JP2006161595A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマを効率良く発生させる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気管途中のフィルタケース内に収容されてパティキュレートを捕集し且つその捕集箇所にて排気ガス中にプラズマを発生させるようにした排気浄化装置であって、所要の隙間を隔てて対向配置される対の平板電極１１と、平板電極１１間に配置されるハニカムフィルタ１２とを備え、平板電極１１の延在方向に対してハニカムフィルタ１２のセル１６を傾けるよう配置する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中からパティキュレートを除去する排気浄化装置に関するものである。

ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。

この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。

そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積し、排気温度が高い運転領域に移行した際に自然燃焼して除去されるようになっているが、例えば都内の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行するような車輌では、必要な所定温度以上での運転が長く継続しないため、パティキュレートの処理量よりも堆積量の方が上まわり、パティキュレートフィルタが目詰まりを起こす虞れがあった。

このため、排気温度が低い運転領域でもパティキュレートを良好に燃焼除去し得るようプラズマアシスト型の排気浄化装置の開発が進められており、この種の排気浄化装置で排気ガス中にプラズマを発生させれば、排気ガスが励起して、例えばＯラディカル、ＯＨラディカル等の活性のラディカルが発生し、排気温度が低い運転領域でもパティキュレートを良好に燃焼除去することが可能となる。

例えば、下記の特許文献１には、四角形のセルを有するハニカムフィルタにプラズマを発生させて気体を酸化処理することが提案されている。
特開平６−３２７９６４号公報

しかしながら、四角形のセルを有するハニカムフィルタを、パティキュレートフィルタとして処理する場合には、図８に示す如く、セルの両端（図８では上下方向）の離れた位置で電位差が生じるため、高電場を作り出すことができず、プラズマを効率良く発生させることができないという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、プラズマを効率良く発生させる排気浄化装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１は、排気管途中のフィルタケース内に収容されてパティキュレートを捕集し且つその捕集箇所にて排気ガス中にプラズマを発生させるようにした排気浄化装置であって、所要の隙間を隔てて対向配置される対の平板電極と、該平板電極間に配置されるハニカムフィルタとを備え、前記平板電極の延在方向に対して前記ハニカムフィルタのセルを傾けるよう配置したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。

本発明の請求項２は、前記ハニカムフィルタのセルを四角形にし、前記平板電極の延在方向に対して四角形のセルを傾けるよう配置したことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置、に係るものである。

本発明の請求項３は、前記ハニカムフィルタのセルを菱形にし、前記平板電極の延在方向と同じ方向に菱形のセルの鋭角部を向けるよう配置したことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装装置、に係るものである。

而して、このように、本発明によれば、ハニカムフィルタのセルを、前記平板電極の延在方向に対して前記ハニカムフィルタのセルを傾けるよう配置することにより、前記ハニカムフィルタのセルの角部に局所的な高電場を適切に作り出し、プラズマを効率良く発生させることができる。

前記ハニカムフィルタのセルを四角形にし、前記平板電極の延在方向に対して四角形のセルを傾けるよう配置すると、四角形のセルの角部に局所的な高電場を適切に作り出し、プラズマを一層効率良く発生させることができる。

前記ハニカムフィルタのセルを菱形にし、前記平板電極の延在方向と同じ方向に菱形のセルの鋭角部を向けるよう配置すると、菱形のセルの鋭角部に局所的な高電場を好適に作り出し、プラズマを一層効率良く発生させることができる。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、局所的な高電場を作り出してプラズマを効率良く発生させることができるという優れた効果を奏し得る。

以下本発明の実施の形態の第一例を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図５は本発明を実施する形態の第一例を示すもので、図１中における符号の１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジン（内燃機関）を示しており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気４をインタークーラ６を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。

また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド７を介し排出された排気ガス８を前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を、排気管９途中のプラズマアシスト型の排気浄化装置１０を通してパティキュレートを捕集した上で排出するようにしてある。

