(57)【要約】【課題】  高電圧の作用により排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、ＰＭの堆積に起因する電極間の漏電を抑制する。【解決手段】  外周電極４の端部よりも上流側および下流側に突出して筒状のスペーサ９を設け、支持アーム８ａの中間部をスペーサ９の口縁部に当接させ、且つ支持アーム８ａによる内部電極５の支持点を外周電極４の外部に配置する。外周電極４と内部電極５の支持点との間隔をスペーサ９の軸方向長さだけ拡大することができ、これによってＰＭの堆積に起因する電極４，５間の漏電を抑制することができる。【選択図】  図１
2005344671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周電極と、当該外周電極の内側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、
前記内部電極の長手方向の端部に結合された支持アームと、
絶縁体からなり前記外周電極と同一軸線上に前記外周電極の端部よりも突出して設けられた筒状のスペーサと、
を備え、前記支持アームが前記スペーサに当接させられ、前記支持アームによる前記内部電極の支持点が前記外周電極の外部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】
請求項１に記載の排ガス浄化装置であって、
互いに並行して配置された複数の外周電極を備え、前記スペーサが前記複数の外周電極のうち一部の外周電極について設けられていることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項２に記載の排ガス浄化装置であって、
前記一部の外周電極は、前記複数の外周電極のうち排ガス流路の中心にある外周電極以外の外周電極であることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス浄化装置であって、
前記スペーサは、その表面に凹凸を有することを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の排ガス浄化装置であって、
前記支持アームは、少なくとも前記スペーサの近傍の領域において絶縁層で被覆されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガスを高電圧の印加によって処理する排ガス浄化装置に関する。
【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発生させたプラズマを用いて、通過する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、高電圧の印加に伴って発生する熱により焼却処理される。
【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、この種の装置では、長期間の使用によって浄化性能が低下する場合がある。これにつき発明者らは鋭意研究の結果、この浄化性能の低下は、炭素を主要素とし導電性を有するＰＭが、使用中の堆積によって電極間の漏電を生じさせ、極間電圧を制限しているのが原因になっていることを知見した。
【０００５】
本発明はかかる新知見に基づいてなされたものであり、その目的は、高電圧の作用により排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、ＰＭの堆積に起因する電極間の漏電を抑制することにある。
【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、当該外周電極の内側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、前記内部電極の長手方向の端部に結合された支持アームと、絶縁体からなり前記外周電極と同一軸線上に前記外周電極の端部よりも突出して設けられた筒状のスペーサと、を備え、前記支持アームが前記スペーサに当接させられ、前記支持アームによる前記内部電極の支持点が前記外周電極の外部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、外周電極の端部よりも突出して筒状のスペーサが設けられ、支持アームがスペーサに当接させられ、且つ支持アームによる内部電極の支持点が外周電極の外部に配置されているので、外周電極と内部電極の支持点との間隔をスペーサの軸方向長さだけ拡大することができ、これによってＰＭの堆積に起因する電極間の漏電を抑制することができる。
【０００８】
