(57)【要約】【課題】粒子状物質の凝集を促進させる。【解決手段】内燃機関の排気通路２に設けられ、該排気通路２の壁面から該排気通路２の内側へ向かって延び、曲がり部５１において排気の流れ方向へ曲がり、該排気の流れ方向に延びる電極５を備えた粒子状物質処理装置１において、電極５は、排気の流れ方向に延びる部位において、排気の流れ方向に対して垂直方向に該排気通路２の壁面側に向かって延びる複数の突出部５４を備え、突出部５４は、曲がり部５１から遠い位置に備わるものよりも近い位置に備わるもののほうが長い。【選択図】図１
2013160176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、該排気通路の壁面から該排気通路の内側へ向かって延び、曲がり部において排気の流れ方向へ曲がり、該排気の流れ方向に延びる電極を備えた粒子状物質処理装置において、
前記電極は、排気の流れ方向に延びる部位において、前記排気の流れ方向に対して垂直方向に該排気通路の壁面側に向かって延びる複数の突出部を備え、
前記突出部は、前記曲がり部から遠い位置に備わるものよりも近い位置に備わるもののほうが長い粒子状物質処理装置。
【請求項２】
前記排気通路は、前記電極が備わる部位において、前記曲がり部に近い部位の内径が、前記曲がり部から遠い部位の内径よりも大きい請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項３】
前記突出部は、前記曲がり部から遠い位置に備わるものほど短い請求項１または２に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項４】
前記電極は、前記曲がり部から排気の流れ方向の下流側に向かって曲がり、前記排気通路は、前記電極が備わる部位において排気の下流側ほど内径が小さい請求項２に記載の粒子状物質処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に針状の放電電極を設けて粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を帯電させ、該帯電したＰＭを集塵電極に滞留させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ここで、電極からコロナ放電またはアーク放電などの強い放電を発生させると、強い放電に起因する高速電子により、ＰＭが粉砕されてしまい、微細化される。そうすると、ＰＭを凝集させる効果が低くなる。これに対し、強い放電が発生しないように印加電圧を制御することが考えられる。しかし、前記従来技術の構成では、電界強度が局所的に高くなってしまい、強い放電が発生する虞がある。
【０００４】
例えば、棒状の電極が排気通路内で直角に折れ曲がっている場合には、この折れ曲がっている箇所で電界強度が相対的に高くなるため、該折れ曲がっている箇所において放電が起こり易くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３６７６６号公報
【特許文献２】特開２００９−１１４８７２号公報
【特許文献３】特開２００６−３４２７３０号公報
【特許文献４】特開２００６−２９１７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の凝集を促進させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために本発明による粒子状物質処理装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、該排気通路の壁面から該排気通路の内側へ向かって延び、曲がり部において排気の流れ方向へ曲がり、該排気の流れ方向に延びる電極を備えた粒子状物質処理装置において、
前記電極は、排気の流れ方向に延びる部位において、前記排気の流れ方向に対して垂直方向に該排気通路の壁面側に向かって延びる複数の突出部を備え、
前記突出部は、前記曲がり部から遠い位置に備わるものよりも近い位置に備わるもののほうが長い。
【０００８】
ここで、電極に電圧を印加すると、ＰＭを帯電させることができる。帯電したＰＭは、クーロン力や排気の流れにより排気通路の内壁へ向かって移動する。排気通路の内壁に到達したＰＭは、排気通路に電子を放出するため、電極よりも接地側に電気が流れる。そして、電子を放出したＰＭは、近くに存在する他のＰＭと凝集するため、粒子数を減少させることができる。
【０００９】
ここで、曲がり部では、電界強度が高くなるため、該曲がり部において強い放電が発生
する虞がある。これに対して、曲がり部に近い部位に、比較的長い突出部を備える。この比較的長い突出部の相互干渉により、曲がり部における電界強度を低くすることができるため、該曲がり部から強い放電が発生することを抑制できる。
【００１０】
なお、曲がり部から最も遠い位置に備わる突出部よりも、曲がり部に最も近い位置に備わる突出部のほうが長く、且つ、曲がり部から遠いほうの突出部の長さが曲がり部に近いほうの突出部の長さ以下となっていればよい。たとえば、曲がり部に最も近い位置に備わる突出部のみを、他の突出部よりも長くしてもよい。また、曲がり部から所定距離内の突出部の長さを、曲がり部から所定距離外の突出部の長さよりも長くしてもよい。
