(57)【要約】【課題】  第１電極と第２電極間のコロナ放電により排気ガス中の被処理物を帯電させて第２電極で捕集する排気ガス浄化装置において、外筒の内面、高電圧ケーブルの被覆、第１電極の被覆等の汚れによる導電路の形成を防止できる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】  内燃機関の排気ガスＧを通過させる外筒１０内に第１電極２０と第２電極３０とを上流側から順に配置し、前記第１電極２０に高電圧を印加してコロナ放電を発生し、該コロナ放電により排気ガスＧ中の被処理成分を帯電させて、前記第２電極３０で捕集する排気ガス浄化装置１において、前記第２電極３０をメタルハニカム構造体で形成すると共に、前記第１電極２０の周辺部の前記外筒１０の内面を覆う第１半導体層５１を、前記メタルハニカム構造体３０とは電気的に絶縁して設け、少なくともコロナ放電時に該第１半導体層５１の電位を前記第１電極２０と同じ極性の電位にするように構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを通過させる外筒内に第１電極と第２電極とを上流側から順に配置し、前記第１電極に高電圧を印加してコロナ放電を発生し、該コロナ放電により排気ガス中の被処理成分を帯電させて、前記第２電極で捕集する排気ガス浄化装置において、
前記第２電極をメタルハニカム構造体で形成すると共に、前記第１電極の周辺部の前記外筒の内面を覆う第１半導体層を、前記メタルハニカム構造体とは電気的に絶縁して設け、少なくともコロナ放電時に該第１半導体層の電位を前記第１電極と同じ極性の電位にすることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気ガスを通過させる外筒内に第１電極と第２電極とを上流側から順に配置し、前記第１電極に高電圧を印加してコロナ放電を発生し、該コロナ放電により排気ガス中の被処理成分を帯電させて、前記第２電極で捕集する排気ガス浄化装置において、
前記第２電極をメタルハニカム構造体で形成すると共に、前記第１電極に接続した高電圧ケーブルの前記外筒内の部位の表面に第２半導体層を設け、少なくともコロナ放電時に該第２半導体層の電位を前記第１電極と同じ極性の電位にすることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記第１電極に接続した高電圧ケーブルの前記外筒内の部位の表面に第２半導体層を設け、少なくともコロナ放電時に該第２半導体層の電位を前記第１電極と同じ極性の電位にすることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記第１電極を、排気ガスの流れ方向に対して垂直な方向に広がるピン保持体に、排気ガスの流れ方向に平行なピンを複数本配置して形成すると共に、該ピンの先端部を除いて前記第１電極全体を第３半導体層で被覆し、少なくともコロナ放電時に該第３半導体層の電位を前記第１電極と同じ極性の電位にすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記第１〜第３半導体層の少なくとも一つの半導体層の下層に絶縁断熱層を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コロナ放電を利用して、ディーゼルエンジン等の排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集して浄化する排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の排気ガス中に含まれる粒子状物質（パティキュレートマター：以下ＰＭという）の除去には、一般的には、ディーゼルパティキュレートフィルタと呼ばれる物理的なフィルタ（以下ＤＰＦという）が用いられている。通常、このＤＰＦにおいては、ＰＭの粒径が小さいためフィルタの目を細かくする必要があり、また、耐熱性の要求もあるため、素焼きの多孔質セラミックフィルタが多く用いられている。
【０００３】
そして、このＤＰＦでは、捕集したＰＭによってフィルタが閉塞されるために、この捕集したＰＭを強制的に燃焼して除去するＤＰＦ再生を行っている。このＤＰＦ再生方法の一つとして、ＤＰＦを有する排気ガス処理経路を二系統設け、一方の経路に設けたＤＰＦが捕集したＰＭで目詰まりしてくると、他方の経路に切換えて他方のＤＰＦでＰＭの捕集を継続すると共に、一方のＤＰＦに捕集されたＰＭをヒータ等で加熱して燃焼除去する間欠再生方法がある。
【０００４】
