(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２を介して連接するマフラーハウジング１内に金属製のメッシュ又はフィルターを配設すると共に、マフラー入り口手前近傍の排気管２内に放電電極４を配設した構成なので、排ガス全体に放電を加えられるため排気微粒子全体を帯電させることができ、マフラー内では排ガスの流速が下がるため排気微粒子の凝集、捕集が一層容易となり、簡易な構成で効率の良い排ガス浄化が達成される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管内に、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・凝集させて捕集する内燃機関用排気浄化装置において、上記排気管に設けたマフラー内に接地電極として機能する金属製のメッシュ又はフィルターを配設すると共に、マフラー入り口手前近傍の排気管内に排気微粒子帯電機構を備えたことを特徴とする内燃機関用排気浄化装置。
【請求項２】
上記金属製のメッシュ又はフィルターが、排気微粒子帯電機構の下流近傍に配設される請求項１記載の内燃機関用排気浄化装置。
【請求項３】
上記金属製のメッシュ又はフィルターが、マフラー内排気流路入り口部に配設される請求項１または２記載の内燃機関用排気浄化装置。
【請求項４】
上記金属製のメッシュ又はフィルターが、マフラー内排気流路入り口部及び出口部に配設される請求項１または２記載の内燃機関用排気浄化装置。
【請求項５】
上記排気管より分岐した複数の排気流路を備えるタイプのマフラーであって、上記金属製のメッシュ又はフィルターが、各排気流路の入り口部に配設される請求項１または２記載の内燃機関用排気浄化装置。
【請求項６】
上記排気管より分岐した複数の排気流路を備えるタイプのマフラーであって、上記金属製のメッシュ又はフィルターが、各排気流路の入り口部及び出口部に配設される請求項１または２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を帯電させて凝集し、捕集する内燃機関用排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）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、ディーゼルエンジンから排出される排気微粒子を、排気管内に設けた衝突ガイド部材に衝突させて凝集させた後、帯電体により負に帯電させて、正の帯電体（金網）に吸着させることにより、捕集する内燃機関用排気浄化装置が提案されている。 正の帯電体（金網）を通過した排気微粒子は下流のフィルターで捕集され、正の帯電体（金網）に通電することにより焼却除去される。
【０００３】
しかしながら、上記内燃機関用排気浄化装置は流路構成が複雑となるため圧損が高くなる欠点があり、製作も容易ではない。また、衝突による凝集では十分な凝集効果が得られず、排気微粒子が凝集しないまま装置を通り抜けて放出される恐れがある。
【０００４】
一方、特許文献２の従来技術では、マフラー内部に集塵室を設け、同室内に放電電極を設置することにより、ディーゼルエンジンから排出される排気微粒子を負に帯電させ、正の帯電体に吸着させることにより捕集する内燃機関用排気浄化装置が提案されている。 集塵室内に流入した排気中の排気微粒子は放電電極により負イオン化され、集塵極である集塵室隔壁に吸着された後、集塵室内に自然落下し捕集される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−４１０２４号公報
【特許文献２】実開昭５２−１６３６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献２の内燃機関用排気浄化装置の構成では、マフラー内部に特別な集塵室を設け同室内に放電電極を配備するため、構成が複雑となり、製作も容易ではない。また、この構成では、排ガスの全てが集塵室に誘導されることは困難であり、その結果、全ての排ガスが帯電されることは望めない。従って、排ガスの一部にしか放電が加わらず、一部の排気中の排気微粒子しか捕集できず、残った排気中の排気微粒子はそのまま外部に放出される恐れがある。
このため、上記構成では、効率よい凝集、集塵が難しく、また、装置が大型化して車載が困難になる問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、コロナ放電を利用して排気微粒子を凝集し捕集させる装置を簡易に構成するとともに、効率よい凝集、捕集を可能とし、小型かつ高性能な内燃機関用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】
【０００８】
