JP4254621B2 - Exhaust gas purification device - Google Patents
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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。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus that processes exhaust gas from 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、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。 In recent years, as a technology for purifying exhaust gas from internal combustion engines such as vehicles, it has a cylindrical outer peripheral electrode and a rod-shaped inner electrode extending along the axis of the outer peripheral electrode, and a high voltage is applied between both electrodes. In other words, a so-called transmission type or straight flow type exhaust gas purifying apparatus that purifies the exhaust gas passing therethrough using the generated plasma has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In such a device, substances such as NOx in the exhaust gas passing through are converted to N 2 etc., and PM (particulate matter) in the supplied exhaust gas is charged by the discharge from the internal electrode, The PM is adsorbed on the outer peripheral electrode side by the interaction between this and the electric field between the inner and outer electrodes, and is incinerated by the heat generated when a high voltage is applied.
ところで、この種の装置では、長期間の使用によって浄化性能が低下する場合がある。これにつき発明者らは鋭意研究の結果、この浄化性能の低下は、炭素を主要素とし導電性を有するPMが、使用中の堆積によって電極間の漏電を生じさせ、極間電圧を制限しているのが原因になっていることを知見した。 By the way, in this kind of apparatus, purification performance may deteriorate by long-term use. As a result of diligent research, the inventors have found that the reduction in purification performance is caused by the fact that PM, which is mainly composed of carbon, causes leakage between electrodes due to deposition during use, and limits the voltage between the electrodes. I found out that this is the cause.
本発明はかかる新知見に基づいてなされたものであり、その目的は、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、PMの堆積に起因する電極間の漏電を抑制することにある。 The present invention has been made on the basis of such new knowledge, and an object thereof is to suppress leakage between electrodes caused by PM accumulation in an exhaust gas purification apparatus that purifies exhaust gas by the action of a high voltage.
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端部に結合された支持アームと、絶縁体からなり前記外周電極と同一軸線上に前記外周電極の端部よりも突出して設けられた筒状のスペーサと、を備え、前記支持アームが前記スペーサに当接させられ、前記支持アームによる前記内部電極の支持点が前記外周電極の外部に配置されていることを特徴とする排ガス浄化装置である。 1st this invention is equipped with the outer periphery electrode and the internal electrode arrange | positioned inside the said outer periphery electrode, and is extended in the flow direction of waste gas, The exhaust gas purification which purifies waste gas by applying a high voltage between both said electrodes In the apparatus, a support arm coupled to a longitudinal end portion of the internal electrode, and a cylindrical spacer made of an insulator and provided on the same axis as the outer peripheral electrode so as to protrude from the end portion of the outer peripheral electrode , The support arm is brought into contact with the spacer, and the support point of the internal electrode by the support arm is disposed outside the outer peripheral electrode.
第1の本発明では、外周電極の端部よりも突出して筒状のスペーサが設けられ、支持アームがスペーサに当接させられ、且つ支持アームによる内部電極の支持点が外周電極の外部に配置されているので、外周電極と内部電極の支持点との間隔をスペーサの軸方向長さだけ拡大することができ、これによってPMの堆積に起因する電極間の漏電を抑制することができる。 In the first aspect of the present invention, a cylindrical spacer is provided so as to protrude from the end of the outer peripheral electrode, the support arm is brought into contact with the spacer, and the support point of the internal electrode by the support arm is disposed outside the outer peripheral electrode. Therefore, the distance between the outer peripheral electrode and the support point of the internal electrode can be increased by the axial length of the spacer, thereby suppressing leakage between the electrodes due to PM deposition.
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、互いに並行して配置された複数の外周電極を備え、前記スペーサが前記複数の外周電極のうち一部の外周電極について設けられていることを特徴とする排ガス浄化装置である。 A second aspect of the present invention is the exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, comprising a plurality of outer peripheral electrodes arranged in parallel to each other, wherein the spacer is a part of the outer peripheral electrodes. An exhaust gas purifying apparatus characterized by being provided.
