JP2005344670A

JP2005344670A - 排ガス浄化装置用プラグキャップ

Info

Publication number: JP2005344670A
Application number: JP2004167780A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yahagi; 秀夫矢作; Daisaku Sawada; 大作澤田; Jiro Tsuchiya; 次郎土屋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】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、その給電線への熱的影響を抑制する。
【解決手段】プラグキャップ５０が流体冷媒を収容するための冷媒室５８を備え、冷媒室５８には、液相の熱媒体、例えば純水、アルコールやアンモニアを封入する。プラグキャップ５０の内部の給電経路６０が冷媒室５８内の熱媒体によって冷却されるようにしたので、これによって浄化容器１０が給電経路６０に及ぼす熱的影響を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、高電圧の印加により内燃機関の排ガスを処理する排ガス浄化装置に対し高電圧を供給するための排ガス浄化装置用プラグキャップに関する。

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、排ガスの流路中に設置された複数の電極間に、直流・直流パルスまたは交流の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Ｎ_２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１参照）。このような装置では、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している。

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、いわば透過型またはストレートフロー型の排ガス浄化装置も提案されている（例えば特許文献２参照）。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、ＰＭの排気抵抗による圧力損失が小さいという利点がある。

特許第３１４７１９３号公報特開平８−３２３１４７号公報

ところで、この種の排ガス浄化装置が、供給される排ガスによって昇温されると、通常金属である給電経路の電気抵抗が上昇して、装置の浄化性能に悪影響を及ぼすおそれがある。しかしながら、上記各特許文献では、給電経路への熱的影響に関して何ら考慮されていない。

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、その給電経路への熱的影響を抑制できるような手段を提供することにある。

本発明は、高圧電源からの高電圧を、内部の給電経路を通じて排ガス浄化装置の給電プラグに供給する排ガス浄化装置用プラグキャップであって、流体冷媒を収容するための冷媒室を備え、前記給電経路が前記冷媒室内の流体冷媒によって冷却されることを特徴とする排ガス浄化装置用プラグキャップである。

本発明では、プラグキャップが流体冷媒を収容するための冷媒室を備え、内部の給電経路が冷媒室内の流体冷媒によって冷却されるようにしたので、これによって浄化装置が給電経路に及ぼす熱的影響を抑制することができる。

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、ディーゼルエンジンを搭載した車両に適用されるものであり、外周電極または受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。浄化容器１０は電気的に接地され、内部電極２０には後述する高圧電源装置６２（図３参照）によって高電圧が印加される。

浄化容器１０は、金属とくにＳＵＳなどの耐熱導電性材料により、長手方向中央部が拡径された筒体として形成されており、取付用のフランジを有する円筒形の入口端部１１および出口端部１２と、適用対象である排気管よりも大径の円筒形の拡径部１３と、入口端部１１と拡径部１３との間および出口端部１２と拡径部１３との間に形成されたコーン部１４とを含む。

内部電極２０は、浄化容器１０の軸線上に配置されて排ガスの流れ方向に延びる。内部電極２０には金属とくにＳＵＳやタングステンのプレス焼成品その他の耐熱導電性材料を用いるのが好適である。

内部電極２０は、アルミナまたはセラミックス等の絶縁材からなる縦長棒状の支柱１５，１６の通孔に摺動可能に挿通されており、内部電極２０はこれら支柱１５，１６によって浄化容器１０に対し絶縁的に支持されている。内部電極２０の上流側の端部付近には、ストッパ２１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１６との間に押しバネである不図示のコイルスプリングを挟んでストッパ２３が固定されている。なお、内部電極２０はこのコイルスプリングによって、内部電極２０の伸長方向である下流側に向けて常時付勢されており、この付勢によって、内部電極２０の熱膨張に伴う屈曲の防止が図られている。

浄化容器１０の上流側のコーン部１４には、給電プラグ３０が設置されている。図２に示されるとおり、給電プラグ３０はプラグ電極３１、絶縁碍子３２および金属製のシェル３３を含んで構成されている。プラグ電極３１の下端部は、内部電極２０の上流側の端部に対向させられており、プラグ電極３１と内部電極２０との間には、動作の際の振動下においてプラグ電極３１と内部電極２０との干渉を避けるための空隙が設けられている。そしてプラグ電極３１の先端部と、内部電極２０の上流側の端部とが、可撓性を有するコイル状の導電線３４によって結合されている。

