JP2006022737A - Discharge tube supporting structure for exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
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し、とくに複数の放電管を支持するための放電管支持構造に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for treating exhaust gas of an internal combustion engine by applying a high voltage, and more particularly to a discharge tube support structure for supporting a plurality of discharge tubes.
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排ガスの流れ方向に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プラズマ状態を生じさせ、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N2等に変換されると共に、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、その電荷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、または、後方に設けた捕集装置に捕捉され、放電により発生した活性ガス(NO2、O3、OH等)により低温で焼却処理される。 As a technique for purifying exhaust gas from an internal combustion engine such as a vehicle, in recent years, it has a cylindrical outer peripheral electrode and a rod-shaped inner electrode extending in the exhaust gas flow direction along the axis of the outer peripheral electrode. In other words, a so-called transmission type or straight flow type exhaust gas purifying apparatus has been proposed in which a high voltage is applied to the gas to generate a plasma state and purify the passing exhaust gas (see, for example, Patent Document 1). In such an apparatus, a substance such as NOx in the exhaust gas passing through is converted to N 2 etc., and PM (particulate matter) in the exhaust gas is charged by discharge from the internal electrode, and the charge and PM is adsorbed on the outer peripheral electrode side by interaction with the electric field between the inner and outer electrodes, or is captured by a collecting device provided at the rear, and is generated by active gas (NO 2 , O 3 , OH, etc.) generated by discharge Incinerated at low temperature.
ところで、特許文献1の装置では、外周面に外周電極が形成された複数の放電管を、絶縁性の取付け枠を介して一体的に容器に固定している。しかし、取付け枠に形成された放電管を収容するための多数の通孔は、気密性を付与するために放電管の断面形状とほぼ一致する形状および大きさにされていたため、組立て工程において多数の通孔に放電管を1本ずつ通す作業に正確を要するという欠点があった。
By the way, in the apparatus of
そこで本発明の目的は、高電圧の作用により排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、複数並行する放電管を一体的に支持するにあたり、組立て工程を容易化しうる手段を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide means capable of facilitating the assembly process when integrally supporting a plurality of parallel discharge tubes in an exhaust gas purification apparatus that purifies exhaust gas by the action of a high voltage.
第1の本発明は、排ガス浄化装置の複数並行する放電管を一体的に支持する放電管支持構造であって、前記複数の放電管が中を通る外側環状体と、前記複数の放電管を相互に位置決めする位置決めコマと、を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置の放電管支持構造である。 A first aspect of the present invention is a discharge tube support structure that integrally supports a plurality of parallel discharge tubes of an exhaust gas purification apparatus, wherein the plurality of discharge tubes pass through an outer annular body, and the plurality of discharge tubes. A discharge tube support structure for an exhaust gas purifying apparatus, comprising a positioning piece for mutual positioning.
第1の本発明では、外側環状体の中に複数の放電管を通し、その後に複数の放電管の間に位置決めコマを挿入することによって、複数の放電管を相互に位置決めできるので、
放電管の断面形状に対応する多数の通孔に放電管を1本ずつ通すような正確な作業が不要となり、組立て工程を容易化することができる。
In the first aspect of the present invention, a plurality of discharge tubes can be positioned relative to each other by inserting a plurality of discharge tubes through the outer annular body and then inserting a positioning piece between the plurality of discharge tubes.
An accurate operation of passing the discharge tubes one by one through the many through holes corresponding to the cross-sectional shape of the discharge tube is not necessary, and the assembly process can be facilitated.
第2の本発明は、請求項1に記載の排ガス浄化装置の放電管支持構造であって、前記外側環状体の外縁が前記排ガス浄化装置の容器の内周面に密接すると共に、前記外側環状体および前記位置決めコマにより前記容器内の上流側と下流側との間が密封されることを特徴とする放電管支持構造である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a discharge tube support structure for an exhaust gas purifying apparatus according to
第2の本発明では、容器内の上流側と下流側との間の密封により、放電管支持構造に密封部材としての機能を付与することができる。 In the second aspect of the present invention, the discharge tube support structure can be provided with a function as a sealing member by sealing between the upstream side and the downstream side in the container.
