JP5929329B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両等に適用されて内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質を、コロナ放電を利用して集塵捕集する排気浄化装置に関する。

内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する直噴ガソリンエンジンやディーゼルエンジンは、リーン燃焼により燃費性能に優れる反面、粒子状物質（ＰＭ）が発生しやすいという問題がある。粒子状物質は、主に煤（Ｓｏｏｔ）と可溶性有機成分（ＳＯＦ）からなり、特に、例えば直径１０μｍ以下と微小な浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）は、空気中に長期間浮遊してしまう懸念がある。

粒子状物質を含む排気ガスの後処理装置として、例えばディーゼルエンジンでは、ハニカム構造のパティキュレートフィルタが知られている。ところが、微小な浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）のすり抜けを防止するために、パティキュレートフィルタの孔径を小さくすると目詰まりしやすく、捕集効率と低圧損を両立させることが難しい。特に、直噴ガソリンエンジンから排出される粒子状物質は、粒子径がより小さいことが判明しており、パティキュレートフィルタの有効性に限界がある。

一方、パティキュレートフィルタ以外の後処理装置として、コロナ放電を利用した電気集塵器が提案されている。電気集塵器は、一般に、コロナ放電電極と接地電極を対向させて配し、両電極の間に高電圧を印加することによりコロナ放電を発生させて、粒子状物質を帯電凝集させる構成となっている。このような電気集塵器を、直噴ガソリンエンジンの排気通路の途中に設置すると、圧損を増加させることなく、微小粒子のすり抜けを防止する効果がある。

従来技術として、特許文献１に、筒形状の外殻の内側に、集塵極および集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置を設け、その内側に形成されるガス通路に、放電極を配置した排気浄化装置が開示されている。放電極を支持する放電極支持材は、上部外周が碍子部に覆われた状態で外殻の上方に延びる碍子室に収容される。碍子室の碍子部下方において、放電極支持材には、碍子室用放電極が設けられる。

特開２００９−１４２８０８号公報

ところで、低温始動時やエンジンからの排気脈動に起因して、電気集塵器に流入するＰＭ粒子数が多くなると、放電電極を保持する碍子部に粒子状物質（特に電気抵抗の低いＳｏｏｔ）が堆積して、絶縁機能が低下するおそれがある。この場合、碍子表面に電流が流れるために、安定した電圧を印加できなくなり、電気集塵効果が得られない不具合が生じる。火力発電所等のプラントでは、電気集塵装置に碍子室を設け、碍子部にオイルやガスを流すことでＰＭ付着の抑制を行なっているが、車両への適用はシステムの複雑化、スペースの確保、コスト高といった問題から難しい。これに対して、特許文献１では、碍子部全体が収容される碍子室を設けて、碍子部が排気ガスに直接晒されないようにし、さらに碍子室への入口部に碍子室用放電極を設けて、碍子室に侵入する粒子状物質をコロナ放電により帯電させて捕集できるようにしている。

しかしながら、特許文献１の装置は、碍子室に放電部を構成するために、消費電力の増加をまねく。また、コロナ放電部の放電極と碍子室用放電極双方に安定した放電を促すためには、同ギャップで、同電圧を供給する、放電部の温度を考慮する必要があるなど、効果を得ることが難しい。または、高電圧電源を２つ設置し、高電圧ラインを２つ持つ必要がありコスト高を招く。さらに、粒子状物質の排出量は、エンジン運転状態によって変化するが、排気ガス通路を浮遊して碍子室に流入する粒子状物質を確実に捕集するためには、放電を常に維持する必要がある。ところが、粒子状物質が排出されない運転領域もあり、常に碍子室で放電を促すことは無駄が多く、コスト高となる。

そこで、本願発明は、構成の複雑化や消費電力の増加によるコスト増を抑制しながら、比較的簡易に、効率よく絶縁碍子部を保護して、粒子状物質の付着による電気抵抗の低下を防止できる排気浄化装置を実現することを目的とする。

