JP2005307754A - Exhaust gas purifying device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高電圧の印加により内燃機関の排ガスを浄化する排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus that purifies exhaust gas of an internal combustion engine by applying a high voltage.
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、排ガスの流路中に設置された複数の電極間に高電圧を印加して排ガス中のNOxなどの所定物質を活性化させ、反応を促進してN2等の物質に変換させる排ガス浄化装置が提案されている。例えば特許文献1は、平板電極間にハニカム担体触媒を配置して高電圧処理部を構成すると共に、バッテリから供給される直流電圧を高圧電源発生部によって高圧交流電圧に変換し、この高圧交流電圧を高電圧処理部の平板電極間に印加することによってコロナ放電を生じさせ、NOxの反応を促進して排ガスを浄化する排ガス浄化装置を開示している。この排ガス浄化装置はディーゼルエンジンの排気経路中に設置され、エンジンからの排ガスを浄化している。
As a technique for purifying exhaust gas of an internal combustion engine such as a vehicle, in recent years, a predetermined voltage such as NOx in exhaust gas is activated by applying a high voltage between a plurality of electrodes installed in the exhaust gas flow path, An exhaust gas purifying apparatus that promotes the reaction and converts it into a substance such as N 2 has been proposed. For example, in
他方、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中心電極とを有し、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、いわば透過型の排ガス浄化装置も提案されている。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)が中心電極からの放電により帯電され、これと逆極性である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。排ガスが繊維フィルタを通過するようないわば濾過型の装置に比して、このような透過型の装置は、排気抵抗による圧力損失が小さいという利点がある。 On the other hand, it has a cylindrical outer peripheral electrode and a rod-shaped center electrode extending along the axis of the outer peripheral electrode, and purifies the exhaust gas that passes through it using plasma generated by applying a high voltage between both electrodes. In other words, a so-called permeation type exhaust gas purifying apparatus has been proposed. In such an apparatus, a substance such as NOx in the exhaust gas passing through is converted into N 2 and the like, and PM (particulate matter) in the supplied exhaust gas is charged by discharge from the center electrode, It is adsorbed on the outer peripheral electrode side having the opposite polarity, and is incinerated by heat generated with application of a high voltage. Such a transmission type device has an advantage that the pressure loss due to the exhaust resistance is small as compared with a filtration type device in which the exhaust gas does not pass through the fiber filter.
ところで、この種の排ガス浄化装置では、装置の性能の維持については依然として課題が残されている。例えば、外周電極の軸心上に配置された内部電極に対して給電するために、外周電極に固定された給電端子と内部電極とを溶接などによってリジッドに固定する構造では、動作中の振動や熱膨張により接続点が破損しやすく、その改善が要請される。 By the way, in this kind of exhaust gas purifying apparatus, there is still a problem in maintaining the performance of the apparatus. For example, in a structure in which a power supply terminal fixed to the outer peripheral electrode and the inner electrode are rigidly fixed by welding or the like in order to supply power to the inner electrode arranged on the axis of the outer peripheral electrode, Connection points are likely to break due to thermal expansion, and improvements are required.
そこで本発明の目的は、高電圧の印加により排ガスを処理する排ガス浄化装置において、振動や熱膨張の影響を抑制することにより、放電を安定して実行できるような手段を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide means capable of stably performing discharge by suppressing the influence of vibration and thermal expansion in an exhaust gas purification apparatus that processes exhaust gas by applying a high voltage.
第1の本発明は、外周電極と、該外周電極に囲まれた空間内に挿通された内部電極と、の間に高電圧を印加することにより、前記両電極間に供給される排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、所定位置に固定された給電端子と前記内部電極との間に空隙が設けられ、前記給電端子への高電圧の印加による前記空隙の絶縁破壊により前記内部電極への給電が行われることを特徴とする排ガス浄化装置である。 The first aspect of the present invention purifies the exhaust gas supplied between the two electrodes by applying a high voltage between the outer electrode and the inner electrode inserted in the space surrounded by the outer electrode. In the exhaust gas purifying apparatus, a gap is provided between the power supply terminal fixed at a predetermined position and the internal electrode, and power is supplied to the internal electrode by dielectric breakdown of the gap due to application of a high voltage to the power supply terminal. It is an exhaust gas purification device characterized by being performed.
