(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを、少なくとも１対の放電電極間に形成された流路に流し、該放電電極間に高電圧を印加して放電を発生させると共に、前記放電電極間の流路内に補助電極を配置して該放電電極と該補助電極との間で放電を発生させることで、排気ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置において、
排気ガスが通過する複数の流路が形成された複数の流路構造体を、各流路構造体間に前記放電電極が位置するように積層すると共に、各流路内に前記補助電極を配置し、各流路構造体を挟んで対向する前記放電電極間に高電圧を印加するように構成され、
前記放電電極には、前記流路構造体の各流路を区画する隔壁に対応する位置に電極の無い部分が形成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記補助電極は、波板状に形成され、その凹凸部が前記流路に沿って延びるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記補助電極は、孔付きの導電板又は網目状導電部材により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記補助電極には、排気ガスの浄化反応を促進させる触媒がコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記放電電極は、前記各流路構造体の片面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記流路構造体の各流路の内壁には、排気ガスの浄化反応を促進させる触媒がコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記流路構造体の各流路の前記放電電極と前記補助電極とのギャップが排気ガスの流れ方向で変化するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記流路構造体には、前記流路の列が複数段形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電を利用して排気ガスの浄化反応を促進させる内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排気ガスの浄化効率を高めるために、放電プラズマを利用することが研究されている。例えば、特開平６−１５１４３号公報では、排気管の途中に、多数の小さな誘電体ペレットが充填されたプラズマ反応容器を設け、このプラズマ反応容器の入口側と出口側に設けた電極間に高電圧を印加して、誘電体ペレット間の隙間に放電プラズマを発生させながら、誘電体ペレット間の隙間に排気ガスを流すことで、排気ガスの浄化反応を放電プラズマによって促進させるようにしている。
【０００３】
しかし、この構成では、プラズマ反応容器内に充填された小さな誘電体ペレット間の非常に狭い隙間を排気ガスが通り抜ける必要があるので、排気抵抗が大きく、内燃機関に使用する場合、機関出力の低下や燃費の悪化を招くという欠点がある。しかも、排気ガスに水分が含まれていると、その水分が誘電体ペレット表面に付着して電極間がショートするおそれがあり、高圧電原装置が故障しやすいという欠点もある。
【０００４】
また、特開平４−３６３１１５号公報では、誘電体で被覆された複数の平板電極を所定間隔で平行に配置し、対向する平板電極間に高電圧を印加して放電を発生させながら、平板電極間に排気ガスを流すようにしている。
【０００５】
この構成では、平板電極間に誘電体ペレットが充填されていないため、誘電体ペレットを充填した前者のものと比較すれば、排気抵抗が小さくなるが、平板電極間で放電を発生させるためには、平板電極間の間隔を狭くする必要がある。このため、平板電極間の排気ガスの流路が狭くなってしまい、やはり、排気抵抗が大きくなり、機関出力の低下や燃費の悪化を招くという欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の放電式の排気浄化装置では、排気抵抗が大きくなるため、機関出力の低下や燃費の悪化を招く欠点がある。更に、誘電体ペレットを充填する前者の構成では、電極間がショートしやすく、高圧電原装置が故障しやすいという欠点もある。