本発明の請求項１の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けた放電空間に放電電極と集塵電極を配設し、該放電空間にコロナ放電を発生させて排気ガス中の粒子状物質を帯電凝集させる電気集塵部を備えており、
上記排気通路壁から外方に突出する円筒管部を設けて、その内部を上記放電空間に開口する碍子室となし、該碍子室内に、上記放電電極を支持する絶縁碍子部の基端側を収容して、上記碍子室内周壁と間隔をおいて対向させる一方、上記絶縁碍子部の先端側を上記排気通路内へ延出して、上記絶縁碍子部の先端側から突出する導電部を上記放電電極に接続し、かつ上記碍子室の外周壁を取り囲む冷却部を備え、上記碍子室内周壁の温度を上記絶縁碍子部に対して相対的に低温とすることにより、高温側の上記絶縁碍子部から低温側の上記碍子室内周壁へ向けて温度勾配を設け、上記碍子室内に侵入する粒子状物質を、上記温度勾配による熱泳動力の作用で上記碍子室内周壁面に移動させる碍子保護手段を設けたことを特徴とする。

請求項２の排気浄化装置において、上記導電部は、基端側が上記碍子室外に位置して端子電極を構成し、先端側が、上記排気通路の中央部において、上記絶縁碍子部より下流側に位置する上記放電電極に接続される。

請求項３の排気浄化装置は、上記冷却部を、上記碍子室の外周壁に取り付けられた複数のフィン部材にて構成し、これらフィン部材からの放熱により上記碍子室周壁の温度を低下させる。

請求項４の排気浄化装置は、上記複数のフィン部材を、上記碍子室の開口近傍において放熱量がより多くなるように配置する。

請求項５の排気浄化装置は、上記冷却部を、上記碍子室の外周壁に接して配置された冷却水流路にて構成し、該冷却水流路に内燃機関の冷却水を循環させることにより上記碍子室内壁面の温度を低下させる。

請求項６の排気浄化装置は、上記冷却水流路を、上記碍子室の開口近傍において放熱量がより多くなるように形成する。

請求項７の排気浄化装置は、上記冷却水流路へ冷却水を導出入する導入口および導出口を、上記放電空間に流入する排気ガス流れの上流側へ冷却水が導入されるように配置する。

請求項８の排気浄化装置は、上記碍子保護手段が、上記絶縁碍子部の温度を高く保持する手段を有する。

請求項１の排気浄化装置は、碍子保護手段により絶縁碍子部に対して、その外周の碍子室内周壁が低温となっている。この時、碍子室内の温度勾配により、侵入しようとする粒子状物質に熱泳動力が働き、絶縁碍子部の表面から離れて、碍子室内周壁の方向へ移動し堆積する。よって、絶縁碍子部の表面に粒子状物質が付着して絶縁性を低下させるのを防止し、効果的に電気集塵を行なうことができる。また、粒子状物質の付着防止のために、構成が複雑化したり、電力消費量を増加させたりすることがなく、低コストで高性能な排気浄化装置とすることができる。

碍子保護手段としては、碍子室の外周壁を取り囲む冷却部を設けることで、碍子室を外側から冷却し、絶縁碍子部に対して碍子室内周壁を低温とすることができる。具体的には、碍子室の外周壁に複数のフィン部材を取り付けて冷却部とし、碍子室周壁を空冷することで、碍子室内に所定の温度勾配を形成することができる（請求項３）。特に、粒子状物質の侵入口となる碍子室の開口近傍において、外周壁の放熱を促進することで、温度差を大きくし、絶縁碍子部を保護する効果が高い（請求項４）。

冷却部を、碍子室の外側に配置した冷却水流路として、碍子室周壁を水冷することもでき、碍子室内に所定の温度勾配を形成することができる（請求項５）。この場合も、碍子室の開口近傍を冷却すると、温度差を大きくすることができる（請求項６）。特に、排気ガス流れの上流側へ先に冷却水が導入されるようにすると、排気ガスに晒されやすい絶縁碍子部の上流側表面との温度差を大きくして、絶縁碍子部を保護する効果が高い（請求項７）。また、絶縁碍子部を温度上昇あるいは温度低下を抑制して、絶縁碍子部の温度を高く保持する手段を組み合わせると、碍子室周壁との温度差を大きくして、粒子状物質の付着を防止する効果が高い（請求項８）。