第1の本発明では、給電端子と内部電極との間に空隙が設けられるので、給電端子と内部電極との機械的な相互作用が抑制され、これによって振動や熱膨張の影響を抑制することができる。 In the first aspect of the present invention, since the gap is provided between the power supply terminal and the internal electrode, the mechanical interaction between the power supply terminal and the internal electrode is suppressed, thereby suppressing the influence of vibration and thermal expansion. Can do.
第2の本発明は、外周電極と、該外周電極に囲まれた空間内に挿通された内部電極と、の間に高電圧を印加することにより、前記両電極間に供給される排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、所定位置に固定された給電端子と前記内部電極との間に空隙が設けられ、且つ前記給電端子と前記内部電極とが可撓性の導電線により互いに結合されていることを特徴とする排ガス浄化装置である。 The second aspect of the present invention purifies the exhaust gas supplied between the two electrodes by applying a high voltage between the outer electrode and the inner electrode inserted in the space surrounded by the outer electrode. In the exhaust gas purifying apparatus, a gap is provided between the power supply terminal fixed at a predetermined position and the internal electrode, and the power supply terminal and the internal electrode are coupled to each other by a flexible conductive wire. An exhaust gas purification device characterized by the above.
第2の本発明では、給電端子と内部電極との間に空隙が設けられ、且つ給電端子と内部電極とが可撓性の導電線により互いに結合されているので、給電端子と内部電極との機械的な相互作用が空隙の存在によって抑制される一方、導電線によって給電の際のエネルギー損失を抑制できる。 In the second aspect of the present invention, a gap is provided between the power supply terminal and the internal electrode, and the power supply terminal and the internal electrode are coupled to each other by a flexible conductive wire. While mechanical interaction is suppressed by the presence of the air gap, energy loss during power feeding can be suppressed by the conductive wire.
第3の本発明は、請求項1または2に記載の排ガス浄化装置であって、前記内部電極を支持する複数の支持部材のうち少なくともいずれかの支持部材に対し、前記内部電極が摺動可能であることを特徴とする排ガス浄化装置である。
A third aspect of the present invention is the exhaust gas purification apparatus according to
第3の本発明では、いずれかの支持部材に対し内部電極が摺動可能であるため、内部電極の熱膨張による長手方向の伸びが許容され、これによって内部電極の変形を抑制できる。 In the third aspect of the present invention, since the internal electrode is slidable with respect to any one of the support members, the longitudinal extension due to the thermal expansion of the internal electrode is allowed, thereby suppressing the deformation of the internal electrode.
第4の本発明は、請求項3に記載の排ガス浄化装置であって、前記内部電極をその伸長方向に常時付勢する付勢手段を更に備えたことを特徴とする排ガス浄化装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus according to claim 3, further comprising a biasing means for constantly biasing the internal electrode in its extending direction.
第4の本発明では、付勢手段が内部電極をその伸長方向に常時付勢するので、内部電極の位置および形状を維持させることができる。 In the fourth aspect of the present invention, since the urging means constantly urges the internal electrode in the extending direction, the position and shape of the internal electrode can be maintained.
第5の本発明は、請求項4に記載の排ガス浄化装置であって、前記付勢手段は前記内部電極を、前記給電端子から遠ざかる方向に向けて付勢することを特徴とする排ガス浄化装置である。 The fifth aspect of the present invention is the exhaust gas purification apparatus according to claim 4, wherein the urging means urges the internal electrode in a direction away from the power supply terminal. It is.
第5の本発明では、付勢手段が内部電極を、給電端子から遠ざかる方向に向けて付勢するので、その付勢力に応じて内部電極と給電端子との干渉を抑制できる。 In the fifth aspect of the present invention, the urging means urges the internal electrode in a direction away from the power supply terminal, so that interference between the internal electrode and the power supply terminal can be suppressed according to the urging force.