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、排気抵抗を減少させることができて、機関出力や燃費を向上できると共に、耐久性、信頼性を向上できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の排気浄化装置は、放電電極間の流路内に補助電極を配置して、放電電極と補助電極との間で放電を発生させることを第１の特徴とし、排気ガスが通過する複数の流路が形成された複数の流路構造体を、各流路構造体間に前記放電電極が位置するように積層すると共に、各流路内に前記補助電極を配置し、各流路構造体を挟んで対向する前記放電電極間に高電圧を印加することを第２の特徴とし、前記放電電極には、前記流路構造体の各流路を区画する隔壁に対応する位置に電極の無い部分が形成されていることを第３の特徴とする。本発明は、上記第１の特徴により、放電電極間の間隔を従来よりも大きくしても、放電を安定して発生させることができる。その結果、放電電極間の流路を従来より拡大することができ、排気ガスの流路抵抗を減少させることができて、機関出力や燃費を向上できる。しかも、放電電極間の絶縁距離を十分に確保することができるため、放電電極間のショートによる高圧電原装置の故障を防止できて、耐久性、信頼性を向上できる。
【０００９】
この場合、請求項２のように、補助電極を波板状に形成し、その凹凸部が流路に沿って延びるように配置しても良い。このように、補助電極を波板状に形成すれば、補助電極が立体的形状となるため、放電電極間の間隔（排気ガスの流路）を大きくしながら、補助電極と放電電極との間のギャップを小さくして放電性を向上でき、流路拡大と良好な放電性とを両立させることができる。しかも、波板状の補助電極をその凹凸部が流路に沿って延びるように配置しているので、補助電極による排気抵抗の増加を少なくすることができ、上述した流路拡大と相俟って、排気ガスの流れを良くすることができる。
【００１０】
更に、請求項３のように、補助電極を、孔付きの導電板又は網目状導電部材により形成しても良い。このようにすれば、補助電極の両面に沿って流れる排気ガスの一部が補助電極の孔又は網目から相互に反対面側に流れ込み、その流れによって排気ガスの流れが適度に攪拌される。これにより、排気ガスと放電プラズマとの接触が促進され、排気ガスが効率良く浄化される。
【００１１】
また、請求項４のように、補助電極に、排気ガスの浄化反応を促進させる触媒をコーティングしても良い。このようにすれば、放電プラズマと触媒との両方の作用によって排気ガスの浄化反応を効果的に促進することができ、極めて高い浄化効率を得ることができる。
【００１２】
本発明は、請求項１のように、排気ガスが通過する複数の流路が形成された複数の流路構造体を、各流路構造体間に放電電極が位置するように積層すると共に、各流路内に補助電極を配置し、各流路構造体を挟んで対向する放電電極間に高電圧を印加することを第２の特徴とする。この構成では、流路構造体の積層数を増減することで、排気浄化装置の容量を簡単に変更することができ、内燃機関の排気量に応じた種々の容量の排気浄化装置を容易に製造できる。
【００１３】
この場合、放電電極は、流路構造体とは別個に設けて各流路構造体間に挟み込むようにしても良いが、請求項５のように、放電電極を各流路構造体の片面に設けるようにしても良い。このようにすれば、放電電極と流路構造体とが一体化され、排気浄化装置の組立が一層容易になる。
【００１４】
更に、請求項６のように、流路構造体の各流路の内壁に、排気ガスの浄化反応を促進させる触媒をコーティングしても良い。このようにすれば、放電プラズマと触媒との両方の作用によって排気ガスの浄化反応を効果的に促進することができ、極めて高い浄化効率を得ることができる。
【００１５】
ところで、放電電極と補助電極とのギャップ（以下「電極間ギャップ」という）が小さくなるほど、放電が発生しやすくなる。従って、流路構造体の各流路の電極間ギャップがばらついていると、各流路間で放電が均一に発生しなくなり、ギャップの小さい流路でのみ放電が発生し、他の流路で放電が十分に発生しなくなる（この現象は電源電圧が低い時に顕著に現れる）。このような不均一な放電状態では、排気ガスを十分に浄化できない流路が出来てしまい、浄化効率が低下する。
【００１６】