また、排気ガス処理経路は一系統で、ＤＰＦの前段（上流側）に酸化触媒を設置し、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）をこの酸化触媒で酸化してＮＯ2 （二酸化窒素）にし、このＮＯ2 でＤＰＦに捕集されたＰＭを酸化する方法や、燃料噴射におけるポスト噴射や排気通路への直接燃料噴射等によって酸化触媒に供給された燃料を酸化触媒によって燃焼して排気ガス温度を上げて後流側のＤＰＦで捕集されたＰＭを燃焼させる連続再生方法などが用いられている。なお、酸化触媒をＤＰＦの前段に設ける代りにＤＰＦのフィルタ表面に担持させる方法もある。
【０００５】
しかし、これらの従来技術のＤＰＦでは、目の細かいフィルタを用いるため、エンジンの背圧が上昇し、燃費の悪化やエンジンの出力低下の問題が生じ、また、排気ガス処理経路を二系統とする場合には装置が大型化し、コストも高くなるという問題がある。また、排気ガス処理経路を一系統とする場合においても、酸化触媒の配置等による装置の大型化やコストアップの問題がある。更に、燃料噴射により排気ガス温度を上げてＰＭを燃焼する方式を採用する場合には燃費を悪化させるという問題がある。そして、これらの問題は今後のＰＭ浄化率の更なる向上の要請に伴い、一層の深刻化が予想される。
【０００６】
そのため、コロナ放電を利用してＰＭを捕集するＤＰＦが開発されつつある。この一つに、排気ガスを通過させる容器内に、１以上の線状の導電体からなる放電電極の下流側に、多層状の金属製箔板の間にセル空間を形成させてなるセル状受電極を対向配置した放電型排気ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、素焼きのセラミックのＤＰＦの代りに、耐熱性に優れたメタルハニカム構造体のＤＰＦを使用し、このメタルハニカム構造体と、コロナ放電により排気ガス中のＰＭをプラスまたはマイナスに荷電する装置と組み合わせて、メタルハニカム構造体をマイナスまたはプラスに荷電し、帯電したＰＭを電気的吸引力により捕捉する粒子状物質除去装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
しかしながら、電気集塵技術の大きな課題に高電圧の漏洩という問題がある。使用される電圧が数千ボルトから数万ボルトという高電圧であるために、高電圧印加部とアース部の間の些細な導電路を伝わって高電圧電流が漏洩すると、所定の電場形成やコロナ放電発生ができなくなる事態が起こる。この導電路を形成する主要なものは排気ガス中の水分とＰＭ中のＳＯＯＴと呼ばれるカーボン粒子であり、これらによる導電路の形成を防止することが不可欠である。
【０００９】
特に、コロナ放電極に接続する高電圧ケーブルの表面やコロナ放電極を囲う外筒の内面等の絶縁部分が帯電したＰＭ等を吸着して汚れてくると、絶縁性が悪化して導電路を形成し易くなる。
【特許文献１】特開平７−２９３２２７号公報
【特許文献２】特開２００２−１４７２１８号公報（第７頁右欄，図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、第１電極と第２電極間のコロナ放電により排気ガス中の被処理物を帯電させて第２電極で捕集する排気ガス浄化装置において、第１電極の被覆、高電圧ケーブルの被覆、外筒の内面等の絶縁部の汚れ及びこの汚れによる導電路の形成を防止できる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気ガスを通過させる外筒内に第１電極と第２電極とを上流側から順に配置し、前記第１電極に高電圧を印加してコロナ放電を発生し、該コロナ放電により排気ガス中の被処理成分を帯電させて、前記第２電極で捕集する排気ガス浄化装置において、前記第２電極をメタルハニカム構造体で形成すると共に、前記第１電極の周辺部の前記外筒の内面を覆う第１半導体層を、前記メタルハニカム構造体とは電気的に絶縁して設け、少なくともコロナ放電時に該第１半導体層の電位を前記第１電極と同じ極性の電位にするように構成される。
【００１２】
なお、ここでいう高電圧とは、プラス側のみならずマイナス側も含む。即ち、電圧の絶対値が高い電圧のことをいう。また、排気ガス中の被処理成分の主なものはＰＭであるが、その他の成分であってもよく、要は、排気ガス中に含まれ、コロナ放電で帯電する成分であればよい。また、第１半導体層の電位は前記第１電極と同じ極性の略同じ電位にすることが好ましいが、もっと低くても（絶対値が小さくても）よい。
【００１３】
この構成によれば、耐熱性に優れているにもかかわらず、従来技術ではＰＭの捕集ができ難くＰＭフィルタ機能に劣るためにＤＰＦとして採用できなかったメタルハニカム構造体を電気集塵技術の集塵極として使用することにより、ＤＰＦに捕集され堆積したＰＭを一気燃焼できるようになるため、ＤＰＦの溶損や破損等を心配することなくＤＰＦ再生を短時間で行えるようになる。
【００１４】
