替えることはきわめて困難である。このように構成することにより、抵抗体内蔵型の放電電極を上記排気浄化装置に取付けた後に抵抗値総量が不足する状況が発生した場合に、既存の高い抵抗値を有している高電圧コードを利用する、或いは高電圧電源の内部に抵抗体を配設することにより、きわめて簡単確実に不足する抵抗値を有する抵抗体を上記排気浄化装置に付加することが可能になる。
【００１６】
請求項６の発明のように、上記抵抗体は、好ましくは、１００Ω以上の抵抗値を有する抵抗体である。
【００１７】
実験によれば（図３参照）、直列に配設される抵抗値が１００Ω以上になると、アーク放電が発生してもアーク電流の低減効果が著しく、急速にアーク電流比が減少し始める。
このため、放電電極のシャープな放電先端部の溶損減少効果が顕著になり、その結果、シャープな放電先端部を維持することができるので、低電圧で均等な放電状態を保つことができ、効率のよい排気微粒子（ＰＭ）の帯電が行えると共に、消費電力の節約が図れる。
【００１８】
本発明は、以上の構成であるから、コロナ放電電極及び高電圧電源間に抵抗体を直列に配設したことにより、アーク放電が発生した場合の大電流の発生を減少させることができ、それに比例して発生する熱も低減させることができる。このため、アーク放電が発生する際に生じる高熱による放電電極のシャープな放電先端部の溶損を防止することができるものである。シャープな放電先端部を維持できるので、低電圧による均等なコロナ放電を達成することができ、消費電力の節約になる。また、結果として、効率良く排気微粒子（ＰＭ）を帯電させて、コロナ放電を利用した排気微粒子（ＰＭ）の効率のよい凝集或いは捕集を可能にし、高性能な内燃機関用排気浄化装置を実現することができる。
また、特にアーク放電発生初期の容量電流の吸収に極めて高い効果を奏する抵抗体内蔵型の放電電極を上記排気浄化装置に取付けた後に、その後の事情により抵抗値総量が不足するような場合には、既存の高い抵抗値を有している高電圧コードを利用する、或いは高電圧電源の内部に抵抗体を配設することにより、きわめて簡単確実に不足する抵抗値を有する抵抗体を上記排気浄化装置に付加することが可能になるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、内燃機関用排気浄化装置の全体構成を示すもので、１は排気浄化装置のハウジングであって、ステンレス（SUS）で作成されており、電気的に設置されている。図示されていないが、ハウジング１の左端部は排気管を経由して内燃機関に接続され、図面左方向から排気ガスが流入する。ハウジング１の中央円筒部分内部下流側（右方）に同じくステンレス（SUS）製の導電性網２が横断面方向に沿って配設され、ハウジング１は中央円筒部分の左右にテーパー状のコーン部を形成している。
【００２０】
また、ハウジング１の中央円筒部分中央上部の壁部分には、コロナ放電電極３が既存の適切な取付け手段４により固定されている。コロナ放電電極３は、ハウジング１内部において、絶縁碍子５からＬ状の放電部取付け部材６を垂下し、放電部取付け部材６の先端には放電部７を備えている。
【００２１】
放電電極３は、高電圧コード９により高電圧電源１１（好ましくは、電圧可変型がよい。）に接続されており、放電電極３の電極側端子３aと高電圧コード９の高電圧コード側端子９a間は、電気的接続バネ８により連結され、衝撃を吸収緩和する役割を担っている。なお、１０は、シリコンゴムよりなる柔軟な絶縁部材である。本発明では、放電電極３を負極とし、負の直流高電圧を印加することにより、コロナ放電を発生させる構成となっている。
【００２２】
図２は、図１のコロナ放電電極３及び同電極３と高電圧コード９との接続部を中心とした拡大図であり、図１と同じ部材には同じ番号が付けられている。一部重複する説明となるが、４は、図１で説明したとおり、コロナ放電電極３を本発明の排気浄化装置のハウジング１に取付ける取付け手段である。コロナ放電電極３は、ハウジング１内部において、絶縁碍子５からＬ状の放電部取付け部材６を垂下し、放電部取付け部材６の先端には放電部７を備えている。
【００２３】