第6の本発明は、請求項5に記載の排ガス浄化装置であって、前記付勢手段による付勢点よりも前記給電端子に近い位置に、前記給電端子から遠ざかる方向への前記内部電極の運動を規制する規制手段を更に備えたことを特徴とする排ガス浄化装置である。 A sixth aspect of the present invention is the exhaust gas purifying apparatus according to claim 5, wherein the internal electrode in a direction away from the power supply terminal is positioned closer to the power supply terminal than a biasing point by the biasing means. An exhaust gas purifying apparatus further comprising a restricting means for restricting movement.
第6の本発明では、給電端子と内部電極の相対位置を規制手段によって位置決めすることができる。 In the sixth aspect of the present invention, the relative position between the power supply terminal and the internal electrode can be positioned by the regulating means.
本発明の実施形態につき、以下に図面に従って説明する。図1において、本発明の第1実施形態の排ガス浄化装置1は、車両に適用されるものであり、本発明における外周電極としての機能を有する浄化容器10と、この浄化容器10内に挿通された内部電極20とを含んだ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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, an exhaust
浄化容器10は略円筒形であり、その上流側および下流側の端部にその本体より小径のスロート部10a,10bを備えている。スロート部10a,10bはそれぞれフランジ10cを備えている。浄化容器10の材質は、SUSなどの耐熱導電性材料が好適である。浄化容器10には、電極座11、碍子製のスリーブ12および棒状電極13からなる給電端子14が図中下向きに固定されている。
The
内部電極20は棒状であり、その上流側および下流側の端部の近傍において、図中鉛直方向に延びる支柱21によって浄化容器10に支持されている。内部電極20は支柱21の通孔21aに挿通され、これによって支柱21に対して軸方向に摺動自在とされている。内部電極20の材質はSUSやタングステンなどの耐熱導電性材料が好適である。なお、内部電極20の材質は浄化容器10の材質と同じであることが両者間の熱膨張率の相違に起因した伸び寸法のずれを抑制するために望ましいが、両者は必ずしも同材質とする必要はない。また、本実施形態における内部電極20はその全体を実質的に剛体としたが、本発明における内部電極の全部又は一部(とくに支柱21に挟まれた中間部領域)は導電性ワイヤなどの可撓体としてもよい。支柱21の材質はアルミナやセラミックス等の高耐熱かつ電気絶縁性の優れた材料が好適である。
The
内部電極20の上流側の端部付近には、ストッパ20aが固定されている。内部電極20の下流側の端部付近には、支柱21との間にコイルスプリング22を挟んでストッパ20bが固定されている。内部電極20はコイルスプリング22によって、内部電極20の伸長方向かつ給電端子14から遠ざかる方向である下流側に向けて常時付勢されている。図2に示すように、内部電極20は浄化容器10の軸心に配置される。
A
給電端子14の下端部は、内部電極20の軸線の延長上であって内部電極20の上流側の端面に臨まされており、給電端子14と内部電極20との間には空隙30が設けられている。この空隙30の寸法すなわち給電端子14と内部電極20との間の距離は、給電端子14への高電圧の印加による空隙30の絶縁破壊により内部電極20への給電が行われるような値であって、且つ動作の際の振動下において給電端子14と内部電極20とが干渉することがないような値に定められる。
The lower end of the
以上のとおり構成された第1実施形態では、浄化容器10は電気的に接地され、他方、給電端子14には直流パルス電圧が加えられる。動作の際には、給電端子14への高電圧の印加による空隙30の絶縁破壊により、内部電極20への給電が行われる。そして、エンジンからの排ガスが図中矢印A方向に供給されると、浄化容器10と内部電極20との間のコロナ放電など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が内部電極20からの放電により帯電され、内部電極20と浄化容器10との間における電界との相互作用によって浄化容器10に吸着され、高電圧の印加に伴って発生する熱により燃焼ないし酸化が促進されることになる。
In the first embodiment configured as described above, the
ここで本実施形態では、給電端子14と内部電極20との間に空隙30が設けられるので、給電端子14と内部電極20との機械的な相互作用が抑制され、これによってエンジンから伝達されあるいは車体の走行に伴って与えられる振動の影響や、排ガスの熱量や放電の際の熱量による熱膨張の影響を抑制することができる。
Here, in this embodiment, since the
また本実施形態では、支持部材である支柱21に対し内部電極20が摺動可能であるため、内部電極20の熱膨張による長手方向の伸びが許容され、且つ付勢手段であるコイルスプリング22が内部電極20をその伸長方向に常時付勢するので、内部電極20の位置および形状を維持させることができ、内部電極20の変形、とくにその伸びに伴う垂れ下がりを抑制でき、また内部電極20の緊張状態の維持により動作中におけるガタを抑制でき、これらに起因する放電経路の偏りや偏磨耗を抑制できる。
Further, in this embodiment, since the