この対策として、請求項７のように、流路構造体の各流路の電極間ギャップが排気ガスの流れ方向で変化するように構成すると良い。このようにすれば、各流路の電極間ギャップが各流路間でばらついていても、全ての流路で電極間ギャップが広い部分と狭い部分が出来るため、全ての流路で少なくとも電極間ギャップが狭い部分で放電を発生させることができる。これにより、全ての流路で排気ガスを放電によって浄化することができ、電極間ギャップのばらつきによる浄化効率の低下を防止することができる。
【００１７】
また、本発明は、請求項１のように、放電電極には、流路構造体の各流路を区画する隔壁に対応する位置に電極の無い部分を形成することを第３の特徴とする。このようにすれば、放電電極から各流路間の隔壁に流れる無駄な電流を無くすことができ、その分、放電を効率良く発生させることができる。
【００１８】
また、請求項８のように、流路構造体に、流路の列を複数段形成するようにしても良い。このようにすれば、放電電極の数、ひいては放電電極と電源線との接続部の数を減らすことができ、製造能率を更に向上することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関連する参考例としての実施形態（１）を図１及び図２に基づいて説明する。排気浄化装置１１は、内燃機関の排気管（図示せず）の途中に設けられ、次のような構成となっている。流路構造体１２には、排気ガスが通過する複数の流路１３が１列に形成されている。この流路構造体１２は、放電の生じやすい誘電性のある耐熱性絶縁体（例えばアルミナ等のセラミック、ガラス等）により形成されている。この流路構造体１２の片面（例えば上面）には、印刷導体又は導電板によって放電電極１４が設けられている。この放電電極１４は、外部端子１５と接続する接続部１４ａのみが外部に露出し、他の部分は流路構造体１２の内部に埋め込まれている。各流路１３の内壁には、排気ガスの浄化反応を促進させる触媒（図示せず）がコーティングされている。
【００２２】
以上のように構成した流路構造体１２は、複数個、積層され、各流路構造体１２間に放電電極１４が位置した状態で、絶縁性のハウジング２０内に収納させている。各流路構造体１２は、交互に左右逆向きに積層され、放電電極１４の接続部１４ａが交互に左右反対側に位置している。尚、放電電極１４の数は、流路構造体１２の積層数よりも１つ多く必要であるため、図１に示すように、例えば、最下段の流路構造体１２の下面（放電電極１４が無い面）には、絶縁体１８で保持された放電電極１９が重ね合わされている。
【００２３】
各流路構造体１２の流路１３内には、それぞれ補助電極１６が収納されている。各補助電極１６は、ステンレス板等の導電性耐熱金属で波板状に形成され、その凹凸部が流路１３に沿って延びるように収納され、自身のばね力によって流路１３内に固定されている。
【００２４】
放電電極１４の接続部１４ａに接続する外部端子１５は、ばね性のあるステンレス板等で形成され、該外部端子１５のばね力によって該外部端子１５と接続部１４ａとの接触状態が保持され、振動や温度変化に対して安定した接触状態が維持されるようになっている。尚、外部端子１５は、放電電極１４の接続部１４ａに、かしめ、リベット、溶接等の耐熱性のある固定手段で固定するようにしても良い。
【００２５】
排気浄化装置１１の一方側（図１の左側）に位置する外部端子１５はグランド側に接続され、他方側（図１の右側）に位置する外部端子１５は、例えば高周波の交流高電圧を発生する高電圧発生装置１７の出力端子に接続されている。これにより、高電圧発生装置１７の動作時には、各流路構造体１２を挟んで対向する放電電極１４間に高周波の交流高電圧が印加され、各流路１３内で放電が発生する。
【００２６】
尚、流路構造体１２の積層体を収納するハウジング２０は、放電電極１４の接続部１４ａや外部端子１５を排気通路から隔離するように構成されている。これにより、排気ガスによる接続部１４ａや外部端子１５の腐食を防止して両者の導通性を長期間良好に維持すると共に、排気ガス中の水分による高電圧の短絡を防ぎ、高電圧発生装置１７の故障を防止する。
【００２７】
以上のように構成した排気浄化装置１１では、流路構造体１２の各流路１３内に補助電極１６が配置されているため、各流路構造体１２を挟んで対向する放電電極１４間に高電圧が印加されると、各流路１３内で、放電電極１４と補助電極１６との間で放電プラズマが発生する。これにより、各流路１３の内壁やそれにコーティングされた触媒が活性化して、各流路１３内を流れる排気ガス中のＮＯｘ等が吸着、還元浄化される。
【００２８】