本発明の第１実施形態であり、排気浄化装置の主要部である電気集塵部の概略構成を示す断面図である。 図１Ａの上面視図である。 第１実施形態における放電部の詳細構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態であり、電気集塵部の要部概略構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態であり、電気集塵部の要部概略構成を示す断面図である。 本発明の冷却部による作用効果を説明するための電気集塵部の概略断面図である。 本発明の碍子室における熱泳動のメカニズムを説明するための模式的な図である。 排気温度と碍子温度の関係を調べるための装置構成を示す概略図である。 定常エンジン運転条件における排気温度と碍子温度の測定結果を示す図である。 過渡運転条件における排気温度と碍子温度の関係を示す図である。 エンジン排気への碍子暴露試験後のＰＭ付着状態を示す図面代用写真である。 本発明の第４実施形態であり、電気集塵部の要部概略構成を示す断面図である。 本発明の第５実施形態であり、電気集塵部の要部概略構成を示す断面図である。 本発明の第６実施形態であり、電気集塵部の要部概略構成を示す断面図である。 本発明の第７実施形態であり、電気集塵部の要部概略構成を示す断面図である。 図６Ａの上面視図である。 本発明の第８実施形態であり、電気集塵部の要部概略構成を示す断面図である。 図７Ａの上面視図である。る。 本発明の第９実施形態であり、電気集塵部の要部概略構成を示す断面図である。 電気集塵部の碍子室の搭載角度例を示す斜視図および断面図である。 電気集塵部の碍子室の搭載角度例を示す斜視図および断面図である。 電気集塵部の碍子室の搭載角度例を示す斜視図および断面図である。 電気集塵部の搭載位置例を示す概略図である。 電気集塵部の搭載位置例を示す概略図である。 本発明の第１０実施形態であり、電気集塵部の要部概略構成を示す断面図である。 本発明の第１１実施形態であり、電気集塵部の要部概略構成を示す断面図である。 本発明の第１２実施形態であり、電気集塵部の要部概略構成を示す断面図である。

以下、本発明を適用した内燃機関の排気浄化装置の第１実施形態について、図面を用いて説明する。本実施形態の排気浄化装置は、内燃機関である自動車用エンジンへの適用例としてあり、図１Ａ、１Ｂに示すように、エンジンの排気管の途中に接続される電気集塵部１を主要部として備えている。図示しないエンジンは、直噴ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンであり、インジェクタから筒内に燃料を直接噴射する方式となっている。エンジンからの燃焼排気ガスには、煤（Ｓｏｏｔ）と可溶性有機成分（ＳＯＦ）からなる粒子状物質（ＰＭ）が含まれる。

本実施形態において、排気浄化装置の電気集塵部１は、排気管の一部をなす円筒状ハウジングＨと、放電電極３を有する放電部２と、集塵電極４とを備える。ハウジングＨ内は、エンジンからの燃焼排気ガスが流通する排気通路１１となっており、ここでは、図の左方をガス流れの上流側、右方を下流側として説明する。本実施形態では、ハウジングＨの内周壁を集塵電極４としており、ハウジングＨを車体に接続することにより集塵電極４は接地電位となっている。円筒形状の集塵電極４の内側には、放電電極３が配設されており、これら放電電極３と集塵電極４との間に放電空間１２を形成している。

