JP2005330938A

JP2005330938A - 排ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2005330938A
Application number: JP2004152187A
Authority: JP
Inventors: Jiro Tsuchiya; 次郎土屋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】外周電極の内側に内部電極を配置してなる排ガス浄化装置において、内部電極の曲がりを抑制する。
【解決手段】棒状電極５の長手方向の両端部を外周電極４の長手方向の両端部に対して固定位置に保持し、且つ棒状電極５の熱膨張率を外周電極４の熱膨張率よりも小とする。両電極が高温下におかれた場合に棒状電極５が緊張され、これによって棒状電極５の曲がりを抑制することができる。
【選択図】図１

Description

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。

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Ｎ_２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。

特開平８−３２３１４７号公報

ところで、このような内外の電極を用いる構成では、内部電極が熱膨張によって曲がると、内外の電極間の距離が不均一となって放電位置が偏り、性能が低下してしまうことが考えられる。

そこで本発明の目的は、外周電極の内側に内部電極を配置してなる排ガス浄化装置において、内部電極の曲がりを抑制できるような手段を提供することにある。

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両端部が前記外周電極の長手方向の両端部に対して固定位置に保持され、且つ前記内部電極の熱膨張率が前記外周電極の熱膨張率よりも小であることを特徴とする排ガス浄化装置である。

第１の本発明では、内部電極の長手方向の両端部が外周電極の長手方向の両端部に対して固定位置に保持され、且つ内部電極の熱膨張率が外周電極の熱膨張率よりも小とされているので、両電極が高温下におかれた場合に内部電極が緊張され、これによって内部電極の曲がりを抑制することができる。

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、前記内部電極に給電する給電栓が、突出方向に付勢されたプラグ電極を備え、当該プラグ電極が前記内部電極に摺接することを特徴とする排ガス浄化装置である。

第２の本発明では、内部電極の伸縮の前後に亘って、給電栓のプラグ電極が内部電極に摺接するので、内部電極の熱膨張の前後に亘って安定した給電を行うことができる。

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。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。

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。

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、断面略正六角形の筒状の外周電極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、固定枠７に上流端および下流端を溶接によって固定されている。

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、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。そして、各処理ユニット６の外周電極４のうち、互いに隣り合う外周電極４同士は、互いに外接し合う。

外周電極４は、ステンレス鋼（熱膨張率７．２×１０^−７×［１０^−６／Ｋ］）からなり、正六角形の断面形状を有する。

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。

本実施形態において、各棒状電極５の両端部は、金属製の格子部材８の格子点に固定されている。各格子部材８は、セラミック等の絶縁材からなる筒状の支持部材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４に示されるとおり、格子部材８は、支持部材９の口縁に対応する部分に係合肩部８ａ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８ａと支持部材９とが係合することによって、格子部材８が支持部材９に支持される。なお、支持部材９の表面には環状の凹凸が形成されており、放電の経路距離の拡大による沿面放電の抑制が図られている。

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。

給電栓１０は、図５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に摺接している。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。

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、処理ユニット６の外周電極４と棒状電極５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Ｎ_２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燃焼ないし酸化が促進されることになる。

ここで本実施形態では、棒状電極５の長手方向の両端部が外周電極４の長手方向の両端部に対して固定位置に保持され、且つ棒状電極５の熱膨張率が外周電極４の熱膨張率よりも小とされているので、両電極が高温下におかれた場合に棒状電極５が緊張され、これによって棒状電極５の曲がりを抑制することができる。

また本実施形態では、棒状電極５に給電する給電栓１０が、突出方向に付勢されたプラグ電極１１を備え、このプラグ電極１１が棒状電極５に摺接することとしたので、棒状電極５の伸縮の前後に亘って、給電栓１０のプラグ電極１１が棒状電極５に摺接し、棒状電極５の熱膨張の前後に亘って安定した給電を行うことができる。

また、プラグ電極１１と棒状電極５とが相互に固定されていないので、両者が相互に固定されている場合のように振動などによる両者の固定点の疲労破壊のおそれはない。さらに、プラグ電極１１と棒状電極５とが相互に固定されておらず、且つ給電栓１０がケース２にネジ結合されているので、装置全体を分解することなく給電栓１０を点検・交換でき、高い作業性を実現することができる。

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。

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１におけるII−II線についての断面図である。図１におけるIII−III線についての断面図である。格子部材の取付構造を示す斜視図である。給電栓を示す断面図である。

符号の説明

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支持部材
１０給電栓

Claims

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両端部が前記外周電極の長手方向の両端部に対して固定位置に保持され、且つ前記内部電極の熱膨張率が前記外周電極の熱膨張率よりも小であることを特徴とする排ガス浄化装置。
請求項１に記載の排ガス浄化装置であって、
前記内部電極に給電する給電栓が、突出方向に付勢されたプラグ電極を備え、当該プラグ電極が前記内部電極に摺接することを特徴とする排ガス浄化装置。