第２の本発明は、請求項１に記載の排ガス浄化装置であって、互いに並行して配置された複数の外周電極を備え、前記スペーサが前記複数の外周電極のうち一部の外周電極について設けられていることを特徴とする排ガス浄化装置である。
【０００９】
本発明におけるスペーサによる場合にも、スペーサの表面を経由した沿面放電などによる漏電のおそれは皆無ではない。この点、第２の本発明では、複数の外周電極のうち一部の外周電極についてのみスペーサが設けられているので、他の外周電極においてスペーサの表面を経由した漏電のおそれを抑制できる。
【００１０】
第３の本発明は、請求項２に記載の排ガス浄化装置であって、前記一部の外周電極は、前記複数の外周電極のうち排ガス流路の中心にある外周電極以外の外周電極であることを特徴とする排ガス浄化装置である。
【００１１】
ＰＭの堆積は、排ガス流路の中心部に集中する傾向がある。したがって第３の本発明のように、スペーサの設置箇所を複数の外周電極のうち排ガス流路の中心にある外周電極以外の外周電極とすることにより、ＰＭの堆積による漏電のおそれが特に強い排ガス流路の中心部の近傍において、堆積を抑制することができ好適である。
【００１２】
第４の本発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス浄化装置であって、前記スペーサは、その表面に凹凸を有することを特徴とする排ガス浄化装置である。
【００１３】
第４の本発明では、スペーサの表面に凹凸を設けたので、沿面放電に係る経路距離の拡大により漏電のおそれを抑制できる。
【００１４】
第５の本発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の排ガス浄化装置であって、前記支持アームは、少なくとも前記スペーサの近傍の領域において絶縁層で被覆されていることを特徴とする排ガス浄化装置である。
【００１５】
第５の本発明では、支持アームを絶縁層で被覆したので、支持アームからの漏電のおそれを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。  
図１は、本発明による排ガス浄化装置の縦断面図を示す概略構成図であり、図２は、図１におけるII−II線についての断面図であり、図３は、図１におけるIII−III線についての断面図である。これらの図面に示される排ガス浄化装置１は、車両に適用されると好適なものであり、プラズマリアクタまたはコロナリアクタとして構成されている。この排ガス浄化装置１は、図示されない内燃機関の燃焼室から排出される排ガスを浄化するために、当該内燃機関の排気系統を構成する排気管に組み込まれる。
【００１７】
排ガス浄化装置１は、上流側ケース２ａ、下流側ケース２ｂ、および処理ユニット組立体３を含んで構成されている。上流側ケース２ａの内部には、図１において白抜矢印で示される方向に、内燃機関の燃焼室から排出される排ガスが導入される。そして、処理ユニット組立体３の内部で浄化された排ガスは、下流側ケース２ｂから不図示の排気管を介して外部に排出される。
【００１８】
ケース２ａ，２ｂは、金属とくにＳＵＳ等の耐熱材料により形成されており、排気管に接続すべき入口または出口を構成する端部２１ａ，２１ｂと、排気管よりも大径の概ね六角形の断面形状を有する拡径部２２ａ，２２ｂと、端部２１ａと拡径部２２ａとの間および端部２２ｂと拡径部２２ｂとの間に形成されたコーン部２４ａ，２４ｂとを含む。
【００１９】
このようなケース２ａ，２ｂの間には、固定枠７，７を介して処理ユニット組立体３が結合されている。処理ユニット組立体３は、複数（本実施形態では、１９体）互いに平行に並設された処理ユニット６を含んで構成されており、各処理ユニット６は、円筒形の外周電極４、および細径の直線状の棒状電極５からなる。各処理ユニット６の外周電極４は、その上流端および下流端を固定枠７に対して溶接または銅ロウ付け等によって固定されている。
【００２０】
図３に示されるように、固定枠７の中心に１体の処理ユニット６が配置されると共に、固定枠７の内周面上に１２体の処理ユニット６が等間隔に配置され、固定枠７の中心（すなわちケース２の中心）の処理ユニット６と、上記１２体の処理ユニット６との間に、６体の処理ユニット６が配置される。
【００２１】
そして図２に示されるように、一体の固定枠７につき３箇所に、スペーサ９が固定される。固定枠７は、スペーサ９が固定される開口部７ａ（図１参照）と、それ以外の開口部７ｂとを有し、各処理ユニット６の外周電極４は、いずれも上流側および下流側の端部において、開口部７ａまたは開口部７ｂに固定される。開口部７ａにおけるスペーサ９が固定される開口縁の断面形状は円形である。
【００２２】