この排気浄化装置１０は、図２〜図５に示す如く、所要の隙間を隔てて対向配置される対の平板電極１１と、パティキュレートフィルタとして平板電極１１間に配置されるハニカムフィルタ１２とを備えてフィルタケース１３により抱持されるものになっている。

平板電極１１は、フィルタケース１３内で排気ガス８の流路方向に沿って延在すると共に、上下方向へ略平行に複数枚（図２では五枚）配置されており、交互に高圧電源１４及びグランド電極１５に接続されている。

ハニカムフィルタ１２は、正方形のセル１６で格子状に区画された構造を備えており、格子状の各流路には、入口を交互に目封じすると共に、入口を目封じしていない流路についてはその出口を目封じしてある。又、ハニカムフィルタ１２は、平板電極１１の延在方向に対して正方形のセル１６が約４５゜傾いて配置されており、一つの対角線上の角部１６ａが平板電極１１の延在方向（ガスの流路方向）と同じ方向に向くと共に、他の対角線上の角部１６ｂが平板電極１１の延在方向に対して垂直方向へ向くようにしている。

又、平板電極１１及びハニカムフィルタ１２は、夫々の位置に固定されるようフィルタケース１３内に絶縁体の接合部１７により夫々接続されており、特に絶縁体の接合部１７には、平板電極１１を埋め込み、又は平板電極１１をセラミックス等の誘電体の板で挟んだものを埋め込んでいる。これにより、確実に平板電極１１の絶縁ができる。更にセラミックス板で挟むのは、高圧側電極又はグランド側電極のいずれか一方だけでも良い。更に又、高圧電源１４はフィルタケース１３の外部に配置されている。

以下、本発明を実施する形態の第一例の作用を説明する。

このような排気浄化装置１０に排気ガス８を流した際には、上流側からの排気ガス８がハニカムフィルタ１２のセル１６の流路に導入されてセル１６の多孔質薄壁を通過して下流側へと流れることになり、この排気ガス８がセル１６の多孔室薄壁を通過する際にパティキュレートが捕集されていく。このとき、必要時に高圧電源１４により各平板電極１１に交流又は直流パルス高電圧が印加されると、ハニカムフィルタ１２のセル１６の間でバリア放電が起こり、これによりハニカムフィルタ１２のセル１６に低温プラズマ（非熱平衡プラズマ）が生じる。その結果、排気ガス８が励起して、例えば、Ｏラディカル、ＯＨラディカル等の活性のラディカルが発生し、パティキュレートが効果的に燃焼除去（酸化処理）されることになる。

ここで、ハニカムフィルタ１２に捕集されたパティキュレートを燃焼させるようハニカムフィルタ１２に電場を発生させる状態を図４、図５により模式的に示すと、ハニカムフィルタ１２のセル１６では、高圧電源１４からの高電圧により正方形（四角形）のセル１６の角部１６ａ近傍に微細電極構造が形成されて局所的高電場を生じ、プラズマが生成される。なお、図５中、Ｐはプラズマ発生部を示している。

而して、本発明の実施の形態の第一例によれば、ハニカムフィルタ１２のセル１６を、平板電極１１の延在方向に対してハニカムフィルタ１２のセル１６を傾けるよう配置することにより、ハニカムフィルタ１２のセル１６の角部１６ａ近傍に局所的な高電場を適切に作り出し、プラズマを効率良く発生させることができる。

又、ハニカムフィルタ１２のセル１６を四角形にし、平板電極１１の延在方向に対して四角形のセル１６を傾けるよう配置すると、四角形のセル１６の角部１６ａに局所的な高電場を適切に作り出し、プラズマを一層効率良く発生させることができる。

更に、平板電極１１は排気ガス８の流路方向に沿って延在するよう配置されるので、排気ガス８が平板電極１１を横切ることがなく、平板電極１１の絶縁構造を容易に形成することができる。更に又、平板電極１１をハニカムフィルタ１２の接合部１７に埋め込むように構成するので、平板電極１１の固定及び絶縁を容易に行うことができる。又、平板電極１１は平板状であるので、無駄な空間を形成することがなく、複数個を並列に並べることができる。