本発明に係る放電管支持構造では、外側環状体および位置決めコマを第3の本発明のように絶縁体から構成してもよく、また、これらを第4の本発明のように導電体から構成してもよい。放電管支持構造を絶縁体から構成した場合には、これを放電管の上流側および/または下流側の端部に固定することにより、この放電管支持構造によって放電管と共に内部電極をも支持することが可能となる。また放電管支持構造を導電体から構成した場合には、放電管の外周に外周電極を配置し且つ放電管支持構造と外周電極とを導通させることにより、放電管支持構造に各外周電極間の導通手段としての機能を付与することができる。 In the discharge tube support structure according to the present invention, the outer annular body and the positioning piece may be composed of an insulator as in the third aspect of the present invention, and these are composed of a conductor as in the fourth aspect of the present invention. May be. When the discharge tube support structure is made of an insulator, the discharge tube support structure supports the internal electrode together with the discharge tube by fixing the discharge tube support structure to the upstream and / or downstream ends of the discharge tube. It becomes possible. When the discharge tube support structure is made of a conductor, an outer peripheral electrode is disposed on the outer periphery of the discharge tube, and the discharge tube support structure and the outer peripheral electrode are electrically connected to each other, so that the discharge tube support structure is connected to each outer peripheral electrode. A function as a conduction means can be provided.
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。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1において、本発明の実施形態の排ガス浄化装置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、不図示の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。
In FIG. 1, an exhaust
排ガス浄化装置1は、上流側ケース2a、下流側ケース2b、および中間ケース3を有する。上流側ケース2a、下流側ケース2bおよび中間ケース3は、金属とくにSUS等の耐熱材料により形成されている。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、中間ケース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。
The exhaust
上流側ケース2aおよび下流側ケース2bは、排気管と概ね同径かつ概ね円筒形の端部21a,21bと、排気管よりも断面積が大である長円形またはレーストラック形の断面形状を有する大径部22a,22bと、端部21aと大径部22aとの間および端部21bと大径部22bとの間に形成されたコーン部24a,24bとを含む。端部21a,21bは、排気管に接続するための入口または出口を構成する。このような上流側ケース2aと下流側ケース2bとの間に、長円形またはレーストラック形の断面形状を有する筒型の中間ケース3が気密に結合されている。
The
本実施形態では、放電管4a、外周電極4bおよび内部電極5により、処理ユニット6が構成されている。各放電管4aは円筒形であり、その外周面には円筒形の外周電極4bが形成されている。放電管4aの長手方向の両端部、すなわち上流側および下流側の端部には、その軸方向に直交する平坦な環状の端面がそれぞれ形成されている。放電管4aには碍子などのセラミックやアルミナなどの絶縁体を用いるのが好適である。外周電極4bにはLiメッキやSUS製筒体の焼きばめなど、耐熱性および耐腐食性を有する導電体を用い、且つこの導電体を放電管4aに対して気密に設置するのが好適である。
In the present embodiment, the
中間ケース3の上流側および下流側の開口部には、本発明における放電管支持構造である支持ブロック15,15が、環状のアルミナマット17,17を介して気密に固定されている。支持ブロック15,15の間に、複数(本実施形態では、24体)の放電管4aが互いに平行に固定されている。