また本実施形態では、コイルスプリング22が内部電極20を、給電端子14から遠ざかる方向に向けて付勢するので、その付勢力に応じて内部電極20の上流側の端部と給電端子14との干渉を抑制できる。また、複数の支持柱21のうちコイルスプリング22による付勢点よりも給電端子14に近い位置に設けられた支持柱21および内部電極14に関連して設けられたストッパ20a(規制手段)が、内部電極20の給電端子14から遠ざかる方向への運動を規制するので、給電端子14と内部電極20との相対位置を精度よく位置決めすることができる。
In this embodiment, the
次に、第2実施形態について説明する。図3に示される第2実施形態の排ガス浄化装置101は、所定位置に固定された給電端子114と内部電極20との間に空隙130が設けられ、且つ給電端子114と内部電極20とが可撓性の導電線140により互いに結合されていることを特徴とするものである。
Next, a second embodiment will be described. In the exhaust gas purifying apparatus 101 of the second embodiment shown in FIG. 3, a
第2実施形態における給電端子114は、電極座111、碍子製のスリーブ112および棒状電極113からなるが、この棒状電極113の長さは上記第1実施形態における棒状電極13よりも短くされ、これによって棒状電極113の先端部と内部電極20の上流側の端部との間に空隙130が形成されている。そして棒状電極113の先端部と、内部電極20の上流側の端部とが、コイル状の導電線140によって結合されている。なお、第2実施形態における残余の構成は上記第1実施形態と同様であるため、同一符号を付してその詳細の説明は省略する。
The
以上のとおり構成された第2実施形態では、浄化容器10は電気的に接地され、他方、給電端子114には直流パルス電圧が加えられる。動作の際には、給電端子114から導電線140を経由した導通により、内部電極20への給電が行われる。そして、エンジンからの排ガスが図中矢印A方向に供給されると、浄化容器10と内部電極20との間のコロナ放電などの放電によって排ガスが処理されることになる。
In the second embodiment configured as described above, the
しかして、第2実施形態では、給電端子114と内部電極20との間に空隙130が設けられるので、給電端子114と内部電極20との機械的な相互作用が抑制され、これによって振動や熱膨張の影響を抑制することができる等の上記第1実施形態と同様の効果が生じる。また本実施形態では、給電端子114と内部電極20とが可撓性の導電線140によって互いに結合されているので、この導電線140によって給電の際のエネルギー損失を抑制できる。
Therefore, in the second embodiment, since the
なお、第2実施形態では導電線140をコイル状としたので、給電端子114と内部電極20の相対的な変位を広い範囲で許容できるが、本発明における導電線はコイル状に限られず、例えば蛇行状など、給電端子114と内部電極20との相対的な変位を許容しつつ両者を導通できるような可撓性を備えた各種の形状または構造を採用することができる。
In the second embodiment, since the
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。例えば上記各実施形態では内部電極20を支柱21,21に対して摺動自在とし、内部電極20の上流側の端部のストッパ20aを支柱21に当接させることで内部電極20の位置決めを行い、かつ下流側の端部のみにコイルスプリング22を介装したが、内部電極20の上流側の端部は支柱に固定してもよく、またコイルスプリングは内部電極20の両端部に設けてもよい。また、ストッパ20aは内部電極20に一体的に設けたが、内部電極20の移動を規制する規制手段は支柱21などの他の部材に設けてもよい。また、内部電極20を支持するための支柱の形状や個数も任意である。
The present invention is not limited to the aspects described in the above embodiments, and various modifications can be made. For example, in each of the above-described embodiments, the
また、本発明における高電圧処理部の構成も上記実施形態の態様に限定されず、例えば浄化容器内に浄化容器とは別体の外周電極を設ける、外周電極を複数設ける、外周電極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等、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もの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。 In addition, the configuration of the high-voltage processing unit in the present invention is not limited to the aspect of the above-described embodiment. For example, a peripheral electrode separate from the purification container is provided in the purification container, a plurality of peripheral electrodes are provided, and the peripheral electrode is surrounded. Various types of materials that can modify exhaust gas by the action of electric power can be used, regardless of whether plasma is used or whether PM is filtered, such as by installing a honeycomb structure such as ceramics in the open space. It belongs to the category of the present invention.