放電部２は、ハウジングＨの中央部に配置される絶縁碍子部２１と、絶縁碍子部２１に支持される放電電極３からなる。放電電極３は、ハウジングＨの中心軸に沿って配置される棒状支持部３１と、棒状支持部３１の外周に概略等間隔で配置される多数の放電体３２を有している。図１Ｃに一例を示すように、各放電体３２は概略星形の平板形状で、先端ほど細くなる針状の突起状電極が外周の複数個所から放射状に、等間隔で配置されている。ここでは、例えば、外周の８箇所から突起状電極が径方向に突出し、図１Ａにおけるガス流れと直交する方向に延びて、先端が集塵電極４に対向している。

絶縁碍子部２１は筒状体で、基端側（図１Ａの上端側）がハウジングＨ外方に突出する円筒管部Ｈ１内に位置し、先端側（図１Ａの下端側）は排気通路１１の中央部付近まで延びている。絶縁碍子部２１の内部には、棒状の導電部２２が挿通保持され、導電部２２の上端部は、絶縁碍子部２１の上方に突出してハウジングＨ外に位置する端子部２３を構成している。端子部２３は、図示しない直流高圧電源に接続される。絶縁碍子部２１の筒内から下方に突出する導電部
２２の下端部は、ガス流れの中心部においてＬ字状に屈曲して、放電電極３の棒状支持部３１の一端側（図の左端側）と一体的に接続されている。

電気集塵部１は、ハウジングＨの側壁から径方向外方に突出する円筒管部Ｈ１を有し、その内部を碍子室５として、その内部に絶縁碍子部２１を収容している。碍子室５は、円形の開口部５１にて放電空間１２へ開口し、他端側が閉鎖する円筒状空間となっている。絶縁碍子部２１は、碍子室５の中心軸に沿って配置されて碍子室５の内周壁と間隔をおいて対向しており、基端部外周に設けたネジ部２４にて円筒管部Ｈ１の円板状の突出端面Ｈ２に取り付けられ、固定部２５で締め付け固定される。絶縁碍子部２１は、例えばアルミナ等のセラミック絶縁材料にて構成される。

次に、本発明の特徴部分について説明する。碍子室５の外側には、碍子保護手段を構成する冷却部６が設けられる。冷却部６は、碍子室５の外周壁を空冷または水冷により冷却して、碍子室５の内周壁の温度を他の部位、特に絶縁碍子部２１に対して低下させることで、碍子室５内に温度勾配を形成する。これにより、碍子室５内に侵入する粒子状物質に、温度勾配による熱泳動力を作用させ、高温の中心部から低温の外周部へ向けて移動させる。すなわち、高温側の絶縁碍子部２１への粒子状物質の付着を抑制して、絶縁低下を防止することができる。

図２Ａ、２Ｂに、冷却部６の具体的構成例となる第２、第３実施形態を示す。図２Ａにおいて、冷却部６は、碍子室５の外周壁を取り囲むように、軸方向に間隔をおいて配置された多数の放熱フィン６１からなる。多数の放熱フィン６１は、アルミニウム等の放熱性の良好な金属からなる環状のフィン部材で、内周側が碍子室５の外周壁に接合固定される。ここでは、例えば、碍子室５の径方向外方に突出する同一形状の７枚の放熱フィン６１が、碍子室５の開口部５１側（図の下端側）から突出端面Ｈ２側へ、概略等間隔で配置される。そして、放熱フィン６１から外気への放熱によって碍子室５の周壁全体を空冷することができる。

図２Ｂにおいて、冷却部６は、碍子室５の外周壁を取り囲むように配置された、冷却水流路６２からなる。冷却水流路６２は、碍子室５の外周壁に密接する中空の環状部材６５の内部に形成され、導入口６３および導出口６４によって、図示しないエンジン冷却水流路に接続されている。ここでは、例えば、導入口６３を、碍子室５の開口部５１側（図の下端側）に接続し、および導出口６４を、碍子室５の突出端面Ｈ２側に接続する。そして、排気通路１１に近い開口部５１側（図の下端側）に導入し、上部側から排出することによって、冷却水流路６２全体にエンジン冷却水を循環させ、碍子室５の周壁全体を水冷することができる。