更に、この構成によれば、第１電極の周辺部の前記外筒の内面に第１半導体層を設けて、この第１半導体層を第１電極と同じ極性の電位、好ましくは略同じ電位にしたので、コロナ放電によって帯電したＰＭは、第１電極と同じ極性の電位の第１半導体層により強く反発され、この第１半導体層、第１電極の周辺部の前記外筒の内面部分には付着しなくなる。従って、この部分においてはＰＭの付着による汚れ及びこの汚れによる導電路の形成を防止できる。また、半導体で形成しているので、導電体と異なり、漏洩電流・放電・スパーク等の心配が不要となる。
【００１５】
あるいは、内燃機関の排気ガスを通過させる外筒内に第１電極と第２電極とを上流側から順に配置し、前記第１電極に高電圧を印加してコロナ放電を発生し、該コロナ放電により排気ガス中の被処理成分を帯電させて、前記第２電極で捕集する排気ガス浄化装置において、前記第２電極をメタルハニカム構造体で形成すると共に、前記第１電極に接続した高電圧ケーブルの前記外筒内の部位の表面に第２半導体層を設け、少なくともコロナ放電時に該第２半導体層の電位を前記第１電極と同じ極性の電位にするように構成される。
【００１６】
この構成によれば、高電圧ケーブルの前記外筒内の部位の表面に第２半導体層を設けて、この第２半導体層を第１電極と同じ極性の電位、好ましく第１電極と略同じ電位にしたので、第１半導体層と同様な効果を奏し、高電圧ケーブルの前記外筒内の部位の表面部分は、ＰＭの付着よる汚れ及びこの汚れによる導電路の形成を防止できる。
【００１７】
あるいは、上記の第１半導体層を設けると共に、前記第１電極に接続した高電圧ケーブルの前記外筒内の部位の表面に第２半導体層を設け、少なくともコロナ放電時に該第２半導体層の電位を前記第１電極と同じ極性の電位にするように構成される。この構成によれば、第１半導体層と第２半導体層とにより、第１電極の周辺部の外筒の内面部分と外筒内における高電圧ケーブルの表面部分の両方の部分において、ＰＭの付着による汚れ及びこの汚れによる導電路の形成を防止できる。
【００１８】
そして、上記の排気ガス浄化装置において、前記第１電極を、排気ガスの流れ方向に対して垂直な方向に広がるピン保持体に、排気ガスの流れ方向に平行なピンを複数本配置して形成すると共に、該ピンの先端部を除いて前記第１電極全体を第３半導体層で被覆し、少なくともコロナ放電時に該第３半導体層の電位を前記第１電極と同じ極性の電位にするように構成する。
【００１９】
この構成によれば、第１電極の放電開始部分を先端が尖鋭なピン形状にすることにより、ターゲット電極となるメタルハニカム構造体との間が、不平等電界による電気力線集中によって絶縁破壊してコロナ放電が発生し易くなるので、均一で安定した強い電場とコロナ放電を得ることができる。その上、第１及び第２半導体層と同様な効果を奏する第３半導体層により、ピンの先端部を除いた第１電極全体において、ＰＭの付着による汚れ及びこの汚れによる導電路の形成を防止できる。
【００２０】
更に、上記の排気ガス浄化装置において、前記第１〜第３半導体層の少なくとも一つの半導体層の下層に絶縁断熱層を設けて構成すると、この絶縁断熱層により半導体層の保温ができるので、この半導体部分における、エンジン停止後の冷却による排気ガス中の水分の結露の発生を防止でき、この結露による導電路の形成を防止できる。また、この絶縁断熱層の表面の必要な部分だけ半導体化して、半導体層を設けることもできる。
【００２１】
なお、コロナ放電時に、この第１〜第３半導体層を第１電極と同じ電極で略同じ電位にすることは、第１〜第３半導体層の一部をそれぞれ電気的に高電圧ケーブルに接続することで容易に実現できる。また、第１〜第３半導体層を電気的に接続し、第１〜第３半導体層のうちのいずれかの一部を電気的に高電圧ケーブルに接続することでも容易に実現できる。
【００２２】
上記の構成によれば、特に、ＤＰＦに電気集塵技術を適用する場合、ＤＰＦが対象とする排気ガス中には多量の水分やＰＭが含まれるので、高電圧に対する絶縁性の確保及びの維持は重要であるが、この構成により、絶縁体の表面部分における汚れや結露、及び、これらに起因する導電路の形成を防止して絶縁性を確保できるので、適正な電場とコロナ放電を形成できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の排気ガス浄化装置によれば、コロナ放電により帯電したＰＭが付着し易い、第１電極の周辺部の外筒の内面や、第１電極に接続した高電圧ケーブルの外筒内の部位の表面や、ピンの先端部を除いた第１電極全体等を、それぞれ、第１半導体層、第２半導体層、第３半導体層で被覆し、少なくともコロナ放電時に、これらの半導体層の電位を第１電極と同じ極性の電位、好ましくは同じ電位にするので、コロナ放電によって帯電したＰＭは、この反発電極となった半導体層により強く反発され、これらの半導体層には付着しなくなる。従って、これらの部分は、ＰＭの付着よる汚れとこの汚れによる導電路の形成を防止できる。また、この反発電極となる層を半導体で形成することにより、導電体で形成した場合と異なり、漏洩電流・放電・スパーク等を防止できる。