請求項１の内燃機関用排気浄化装置は、内燃機関の排気管内において、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排気浄化装置において、上記排気管に設けたマフラー内に接地電極として機能する金属製のメッシュ又はフィルターを配設すると共に、マフラー入り口手前近傍の排気管内に排気微粒子帯電機構を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
上記排気浄化装置においては、マフラー入り口手前近傍の排気管内に備えられた排気微粒子帯電機構で排気ガス全体に放電が加えられることとなるので、発生するイオンによって排気微粒子全体が帯電させられることとなる。また、マフラー入り口手前近傍では排気ガスの温度がかなり低下しているため放電電極に高電圧が印可できイオン発生を増加し排気微粒子の帯電が一層容易になる。帯電させられた排気微粒子は、マフラー内に配設された金属製のメッシュ又はフィルターに向かってクーロン力によって押付けられると共に、マフラー内に入ってから金属製のメッシュ又はフィルターに向かうため流速が下がって凝集及び捕集が一層容易になる。凝集して粗大化した排気微粒子は、金属製のメッシュ又はフィルターにて電子を放出した後、メッシュ或いはフィルターの孔を通過して下流へ向かう。
【００１０】
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子、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排気浄化装置を実現することができる。
【００１１】
請求項２の発明のように、好ましくは、上記金属製のメッシュ又はフィルターを排気微粒子帯電機構近傍に配設する。
【００１２】
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、上記のように構成することによりこの帯電量の低下を極力抑えることができ、特に図―４に示すようなストレートタイプマフラーの場合はこのように構成すること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。
【００１３】
請求項３のように、具体的には、上記金属製のメッシュ又はフィルターがマフラー内の排気流路入り口部に配設されることができる。
【００１４】
このように構成することにより、図―２に見られるように金属製のメッシュ又はフィルターとマフラー内排気流路入り口が隙間なく結合されるので帯電した排気微粒子が洩れなく全て金属製のメッシュ又はフィルターを通過することとなり、また、金属製のメッシュ又はフィルターが排気流路の入り口部に配設されているので排気微粒子帯電機構から比較的近い距離となり、排気微粒子の帯電量の低下を極力抑えることができ、一層効果的に凝集、捕集を行うことができる。
【００１５】
請求項４の発明では、上記金属製のメッシュ又はフィルターがマフラー内の排気流路入り口部に加えて排気流路出口部にも配設する構成となっている。
【００１６】
このように構成することにより、図―３に見られるように、請求項３の発明の作用効果に加えて、排気流路出口部にも金属製のメッシュ又はフィルターを設置したことにより排気流路入り口部の金属製のメッシュ又はフィルターを帯電したまま通過した排気微粒子を排気流路出口部で凝集させ電子を放出させて下流へ通過させることができる。従って、排気流路入り口部及び出口部の金属製のメッシュ又はフィルターが相互に補完し合ってより効率の良い排気微粒子の凝集、捕集が可能となる。
【００１７】
請求項５の発明では、排気管より分岐した複数の排気流路を備えるタイプのマフラーであって、上記金属製のメッシュ又はフィルターが、各排気流路の入り口部に配設される構成となっている。
【００１８】
このように構成することにより、特に、デユアルタイプマフラーにおいて、図―５に見られるように、排気管がマフラーハウジング内で分岐する構成となっているため、分岐後に排ガスの流速が下がり、排気微粒子の金属製のメッシュ又はフィルターへの凝集、補足が一層容易に行なわれることとなる。
【００１９】
請求項６の発明では、排気管より分岐した複数の排気流路を備えるタイプのマフラーであって、上記金属製のメッシュ又はフィルターが、各排気流路の入り口部に加えて出口部にも配設される構成となっている。
【００２０】
このように構成することにより、特に、デユアルタイプマフラーにおいて、図―６に見られるように、請求項５の発明の作用効果に加えて、排気流路出口部にも金属製のメッシュ又はフィルターを設置したことにより、排気流路入り口部の金属製のメッシュ又はフィルターを帯電したまま通過した排気微粒子を排気流路出口部で凝集させ電子を放出させて下流へ通過させることができる。従って、排気流路入り口部及び出口部の金属製のメッシュ又はフィルターが相互に補完し合ってより効率の良い排気微粒子の凝集、捕集が可能となる。