1 排ガス浄化装置
10 浄化容器
13,113 棒状電極
20 内部電極
20a,20b ストッパ
21 支柱
22 コイルスプリング
30,130 空隙
140 導電線
DESCRIPTION OF
Claims (6)
所定位置に固定された給電端子と前記内部電極との間に空隙が設けられ、前記給電端子への高電圧の印加による前記空隙の絶縁破壊により前記内部電極への給電が行われることを特徴とする排ガス浄化装置。 In the exhaust gas purifying apparatus for purifying the exhaust gas supplied between the two electrodes by applying a high voltage between the outer peripheral electrode and the internal electrode inserted into the space surrounded by the outer peripheral electrode,
A gap is provided between the power supply terminal fixed at a predetermined position and the internal electrode, and power is supplied to the internal electrode by dielectric breakdown of the gap due to application of a high voltage to the power supply terminal. Exhaust gas purification device.
所定位置に固定された給電端子と前記内部電極との間に空隙が設けられ、且つ前記給電端子と前記内部電極とが可撓性の導電線により互いに結合されていることを特徴とする排ガス浄化装置。 In the exhaust gas purifying apparatus for purifying the exhaust gas supplied between the two electrodes by applying a high voltage between the outer peripheral electrode and the internal electrode inserted into the space surrounded by the outer peripheral electrode,
Exhaust gas purification characterized in that a gap is provided between the power supply terminal fixed at a predetermined position and the internal electrode, and the power supply terminal and the internal electrode are coupled to each other by a flexible conductive wire. apparatus.
前記内部電極を支持する複数の支持部材のうち少なくともいずれかの支持部材に対し、前記内部電極が摺動可能であることを特徴とする排ガス浄化装置。 The exhaust gas purifying device according to claim 1 or 2,
The exhaust gas purifying apparatus, wherein the internal electrode is slidable with respect to at least one of the plurality of support members that support the internal electrode.
前記内部電極をその伸長方向に常時付勢する付勢手段を更に備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification device according to claim 3,
An exhaust gas purifying apparatus, further comprising a biasing means for constantly biasing the internal electrode in its extending direction.
前記付勢手段は前記内部電極を、前記給電端子から遠ざかる方向に向けて付勢することを特徴とする排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification device according to claim 4,
The exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the biasing means biases the internal electrode in a direction away from the power feeding terminal.
前記付勢手段による付勢点よりも前記給電端子に近い位置に、前記給電端子から遠ざかる方向への前記内部電極の運動を規制する規制手段を更に備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。
An exhaust gas purification apparatus according to claim 5,
An exhaust gas purifying apparatus, further comprising a restricting means for restricting movement of the internal electrode in a direction away from the power supply terminal at a position closer to the power supply terminal than an urging point by the urging means.
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Cited By (2)
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JP2017142977A (en) * | 2016-02-10 | 2017-08-17 | 日本特殊陶業株式会社 | Plasma reactor |
JP2017164695A (en) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 富士電機株式会社 | Electric dust collector |
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2004
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Cited By (2)
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JP2017142977A (en) * | 2016-02-10 | 2017-08-17 | 日本特殊陶業株式会社 | Plasma reactor |
JP2017164695A (en) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 富士電機株式会社 | Electric dust collector |
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