【００２４】
従って、この構成によれば、絶縁部の汚れを更に低減する必要がある部分に半導体層を設けて、本格的な反発電極として機能を持たせることにより、ＰＭの付着による汚れ及びこの汚れによる導電路の形成を防止でき、漏電等による電場やコロナ放電の不安定化や集塵効率の低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１に示すように、この排気ガス浄化装置１は、外筒１０内に、第１電極となるコロナ放電ピン電極２０と、第２電極となるメタルハニカム構造体３０とを備えて構成される。このコロナ放電ピン電極２０は、メタルハニカム構造体３０の上流側に配置され、高電圧ケーブル２２と高電圧制御装置２３を介して高圧電源２４に接続される。また、メタルハニカム構造体３０は、接地ケーブル３１を介して接地（アース）される。このメタルハニカム構造体３０は、コロナ放電により帯電したＰＭを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として機能する。また、メタルハニカム構造体３０の再生用の加熱源として、ヒータ３２を絶縁伝熱層３３を介してメタルハニカム構造体３０の上流側に配置する。
【００２７】
そして、コロナ放電時には、コロナ放電ピン電極１０に高圧電源１３から数千から数万ボルトの直流電圧を印加する。この直流電圧の印加により、コロナ放電ピン電極１０とメタルハニカム構造体２０との間に強い電場を生じて、コロナ放電を発生させる。なお、この時のコロナ放電ピン電極１０の電気極性はプラスよりもマイナスの方がコロナ放電の安定性が高いので、マイナスにすることが好ましい。
【００２８】
外筒１０は、排気ガスＧが流入する入口１１と浄化された排気ガスＧｃが流出する出口１２を有して、ＳＵＳ４０９ＬやＳＵＳ４１０Ｌ等の導電性材料で筒状に形成される。なお、この入口１１には、排気ガスＧの外筒１０内の流れを均等化するための分散機構１１ａが設けられている。また、コロナ放電ピン電極２０とメタルハニカム構造体３０が配置される部分、少なくともメタルハニカム構造体３０の周囲部分においては、外筒１０の内側にコーディエライトやアルミナ等の磁器等で形成される絶縁断熱筒１３が配置される。
【００２９】
そして、本発明においては、更に、このコロナ放電ピン電極２０の周辺部の絶縁断熱筒１３の内側、即ち、外筒１０の内面を覆って、半導体セラミックや導電体の超薄膜コーティング等で形成される第１半導体層５１が設けられる。この第１半導体層５１は、絶縁断熱筒１３の表面に半導体の筒体を設置するか、絶縁断熱筒１３の対象となる表面のみを半導体化処理することにより形成できる。また、この第１半導体層５１は、メタルハニカム構造体３０とは電気的に絶縁するように、メタルハニカム構造体３０との間に隙間Ｓを有して配置される。
【００３０】
更に、第１半導体層５１の一部を高電圧ケーブル２２に電気的に接続して、コロナ放電時に第１半導体層５１の電位をコロナ放電ピン電極２０と同じ極性（この実施の形態ではマイナス）の電位にする。なお、この電位は、帯電したＰＭの付着を防止するためのものであるので、同じ極性の電位であれば、必ずしも、高電圧ケーブル２２と同電位にする必要は無いので、高電圧ケーブル２２とは別の電路により少なくともコロナ放電時に第１半導体層５１の電位をコロナ放電ピン電極２０とアース電位（ゼロ）との間に電位に高めて（絶対値を大きくして）もよい。
【００３１】
この構成によれば、第１半導体層５１の下層に絶縁断熱筒１３が配置されることになり、この絶縁断熱筒１３が絶縁断熱層となる。従って、コロナ放電ピン電極２０の周辺部では、第１半導体層５１、絶縁断熱筒（絶縁断熱層）１３、外筒１０が配置されることになる。また、メタルハニカム構造体３０は、絶縁断熱筒１３を介して、外筒１０に設置されることになる。そして、この絶縁断熱筒１３により、外筒１０と、コロナ放電ピン電極２０及び第１半導体層５１との間に対して電気的遮蔽を行うことができるので、コロナ放電ピン電極２０とメタルハニカム構造体３０の間の電界とコロナ放電を最大化することができる。
【００３２】
そして、高電圧ケーブル２２が、外筒１０と絶縁断熱筒１３を貫通する絶縁体１４内を通して、コロナ放電ピン電極２０に接続される。この高電圧ケーブル２２は耐熱絶縁被覆体２１で絶縁被覆される。
【００３３】