【００１１】
また、曲がり部は、排気の流れ方向の上流側に向かって曲がっていてもよく、下流側に向かって曲がっていてもよい。
【００１２】
また、本発明においては、前記排気通路は、前記電極が備わる部位において、前記曲がり部に近い部位の内径が、前記曲がり部から遠い部位の内径よりも大きくてもよい。そうすると、突出部の先端と、排気通路の壁面と、の距離が排気の流れ方向で変化することを抑制できる。これにより、電界強度の均一化を図ることができる。たとえば、突出部の先端と、排気通路の壁面と、の距離が一定となるように、排気通路を形成してもよい。
【００１３】
また、本発明においては、前記突出部は、前記曲がり部から遠い位置に備わるものほど短くてもよい。そうすると、曲がり部に近い部位では、比較的長い突出部の相互干渉により、曲がり部における電界強度を低くすることができる。また、曲がり部から遠くなるほど、突出部が短くなるため、質量を低減させることができる。したがって、突出部の質量により電極が変形したり破損したりすることを抑制できる。
【００１４】
また、本発明においては、前記電極は、前記曲がり部から排気の流れ方向の下流側に向かって曲がり、前記排気通路は、前記電極が備わる部位において排気の下流側ほど内径が小さくてもよい。ここで、突出部の長さを短くするだけだと、下流側ほど突出部の先端と排気通路の壁面との距離が長くなり、電界強度が低下する。これに対し、排気通路の内径を排気の下流側ほど小さくすることにより、突出部の先端と、排気通路の壁面との距離を一定にすることができる。これにより、電界強度の均一化を図ることができる。また、排気通路の内径を下流側ほど小さくすることにより、粒子状物質が排気通路の壁面に衝突する確率が高くなるので、粒子状物質の凝集性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、粒子状物質の凝集を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】突出部の上流側の３列が下流側の３列よりも比較的長い場合の電界強度の分布を示す図である。
【図３】突出部の長さが全て同じ場合の電界強度の分布を示す図である。
【図４】突出部の上流側の３列が下流側の３列よりも比較的短い場合の電界強度の分布を示す図である。
【図５】実施例２に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【図６】参考例１に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【図７】参考例２に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【図８】参考例３に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【図９】参考例４に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【図１０】参考例５に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【図１１】参考例６に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る粒子状物質処理装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。なお、下記の実施例及び参考例は、適宜組み合わせることができる。
【００１８】
（実施例１）
図１は、本実施例に係る粒子状物質処理装置１の概略構成を示す図である。粒子状物質処理装置１は、例えばガソリン機関の排気通路２に設けられる。なお、ディーゼル機関の排気通路に設けることもできる。
【００１９】
粒子状物質処理装置１は、両端が排気通路２に接続されているハウジング３を備えて構成される。ハウジング３の材料には、ステンレス鋼材を用いている。ハウジング３は、排気通路２よりも直径の大きな中空の円柱形に形成されている。ハウジング３の両端は、端部に近くなるほど断面積が小さくなるテーパ状に形成されている。なお、図１においては、排気が排気通路２を矢印Ｂの方向に流れている。このため、ハウジング３は排気通路２の一部としてもよい。
【００２０】
排気通路２の端部にはフランジ２１が形成され、ハウジング３の端部にはフランジ３１が形成されている。排気通路２とハウジング３とは、フランジ２１及びハウジング３を介して例えばボルト及びナットにより締結される。
【００２１】
ハウジング３には、断面が円形の電極５が取り付けられている。なお、電極５の断面形状は、多角形等の他の形状であってもよい。電極５は、ハウジング３の側面を貫通しており、該ハウジング３の側面から該ハウジング３の中心軸Ａ方向へ延びて該中心軸Ａ近傍の曲がり部５１において排気の流れの下流側へ曲がり、該中心軸Ａと平行に排気の流れの下流側へ向かって伸びている。このため、本実施例では、曲がり部５１よりも下流側の電極５の中心軸は、ハウジング３の中心軸Ａと同一になる。
【００２２】