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】
【００２１】
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、本発明の内燃機関用排気浄化装置を組み込んだエンジン系統の全体構成を示すもので、エンジンからの排気管の途中に通常使用されている触媒燃焼方式の排ガス処理装置を介在させて、本発明の排気浄化装置をエンジンからの排気管に接続しているものである。
【００２２】
図２は、本発明の第一の実施の形態を示すもので、マフラーハウジング１の左側壁５下部には、その他端部をエンジン（図示されていない）に連接している排気管２端部が挿嵌され、その末端はマフラーハウジング１内に配設されている金属製のメッシュ又はフィルター３の下方部分に挿嵌されている。また、金属製のメッシュ又はフィルター３は、その上部位置において、出口部１０がマフラーハウジング１の右側壁６上部に挿嵌されその周囲に適宜吸音材８を装着されたマフラー内排気流路７の入り口部９を挿嵌支持している。  一方、マフラー入り口手前近傍の排気管２内には排気微粒子帯電機構である放電電極４の電極先端部４１が配備され、即ち、排気管２のマフラーハウジング１挿嵌部外側において同左側壁５の近傍位置の排気管２外壁には、その電極先端部４１が排気管２内の半径方向中心部に位置するように、放電電極４が適当な固定手段により固定されている。放電電極４は図１に示されるように直流高電圧電源に接続されている。また、金属製のメッシュ又はフィルター３は、図示していないが、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。なお、１１はパンチ孔、１２は共鳴室である。
【００２３】
具体的には、電極先端部４１は、図示しないが、例えば、多数の突起が星型状に径方向に突出する形状となっている。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、排気管２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。なお、電極先端部４１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。
【００２４】
金属製のメッシュ又はフィルター３はマフラーハウジング１の横断内周面と同形状をしており、排ガスの流れと直交するように通路を横切って配置され、マフラーハウジング１の横断内周面に沿って固定されている。網目によって形成される多数の通気孔は、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され、例えば、一辺が１〜２ｍｍ程度となっていればよい。
【００２５】
上記構成の内燃機関用排気浄化装置の作動を説明する。図７において、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、電極先端部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（ＰＭ）に付着してこれを負に帯電させる。帯電した排気微粒子（ＰＭ）は、クーロン力によって金属製のメッシュ又はフィルター３位置に移動し、凝集して粗大化すると共に電子を放出して金属製のメッシュ又はフィルター３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）
【００２６】
このように、本実施の形態によれば、マフラー入り口手前近傍の排気管内に備えられた排気微粒子帯電機構即ち放電電極４で排気ガス全体に放電が加えられることとなるので、発生するイオンによって排気微粒子全体が帯電させられることとなる。また、マフラー入り口手前近傍では排気ガスの温度がかなり低下してきており放電電極に高電圧が印可できイオン発生を増加し排気微粒子の帯電が容易になる。帯電させられた排気微粒子は、マフラー内に配設された金属製のメッシュ又はフィルター３に向かうため流速が下がって凝集及び捕集が一層容易になる。凝集して粗大化した排気微粒子は、金属製のメッシュ又はフィルター３にて電子を放出した後、メッシュ或いはフィルター３の孔を通過して下流へ向かう。金属製のメッシュ又はフィルター３を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。
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排気浄化装置を実現することができる。
【００２７】