図2に示されるように、支持ブロック15は、複数の放電管4aが中を通る外側環状体15aと、複数の放電管4aを相互に位置決めする位置決めコマ15bとを含んでいる。これら外側環状体15aおよび位置決めコマ15bは、いずれもアルミナなどの絶縁体からなる。
As shown in FIG. 2, the
外側環状体15aは、2つの弧状片51と2つの連結片52とを環状に接着してなる。これら弧状片51と連結片52は、正面視において放電管4aの外周面と曲率のほぼ等しい支持弧状面53と、同じく正面視において直線をなす接合平面54とを有する。
The outer
位置決めコマ15bは、正面視において互いに正三角形をなす接合平面55と、この正三角形の各頂点を中心とする円弧をなす支持弧状面56とを有し、支持弧状面56の曲率は放電管4aの外周面の曲率とほぼ等しくされている。
The
これら外側環状体15aおよび位置決めコマ15bの支持弧状面53,56の装置外方側の口縁部には、取付用突当面25(図1参照)がそれぞれ形成されている。取付用突当面25は放電管4aの端部形状(本実施形態では円筒形)と相補的な形状の環状をなしている。各放電管4aの上流端および下流端は、支持ブロック15の取付用突当面25に、それぞれ耐熱性および弾性を有する平板状かつ環状のガスケット(不図示)を挟んで固定されている。ガスケット27の材料としては、石綿、耐熱性樹脂、耐熱性ゴム、金属などを用いることができる。外側環状体15aと位置決めコマ15b、または複数の位置決めコマ15bによって構成される円形の通孔の装置外方側の口縁部の内径は、放電管4aの内径と等しくされており、且つ両者の軸心は一致させられている。
A mounting abutment surface 25 (see FIG. 1) is formed on the outer edge of the outer
位置決めコマ15bは、図示のように外側環状体15aの支持弧状面53にセットされた放電管4aの外周面に、支持弧状面56を適合させるようにして固定される。この位置決めコマ15bの他の支持弧状面56には、図示しない他の放電管4aがセットされる。これを交互に繰り返すことにより外側環状体15aの内側の空間が密閉される。また外側環状体15aの外縁は、中間ケース3の内周面に、アルミナマット17を介して気密に接合する。したがって、外側環状体15aおよび位置決めコマ15bにより、中間ケース3内の上流側と下流側との間が密封されることになる。なお、外側環状体15a、位置決めコマ15bおよび放電管4aの各接合面にはシート状の密封部材や、セラミック接着剤などの流動性密封材料を配置するのが好適であり、このような密封部材または密封材料の使用により装置の気密性を向上できるほか、これら密封材料または密封部材の弾発性に起因する個々の位置決めコマ15bの姿勢の自由度によって、個々の放電管4aの寸法のばらつきを吸収することができる。
The
支持ブロック15における放電管4aの配置は、図2に示されるとおりである。すなわち、縦一列4個の放電管4aからなるセットが3列互いに平行に配置されると共に、これらの縦列の間および両側方に、縦一列3個の放電管4aからなるセットが一列ずつ計4列配置される。各縦列の放電管4aは隣接する縦列の放電管4aに対して上下方向位置を放電管4aの略半径分シフトして配置され、これにより各縦列間の距離の縮小ひいては装置全体の幅方向寸法の縮小が図られている。
The arrangement of the
他方、図1に示されるとおり、中間ケース3の中間部の内側には、他の放電管支持構造である支持ブロック115が、環状のアルミナマット117を介して気密に固定されている。図4に示されるように、支持ブロック115は、複数の放電管4aが中を通る外側環状体115aと、複数の放電管4aを相互に位置決めする多数の位置決めコマ115bとを含む。これら外側環状体115aおよび位置決めコマ115bは、いずれもSUSなどの導電体からなる。
On the other hand, as shown in FIG. 1, a
外側環状体115aは、2つの弧状片151と2つの連結片152とを環状に接着してなる。これら弧状片151と連結片152は、正面視において外周電極4bの外周面と曲率のほぼ等しい支持弧状面153と、同じく正面視において直線をなす接合平面154とを有する。
The outer
位置決めコマ115bは、正面視において互いに正三角形をなす接合平面155と、この正三角形の各頂点を中心とする円弧をなす3つの支持弧状面156とを有し、支持弧状面156の曲率は外周電極4bの外周面の曲率とほぼ等しくされている。
The
位置決めコマ115bは、図示のように外側環状体115aの支持弧状面153にセットされた放電管4aの外周面の外周電極4bに支持弧状面156を適合させるようにして固定される。この位置決めコマ115bの他の支持弧状面156には、図示しない他の放電管4aがセットされ、これを交互に繰り返すことにより外側環状体115aの内側の空間が密閉される。また外側環状体115aの外縁は、中間ケース3の内周面に、アルミナマット117を介して気密に接合する。したがって、外側環状体115aおよび位置決めコマ115bにより、中間ケース3内の上流側と下流側との間が密封されることになる。なお、支持ブロック115と外周電極4bとの各接合部には、ロウ付けなどにより導電性と気密性を付与するのが好適である。
The
再び図1において、内部電極5は実質的に剛体であり、放電管4aの中心軸上ならびに外周電極4bの中心軸上に配置されて、排ガスの流れ方向に延びる。各内部電極5には、放電特性の良好なタングステンのプレス焼成品あるいはSUSを用いるのが好適である。
In FIG. 1 again, the