給電ケーブル４０は、撚線などの給電線４１の外周に、絶縁被覆層４２を有し、さらにその外側に電磁シールド層４３を備えている。絶縁被覆層４２および電磁シールド層４３は給電線４１の全長を覆っている。絶縁被覆層４２は、マイカテープ・ポリイミドフィルム・シリガラス編組線などからなる。電磁シールド層４３は、ＳＵＳなどの導電性の網組線からなる。

プラグキャップ５０は、外装体５１、絶縁層５２および接続端子５３を含む。外装体５１は、ＳＵＳなどの耐熱性導電材料からなり、互いに概ね同軸に配置されたいずれもエルボ型の内側管５４および外側管５５を備えている。内側管５４と外側管５５との終端部はカラー５６，５７によって封止されており、これによって、内側管５４と外側管５５との間に密閉された冷媒室５８が形成されている。外側管５５の外周面には多数の放熱フィン５５ａが設けられている。

この冷媒室５８には、不図示の液相の熱媒体、例えば純水、アルコールやアンモニアが封入されている。また冷媒室５８の内部には、例えば束ねられた多数本の銅ワイヤなどの繊維体からなるウィック、またはメッシュ状のマットのように、液相の熱媒体を毛細管力によって輸送する手段を配置するのが好適である。

冷媒室５８内の熱媒体は、所謂ヒートパイプと同様の原理により、その相変化および流動によって熱輸送を行うものであって、冷媒室５８内の熱媒体は、高温側において蒸発して冷媒室５８内を低温側に移動し、そこで熱を奪われて液化し、冷媒室５８内に設けられた繊維内を毛細管現象によって戻るサイクルを連続して行う。

プラグキャップ５０のカラー５６には、給電ケーブル４０の電磁シールド層４３、および導体からなるアース線５９が、適宜の手段により固定され且つ電気的に接続されている。アース線５９の終端部は、車体の床面６１に固定され、これによってシールド層４３および外装体５１が電気的に接地されている。アース線５９の長さは、走行時の浄化容器１０の振動を許容しつつ、アース線５９が垂れ下がりによって地面に接触しないように、より好適にはアース線５９の中間部が平面視において浄化容器１０よりも水平方向に突出しないように設定されている。また、アース線５９は、その全長とプラグキャップ５０の長手方向寸法との和が、アース線５９の車体７０への固定点の地上高さより短くなるようにその長さが設定されている。アース線５９には、ＳＵＳや銅の撚線などのように、仮にプラグキャップ５０が給電プラグ３０から外れた場合にもプラグキャップ５０および給電ケーブル４０の質量と走行中の振動とに耐えうるような十分な強度を持つ線材を使用する。

給電ケーブル４０の給電線４１は、プラグキャップ５０の内部に形成された給電経路６０を経由して、プラグキャップ５０の接続端子５３に電気的に接続されている。なお、給電線４１と接続端子５３とを接続する給電経路６０には各種の構造を採用することができ、例えば給電線４１の先端に固定された終端部材と接続端子５３との間に、接触抵抗低減のためのコイルスプリングや、電磁波低減のための固定抵抗素子など他の部材を介装してもよい。また、絶縁層５２にも各種の構造を採用することができ、例えば、放電に係る経路距離を延長するために内外二重の筒状の碍子を用いることにより、沿面放電による漏電を抑制することができる。

プラグキャップ５０の内側管５４の下端部は、絶縁層５２の外周面の下端部までを覆っている。したがって、プラグキャップ５０を給電プラグ３０にセットしたときには、給電プラグ３０のプラグ電極３１の上端部に固定されたターミナルナット３５と、プラグキャップ５０の接続端子５３とが嵌合すると共に、プラグキャップ５０の内側管５４と給電プラグ３０のシェル３３とが当接し且つ電気的に接続される。

図３に示されるとおり、浄化容器１０は、車両の床面６１に隣接する下側に設置される。浄化容器１０に給電するための高圧電源装置６２は、床面６１を挟んで浄化容器１０の真上であって浄化容器１０の近傍に配置し、給電ケーブル４０の長さを可及的に短くすることにより外部への電磁的影響の抑制が図られている。なお、高圧電源装置６２は図３において二点鎖線で示すように、前部座席６３の下に配置してもよい。また、図４に示すとおり、給電プラグ３０は、車両の前後方向を長手として配置された浄化容器１０の直上に概ね鉛直方向、あるいはその前傾または後傾方向を長手として設置され、かつ給電ケーブル４０も浄化容器１０の真上に配置される。