また、電極５とハウジング３との間に電気が流れないように、電極５には電気の絶縁体からなる碍子部５２が設けられている。この碍子部５２は、電極５とハウジング３との間に位置しており、電気を絶縁すると共に、電極５をハウジング３に固定するための機能を有する。
【００２３】
曲がり部５１よりも排気の流れの下流側には、中心軸Ａと直交してハウジング３の側面へ向かって延びる突出部５４が複数設けられている。突出部５４は、針状に形成されており、排気の下流側に間隔を空けて複数設けられる。また、中心軸Ａを中心として放射状に複数設けられている。そして、本実施例では、曲がり部５１に最も近い突出部５４を、他の突出部５４よりも長くしている。すなわち、最上流に設けられている突出部５４の長さを最も長くしている。この突出部５４の長さは、中心軸Ａから突出部５４の先端までの距離としてもよいし、突出部５４の根元から先端までの長さとしてもよい。また、中心軸Ａを中心として放射状に複数の突出部５４が存在するため、最上流に設けられる突出部５４も複数存在することになる。これら最上流に設けられる複数の突出部５４では、夫々の長さが同じになるように形成される。また、最上流に設けられる突出部５４よりも下流側に設けられる他の突出部５４においても、中心軸Ａを中心として放射状に設けられる突出部５４の夫々の長さが同じになるように形成される。
【００２４】
そして、電極５は電線５３を介して電源に接続されている。電源は、電極５へ通電すると共に、印加電圧を変更することができる。また、ハウジング３は電気的に接地されている。
【００２５】
このように構成された粒子状物質処理装置１では、電源から電極５へ負の直流高電圧を印加することで、該電極５から電子が放出される。すなわち、ハウジング３よりも電極５のほうの電位を低くすることで、電極５から電子を放出させている。そして、この電子により排気中のＰＭを負に帯電させることができる。負に帯電したＰＭは、クーロン力とガス流によって移動する。そして、ＰＭがハウジング３へ到達すると、ＰＭを負に帯電させた電子は該ハウジング３へと放出される。ハウジング３へ電子を放出したＰＭは凝集して粒子径が大きくなる。また、ＰＭが凝集することで、ＰＭの粒子数は低減する。すなわち、電極５へ電圧を印加することで、ＰＭの粒子径を大きくし且つＰＭの粒子数を低減させることができる。
【００２６】
ここで、曲がり部５１においては、電界強度が高くなる虞がある。これに対して、本実施例に係る粒子状物質処理装置１では、最上流の突出部５４が比較的長いため、曲がり部５１の相対電界を弱化することができる。これにより、放電箇所を適正化することができる。したがって、ＰＭをより凝集し易くすることができる。
【００２７】
なお、本実施例においては、下流側の突出部５４ほど、長さが短くなるようにしてもよい。これにより、曲がり部５１の相対電界を弱化するとともに、曲がり部５１よりも遠くなるほど突出部５４の質量を小さくすることができる。これにより、電極５の先端側の質量を小さくすることができるので、電極５に生じる曲げモーメントを小さくすることができる。したがって、信頼性を向上させることができる。
【００２８】
また、突出部５４の上流側の複数列を同じ長さとし、下流側の複数列を上流側の複数列よりも短く且つ同じ長さとしてもよい。ここで、図２は、突出部５４の上流側の３列が下流側の３列よりも比較的長い場合の電界強度の分布を示す図である。突出部５４の上流側の３列は夫々同じ長さで、下流側の３列も夫々同じ長さに形成されている。また、図２中の破線は、電界強度の分布を示している。すなわち、ハウジング３の中心軸Ａ付近の電界強度が高く、該中心軸Ａから離れるにしたがって電界強度が低くなる。
【００２９】
また、突出部５４の上流側の３列の付近のほうが、下流側の３列の付近よりも、電界強度の高い範囲がハウジング３の径方向に広くなる。これにより、曲がり部５１の相対電界を弱化することができる。
【００３０】
なお、図２に示した粒子状物質処理装置１では、曲がり部５１よりも碍子部５２側の電極５の断面の直径が、該曲がり部５１よりも先端側（排気の流れの下流側）の電極５の断面の直径よりも大きくなっている。そして、曲がり部５１において、電極５の先端側ほど断面の直径が小さくなっている。すなわち、曲がり部５１において電極５の太さが変化している。
【００３１】
このように構成された粒子状物質処理装置１では、曲がり部５１における相対電界強度をより弱化させることができる。これにより、放電箇所をより適正化することができるため、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００３２】
なお、図３は、突出部５４の長さが全て同じ場合の電界強度の分布を示す図である。このように、突出部５４の長さが全て同じ場合には、上流側の電界強度の高い範囲が狭くなる。これにより、曲がり部５１における相対電界強度を弱化させることが困難となる。
【００３３】
また、図４は、突出部５４の上流側の３列が下流側の３列よりも比較的短い場合の電界強度の分布を示す図である。突出部５４の上流側の３列は夫々同じ長さで、下流側の３列も夫々同じ長さに形成されている。図４に示した構成であっても、上流側の電界強度の高
い範囲が狭くなる。これにより、曲がり部５１における相対電界強度を弱化させることが困難となる。
【００３４】