本発明におけるスペーサによる場合にも、スペーサの表面を経由した沿面放電などによる漏電のおそれは皆無ではない。この点、第2の本発明では、複数の外周電極のうち一部の外周電極についてのみスペーサが設けられているので、他の外周電極においてスペーサの表面を経由した漏電のおそれを抑制できる。 Even in the case of the spacer according to the present invention, there is no risk of electric leakage due to creeping discharge or the like passing through the surface of the spacer. In this regard, in the second aspect of the present invention, since the spacer is provided only for some of the plurality of outer peripheral electrodes, it is possible to suppress the possibility of electric leakage via the surface of the spacer in the other outer peripheral electrodes.
第3の本発明は、請求項2に記載の排ガス浄化装置であって、前記一部の外周電極は、前記複数の外周電極のうち排ガス流路の中心にある外周電極以外の外周電極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 purifying apparatus according to claim 2, wherein the part of the outer peripheral electrodes is an outer peripheral electrode other than the outer peripheral electrode at the center of the exhaust gas flow path among the plurality of outer peripheral electrodes. This is an exhaust gas purification apparatus characterized by the above.
PMの堆積は、排ガス流路の中心部に集中する傾向がある。したがって第3の本発明のように、スペーサの設置箇所を複数の外周電極のうち排ガス流路の中心にある外周電極以外の外周電極とすることにより、PMの堆積による漏電のおそれが特に強い排ガス流路の中心部の近傍において、堆積を抑制することができ好適である。 PM deposition tends to concentrate in the center of the exhaust gas flow path. Therefore, as in the third aspect of the present invention, by setting the spacer installation location as an outer peripheral electrode other than the outer peripheral electrode at the center of the exhaust gas flow path among the plurality of outer peripheral electrodes, the exhaust gas that has a particularly strong risk of leakage due to PM accumulation In the vicinity of the center of the flow path, deposition can be suppressed, which is preferable.
第4の本発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の排ガス浄化装置であって、前記スペーサは、その表面に凹凸を有することを特徴とする排ガス浄化装置である。 A fourth aspect of the present invention is the exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the spacer has irregularities on the surface thereof.
第4の本発明では、スペーサの表面に凹凸を設けたので、沿面放電に係る経路距離の拡大により漏電のおそれを抑制できる。 In the fourth aspect of the present invention, since the unevenness is provided on the surface of the spacer, the risk of leakage can be suppressed by increasing the path distance related to creeping discharge.
第5の本発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の排ガス浄化装置であって、前記支持アームは、少なくとも前記スペーサの近傍の領域において絶縁層で被覆されていることを特徴とする排ガス浄化装置である。 A fifth aspect of the present invention is the exhaust gas purifying apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the support arm is covered with an insulating layer at least in a region near the spacer. An exhaust gas purification device.
第5の本発明では、支持アームを絶縁層で被覆したので、支持アームからの漏電のおそれを抑制できる。 In the fifth aspect of the present invention, since the support arm is covered with the insulating layer, the risk of electric leakage from the support arm can be suppressed.
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。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a schematic configuration diagram showing a longitudinal sectional view of an exhaust gas purifying apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is III-III in FIG. It is sectional drawing about a line. The exhaust gas purification apparatus 1 shown in these drawings is suitable when applied to a vehicle, and is configured as a plasma reactor or a corona reactor. The exhaust gas purification apparatus 1 is incorporated in an exhaust pipe constituting an exhaust system of the internal combustion engine in order to purify exhaust gas discharged from a combustion chamber of the internal combustion engine (not shown).