各内部電極5の上流側の端部は、放電管4aおよび外周電極4bの外部で、図1および図3に示されるような電極支持フレーム8に固定され、これによって両者間が導通されている。電極支持フレーム8は、金属とくにSUSなどの耐熱導電性材料からなり、図3に示されるように、概ね鉛直方向を長手として配置された7本の支持アーム8aと、これら7本の支持アーム8aと概ね直交方向に交差する1本の支持アーム8aとを組み合わせて構成されている。
The upstream end of each
各内部電極5の下流側は、放電管4aおよび外周電極4bの外部で、電極支持フレーム18に固定されている。なお、内部電極5の一方または両方の端部と、電極支持フレーム8,18のうちの一方または両方との結合を摺動自在とすることにより、内部電極5の伸びに起因する曲がりを抑制できる。
The downstream side of each
再び図1において、電極支持フレーム8には給電線10が接続されており、給電線10は図示されない電源ユニットに接続されている。また電極支持フレーム8には、給電線10を被覆するスリーブ11、および保持材12が固定されており、電極支持フレーム8はこれらスリーブ11および保持材12を介して支持ブロック15に固定されている。スリーブ11及び保持材12は、碍子などの絶縁材からなる。
In FIG. 1 again, a
支持ブロック115には導電線13が接続されており、導電線13は不図示の車体の適宜のボディアース点に接続されることで電気的に接地されている。導電線13は、碍子などの絶縁体からなるスリーブ14に被覆されており、スリーブ14は中間ケース3に固定されている。複数の外周電極4bの間は支持ブロック115によって互いに導通されているため、これによって全ての外周電極4bが接地されることになる。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いずれかを用いることができる。
A
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、電源ユニットによって、各処理ユニット6の外周電極4bと内部電極5との間に、内部電極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、上流側ケース2aから放電管4aの内部へと導入されると、各処理ユニット6の内部電極5と外周電極4bとの間の空中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5からの放電により帯電され、内部電極5と外周電極4bとの間における電界との相互作用によって放電管4aに吸着され、高電圧の印加に伴って発生する活性ガスにより、その燃焼ないし酸化が促進されることになる。
In the exhaust
ここで本実施形態では、本発明における放電管支持構造である支持ブロック15,115を、複数の放電管4aが中を通る外側環状体15a,115aと、複数の放電管4aを相互に位置決めする位置決めコマ15b,115bとから構成したので、外側環状体15a,115aの中に複数の放電管4aを通し、その後に複数の放電管4aの間に位置決めコマ15b,115bを挿入することによって、複数の放電管4aを相互に位置決めできる。従って本実施形態では、放電管4aの断面形状に対応する多数の通孔に放電管4aを1本ずつ通すような正確な作業が不要となり、組立て工程を容易化することができる。
Here, in the present embodiment, the support blocks 15 and 115 which are the discharge tube support structure in the present invention are positioned with respect to the outer
また、本実施形態では、外側環状体15a,115aの外縁が中間ケース3の内周面に密接すると共に、外側環状体15a,115aおよび位置決めコマ15b,115bにより中間ケース3内の上流側と下流側との間が密封されるようにしたので、この密封により放電管支持構造である支持ブロック15,115に密封部材としての機能を付与することができる。
In the present embodiment, the outer edges of the outer
また本実施形態では、支持ブロック15を絶縁体から構成し、これを放電管4aの上流側および下流側の端部に固定したので、この支持ブロック15によって放電管4aと共に内部電極5をも保持でき、部品点数の増加を抑制できる。
In this embodiment, since the
また本実施形態では、支持ブロック115を導電体から構成し、且つ放電管4aの外周に外周電極4bを配置し支持ブロック115と外周電極4bとを導通させたので、支持ブロック115に各外周電極4b間の導通手段としての機能を付与でき、これによって支持ブロック115への導電線13の接続を1箇所のみとすることができる。
In the present embodiment, the
なお、本発明は上記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、上記実施形態では位置決めコマ15b,115bが1個あたり3体の放電管4aに接するようにしたが、本発明における位置決めコマは、例えば図5に示される位置決めコマ215bのように4体以上の放電管4aに接する形状としてもよく、このように位置決めコマが接する放電管の数を増加させることにより部品点数を減少することができる。また、上記実施形態では本発明に係る放電管支持構造を3箇所に設けたが、本発明に係る放電管支持構造は1箇所のみであってもよい。