放電部7は、A視（右方向から見る）の場合の拡大図が図３に示されている。放電部７は、図３に見られるように、例えば、その中心部からハウジング1の中央円筒部分の横断面半径方向に突出形成され、且つ、円周方向に等間隔に配置されている複数のシャープな放電先端部７aから構成され、具体的には、星型状をなしている。このようなシャープな放電先端部７aを多数有する形状とすることで、放電効率を高めるとともに、ハウジング１の中央円筒部分内の横断面方向に均等にコロナ放電を発生させて、排気微粒子（ＰＭ）の凝集効果を高めることができる。なお、放電先端部７aは、複数のシャープな突起が放射状に位置する形状であれば、上記した星型状にこだわるものではない。また、当然のことながら、突起の数や形状も、必要に応じて適宜設計変更することができる。
なお、コロナ放電電極３と高電圧コード９との接続部分は、前記のとおりで、重複した説明は省略する。
【００２４】
ここで、放電先端部７aがアーク放電により溶損した場合の影響を、図６の電極溶損時のイオン分布図に基づいて説明する。図６は、図１の排気浄化装置を排気管下流方向（図の右方向）から見た横断面図である。中央に星型状の放電部が示され、その周囲に８つの放電先端部が示されている。放電部の右斜め上の放電先端部がアーク放電による溶損により欠落しているのが見られる。ハウジング内の小さい○はイオンが充満している状況を示しており、溶損部からハウジング周辺にかけてはイオン希薄部となっていることを示している。このように、アーク放電により一部の放電先端部が溶損すると、その部分からはコロナ放電が行われなくなるか或いは弱いコロナ放電しか行われなくなる。このため、ハウジング内に均等なコロナ放電が行われず、その結果、ハウジング内にイオンが均等に分布しなくなるとともに、コロナ放電を発生させるための必要電圧が上昇してしまい、排気浄化装置の性能が極めて低下してしまうこととなる。
【００２５】
図２に基づいて、本発明の一つの実施形態を説明する。コロナ放電電極3は、取付け金具４の位置より上部の部位において、絶縁碍子５の内側に金属電極１３を供えており、この例では、金属電極１３は上部分及び下部分から構成されている。１２は、本発明の必須の構成部分である抵抗体であり、銅紛を混入したガラスから構成されており、金属電極１３の上部分と下部分により上下にサンドイッチ状に挟まれて金属電極１３と一体に形成されている。結果として、抵抗体１２が上下の金属電極部分を繋ぐ接着剤の役割を果たしている。本発明では、このように、抵抗体１２をコロナ放電電極３内に配設したことにより、アーク放電が発生した場合の大電流の発生を減少させることができ、それに比例して発生する熱も低減させることができる。特に、アーク放電発生初期の容量電流の吸収に極めて高い効果を奏するものである。このため、アーク放電が発生する際に生じる高熱による放電電極３のシャープな放電先端部７aの溶損を防止することができるものである。シャープな放電先端部７aを維持できるので、低電圧による均等なコロナ放電を達成することができ、消費電力の節約になる。
【００２６】
他の実施形態を説明する。高電圧コード９は、文字どおり高電圧に対応するものであるから、それ自身が通常のコードに比較して著しく高い抵抗値を備えており、例えば、１０数ＫΩというオーダーである。したがって、必要とされる抵抗値を備えた高電圧コード９を選択して使用することにより、第一の実施形態と同様に、アーク放電が発生した場合の大電流の発生を減少させることができ、それに比例して発生する熱も低減させることができるものである。また、高電圧電源１１の内部、具体的には、高電圧コード９に接続する部分の近傍或いは高電圧電源１１と高電圧コード９との間に、抵抗体を既存の接続手段により配設する（図示されていない）ことにより、第一の実施形態と同様に、アーク放電が発生した場合の大電流の発生を減少させることができ、それに比例して発生する熱も低減させることができるものである。
これらの実施体様によれば、既存の高い抵抗値を有している高電圧コード９を利用することができ、また、上記高電圧電源１１内に抵抗体を配設することにより、放電電極内に内蔵させるという複雑な加工を施さずに、簡単確実に抵抗体を取付け金具の位置より上部の部位に配設することができるという効果を有するものである。
【００２７】
さらに、他の実施形態を説明する。上記の最初の実施形態における抵抗体１２を内蔵したコロナ放電電極３を使用するとともに、上記の他の実施形態における、高電圧コード９及び/または高電圧電源１１の内部に配設された抵抗体を併用する構成である。このように構成することにより、特にアーク放電発生初期の容量電流の吸収に極めて高い効果を奏する抵抗体内蔵型の放電電極３を上記排気浄化装置に取付けた後に、抵抗値総量が不足する状況が発生した場合に、既存の高い抵抗値を有している高電圧コード９を利用する、或いは高電圧電源１１の内部に抵抗体を配設することにより、きわめて簡単確実に不足する抵抗値を有する抵抗体を上記排気浄化装置に付加することが可能になる。