次に、本発明の電気集塵部１における冷却部６の作用効果について説明する。図１において、エンジンで発生し排気管へ放出される粒子状物質は、燃焼排気ガスとともに排気浄化装置の電気集塵部１に流入する。電気集塵部１の排気通路１１内には、図の左右方向に排気ガスが流通しており、放電電極３と集塵電極４の間に形成される放電空間１２を通過するようになっている。排気ガスに含まれる粒子状物質、特に０．０１μｍから数μｍ程度のナノおよびミクロン級の微粒子は浮遊しやすいため、電気集塵部１では、放電空間１２にコロナ放電を発生させて粒子状物質を凝集捕集する。

そのメカニズムは以下の通りである。図中、放電部２の放電電極３に、外部電源から負の直流高電圧を印加すると、コロナ放電が発生し電子が放射される。この電子によって放電空間１２内の排気ガスに含まれる電子親和性の高い気体分子（例えば酸素）がマイナスイオン化し、付近の粒子状物質を帯電させる。帯電した粒子状物質は、クーロン力、イオン風とガス流れにより移動し、外周の集塵電極４にて静電捕集される。粒子状物質はここで周辺の粒子を巻き込み凝集粒子となる。凝集粒子は、例えば、高温の排気ガスを電気集塵部１に導入することによって燃焼除去することができる。

ここで、電気集塵部１は、排気通路１１の中央部に放電部２が突出位置しており、排気ガスが衝突しやすい。また、図１の構成では、放電電極２の絶縁碍子部２１が、静電捕集がなされる放電空間１２の上流に位置しているため、絶縁碍子部２１、特に上流側の表面に、粒子状物質が付着しやすくなる。本発明では、放電電極３を支持する絶縁碍子部２１を、先端を除いて碍子室５に収容し排気ガスから保護しているが、低温始動時のように粒子状物質が高濃度の状態において、碍子室５に粒子状物質が侵入すると、絶縁碍子部２１への付着は避けられない。

そこで、本発明では図３Ａに示すように、碍子室５の外周に冷却部６を設け、絶縁碍子部２１を取り囲む碍子室５の外周壁を低温に維持する。この時、高温の絶縁碍子部２１と低温の碍子室５の内周壁との温度差により、碍子室５に侵入するＰＭ粒子には、図３Ｂに示す熱泳動力が作用する。すなわち、碍子室５内に存在する空気中の分子は、雰囲気温度に応じた運動速度を有しており、高温側の気体分子との衝突でＰＭ粒子に与えられる運動量は、低温側の気体分子より大きいために、結果としてＰＭ粒子は高温側から低温側へ移動することになる。

本実施形態において、絶縁碍子部２１は先端部が排気通路１１内に位置し、排気ガス（例えば４００〜６００℃程度）に晒されるために、碍子室５内においても比較的高温に維持される。したがって、碍子室５の外周を冷却部６で冷却することで、碍子室５内にＰＭ粒子の移動に必要な温度勾配（例えば５０〜３００℃程度）を設けることができる。そして、ＰＭ粒子は、碍子室５に侵入すると、徐々に絶縁碍子部２１から遠ざかる方向へ移動し、内周壁面に付着する。

本実施形態において、碍子室５は、絶縁碍子部２１の外周に必要な温度勾配を形成し、排気通路１１から開口部５１に侵入するＰＭ粒子を移動させるために十分な大きさがあればよい。通常は、碍子室５内に所望の温度勾配が形成されるように、例えば、数ｍｍ〜１０ｍｍ前後の絶縁碍子部２１に対して、碍子室５の開口部５１を、例えば、数ｍｍ〜２０ｍｍ前後に設定することで、温度勾配による熱泳動力の効果が得られると推察できる。