更に、金属フィルタを用いる代りにハニカムフィルタ１２を使用するので、パティキュレートの捕集面積を大きく取ることが可能となり、排気ガス８の排圧を低く押えることができる。更に又、ハニカムフィルタ１２としてコージェライトハニカムフィルタを使用し得るので、現在使用しているコージェライトハニカムフィルタを採用して製造コストを低減することができる。

以下本発明の実施の形態の第二例を図面を参照しつつ説明する。

図６、図７は本発明を実施する形態の第二例を示すものであり、図中、図１〜図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

第二例は、第一例のハニカムフィルタ１２のセル１６の形状を変更したものであり、他の平板電極１１等は第一例と略同様に構成されている。

第二例のハニカムフィルタ１８は、菱形のセル１９で格子状に区画された構造を備えており、格子状の各流路には、入口を交互に目封じすると共に、入口を目封じしていない流路についてはその出口を目封じしてある。又、ハニカムフィルタ１８は、一つの対角線上の鋭角部１９ａが平板電極１１の延在方向（ガスの流路方向）と同じ方向に向くと共に、他の対角線上の鈍角部１９ｂが平板電極１１の延在方向に対して垂直方向へ向くように配置されている。ここで、セル１９の鋭角部１９ａは、９０゜未満なら特に限定されるものではないが、鋭角部１９ａの角度が小さいほど好ましい。

以下、本発明を実施する形態の第二例の作用を説明する。

このような排気浄化装置１０に排気ガス８を流した際には、排気ガス８のパティキュレートを第一例と同様に処理して燃焼除去（酸化処理）されることになる。

ここで、ハニカムフィルタ１８に捕集されたパティキュレートを燃焼させるようハニカムフィルタ１８に電場を発生させる状態を図６、図７により模式的に示すと、ハニカムフィルタ１８のセル１９では、高圧電源１４からの高電圧により菱形のセル１９の鋭角部１９ａ近傍に微細電極構造が形成されて局所的高電場が生じ、プラズマが生成される。なお、図７中、Ｐはプラズマ発生部を示している。

而して、本発明の実施の形態の第二例によれば、第一例と同様な作用効果を得ることができる。又、ハニカムフィルタ１８のセル１９を菱形にし、平板電極１１の延在方向と同じ方向に菱形のセル１９の鋭角部１９ａを向けるよう配置すると、微細電極構造の極板間距離が短くなるので、プラズマの発生領域が広がり、プラズマを一層効率良く発生させることができる。

なお、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、ハニカムフィルタのセルの形状は、角部を平板電極の延在方向と同じ方向に向けるものならば他の形状でもよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態例の全体を示す概略図である。 本発明を実施する形態例を拡大して示す側面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。 第一例のハニカムフィルタと高圧電源を示す概念図である。 第一例のハニカムフィルタに電場を発生させた状態を示す概念図である。 第二例のハニカムフィルタと高圧電源を示す概念図である。 第二例のハニカムフィルタに電場を発生させた状態を示す概念図である。 従来のハニカムフィルタに電場を発生させた状態を示す概念図である。

符号の説明

８ 排気ガス
９ 排気管
１１ 平板電極
１２ ハニカムフィルタ
１３ フィルタケース
１６ セル
１６ａ 角部
１８ ハニカムフィルタ
１９ セル
１９ａ 鋭角部

Claims (3)

1. 排気管途中のフィルタケース内に収容されてパティキュレートを捕集し且つその捕集箇所にて排気ガス中にプラズマを発生させるようにした排気浄化装置であって、所要の隙間を隔てて対向配置される対の平板電極と、該平板電極間に配置されるハニカムフィルタとを備え、前記平板電極の延在方向に対して前記ハニカムフィルタのセルを傾けるよう配置したことを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記ハニカムフィルタのセルを四角形にし、前記平板電極の延在方向に対して四角形のセルを傾けるよう配置したことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
3. 前記ハニカムフィルタのセルを菱形にし、前記平板電極の延在方向と同じ方向に菱形のセルの鋭角部を向けるよう配置したことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。

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