この耐熱絶縁被覆体２１は高電圧ケーブル２２を覆って棒状に形成されるが、エンジン停止により冷却した時に発生する水分の結露を防止するために、断熱の機能を持たせて冷却し難くすることが好ましい。更に、高電圧ケーブル２２が通過する絶縁体１４の位置は、高電圧漏洩の主因となる水やＳＯＯＴが溜まるのを防止するために、外筒２０の面が下向きになっている部位とするのが好ましく、外筒２０の最上部位とすることが最も好ましい。
【００３４】
そして、本発明においては、この耐熱絶縁被覆体２１の表面に半導体セラミックや導電体の超薄膜コーティング等で形成される第２半導体層５２が設けられる。即ち、コロナ放電ピン電極（第１電極）２０に接続した高電圧ケーブル２２の外筒１０内の部位の表面に第２半導体層５２を設ける。この第２半導体層５２は、耐熱絶縁被覆体２１の表面に半導体の筒体を設けるか、耐熱絶縁被覆体２１の表面を半導体化処理することにより形成できる。更に、第２半導体層５２の一部を高電圧ケーブル２２に電気的に接続する等して、少なくともコロナ放電時に第２半導体層５２の電位をコロナ放電ピン電極２０と同じ極性（この実施の形態ではマイナス）の電位、好ましくはコロナ放電ピン電極２０と略同じ電位にする。なお、この構成によれば、第２半導体層５２の下層に絶縁断熱層となる耐熱絶縁被覆体２１が配置されている。
【００３５】
そして、コロナ放電ピン電極２０は、排気ガスＧの流れ方向に対して垂直な方向に広がるピン保持体２０ａに、排気ガスＧの流れ方向に平行なピン２１ａを多数本（複数本）配置して構成される。つまり、コロナ放電ピン電極２０は放電ターゲットとなるメタルハニカム構造体３０等のアース部分に向けられた尖鋭なピン２０ｂの集合体として構成される。
【００３６】
この構造を図２〜図４に示す。この図２と図３は、コロナ放電ピン電極２０と耐熱絶縁被覆体２１と高電圧ケーブル２２を少し下流側から斜視した図であり、図４と図５は側面から見た図である。図２は、円板状の格子板で形成した篩い網型のピン保持体２０ａを示し、図３は、放射状に延びる支柱で形成した放射線状のピン保持体２０Ａａを示す。これらのピン保持体２０ａ，２０Ａａを側面から見ると、図４に示すように、ピン保持体２０ａ，２０Ａａは直線状となり、平行なピン２１ａはこの直線部分から排気ガスＧの流れ方向に突出することになる。このピン２０ｂは穴網上の部材の交点部分に配置される。なお、このピン保持体２０ａの形状は、この他にも図６に示すようなブラシ形状等の排気ガスの流通抵抗、即ち、背圧が小さく、ピンを排気ガスの流れ方向に垂直な面に略均等に配置できるものであればよい。
【００３７】
そして、本発明によれば、このピン２０ｂは先端の近傍部分を除いて絶縁断熱層２０ｃと半導体セラミックや導電体の超薄膜コーティング等で形成される第３半導体層２０ｄで被覆すると共に、ピン保持体２０ａ，２０Ａａも同様に、絶縁断熱層２０ｃと第３半導体層２０ｄで被覆する。更に、第３半導体層２０ｄの一部を高電圧ケーブル２２に電気的に接続する等して、少なくともコロナ放電時に第３半導体層２０ｄの電位をコロナ放電ピン電極２０と同じ極性（この実施の形態ではマイナス）の電位、好ましくはコロナ放電ピン電極２０と略同じ電位にする。なお、この構成によれば、第３半導体層２０ｄの下層に絶縁断熱層２０ｃが配置されている。
【００３８】
このピン保持体２０ａ，２０Ａａは、メタルハニカム構造体３０に対向させた形でピン２０ｂを保持すると共に、外筒１０と絶縁断熱筒１３を貫通する絶縁体１４内を通した高電圧ケーブル２２に接続される。そして、高電圧電源２４からの高電圧が、高電圧制御装置２３、高電圧ケーブル２２、ピン保持体２０ａ，２０Ａａを介してピン２０ｂに印加される。この高電圧が印加されると、このピン２０ｂの尖鋭な先端では、ターゲット電極であるメタルハニカム構造体３０との不平等電界による電気力線集中によって絶縁破壊し、コロナ放電が発生する。
【００３９】
このピン２０ｂはコロナ放電により高温となるため、このピン２０ｂを形成する材料には高度の耐熱性が求められる。そして、このピン２０ｂの材料は、酸化劣化も考慮すると白金が最も好ましいが、コスト面等で問題がある場合には白金メッキタングステン線やニクロム線やＳＵＳ４３６Ｌ等を使用することもでき、ピン保持体２０ａ，２０Ａａに溶接等で接合される。
【００４０】
また、放電部分以外のピン保持体２０ａ，２０Ａａ等の部分は、排気ガスＧの流通抵抗即ち背圧をできるだけ少なくすることが重要であり、図２では篩い網型を、図３では放射線状型を示しているが、他の形状であっても、低背圧、高絶縁、ピン２０ｂの均一分散を同時に実現できる形状であればよい。
【００４１】
この構造のコロナ放電ピン電極２０では、ピン２０ｂの先端部分のみ露出して、残りはすべて絶縁材で被覆して絶縁しており、しかも、ピン２０ｂを放電ターゲットであるメタルハニカム構造体３０に向けて略均一にかつ多数設置してあるので、均一で安定した強い電場とコロナ放電を得ることができる。
【００４２】