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。
The exhaust gas purifying apparatus 1 includes an
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。
The
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、円筒形の外周電極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、その上流端および下流端を固定枠7に対して溶接または銅ロウ付け等によって固定されている。
The processing unit assembly 3 is coupled between the
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、固定枠7の中心(すなわちケース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。
As shown in FIG. 3, one
そして図2に示されるように、一体の固定枠7につき3箇所に、スペーサ9が固定される。固定枠7は、スペーサ9が固定される開口部7a(図1参照)と、それ以外の開口部7bとを有し、各処理ユニット6の外周電極4は、いずれも上流側および下流側の端部において、開口部7aまたは開口部7bに固定される。開口部7aにおけるスペーサ9が固定される開口縁の断面形状は円形である。
As shown in FIG. 2,
他方、スペーサ9が固定されない開口部7bは、外周電極4に接する開口縁において断面が円形であり、且つその反対側(すなわち、処理ユニット6と固定枠7とにより構成される処理ユニット組立体3の上流側端部および下流側端部)の開口縁(以下適宜外側開口縁という)において断面が正六角形をなしており、これらの開口縁は互いに滑らかな曲面で結ばれている。開口部7bの外側開口縁は、図2および図4において破線で示される境界線BLにおいて、隣接する他の開口部7bの外側開口縁と滑らかに接続されており、両開口部7b,7bの間に明確な稜線を生じさせないことによって、境界線BLからの放電の抑制が図られている。
On the other hand, the opening 7b to which the
外周電極4には、ステンレス鋼(熱膨張率7.2×10−7×[10−6/K])を用いるのが好適である。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。
It is preferable to use stainless steel (thermal expansion coefficient 7.2 × 10 −7 × [10 −6 / K]) for the outer peripheral electrode 4. The rod-
各棒状電極5の両端部は、図1および図2に示されるような金属製の格子部材8の格子点および先端部に固定されている。格子部材8は、多数の支持アーム8aを備えており、図4ないし図6に示されるように、SUSなどの耐熱導電性材料からなる本体8bを、セラミックなどの耐熱絶縁性材料からなる絶縁層8cで被覆してなる。本体8bは、棒状電極5との接続点において棒状電極5に導通しており、絶縁層8cは本体8bの表面のうち、この導通に係る接触面を除く全表面を被覆している。格子部材8の各支持アーム8aは、図5に示すとおりその断面形状が装置の軸方向を長手としており、これにより前面投影面積の抑制と強度の確保が図られている。
Both end portions of each rod-
各格子部材8は、筒状のスペーサ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7に示されるとおり、格子部材8は、スペーサ9の口縁部に対応する部分に係合肩部8d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8dとスペーサ9とが係合することによって、格子部材8がスペーサ9に支持される。
Each
スペーサ9は、格子部材8を支持するための支持部材であり、セラミック等の耐熱絶縁性材料からなる。スペーサ9は外周電極4と略同径かつ略共通の断面形状を有する筒型であり、スペーサ9の外周面および内周面には環状の凹凸が形成されている。この凹凸は、軸方向に沿って半径の拡大と縮小とが滑らかに繰り返す形状、すなわち所謂コルゲーションであり、この凹凸によって、沿面放電に係る経路距離の拡大による沿面放電の抑制が図られている。
The
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。
Each rod-
給電栓10は、図8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の内部に突出および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に摺接しており、これによって棒状電極5の膨張・収縮の前後に亘り、プラグ電極11と棒状電極5との導通が確保される。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。
As shown in FIG. 8, the
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、各処理ユニット6の棒状電極5と外周電極4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、その燃焼ないし酸化が促進されることになる。
In the exhaust gas purification apparatus 1 configured as described above, in order to generate plasma in each
ここで本実施形態では、外周電極4の端部よりも上流側および下流側に突出して筒状のスペーサ9が設けられ、支持アーム8aの中間部がスペーサ9の口縁部に当接させられ、且つ支持アーム8aによる内部電極5の支持点が外周電極4の外部に配置されているので、外周電極4と内部電極5の支持点との間隔をスペーサ9の軸方向長さだけ拡大することができ、これによってPMの堆積に起因する電極4,5間の漏電を抑制することができる。
Here, in the present embodiment, a
また、本実施形態におけるスペーサ9による場合にも、スペーサ9の表面を経由した沿面放電などによる漏電のおそれは皆無ではない。しかしながら、本実施形態では複数の外周電極4のうち一部の外周電極4についてのみスペーサ9が設けられ、他の外周電極4については内部電極5との間に十分な空間が設けられているので、当該他の外周電極4における漏電のおそれを抑制できる。
Further, even in the case of the
また、本実施形態では複数の外周電極4のうち一部の外周電極4についてのみスペーサ9が設けられている一方、他の外周電極4についてはスペーサ9が設けられておらず、且つ両者が互いに前後にオフセットして配置されているので、スペーサ9の外周面に付着し剥離したPMが、スペーサ9の設けられていない他の外周電極4内に吸引されて処理されることも期待できる。
In the present embodiment, the
また、流体力学的な理由から、PMの堆積は排ガス流路の中心部に集中する傾向があるため、本実施形態のようにスペーサ9の設置箇所を複数の外周電極4のうち排ガス流路の中心にある外周電極4以外の外周電極4とすることにより、堆積したPMによる漏電のおそれが特に強い排ガス流路の中心部の近傍において、堆積を抑制することができ好適である。
Further, because of the fluid dynamic reason, the PM deposition tends to concentrate on the center of the exhaust gas flow path, so that the installation location of the
また、本実施形態ではスペーサ9の表面に凹凸を設けたので、沿面放電に係る経路距離の拡大により漏電のおそれを抑制できる。
Moreover, in this embodiment, since the unevenness | corrugation was provided in the surface of the