他方、スペーサ９が固定されない開口部７ｂは、外周電極４に接する開口縁において断面が円形であり、且つその反対側（すなわち、処理ユニット６と固定枠７とにより構成される処理ユニット組立体３の上流側端部および下流側端部）の開口縁（以下適宜外側開口縁という）において断面が正六角形をなしており、これらの開口縁は互いに滑らかな曲面で結ばれている。開口部７ｂの外側開口縁は、図２および図４において破線で示される境界線ＢＬにおいて、隣接する他の開口部７ｂの外側開口縁と滑らかに接続されており、両開口部７ｂ，７ｂの間に明確な稜線を生じさせないことによって、境界線ＢＬからの放電の抑制が図られている。
【００２３】
外周電極４には、ステンレス鋼（熱膨張率７．２×１０−７×［１０−６／Ｋ］）を用いるのが好適である。棒状電極５は、外周電極４の中心軸上に配置されて排ガスの流れ方向に延びる。各棒状電極５には、放電特性の良好なタングステンのプレス焼成品（熱膨張率５．５×１０−７×［１０−６／Ｋ］）を用いるのが好適である。
【００２４】
各棒状電極５の両端部は、図１および図２に示されるような金属製の格子部材８の格子点および先端部に固定されている。格子部材８は、多数の支持アーム８ａを備えており、図４ないし図６に示されるように、ＳＵＳなどの耐熱導電性材料からなる本体８ｂを、セラミックなどの耐熱絶縁性材料からなる絶縁層８ｃで被覆してなる。本体８ｂは、棒状電極５との接続点において棒状電極５に導通しており、絶縁層８ｃは本体８ｂの表面のうち、この導通に係る接触面を除く全表面を被覆している。格子部材８の各支持アーム８ａは、図５に示すとおりその断面形状が装置の軸方向を長手としており、これにより前面投影面積の抑制と強度の確保が図られている。
【００２５】
各格子部材８は、筒状のスペーサ９および固定枠７を介して、片側あたり３箇所の外周電極４の延長上に固定されている。図７に示されるとおり、格子部材８は、スペーサ９の口縁部に対応する部分に係合肩部８ｄを備えており、格子部材８と棒状電極５との結合に伴って、係合肩部８ｄとスペーサ９とが係合することによって、格子部材８がスペーサ９に支持される。
【００２６】
スペーサ９は、格子部材８を支持するための支持部材であり、セラミック等の耐熱絶縁性材料からなる。スペーサ９は外周電極４と略同径かつ略共通の断面形状を有する筒型であり、スペーサ９の外周面および内周面には環状の凹凸が形成されている。この凹凸は、軸方向に沿って半径の拡大と縮小とが滑らかに繰り返す形状、すなわち所謂コルゲーションであり、この凹凸によって、沿面放電に係る経路距離の拡大による沿面放電の抑制が図られている。
【００２７】
各棒状電極５は、格子部材８および給電栓１０を介して、図示されない電源ユニットに接続される。各処理ユニット６の外周電極４は、図示されない端子を介して電気的に接地されている。なお、電源ユニットとしては、直流高圧電源、交流高圧電源、直流パルス電源、および直流とパルスとの重畳電源の何れかを用いることができる。
【００２８】
給電栓１０は、図８に示されるとおり、プラグ電極１１、絶縁碍子１２および金属製のシェル１３を含んで構成されている。プラグ電極１１の下端部１１ａは、絶縁碍子１２の内部に突出および後退可能に支持されている。プラグ電極１１の本体１１ｂと下端部１１ａとの間に、皿バネ１１ｃがセットされており、皿バネ１１ｃの弾力により下端部１１ａが突出方向に常時付勢されている。下端部１１ａの先端には、導電性の耐摩擦材料層１１ｄが形成されている。プラグ電極１１の下端部１１ａは、図１に示すとおり、棒状電極５の先端部に形成された斜面５ａに摺接しており、これによって棒状電極５の膨張・収縮の前後に亘り、プラグ電極１１と棒状電極５との導通が確保される。給電栓１０は、シェル１３に形成されたネジ部１３ａによって、上流側ケース２ａに固定される。
【００２９】
以上のとおり構成される排ガス浄化装置１では、内燃機関の始動に合わせて、各処理ユニット６にてプラズマを発生させるべく、電源ユニットによって、各処理ユニット６の外周電極４と棒状電極５との間に、棒状電極５を陽極として高電圧が印加される。そして、始動した内燃機関の燃焼室からの排ガスがケース２の内部へと導入されると、各処理ユニット６の棒状電極５と外周電極４との間の放電によってプラズマ状態が生じ、排ガス中のＮＯｘなどの所定物質が活性化され、反応が促進されてＮ２等の物質に変換させられる。また、供給される排ガス中のＰＭが棒状電極５からの放電により帯電され、棒状電極５と外周電極４との間における電界との相互作用によって外周電極４に吸着され、高電圧の印加に伴って発生する熱により、その燃焼ないし酸化が促進されることになる。
【００３０】
ここで本実施形態では、外周電極４の端部よりも上流側および下流側に突出して筒状のスペーサ９が設けられ、支持アーム８ａの中間部がスペーサ９の口縁部に当接させられ、且つ支持アーム８ａによる内部電極５の支持点が外周電極４の外部に配置されているので、外周電極４と内部電極５の支持点との間隔をスペーサ９の軸方向長さだけ拡大することができ、これによってＰＭの堆積に起因する電極４，５間の漏電を抑制することができる。