そして、図５に示すように、コロナ放電ピン電極２０の上流側へも積極的にコロナ放電させたい場合には、ピン保持体２０ａ，２０Ａａの上流側部分にもピン２０Ａｂを設置する。即ち、ピン２０ｂ，２０Ａｂは下流側方向と上流側方向の双方に向けて配置される。この構成により、コロナ放電ピン電極２０において上流向きのコロナ放電を発生して、排気ガスＧ中のＰＭへの荷電を強化することができ、ＰＭへの荷電が不十分な場合に有効な対策となる。また、コロナ放電ピン電極２０より上流側の絶縁断熱筒１３内面にＰＭが付着して汚れることと、この汚れにより導電路が形成されることを防止できる。
【００４３】
この構造のコロナ放電ピン電極２０により、ピン２０ｂの先端の高電圧が印加された剥き出し部分と、ヒータ３２やメタルハニカム構造体３０等の直近のアース部分との間において、ピン２０ｂの根元から始まり、ピン保持体２０ａ，２０Ａａの表面を覆う絶縁体と耐熱絶縁被覆体２１と絶縁断熱筒１３を経由する高電圧絶縁経路を形成することができる。
【００４４】
これらの絶縁体の表面に設けた第１半導体層５１、第２半導体層５２、第３半導体層２０ｄは、第１電極であるコロナ放電ピン電極２０と同極性（この図１の実施の形態ではマイナス）の電位が印加されているので、コロナ放電によって同極性（マイナス）に帯電したＰＭを強く反発する反発電極（マイナス）として機能するので、ＰＭの付着防止効果が大きく、ＰＭの付着による汚れを防止できる。そのため、これらの表面における絶縁性維持効果が高まる。また、これらの半導体層５１，５２，２０ｄの下層の絶縁体１３，２１，２０ｃに断熱性を持たせることにより、エンジン停止によって冷却された時に発生する水分の結露及びこの結露水による漏電を防止できる。
【００４５】
なお、この第１〜第３半導体層５１，５２，２０ｄをコロナ放電ピン電極２０と同じ電極で略同じ電位にすることは、第１〜第３半導体層５１，５２，２０ｄの一部をそれぞれ電気的に高電圧ケーブル２２に接続することや、あるいは、第１〜第３半導体層５１，５２，２０ｄを電気的に接続した上で、第１〜第３半導体層５１，５２，２０ｄのうちのいずれかの一部を電気的に高電圧ケーブル２２に接続することでも容易に実現できる。
【００４６】
これらの絶縁体１３，２１，２０ｃによって絶縁性を維持する構成とその表面の半導体層５１，５２，２０ｄによりＰＭによる汚れを防止する構成とにより、電気集塵技術においては、数千ボルトから数万ボルトという高電圧であるため、高電圧印加部分とアース部分との間の些細な導電路に電流が漏洩して所定の電場形成やコロナ放電の形成ができなくなるが、これを防止することができる。
【００４７】
そして、メタルハニカム構造体３０は、排気ガス浄化装置１の中核をなすＰＭ集塵部であり、ＳＵＳ３０４等の材料で形成され、接地ケーブル３１でアースされる。このメタルハニカム構造体３０のセルの表面に酸化触媒を担持したアルミナウォッシュコートを塗布する。
【００４８】
また、ヒータ３２をメタルハニカム構造体３０の排気ガス上流側に絶縁伝熱層３３を介して密着配置する。このヒータ３２と絶縁伝熱層３３は、通気可能に形成され、排気ガスＧのメタルハニカム構造体３０への流入を可能とするように、また、できるだけ流通抵抗が小さくなるように構成される。このヒータ３２にはヒータ電源３４とヒータ制御装置３５が配線されている。
【００４９】
そして、このヒータ３２には、捕集したＰＭの着火温度を低減する触媒作用を活用するために、無垢の白金や白金メッキ材で形成することが好ましいが、ヒータ電源３４の容量に余裕のある時や白金がコスト面で問題になる時には必ずしも白金で形成する必要はない。なお、この電流を流した状態においてはヒータ３２の電位はメタルハニカム構造体３０の電位とコロナ放電ピン電極２０の電位との間の電位となるが、メタルハニカム構造体３０の電位に近い電位とし、ＰＭの集塵を行えるようにする。
【００５０】
また、絶縁伝熱層３３はヒータ電源３４から供給される電流がメタルハニカム構造体３０の表面に漏洩することを防止するために設けられ、グラスファイバーやセラミックファイバーや磁器等で形成されるが、排気ガスＧが通過するため対流伝熱でも熱伝達できるので適切な空隙で代用することもできる。
【００５１】
また、このメタルハニカム構造体３０には、アクチュエータ制御装置３６で制御される移動用アクチュエータ３７が設けられ、アクチュエータ制御装置３６による制御に従って、移動用アクチュエータ３７を駆動してメタルハニカム構造体３０を所定の位置に移動できるように構成される。即ち、コロナ放電ピン電極２０と間の電極間距離Ｌを調整できるように構成される。
【００５２】
