(57)【要約】【課題】  コロナ放電を利用した排気微粒子の浄化装置を簡易に構成し効率よい凝集を行う。【解決手段】  内燃機関に排気管を介して連接するＤＰＦ又はハニカム装置のハウジング１のコーン部分３に放電電極４を配設し、放電電極４はコーン部３横断面半径方向中心に配設した放電部６を放電部取付け部材５に対してハニカム２と反対の側に配置し、放電先端部６aと半径方向直近のコーン部内壁との距離Ｒと、放電先端部６aとハニカム２上流側端部との距離ＬとがＬ≧Ｒの条件を満たす構成となっている。このため、装置全体がコンパクトになり、ハニカム２に到達するまでの帯電量の低下を極力抑えることができ、簡易な構成で効率よく排気微粒子を凝集することができ、車載が容易で実用的な内燃機関用の排気浄化装置を実現することができる。【選択図】      図２
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【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、放電電極をディーゼルパティキュレートフィルタ又はハニカムのハウジングの上流側コーン部に配設するとともに、上記ハウジングを接地電極として機能させることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記放電電極は、その放電部が上記コーン部の横断面半径方向中心に配設される請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記放電部が、その中心部から上記コーン部の横断面半径方向に突出形成されている複数の放電先端部からなる請求項１または２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記放電先端部が、周方向に等間隔で配設されている請求項３記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記放電先端部と半径方向直近のコーン部内壁との距離Ｒ、上記放電先端部とディーゼルパティキュレートフィルタ又はハニカム上流側端部との距離Ｌのそれぞれの関係が、Ｌ≧Ｒの条件を満たしている請求項3または４記載の排気浄化装置。
【請求項６】
上記放電電極は、その放電部が放電部取付け部材に対してディーゼルパティキュレートフィルタ又はハニカムの反対側に配置されている請求項２〜５項いずれか記載の排気浄化装置。
【請求項７】
上記ディーゼルパティキュレートフィルタ又はハニカムのメッシュ数が、インチ四方あたり４００〜８００メッシュである請求項１〜６いずれか記載の排気浄化装置。
【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関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気に含まれる微粒子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、排気管内に丸棒電極を配備して放電極とし、排気管周囲部分及びメタルハニカムを集電極として、放電極と集電極の間に高電圧を印加してコロナ放電を発生させることにより、ディーゼルエンジンから排出される排気微粒子に負イオンを帯電させ、帯電した排気微粒子はクーロン力により集電極である排気管周囲或いはメタルハニカムへと誘引され吸着される技術が提示されている。
【０００３】
しかしながら、上記排気浄化装置は、１）放電極は排気管側に配備され、メタルハニカムとは別構成となっているために、車両に搭載するに際してスペース上困難が伴う、２）排気管中の放電極により排気微粒子を帯電させるので、帯電してからハニカムに到達するまでの距離が長く、到達するまでの間に帯電量が著しく減少してしまう、３）コロナ放電発生部が排気管内であるので、管径が小さいことにより安定したコロナ放電を得ることができない、また、４）排ガスの流速が早いことから排気微粒子への帯電が十分になされない等の欠点がある。このため、効率よく排気微粒子を凝集し、捕集することが期待できない。このため、上記構成では、排気微粒子の効率よい凝集、捕集が難しく、また、装置が大型化して車載が困難になる等の問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２―１４７２１８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、コロナ放電部とメタルハニカム凝集部が別構成にされている点、排気微粒子が帯電してからメタルハニカムに到達するまでの間にその帯電量を著しく減少してしまう点、安定したコロナ放電が得られない点、排ガスの流速が早いことから排気微粒子への帯電が十分になされない点等を改善することにより、コロナ放電を利用した排気浄化装置を簡便な構成にするとともに効率のよい排気微粒子の凝集或いは捕集を可能にし、小型で高性能な内燃機関用の排気浄化装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の内燃機関用排気浄化装置は、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、放電電極をディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）又はハニカムのハウジングの上流側コーン部に配設するとともに、上記ハウジングを接地電極として機能させることを特徴とするものである。
【０００７】
上記排気浄化装置においては、放電電極が、排気管側ではなくＤＰＦ又はハニカムのハウジングの上流側コーン部に一体的に構成されるため、装置全体がコンパクトになり車両搭載に際してのスペースメリットが大きい。また、一般に、排気微粒子の帯電量は距離と共に減衰していくことが実証されており、排気微粒子がコーン部という比較的ＤＰＦ或いはハニカム本体に近い位置で帯電させられるので、帯電してからハニカム本体等までの到達距離が比較的短くなり、到達するまでの間のこの帯電量の低下を極力抑えることができる。さらに、放電電極がコーン部に位置しているので、排気管内と違って管径が広く安定したコロナ放電を得ることができ、排ガスは管からコーン部に出ると速やかに拡がってその流速を低減するので、コーン部に配設された放電電極による排気微粒子への帯電を無駄なく十分に行なうことが可能である。帯電された排気微粒子はハニカム本体等へ向ってクーロン力によって押付けられると共に、流速が低くなっているため凝集及び捕集が一層容易に行なわれることとなる。