図３〜６により、本発明の他の実施の形態について説明する。図３は、先に説明した実施の形態におけるマフラー内排気流路７の入り口部９に加えて出口部１０にも金属製のメッシュ又はフィルター３を配設する構成となっている。このように構成することにより、排気流路７の入り口部９の金属製のメッシュ又はフィルター３を帯電したまま通過した排気微粒子を排気流路出口部１０の金属製のメッシュ又はフィルター３で凝集させ電子を放出させて下流へ通過させることができる。従って、排気流路入り口部９及び出口部１０の金属製のメッシュ又はフィルターが相互に補完し合ってより効率の良い排気微粒子の凝集、捕集が可能となる。
【００２８】
図４は、所謂、ストレートタイプのマフラーにおける場合で、このタイプでは、排ガスの流速の変化がないので、金属製のメッシュ又はフィルター３を、帯電が大きく減衰しない範囲、即ち、放電電極４近傍に配設したものである。
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、上記のように構成することによりこの帯電量の低下を極力抑えることができ、排気微粒子の帯電をより容易にすることができる。
【００２９】
図５は、排気管２より分岐した複数の排気流路７１，７２を備えるタイプのマフラーであって、具体的には、デユアルタイプマフラーが図示されている。このタイプの場合、排気管２がマフラーハウジング１の中に入ってから分岐し、それぞれのマフラー内排気流路７１,７２の端部と接合される。このタイプでは分岐後排ガスの流速が下がるので、上記金属製のメッシュ又はフィルター３１，３２は、分岐後の各排気流路７１，７２の入り口部９１，９２に配設される構成が望ましい。排ガスの流速が下がるため金属製のメッシュ又はフィルター３１，３２への排気微粒子の凝集、捕集が一層容易に行なわれることとなる。
【００３０】
図６は、同じくデユアルタイプのマフラーであって、上記金属製のメッシュ又はフィルター３１，３２が、各排気流路の入り口部９１，９２及び出口部１０１，１０２の両方に配設される構成となっている。
このように構成することにより、特に、デユアルタプマフラーにおいて、図―６に見られるように、上述の各排気流路７１，７２の入り口部９１，９２のみに金属製のメッシュ又はフィルター３１，３２を配設した形態のものに比較して、排気流路出口部１０１，１０２にも金属製のメッシュ又はフィルター３１，３２を設置しているので、排気流路入り口部９１，９２の金属製のメッシュ又はフィルター３１，３２を帯電したまま通過した排気微粒子を排気流路出口部１０１，１０２の金属製のメッシュ又はフィルター３１，３２で凝集させ電子を放出させて下流へ通過させることができる。従って、排気流路入り口部９１，９２及び出口部１０１，１０２の金属製のメッシュ又はフィルター３１，３２が相互に補完し合ってより効率の良い排気微粒子の凝集、捕集が可能となる。
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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態における内燃機関用排気浄化装置を組み込んだエンジン系統の概略システム構成図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態における内燃機関用排気浄化装置の全体概略構成図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態における内燃機関用排気浄化装置の全体概略構成図である。
【図４】本発明の第三の実施の形態における内燃機関用排気浄化装置の全体概略構成図である。
【図５】本発明の第四の実施の形態における内燃機関用排気浄化装置の全体概略構成図である。
【図６】本発明の第五の実施の形態における内燃機関用排気浄化装置の全体概略構成図である。
【図７】本発明の作動を説明するための模式的な図で、内燃機関用排気浄化装置における放電電極と金属製のメッシュ又はフィルターとの間の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    マフラーハウジング
２    排気管
３、３１，３２    金属製のメッシュ又はフィルター
４    放電電極
４１    電極先端部
５    マフラーハウジング左側壁
６    マフラーハウジング右側壁
７、７１，７２    マフラー内排気流路
８    吸音材
９、９１、９２    排気流路入り口部
１０、１０１、１０２    排気流路出口部
１１    パンチング穴
１２    共鳴室
【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】
2006112246.tif 000007
【図６】
2006112246.tif 000008
【図７】
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