なお、本実施例では、電極５を排気の流れの下流側に向けて曲げているが、これに代えて、上流側に向けて曲げてもよい。ここで、電極５を排気の流れの上流側に向けて曲げると、碍子部５２にＰＭが付着し難い。すなわち、碍子部５２よりも上流側においてＰＭを帯電されることができるため、該ＰＭがハウジング３の内周面に向かう。このため、碍子部５２に衝突するＰＭが減少するので、該碍子部５２にＰＭが付着し難くなる。しかし、電極５を排気の流れの上流側へ向けて曲げると、排気の流れから力を受けて電極５が変形し易い。このため、電極５が短い場合に適している。一方、電極５を排気の流れの下流側に向けて曲げると、碍子部５２にＰＭが付着し易いが、排気の流れから力を受けても電極５が変形し難い。このため、耐久性及び信頼性が高く、電極５を長くすることができる。
【００３５】
（実施例２）
図５は、本実施例に係る粒子状物質処理装置１の概略構成を示す図である。前記実施例と同じ部位については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００３６】
本実施例に係る突出部５４は、下流側ほど長さが短くなっている。例えば、最上流の突出部５４の先端と、最下流の突出部５４の先端と、を結ぶ線上に、他の突出部５４の先端が位置するように、夫々の突出部５４の長さが設定される。
【００３７】
また、曲がり部５１よりも下流側の電極５の周りのハウジング３の形状を、下流側ほど断面積が小さくなるように形成する。そして、ハウジング３の内周面と、突出部５４との最短距離が、どの突出部５４においても同じになるように、ハウジング３が形成される。
【００３８】
このように構成された粒子状物質処理装置１では、各突出部５４において電界強度が均一となるため、ＰＭをより凝集し易くすることができる。また、ハウジング３の下流側が小径化されるため、ＰＭがハウジング３に衝突し易くなる。ここで、負に帯電したＰＭは、クーロン力とガス流によって移動する。そして、ＰＭがハウジング３へ到達すると、ＰＭを負に帯電させた電子は該ハウジング３へと放出される。ハウジング３へ電子を放出したＰＭは凝集して粒子径が大きくなる。したがって、ＰＭがハウジング３に衝突し易くなることで、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００３９】
（参考例１）
図６は、本参考例に係る粒子状物質処理装置１の概略構成を示す図である。前記実施例と同じ部位については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００４０】
本参考例に係る電極５は、曲がり部５１よりも下流側（先端側）の長さが前記実施例１または２よりも短く、突出部５４が、中心軸Ａと直交する１つの平面上にしか設けられていない。また、突出部５４の長さが、前記実施例１または２と比較して短い。
【００４１】
さらに、曲がり部５１よりも碍子部５２側の電極５の断面の直径が、該曲がり部５１よりも下流側（先端側）の電極５の断面の直径よりも大きくなっている。そして、曲がり部５１において、電極５の先端側ほど断面の直径が小さくなっている。すなわち、曲がり部５１において電極５の太さが変化している。
【００４２】
ここで、突出部５４が比較的短い場合には、曲がり部５１の相対電界を弱化することが困難となる。一方、曲がり部５１よりもハウジング３側において電極５の断面の直径を大きくすることにより、該曲がり部５１における曲率を小さくすることができ、相対電界を弱化することができる。これにより、放電箇所を適正化することができるため、ＰＭの凝
集を促進させることができる。
【００４３】
（参考例２）
図７は、本参考例に係る粒子状物質処理装置１の概略構成を示す図である。前記実施例または参考例と同じ部位については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００４４】
本参考例に係る電極５は、曲がり部５１よりも下流側（先端側）の長さが前記実施例１または２よりも短く且つ前記参考例１よりも長い。また、突出部５４の長さが、前記実施例１または２と比較して短く、前記参考例１と比較して長い。これに合わせて、突出部５４の数も、前記実施例１または２よりも少なく、前記参考例１よりも多い。さらに、本参考例では、突出部５４の長さが全て同じである。
【００４５】
また、曲がり部５１よりも碍子部５２側の電極５の断面の直径が、該曲がり部５１よりも下流側（先端側）の電極５の断面の直径よりも大きくなっている。そして、曲がり部５１において、電極５の先端側ほど断面の直径が小さくなっている。すなわち、曲がり部５１において電極５の太さが変化している。また、曲がり部５１を丸棒とすることにより、さらに電界強度を低下させることができる。
【００４６】
このように構成された粒子状物質処理装置１では、参考例１よりも曲がり部５１における相対電界強度をより弱化させることができる。これにより、放電箇所をより適正化することができるため、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００４７】
（参考例３）