【０００８】
このように、上記構成によれば、装置を大型化することなく、簡易な構成で効率よく排気微粒子を凝集し、捕集することができるので、車載が容易で実用的な内燃機関用の排気浄化装置を実現することができる。
【０００９】
請求項２の発明のように、好ましくは、上記放電電極は、その放電部が上記コーン部の横断面半径方向中心に配設される。
【００１０】
このように構成することにより、コーン部内での放電電極からの放電により、イオンを広範囲で発生させることができ、排気微粒子の十分な帯電により一層効果的に排気微粒子を凝集し、捕集することができる。
【００１１】
請求項３のように、具体的には、上記放電部が、その中心部から上記コーン部の横断面半径方向に突出形成されている複数の放電先端部から構成されることができる。
【００１２】
このように構成することにより、コーン部の横断面半径方向に、放電電極からの放電により、イオンを広範囲で均等に、排気微粒子を十分に帯電にさせることを可能にし、一層効果的に排気微粒子を凝集し、捕集することができる。
【００１３】
請求項４の発明では、上記放電先端部が、周方向に等間隔で配設されている。
【００１４】
このように構成することにより、コーン部の横断面半径方向に、放電電極からの放電により、イオンを広範囲で均等に、例えば、コーン部の横断面半径方向にカーテン状に発生させることができ、排気微粒子を十分に帯電にさせることを可能にし、一層効果的に排気微粒子を凝集し、捕集することができる。
【００１５】
請求項５の発明では、上記放電先端部と半径方向直近のコーン部内壁との距離Ｒ、上記放電先端部とＤＰＦ又はハニカム上流側端部との距離Ｌのそれぞれの関係が、Ｌ≧Ｒの条件を満たす構成となっている。
【００１６】
このような条件で構成することにより、コーン部の横断面半径方向に、放電電極からの放電により、イオンを広範囲で均等に、例えば、コーン部の横断面半径方向に全体として均等な密度でカーテン状に確実に発生させることができ、排気微粒子を十分に帯電にさせることを可能にし、一層効果的に排気微粒子を凝集し、捕集することができる。  
【００１７】
請求項６の発明では、上記放電電極は、その放電部が放電部取付け部材に対してＤＰＦ又はハニカムの反対側に配置されている構成となっている。
【００１８】
このように構成することにより、同一形上のハウジングで比較した場合（図５参照）、放電部が放電部取付け部材に対してＤＰＦ又はハニカムの反対側に配置されている場合（図５（ａ））の放電先端部とＤＰＦ又はハニカム上流側端部との距離Ｌ１は、放電部が放電部取付け部材に対してＤＰＦ又はハニカム側に配置されている場合（図５（ｂ））の放電先端部とＤＰＦ又はハニカム上流側端部との距離Ｌ２よりも大であることはあきらかである。つまり、Ｌ≧Ｒの関係を満たすには、放電部が放電部取付け部材に対してＤＰＦ又はハニカムの反対側に配置されている構成にする方が常にＬを大きく取れるので、ハウジングをコンパクトに構成することができる。
【００１９】
請求項７の発明では、上記ＤＰＦ又はハニカムのメッシュ数が、インチ四方あたり４００〜８００メッシュであるように構成されている。
【００２０】
ＤＰＦ或いはハニカムのメッシュは、凝集性能或いは凝集した排気微粒子を目詰まりさせないといった観点から決定されるもので、経験上、インチ四方あたり４００〜８００メッシが最も望ましい範囲である。
【００２１】
このように、上記構成によれば、装置を大型化することなく、簡易な構成で効率よく排気微粒子を凝集することができるので、車載が容易で実用的な内燃機関の排気処理装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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、内燃機関系統の全体構成を示すもので、内燃機関からの排気管の途中に、本発明の排気浄化装置を接続しているものである。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態を示すもので、図１に示されるハニカム装置を拡大して示したものである。１はハニカム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、図示されていないが、左端部は排気管を経由して内燃機関に接続され、図面左方向から高温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（右方）寄りにハニカム２が配設され、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３を形成している。ハニカム２は特に限定はないが、金属製よりはコージェライト製の方が一般に安価である。また、ハニカム２に代えてディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）にしてもよい。ハウジング１の上流（左方）側コーン部３の壁部分には、放電電極４が既存の適切な固定手段により固定されている。放電電極４は、ハウジング１内部において、碍子４aから垂下し図面上左方への屈曲部分を有する逆Ｌ状の放電部取付け部材５の先端に放電部６を備えている。放電部６は、図３に見られるように、例えば、その中心部からコーン部３の横断面半径方向に突出形成され、円周方向に等間隔に配置されている複数の放電先端部６aから構成され、具体的には、星型状をなしている。このように、鋭角の先端部を多数有する形状とすることで、放電率を高めるとともに、コーン部３内の横断面方向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。なお、放電先端部６aは、説明した星型に限らず、複数の突起が放射状に位置する形状であればよい。突起の数や形状も、必要に応じて適宜設定変更することができる。