【００３１】
また、本実施形態におけるスペーサ９による場合にも、スペーサ９の表面を経由した沿面放電などによる漏電のおそれは皆無ではない。しかしながら、本実施形態では複数の外周電極４のうち一部の外周電極４についてのみスペーサ９が設けられ、他の外周電極４については内部電極５との間に十分な空間が設けられているので、当該他の外周電極４における漏電のおそれを抑制できる。
【００３２】
また、本実施形態では複数の外周電極４のうち一部の外周電極４についてのみスペーサ９が設けられている一方、他の外周電極４についてはスペーサ９が設けられておらず、且つ両者が互いに前後にオフセットして配置されているので、スペーサ９の外周面に付着し剥離したＰＭが、スペーサ９の設けられていない他の外周電極４内に吸引されて処理されることも期待できる。
【００３３】
また、流体力学的な理由から、ＰＭの堆積は排ガス流路の中心部に集中する傾向があるため、本実施形態のようにスペーサ９の設置箇所を複数の外周電極４のうち排ガス流路の中心にある外周電極４以外の外周電極４とすることにより、堆積したＰＭによる漏電のおそれが特に強い排ガス流路の中心部の近傍において、堆積を抑制することができ好適である。
【００３４】
また、本実施形態ではスペーサ９の表面に凹凸を設けたので、沿面放電に係る経路距離の拡大により漏電のおそれを抑制できる。
【００３５】
また本実施形態では、支持アーム８ａの導電性の本体８ｂの全表面を絶縁層８ｃで被覆したので、支持アーム８ａからの漏電のおそれを抑制できる。
【００３６】
なお、本発明は上述の各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、上記実施形態ではスペーサ９や外周電極４を円筒形としたが、角筒形など他の形状であってもよい。また、上記実施形態では格子部材８の支持アーム８ａに係合肩部８ｄを設け、これをスペーサ９の口縁部に当接させることとしたが、格子部材８とスペーサ９との固定構造は他の構造であってもよい。また、上記実施形態では内部電極５の支持構造を処理ユニット６の上流側と下流側とで略対称としたが、両者が略対象である必要はない。また上記実施形態では、支持アーム８ａの導電性の本体８ｂの略全表面を絶縁層８ｃで被覆したが、絶縁層によって被覆される領域は支持アームの一部（例えばスペーサ９の口縁部の近傍や、固定枠７の開口部７ｂの境界部ＢＬの近傍）であってもよい。
【００３７】
また本発明では、単一の棒状電極ないし内部電極について複数個の外周電極を設けてもよく、また、外周電極４に囲まれた空間にセラミックスなどのハニカム構造体を設置するなど、プラズマの利用の有無やＰＭの濾過如何にかかわらず、電力の作用により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。また本発明は、車両以外の内燃機関について適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置を示す概略構成図である。
【図２】図１におけるII−II線についての断面図である。
【図３】図１におけるIII−III線についての断面図である。
【図４】固定枠および格子部材を示す正面図である。
【図５】固定枠および格子部材を示す図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】固定枠および格子部材を示す図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】格子部材の取付構造を示す斜視図である。
【図８】給電栓を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１        排ガス浄化装置
２ａ      上流側ケース
２ｂ      下流側ケース
３        処理ユニット組立体
４        外周電極
５        棒状電極
６        処理ユニット
８        格子部材
９        スペーサ
１０      給電栓
【図１】
2005344671.tif 000003
【図２】
2005344671.tif 000004
【図３】
2005344671.tif 000005
【図４】
2005344671.tif 000006
【図５】
2005344671.tif 000007
【図６】
2005344671.tif 000008
【図７】
2005344671.tif 000009
【図８】
2005344671.tif 000010