【００２８】
ここで、図４に基づいて、抵抗値とアーク放電時の放電電流の関係について説明する。縦軸は、アーク電流比（％）で、抵抗値によってアーク電流がどこまで低減したかを示している。横軸は、実験に使用したそれぞれの抵抗体の抵抗値を示している。ここでは、アーク電流比５０％のラインより上を電極溶損領域と仮定している。図４から明らかなように、抵抗値０の場合、即ち、本発明の排気浄化装置を使用しない場合は、当然のことながら、アーク電流の低減はなく、発生したとおりのアーク電流１００％となる。抵抗値１００Ωを使用した場合、アーク電流比は５０％を切っており、本発明によるアーク電流の低減効果が顕著に現れている。５００オームでは約２０％に低減し、１０００オームでは１５％、１００００Ωでは１０％を切り、１０００００Ωでは約５％に低減することが示されている。したがって、少なくとも、１００Ω以上の抵抗値を有する抵抗体を使用するとアーク電流比の低減効果が顕著であることがこの実験により証明されている。
【００２９】
次に、図５に基づき、放電先端部７aのＲとコロナ発生電圧の関係について説明する。一般に、アーク放電対策として、放電先端部７aは半径Ｒの僅かな丸みが与えられている。図５から明らかなように、Ｒ（ｍｍ）が大きいほどコロナ放電の開始電圧或いは発生電圧は高くなり、反対にＲ（ｍｍ）が小さいほどコロナ放電の開始電圧或いは発生電圧は低くなる。したがって、放電先端部７aをシャープにするほど低電圧で均等なコロナ放電を生じさせることができる。しかし、一方では、シャープにするほどアーク放電の際の電極溶損が生じ易いこととなる。このため、本発明に係る排気浄化装置を使用することにより、この矛盾を解消して低電圧で均等なコロナ放電を安定的に発生させることができる。
【００３０】
このように、本発明は、以上の構成であるから、コロナ放電電極３と高電圧電源１１間に抵抗体を直列に配設したことにより、アーク放電が発生した場合の大電流の発生を減少させることができ、それに比例して発生する熱も低減させることができる。このため、アーク放電が発生する際に生じる高熱による放電電極３のシャープな放電先端部７aの溶損を防止することができるものである。シャープな放電先端部７aを維持できるので、低電圧による均等なコロナ放電を達成することができ、消費電力の節約になる。また、結果として、効率良く排気微粒子（ＰＭ）を帯電させて、コロナ放電を利用した排気微粒子（ＰＭ）の効率のよい凝集或いは捕集を可能にし、高性能な内燃機関用排気浄化装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の内燃機関用排気浄化装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における内燃機関用排気浄化装置の要部構成図である。
【図３】本発明の実施の形態における内燃機関用排気浄化装置の放電電極放電部の拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態における抵抗値とアーク放電時の放電電流の関係を示したイメージ図である。
【図５】本発明の実施の形態における放電先端部Ｒとコロナ放電開始電圧の関係を示したイメージ図である。
【図６】本発明を使用しない場合の電極溶損時のイオン分布を示したイメージ図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    ハウジング
２    導電性網
３    コロナ放電電極
３a    電極側端子
４    取付け金具
５    絶縁碍子
６    放電部取付け部材
７    放電部
７a    放電先端部
８    電気的接続バネ
９    高電圧コード
９a    高電圧コード側端子
１０    絶縁部材（Ｓiゴム）
１１    高電圧電源
１２    抵抗体
１３    金属電極
【図１】
2006200376.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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