また、放電先端部６aと半径方向直近のコーン部内壁との距離Ｒと、放電先端部６aとハニカム２上流側端部との距離Ｌとが、常に、Ｌ≧Ｒの条件を満たす構成となっている。
放電電極４は図示されていない直流高電圧電源に接続されており、ハウジング１は電気的に接地されている。本発明では、放電電極４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。
【００２４】
上記の構成であるから、本発明の排気浄化装置においては、放電電極が、排気管側ではなくハニカム２のハウジング１の上流側コーン部３に一体的に構成されるため、装置全体がコンパクトになり車両搭載に際してのスペースメリットが大きい。また、一般に、排気微粒子の帯電量は移動距離と共に減衰していくことが実証されており、排気微粒子がコーン部３という比較的ハニカム２に近い位置で帯電させられるので、帯電してからハニカム２までの到達距離が比較的短くなり、到達するまでの帯電量の低下を極力抑えることができる。図４は、排気微粒子の帯電の減衰量（％）と電極からハニカム２のメッシュまでの距離の関係を表したものである。距離が５０ｃｍを越えると帯電の減衰特性が９０％を割って急激に下降することが明らかである。望ましくは、電極からメッシュまでの距離が５０ｃｍ以下になるように設計されるべきである。
【００２５】
また、放電電極４がコーン部３に位置しているので、排気管内と違って管径が大きく安定したコロナ放電を得ることができる。排気管内のように管経が小さい場所ではアーク放電が起こりやすくコロナ放電が安定しないのが一般である。また、排ガスは管から広いコーン部３に出ると速やかに拡がってその流速を低減するので、コーン部３に配設された放電電極４により排気微粒子への帯電を無駄なく十分に行なうことが可能となる。
【００２６】
放電電極４に、図示しない直流高電圧電源から負の直流高電圧（例えば、−２０ＫＶ）を印加すると、放電先端部６a近傍においてコロナ放電が発生し、電子が放射される。これにより、電子親和性の高い酸素がマイナスイオン化し、付近の排気微粒子に付着してこれを負に帯電させる。特に、放電先端部６aと半径方向直近のコーン部内壁との距離Ｒと、放電先端部６aとハニカム２上流側端部との距離Ｌとが、常に、Ｌ≧Ｒの条件を満たす構成となっており、放電部６を上記のような星型に構成したので、コーン部３の横断面半径方向にイオンを広範囲で均等に、具体的には、コーン部３の横断面半径方向にカーテン状に発生させることができ、排気微粒子を十分に帯電にさせることを可能にする。帯電した排気微粒子は、クーロン力によって移動し、接地電極となるハウジング１内周壁で凝集して粗大化すると共に電子を放出してハニカム２を通過していく。
ここで、クーロン力Ｆは次のように表される。
Ｆ＝ｑ・Ｅ
（ｑ：電荷量、Ｅ：電界強度）
【００２７】
さらに、放電電極４は、ハウジング１内部において、碍子４aから垂下し図面上左方への屈曲部分を有する逆Ｌ状の放電部取付け部材５の先端に放電部６を備えた構成である。具体的には、図５の（ｂ）の状態ではなく、（a）の状態即ち、上記放電電極４は、その放電部６が放電部取付け部材５に対してハニカム２の反対側に配置されている構成となっている。このように構成することにより、同一形上のハウジングで比較した場合、放電部６が放電部取付け部材５に対してハニカム２の反対側に配置されている場合（図a）の放電先端部６aとハニカム２上流側端部との距離Ｌ１は、放電部６が放電部取付け部材５に対してハニカム２側に配置されている場合（図ｂ）の放電先端部６aとハニカム２上流側端部との距離Ｌ２よりも大であることは明らかである。つまり、Ｌ≧Ｒの関係を満たすには、放電部６が放電部取付け部材５に対してハニカム２の反対側に配置されている構成にする方が常にＬを大きく取れるので、ハウジング１をコンパクトに構成することができる。
【００２８】
さらに、上記ハニカムのメッシュ数は、凝集性能或いは凝集した排気微粒子を目詰まりさせないといった観点から決定される。具体的には、凝集して粗大化した排気微粒子が電子を放出して通過するのを妨げない大きさとし、経験上、インチ四方あたり４００〜８００メッシが最も望ましい範囲である。通過した凝集した排気微粒子は、大気中に拡散しても浮遊粒子となりにくい大きさ（通常、１μｍ以上）となっており、自重落下しやすい。
【００２９】
このように、上記の構成によれば、装置を大型化することなく、簡易な構成で効率よく排気微粒子を凝集することができるので、車載が容易で実用的な内燃機関用の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】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態における排気浄化装置を組み込んだ内燃機関用系統の概略システム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における内燃機関用の排気浄化装置の全体概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態における内燃機関用の排気浄化装置の放電部の正面図である。
【図４】本発明の実施の形態における排気微粒子の帯電量減衰特性のイメージ図である。
【図５】本発明の実施の形態における放電部の取付け位置に関する比較図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    ハウジング
２    ハニカム
３    コーン部
４    放電電極
４a    碍子
５    放電部取付け部材
６    放電部
６a    放電先端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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