In addition, this invention is not limited to the aspect as described in the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above embodiment, the positioning
また、上記実施形態では放電管支持構造としてブロック状の支持ブロック15,115を用いたが、本発明における放電管支持構造は、例えば放電管の姿勢を規制しうるボス部を備えたプレス成形品などの薄板状の部材を含んでいてもよい。 In the above embodiment, the block-shaped support blocks 15 and 115 are used as the discharge tube support structure. However, the discharge tube support structure in the present invention is, for example, a press-molded product having a boss portion that can regulate the posture of the discharge tube. Such a thin plate member may be included.
また、上記実施形態では放電管4aや外周電極4bを円筒形としたが、本発明における放電管や外周電極は角筒形など他の形状としてもよい。また、本発明では外周電極や内部電極に触媒物質を担持させてもよい。さらに、本発明では外周電極4b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。
In the above embodiment, the
1 排ガス浄化装置
2a 上流側ケース
2b 下流側ケース
3 中間ケース
4a 放電管
4b 外周電極
5 内部電極
6 処理ユニット
8,18 電極支持フレーム
10 給電線
15,115,215 支持ブロック
15a,115a 外側環状体
15b,115b 位置決めコマ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記複数の放電管が中を通る外側環状体と、
前記複数の放電管を相互に位置決めする位置決めコマと、
を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置の放電管支持構造。 A discharge tube support structure that integrally supports a plurality of parallel discharge tubes of an exhaust gas purification device,
An outer annular body through which the plurality of discharge tubes pass;
A positioning piece for positioning the plurality of discharge tubes with respect to each other;
A discharge tube support structure for an exhaust gas purifying apparatus.
前記外側環状体の外縁が前記排ガス浄化装置の容器の内周面に密接すると共に、
前記外側環状体および前記位置決めコマにより前記容器内の上流側と下流側との間が密封されることを特徴とする放電管支持構造。 A discharge tube support structure for an exhaust gas purifying apparatus according to claim 1,
While the outer edge of the outer annular body is in close contact with the inner peripheral surface of the container of the exhaust gas purification device,
A discharge tube support structure characterized in that a space between an upstream side and a downstream side in the container is sealed by the outer annular body and the positioning piece.
前記外側環状体および位置決めコマが絶縁体からなることを特徴とする放電管支持構造。 The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1 or 2,
A discharge tube support structure, wherein the outer annular body and the positioning piece are made of an insulator.
前記外側環状体および位置決めコマが導電体からなることを特徴とする放電管支持構造。
The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1 or 2,
A discharge tube support structure, wherein the outer annular body and the positioning piece are made of a conductor.
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