この構成では、流路構造体１２の各流路１３内に補助電極１６を配置し、放電電極１４と補助電極１６との間で放電を発生させるようにしたので、放電電極１４間の間隔を従来よりも大きくてしても、放電を安定して発生させることができる。その結果、放電電極１４間の流路１３を従来より拡大することができ、排気ガスの流路抵抗を減少させることができて、機関出力や燃費を向上できる。
【００２９】
特に、本実施形態（１）のように、補助電極１６を波板状に形成すれば、補助電極１６が立体的形状となるため、放電電極１４間の間隔（流路１３）を大きくしながら、補助電極１６と放電電極１４との間のギャップを小さくして放電性を向上でき、流路１３の拡大と良好な放電性とを両立させることができる。しかも、波板状の補助電極１６をその凹凸部が流路１３に沿って延びるように配置しているので、補助電極１６による排気抵抗の増加を少なくすることができ、上述した流路１３の拡大と相俟って、排気ガスの流れを良くすることができる。
【００３０】
更に、流路構造体１２の積層数を増減することで、排気浄化装置１１の容量を簡単に変更することができるため、内燃機関の排気量に応じた種々の容量の排気浄化装置１１を容易に製造できる。
【００３１】
尚、本実施形態（１）では、補助電極１６を単に波板状に形成しただけであるが、図３に示す参考例としての実施形態（２）のように、補助電極１６に貫通孔２１を形成したり、或は、図４に示す参考例としての実施形態（３）のように、金網等の網目状導電部材により補助電極２２を波板状に形成しても良い。このようにすれば、補助電極１６，２２の両面に沿って流れる排気ガスの一部が貫通孔２１又は網目から相互に反対面側に流れ込み、その流れによって排気ガスの流れが適度に撹拌される。これにより、排気ガスと放電プラズマとの接触が促進され、排気ガスが効率良く浄化される。
【００３２】
また、図５に示す参考例としての実施形態（４）のように、補助電極１６に、排気ガスの浄化反応を促進させる触媒２３をコーティングしても良い。このようにすれば、放電プラズマが流路１３の内壁にコーティングされた触媒と補助電極１６表面の触媒２３の両方に作用することで排気ガスの浄化反応を効果的に促進することができ、極めて高い浄化効率を得ることができる。
【００３３】
ところで、放電電極１４と補助電極１６とのギャップ（以下「電極間ギャップ」という）が小さくなるほど、放電が発生しやすくなる。従って、流路構造体１２の各流路１３の電極間ギャップがばらついていると、電源電圧が低い場合に各流路１３間で放電が均一に発生しなくなり、ギャップの小さい流路でのみ放電が発生し、他の流路で放電が十分に発生しなくなるおそれがある。このような不均一な放電状態では、排気ガスを十分に浄化できない流路が出来てしまい、浄化効率が低下する。
【００３４】
この対策として、図６に示す参考例としての実施形態（５）では、波板状に形成した補助電極２５の波に傾斜をつけることで、流路構造体１２の各流路１３の電極間ギャップを排気ガスの流れ方向で変化させている。このようにすれば、各流路１３の電極間ギャップが各流路１３間でばらついていても、全ての流路１３で電極間ギャップが広い部分と狭い部分が出来るため、全ての流路１３で少なくとも電極間ギャップが狭い部分で放電を発生させることができる。これにより、全ての流路１３で排気ガスを放電により浄化することができ、電極間ギャップのばらつきによる浄化効率の低下を防止することができる。しかも、製造時に、補助電極２５を波の高さが小さい方から流路１３内に差し込むことで、補助電極２５を流路１３内に差し込みやすくなり、補助電極２５の組付性を向上できる。
【００３５】
前記実施形態（５）では、流路構造体１２の各流路１３の電極間ギャップを排気ガスの流れ方向で変化させる手段として、補助電極２５の波に傾斜をつけるようにしたが、図７に示す参考例としての実施形態（６）のように、流路構造体１２に対して放電電極１４を傾斜させて埋設しても良い。このようにしても、前記実施形態（５）と同じく、流路構造体１２の各流路１３の電極間ギャップを排気ガスの流れ方向で変化させることができ、電極間ギャップのばらつきによる浄化効率の低下を防止することができる。
【００３６】
一方、図８に示す本発明の実施例としての実施形態（７）では、放電電極１４には、流路構造体１２の各流路１３を区画する隔壁２６に対応する位置に、電極の無い部分２７が形成されている。このようにすれば、放電電極１６から各流路１３間の隔壁２６に流れる無駄な電流を無くすことができ、その分、放電を効率良く発生させることができる。
【００３７】