また本実施形態では、支持アーム8aの導電性の本体8bの全表面を絶縁層8cで被覆したので、支持アーム8aからの漏電のおそれを抑制できる。
Moreover, in this embodiment, since the whole surface of the electroconductive
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、上記実施形態ではスペーサ9や外周電極4を円筒形としたが、角筒形など他の形状であってもよい。また、上記実施形態では格子部材8の支持アーム8aに係合肩部8dを設け、これをスペーサ9の口縁部に当接させることとしたが、格子部材8とスペーサ9との固定構造は他の構造であってもよい。また、上記実施形態では内部電極5の支持構造を処理ユニット6の上流側と下流側とで略対称としたが、両者が略対象である必要はない。また上記実施形態では、支持アーム8aの導電性の本体8bの略全表面を絶縁層8cで被覆したが、絶縁層によって被覆される領域は支持アームの一部(例えばスペーサ9の口縁部の近傍や、固定枠7の開口部7bの境界部BLの近傍)であってもよい。
In addition, this invention is not limited to the aspect as described in each above-mentioned embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, although the
また本発明では、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。 In the present invention, a plurality of outer peripheral electrodes may be provided for a single rod-like electrode or internal electrode, and a plasma structure such as a honeycomb structure such as ceramics is installed in a space surrounded by the outer peripheral electrode 4. Regardless of the presence or absence of PM and the filtration of PM, various configurations that can reform exhaust gas by the action of electric power can be used, and all belong to the category of the present invention. Needless to say, the present invention can be applied to internal combustion engines other than vehicles.
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 スペーサ
10 給電栓
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust
Claims (5)
前記内部電極の長手方向の端部に結合された支持アームと、
絶縁体からなり前記外周電極と同一軸線上に前記外周電極の端部よりも突出して設けられた筒状のスペーサと、
を備え、前記支持アームが前記スペーサに当接させられ、前記支持アームによる前記内部電極の支持点が前記外周電極の外部に配置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 comprising an outer peripheral electrode and an inner electrode disposed inside the outer peripheral electrode and extending in the flow direction of the exhaust gas, and purifying the exhaust gas by applying a high voltage between the two electrodes,
A support arm coupled to the longitudinal end of the internal electrode;
A cylindrical spacer made of an insulator and provided on the same axis as the outer peripheral electrode so as to protrude from the end of the outer peripheral electrode;
The exhaust gas purifying apparatus is characterized in that the support arm is brought into contact with the spacer, and the support point of the internal electrode by the support arm is disposed outside the outer peripheral electrode.
互いに並行して配置された複数の外周電極を備え、前記スペーサが前記複数の外周電極のうち一部の外周電極について設けられていることを特徴とする排ガス浄化装置。 The exhaust gas purification device according to claim 1,
An exhaust gas purification apparatus comprising a plurality of outer peripheral electrodes arranged in parallel to each other, wherein the spacer is provided for some of the outer peripheral electrodes.
前記一部の外周電極は、前記複数の外周電極のうち排ガス流路の中心にある外周電極以外の外周電極であることを特徴とする排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification device according to claim 2,
The exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the part of the outer peripheral electrodes are outer peripheral electrodes other than the outer peripheral electrode at the center of the exhaust gas flow path among the plurality of outer peripheral electrodes.
前記スペーサは、その表面に凹凸を有することを特徴とする排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The exhaust gas purifying apparatus, wherein the spacer has irregularities on a surface thereof.
前記支持アームは、少なくとも前記スペーサの近傍の領域において絶縁層で被覆されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
An exhaust gas purification device according to any one of claims 1 to 4,
The exhaust gas purifying apparatus, wherein the support arm is covered with an insulating layer at least in a region near the spacer.
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