図８は、本参考例に係る粒子状物質処理装置１の概略構成を示す図である。前記実施例または参考例と同じ部位については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００４８】
本参考例に係る電極５は、突出部５４が存在しない点で前記実施例または参考例に係る電極５と相違する。
【００４９】
また、曲がり部５１よりも碍子部５２側の電極５の断面の直径が、該曲がり部５１よりも下流側（先端側）の電極５の断面の直径よりも大きくなっている。そして、曲がり部５１において、電極５の先端側ほど断面の直径が小さくなっている。すなわち、曲がり部５１において電極５の太さが変化している。
【００５０】
このように構成された粒子状物質処理装置１では、電極５の断面の直径が一定の場合と比較して、曲がり部５１における相対電界強度をより弱化させることができる。これにより、放電箇所を適正化することができるため、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００５１】
（参考例４）
図９は、本参考例に係る粒子状物質処理装置１の概略構成を示す図である。前記実施例または参考例と同じ部位については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５２】
ここで、前記図７に示した電極５では、曲がり部５１よりも碍子部５２側の電極５の断面の直径が、該曲がり部５１よりも下流側（先端側）の電極５の断面の直径よりも大きくなっている。そして、曲がり部５１において、電極５の先端側ほど断面の直径が小さくなっている。すなわち、曲がり部５１において電極５の太さが変化している。
【００５３】
一方、本参考例に係る図９に示した電極５では、曲がり部５１よりも碍子部５２側の電極５の断面の直径と、曲がり部５１の断面の直径と、が同じである。そして、曲がり部５１の断面の直径よりも、該曲がり部５１よりも下流側（先端側）の電極５の断面の直径の
ほうが小さい。すなわち、曲がり部５１よりも電極５の先端側において、電極５の太さが変化している。
【００５４】
そうすると、曲がり部５１における放電を抑制すると共に、曲がり部５１の剛性が高くなる。一方、突出部５４の付近では、電極５が小径化されるため、曲がり部５１の相対電界強度をより一層弱化することができる。そして、突出部５４の電界強度が上昇するため、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００５５】
（参考例５）
図１０は、本参考例に係る粒子状物質処理装置１の概略構成を示す図である。前記実施例または参考例と同じ部位については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５６】
本参考例に係る電極５は、下流側（先端側）ほど断面の直径が小さくなる。一方、中心軸Ａから突出部５４の先端までの距離は、どの突出部５４であっても同じになるように形成される。すなわち、下流側（先端型）ほど、突出部５４の根元から先端までの距離が長い。このようにして、突出部５４の先端と、ハウジング３との距離が、どの突出部５４においても同じになるように形成されている。
【００５７】
そうすると、突出部５４からハウジング３までの距離が短い箇所において強い放電が発生することを抑制できる。これにより、印加電圧をより高くすることができるので、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００５８】
（参考例６）
図１１は、本参考例に係る粒子状物質処理装置１の概略構成を示す図である。前記実施例または参考例と同じ部位については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５９】
本参考例に係る電極５は、断面の直径に変化はない。また、突出部５４は、曲がり部５１側には配置されているが、電極５の先端側には配置されていない。突出部５４の長さは、同じであってもよく、前記実施例のように曲がり部５１からの距離に応じて変えてもよい。
【００６０】
そうすると、電極５の先端側の質量を低減することができる。これにより、電極５の先端を延長することができる。そして、電極５の先端を延長することにより、電界領域を拡大することができるので、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１     粒子状物質処理装置
２     排気通路
３     ハウジング
５     電極
２１   フランジ
３１   フランジ
５１   曲がり部
５２   碍子部
５３   電線
５４   突出部
【図１】
2013160176.tif 000003
【図２】
2013160176.tif 000004
【図３】
2013160176.tif 000005
【図４】
2013160176.tif 000006
【図５】
2013160176.tif 000007
【図６】
2013160176.tif 000008
【図７】
2013160176.tif 000009
【図８】
2013160176.tif 000010
【図９】
2013160176.tif 000011
【図１０】
2013160176.tif 000012
【図１１】
2013160176.tif 000013