また、図９に示す本発明の実施例としての実施形態（８）では、流路構造体３０に、流路３１の列を２段形成するようにしている（３段以上形成しても良い）。このようにすれば、放電電極３２の数、ひいては放電電極３２と外部端子との接続部の数を減らすことができ、製造能率を更に向上することができる。
【００３８】
一方、図１０に示す参考例としての実施形態（９）では、直径の異なる複数の円筒絶縁体３３が同心状に配置されている。各円筒絶縁体３３は、放電の生じやすい誘電性のある耐熱性絶縁体、例えばアルミナ等のセラミック、ガラス等により形成され、その内部に円筒状の放電電極３４が埋設されている。そして、各円筒絶縁体３３間に形成される円筒状の流路３５内に補助電極３６が配置されている。各補助電極３６は、ステンレス板等の導電性耐熱金属で波板状に形成され、その凹凸部が流路３５に沿って延びるように収納され、自身のばね力によって流路３５内に固定されている。尚、補助電極３６は、孔付きの導電板又は網目状導電部材によって形成しても良い。また、各流路３５の内壁や補助電極３６に排気ガスの浄化反応を促進させる触媒をコーティングしても良い。
【００３９】
この場合、各流路３５を挟んで対向する放電電極３４間に高電圧が印加され、それによって、各流路３５内で、放電電極３４と補助電極３６との間で放電プラズマが発生して、各流路３５内を流れる排気ガスが浄化される。
以上説明した実施形態（９）では、円筒型の排気浄化装置を少ない部品点数でコンパクトに構成することができる。
【００４０】
また、図１１に示す参考例としての実施形態（１０）では、断面渦巻状に形成された２つの絶縁体３８が互いに対向するように配置され、各絶縁体３８間に形成される断面渦巻状の流路４０に補助電極４１が配置されている。各絶縁体３８の内部には、放電電極３９が埋設されている。その他の構成は、前記実施形態（９）と同じである。
【００４１】
この場合、断面渦巻状の流路４０を挟んで対向する放電電極３９間に高電圧が印加され、それによって、流路４０内で、放電電極３９と補助電極４１との間で放電プラズマが発生して流路４０内を流れる排気ガスが浄化される。
【００４２】
以上説明した実施形態（１０）では、２つの放電電極３９（２つの絶縁体３８）と２つの補助電極４１で１つの排気浄化装置の主要部を構成できるため、部品点数や、放電電極３９と外部端子との接続部の数を前記実施形態（９）よりも更に少なくすることができ、製造能率を更に向上することができる。
【００４３】
尚、上記各実施形態では、いずれも、放電電極を流路構造体（絶縁体）に設けて両者を一体化したが、放電電極を流路構造体（絶縁体）とは別個に設けるようにしても良い。
その他、本発明は、流路構造体、流路、補助電極の形状等を適宜変更しても良い等、種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関連する参考例としての実施形態（１）の排気浄化装置の縦断正面図
【図２】  流路構造体と補助電極の外観を示す斜視図
【図３】  参考例としての実施形態（２）の補助電極の斜視図
【図４】  参考例としての実施形態（３）の補助電極の斜視図
【図５】  参考例としての実施形態（４）の補助電極の斜視図
【図６】  参考例としての実施形態（５）の流路の構造を示す縦断側面図
【図７】  参考例としての実施形態（６）の流路の構造を示す縦断側面図
【図８】  （ａ）は本発明の実施例としての実施形態（７）の流路構造体の外観を示す斜視図、（ｂ）は流路構造体の放電電極部分の横断面図
【図９】  本発明の実施例としての実施形態（８）の流路構造体の外観を示す斜視図
【図１０】  参考例としての実施形態（９）の排気浄化装置の縦断正面図
【図１１】  参考例としての実施形態（１０）の排気浄化装置の縦断正面図
【符号の説明】
１１…排気浄化装置、１２…流路構造体、１３…流路、１４…放電電極、１５…外部端子、１６…補助電極、１７…高電圧発生装置、１９…放電電極、２０…ハウジング、２１…貫通孔、２２…補助電極、２３…触媒、２５…補助電極、２６…隔壁、３０…流路構造体、３１…流路、３２…放電電極、３３…円筒絶縁体、３４…放電電極、３５…流路、３６…補助電極、３８…絶縁体、３９…放電電極、４０…流路、４１…補助電極。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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