この高圧電源装置６２はインバータ回路およびトランス等を含んで構成されており、図示しない電子制御ユニットの制御出力に応じて、車載の直流電源（例えばバッテリ）からの電圧を昇圧して出力する。なお、この高圧電源装置６２の出力は直流、直流パルス、交流、および直流と交流との重畳とするのが好適であり、またその電圧は５ｋＶ以上、例えば１５〜３０ｋＶ程度が好適である。

以上のとおり構成された本実施形態では、高圧電源装置６２によって給電ケーブル４０の給電線４１に高電圧が加えられる。動作の際には、エンジンからの排ガスが図１中矢印Ａ方向に導入されると、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との間の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。

ここで、浄化容器１からの伝導熱や輻射熱を受けて、プラグキャップ５０の下端部の近傍や、プラグキャップ５０の水平部の下面など浄化容器１に対面または近接する部分が高温となる。この熱は冷媒室５８内の熱媒体によって、冷媒室５８の前面上方および上面などの低温部に輸送され、外気や走行風との熱交換によって冷却される。

以上のとおり、本実施形態では、プラグキャップ５０が流体冷媒を収容するための冷媒室５８を備え、プラグキャップ５０の内部の給電経路６０が冷媒室５８内の熱媒体によって冷却されるようにしたので、これによって浄化容器１０が給電経路６０に及ぼす熱的影響を抑制することができる。

また、本実施形態では、給電ケーブル４０の給電線４１が電磁シールド層４３に被覆され、かつ電磁シールド層４３およびプラグキャップ５０がアース線５９により電気的に接地されているので、給電ケーブル４０およびプラグキャップ５０から外部への電磁的影響を抑制することができる。また、アース線５９の長さが、これとプラグキャップ５０の長手方向寸法との和がアース線５９の床面６１への固定点の地上高さより短くなるように設定されているので、プラグキャップ５０が給電プラグ３０から外れた場合にもプラグキャップ５０と地面との接触を防ぐことができる。

また本実施形態では、浄化容器１０を車両の床面６１に隣接する下側に設置すると共に、浄化容器１０に給電するための高圧電源装置６２を、床面６１を挟んで浄化容器１０の真上、あるいは前部座席６３の下など、浄化容器１０の近傍に配置したので、給電ケーブル４０の長さが可及的に短くなり、これによって外部への電磁的影響を抑制することができる。

また本実施形態では、給電プラグ３０を、車両の前後方向を長手として配置された浄化容器１０の直上に、概ね鉛直方向あるいはその前傾または後傾方向を長手として設置したので、給電プラグ３０およびこれに接続される給電ケーブル４０を走行中の飛び石などから好適に保護することができる。

なお、上記実施形態では、プラグキャップ５０の冷媒室５８に収容される熱媒体または流体冷媒として、相変化を利用して熱輸送を行う材料を用いたが、本発明では相変化を行わず対流などにより熱輸送を行う絶縁油などの他の材料を流体冷媒として用いてもよい。また、プラグキャップ５０の外部にタンクを備え、当該タンクと冷媒室との間で、例えばポンプにより流体冷媒を強制的に輸送する構成としてもよい。

また、上記実施形態ではプラグキャップ５０の形状をエルボ型またはＬ字型としたが、本発明におけるプラグキャップは棒状など他の形状であってもよい。また、本発明における排ガス浄化装置も上述したもの以外の各種の構成を採用できる。例えば本発明では、浄化容器１０内に外周電極と中心電極とを複数組設置する構成、浄化容器１０内の上流側に排ガス中の成分を帯電させるための帯電部を設置すると共に、帯電された成分を吸着するための吸着部を下流側に設置する構成、浄化容器１０に囲まれた空間内にセラミックスなどのハニカム構造体を設置する構成など、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。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の概略を示す側面図である。本発明の実施形態に係るプラグキャップを示す一部切欠した側面図である。本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置の設置状態を示す側面図である。本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置の設置状態を示す正面図である。

符号の説明

１排ガス浄化装置
１０浄化容器
２０内部電極
３０給電プラグ
４０給電ケーブル
５０プラグキャップ
５８冷媒室
５９アース線
６０給電経路
６２高圧電源装置

Claims

高圧電源からの高電圧を、内部の給電経路を通じて排ガス浄化装置の給電プラグに供給する排ガス浄化装置用プラグキャップであって、
流体冷媒を収容するための冷媒室を備え、前記給電経路が前記冷媒室内の流体冷媒によって冷却されることを特徴とする排ガス浄化装置用プラグキャップ。