そして、エンジンの制御を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれる制御装置４０に、外筒１０の入口１１に設けた排気ガス温度センサ４１の検出値Ｔｇやエンジンの運転状態等を示すエンジン回転数Ｎｅや負荷Ｑ等が入力され、予めこの制御装置４０に入力されたプログラム等で構成される排気ガス浄化装置１用の制御手段により、高電圧制御装置２３、高電圧電源２４、ヒータ制御装置３５、アクチュエータ制御装置３６等が制御される。
【００５３】
次に上記の構成の排気ガス浄化装置１におけるＰＭの捕集について説明する。
【００５４】
エンジンが始動し、排気ガスＧが排気ガス浄化装置１に流入する時又はそれ以前に、高圧電源制御装置２３により高電圧電源２４から高電圧ケーブル２２を介して、コロナ放電ピン電極２０に数千ボルトから数万ボルトのマイナス側の直流高電圧を印加し、メタルハニカム構造体３０との間に均一で安定した強い電場とコロナ放電を形成する。
【００５５】
エンジン（内燃機関）から排出された排気ガスＧは、入口１１から外筒１０内に入り、このコロナ放電部分を通過する。この時に、排気ガスＧ中のＰＭはコロナ放電ピン電極（第１電極）２０と同じ極性（マイナス）に帯電するので、排気ガスＧがメタルハニカム構造体３０を通過する際に、この帯電したＰＭは電気的吸引力により異極性（プラス）の電極であるメタルハニカム構造体（第２電極）３０に引き寄せられ、セルの壁面に付着し電荷を失う。このセルの壁面には、酸化触媒が担持されているので、壁面の温度が高い場合には、付着したＰＭは酸化触媒の触媒作用により酸化し、炭酸ガスとなる。また、壁面温度が低い場合は酸化せずに壁面上に堆積する。これにより、排気ガスＧはＰＭが除去され、浄化された排気ガスＧｃとなり、外筒１０の出口１２より流出する。
【００５６】
この排気ガス浄化に際してコロナ放電を最適化制御する。つまり、排気ガスＧが高温になると放電は容易化するが、スパーク等の異常放電も発生し易くなり、この異常放電が続くと集塵率が低下し、高電圧電源２４を始めとする装置が故障するので、排気ガスの状態に応じて、異常放電を防止しながら、ＰＭの捕集率が高くなるようにコロナ放電を制御する。
【００５７】
より詳細には、コロナ放電の状態を決定づけるものは、印加電圧と電流とコロナ放電ピン電極２０とメタルハニカム構造体３０との間の距離である電極間距離Ｌと排気ガス温度であり、これに対し、コロナ放電制御のためにコントロールできる制御因子は印加電圧と電流と電極間距離Ｌとなる。従って、これらの制御因子を予め作成したプログラムにより制御する。
【００５８】
具体的には、高電圧制御装置２３で、高電圧ケーブル２２を流れる電流をモニターしながら、エンジン回転数や負荷等のエンジンの運転状態の情報やその他の情報等を考慮して、高電圧電流のオンオフ制御と印加する高電圧の値を所定の電圧に調整する制御を行う。また、それと共に、アクチュエータ制御装置３６で移動用アクチュエータ３７を制御してメタルハニカム構造体３０をエンジンの運転状態に応じて算定される所定の電極間距離Ｌｏに移動させる。この高電圧印加タイミング、所定の電圧値、所定の電極間距離Ｌｏは、予め実験などにより、エンジンの運転状態等に対応して設定され、マップデータ等の形式でプログラムに入力される。このデータに対応させて高電圧印加タイミング、電圧値、電極間距離Ｌをそれぞれ適切に調整制御することにより高い集塵率を得られることができる安定したコロナ放電を発生させ、また、継続することができる。
【００５９】
この制御により、エンジンの運転状態に応じて、印加電圧及び第１電極（コロナ放電ピン電極）２０と第２電極（メタルハニカム構造体）３０の間の電極間距離Ｌを変化でき、運転状態により変化するＰＭ濃度や流速等の排気ガスＧの様々な状態に対応させてＰＭ捕集の最適化を行うことができる。
【００６０】
そして、例えば、アイドリングや低負荷低回転運転等の排気ガスが低温のエンジンの運転状態が継続して、メタルハニカム構造体３０に捕集されて堆積するＰＭが増加してくると、この堆積したＰＭをメタルハニカム構造体３０の壁面に保持しておく力が弱まって、ＰＭが放散される再飛散と呼ばれる現象が発生し、ＰＭ集塵率の低下を引き起こす。
【００６１】
そのため、この再飛散が発生する前にヒータ３２に電流を流して加熱し捕集されたＰＭを着火させて、ＰＭの燃焼除去を開始する。具体的には、予め設定されたＤＰＦ再生開始の条件になった時に、ヒータ３２に電流が所定時間流され、ヒータ３２上に堆積したＰＭまたは下流側のメタルハニカム構造体３０に堆積したＰＭが燃焼を開始する所定の温度になるようにヒータ３２を加熱し、この加熱によりＰＭの燃焼着火を行う。そして、この着火によりＰＭの燃焼はメタルハニカム構造体３０の上流側から下流側へと延焼していき、メタルハニカム構造体３０に堆積したＰＭ全体が燃焼すると、このメタルハニカム構造体３０の再生が完了する。
【００６２】
このヒータ３２の加熱のタイミングとしては、ヒータ３２上に燃焼可能でかつ所望の熱量を発生できる量のＰＭが蓄積した時点でヒータ３２を加熱してＰＭの燃焼着火を行い、この燃焼によって発生する熱を下流側（後段）の酸化触媒へ供給して、下流側のＰＭを燃焼除去する場合や、ヒータ３２上に適量のＰＭが蓄積していない時点でも、ＰＭの燃焼が必要な場合には、ヒータ３２を加熱してヒータ３２で発生する熱を下流側のメタルハニカム構造体３０の酸化触媒へ伝熱して、この酸化触媒の触媒作用により下流側のＰＭの燃焼を開始して下流側のＰＭを燃焼除去する場合等がある。
【００６３】
特に、この構成によれば、ヒータ３２は、電気集塵用の電界の強い部分となり、集塵率も高い部分に配置されているので、ヒーター３２上へのＰＭの集塵量は多くなり、着火を更に容易にすると共に、メタルハニカム構造体３０の上流側に配置されているので、ＰＭの燃焼の口火形成の役割を容易に果たせる。この場合において、ヒータ３２を電気集塵極の一部とすることにより、ＤＰＦ再生の着火用の熱源として利用できるＰＭの堆積を促進している。更に、この着火用のヒータ３２を白金等で形成した場合には、この白金等の酸化触媒作用によりＰＭの着火が容易になる。
【００６４】
そして、このＤＰＦ再生に際して、メタルハニカム構造体３０はメタル製で耐熱性に優れているため、従来技術のセラミック製のフィルタでは熱応力による破損を生じるために行えなかったＰＭの一気燃焼が可能になる。そのため、このメタルハニカム構造体３０の再生方法によれば、従来技術のような、燃料噴射による穏やかな連続再生方法やフィルタを切り換えての間欠的に再生を行う方法が必要なくなり、捕集して堆積したＰＭそのものを再生用の熱源として利用できる。そのため、排気管内への燃料噴射や燃料噴射における多段噴射等の制御が不要になり、装置の構造・制御が容易となり、また、低燃費となる。
【００６５】
その上、上流側で堆積したＰＭの着火は下流側に延焼し、一気燃焼により高温かつ短時間でＰＭは燃焼除去されるので、ＰＭを確実に燃焼でき、しかも、再生時間が短くなる。
【００６６】
上記の構成の排気ガス浄化装置１によれば、コロナ放電により帯電したＰＭが付着し易い、コロナ放電ピン電極２０の周辺部の外筒１０の内面や、コロナ放電ピン電極（第１電極）２０に接続した高電圧ケーブル２２の外筒１０内の部位の表面や、ピン２０ｂの先端部を除いたコロナ放電ピン電極２０全体等を、それぞれ、第１半導体層５１、第２半導体層５２、第３半導体層２０ｄで被覆し、これらの半導体層５１，５２，２０ｄの電位をコロナ放電ピン電極２０と同じ極性の電位、好ましくは、コロナ放電ピン電極２０と略同じ電位にするので、コロナ放電によって帯電したＰＭは、コロナ放電ピン電極２０と同じ極性の電位の半導体層５１，５２，２０ｄにより強く反発され、これらの半導体層５１，５２，２０ｄには付着しなくなる。従って、これらの部分は、ＰＭの付着よる汚れを防止できる。また、半導体で形成しているので、導電体と異なり、漏洩電流・放電・スパーク等の心配が不要となる。
【００６７】
従って、この構成によれば、絶縁部の汚れを更に低減する必要がある部分に半導体層５１，５２，２０ｄを設けて、本格的な反発極とすることにより、外筒１０の内面、高電圧ケーブル２２の被覆、コロナ放電ピン電極２０の被覆等の汚れを防止でき、この汚れに起因する漏電等によるコロナ放電の不安定化や集塵効率の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置の構成を示す図である。
【図２】第１電極であるコロナ放電ピン電極の構成を示す斜視図である。
【図３】第１電極であるコロナ放電ピン電極の他の構成を示す斜視図である。
【図４】第１電極であるコロナ放電ピン電極の構成を示す側面図である。
【図５】第１電極であるコロナ放電ピン電極の他の構成を示す側面図である。
【図６】第１電極であるコロナ放電ピン電極の他の構成を示す部分斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１    排気ガス浄化装置
１０    外筒
１３    絶縁断熱筒（絶縁断熱層）
２０    コロナ放電ピン電極（第１電極）
２０ａ，２０Ａａ    ピン保持体
２０ｂ，２０Ａｂ    ピン
２０ｃ，２０Ａｃ    絶縁断熱層
２０ｄ，２０Ａｄ    第３半導体層
２１    耐熱絶縁被覆体（絶縁断熱層）
２２    高電圧ケーブル
３０    メタルハニカム構造体（第２電極）
５１    第１半導体層
５２    第２半導体層
【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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【図６】
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