図４は、排気温度と碍子温度の関係を調べたものである。図４Ａに示すエンジン排気管に設置した放電部２について、定常エンジン運転条件における排気温度と、碍子温度（排気管内）、碍子固定部温度（排気管外）を測定した。エンジン運転条件は、回転数１２００ｒｐｍ〜４３００ｒｐｍ、トルクを５０Ｎｍ〜９０Ｎ・ｍと変化させた。図４Ｂに結果を示すように、排気温度（３００〜７００℃）において、排気管内に位置する碍子温度は、碍子固定部に対して十分高い温度に維持され、比較的低温時（３００℃）で７０℃程度、高温時には、２００℃前後の温度差を有する。

さらに、図４Ｃに示すように、過渡期運転時（回転数１０００ｒｐｍ、低負荷から２５００ｒｐｍ、高負荷への切り替え）においても、碍子固定部に比べて、排気管内に位置する碍子温度は、排気温度に追従して温度上昇している。図４Ｄは定常運転時における絶縁碍子２１へのＰＭ付着状況を写真にて示したものである。上記した温度差において、絶縁碍子２１の先端部、根元部でのＰＭ付着量が異なり、より高温の先端部でＰＭ付着量が少なくなることを示している。すなわち、温度差により熱泳動による粒子状物質の移動が起こることが確認され、碍子室５にて積極的に温度差を設けることで、根元部の粒子状物質がさらに碍子室内周壁に移動することが予測できる。本発明によれば、通常の排気温度範囲において、比較的高温絶縁碍子部２１に対して、碍子室５の外周を冷却部６で冷却することで、碍子室５の内周壁との温度差をより大きくし、絶縁碍子部２１表面への粒子状物質の付着を回避することができる。

好適には、碍子室５の内周壁面を、ＰＭ粒子に含まれる未燃炭化水素やＳＯＦ分が液化する温度以下に冷却するとよい。例えば、低温始動時には、アルキルベンゼン等の高沸点の炭化水素成分が排出されることが分かっており、これら未燃分が液化する温度、例えば１５０〜３００℃程度となるように冷却すると効果的である。この時、碍子室５の外周部においてＰＭ粒子中の未燃分が液化し、内周壁面に付着しやすくなるだけでなく、液化した未燃分をバインダとして、周囲のＰＭ粒子を付着させ、凝集捕集が促進される。

図５Ａ〜５Ｃは、本発明の第４〜６実施形態であり、冷却部６を構成する放熱フィン６１の他の配置例である。上述した図３Ａにおいて、碍子室５内には、冷却部６による径方向の温度勾配だけでなく、軸方向の温度勾配が生じる。すなわち、碍子室５となる円筒管部Ｈ１は、排気通路１１から遠く外気に晒される突出端面Ｈ２側が、より低温となりやすい。このため、碍子室５内に所定の温度勾配を形成するには、開口部５１近傍の外周壁を集中的に冷却すると効率的である。具体的には、図４Ａの第４実施形態のように、碍子室５の開口部５１に近い下半部外周壁の周りにのみ放熱フィン６１を配置し、上半部外周壁の周りには放熱フィン６１を配置しない構成とする。これにより、簡易な構成で、碍子室５外周壁からの放熱を効果的に行って、碍子室５内周壁を所定の低温とすることができる。

図５Ｂの第５実施形態のように、碍子室５の開口部５１側から離れるほど、外周壁の周りに配置される放熱フィン６１の径を小さくする構成としてもよい。これにより、放熱フィン６１からの放熱量を適切に調整して、碍子室５外周壁からの放熱を効果的に行い、碍子室５内周壁を所定の低温とすることができる。図５Ｃの第６実施形態のように、碍子室５の開口部５１側から離れるほど、外周壁の周りに配置される放熱フィン６１の間隔を大きくする構成としてもよい。これにより、同一外径の放熱フィン６１を用いて、放熱フィン６１からの放熱量を適切に調整する同様の効果が得られる。

図６、７は、本発明の第７、８実施形態であり、冷却部６を構成する冷却水流路６２の他の配置例である。図６Ａ、図７Ａに示すように、碍子室５外周壁をエンジン冷却水で冷却する構成においても、エンジン冷却水流路６２を、碍子室５の開口部５１に近い下半部外周壁の周りにのみ配置し、上半部外周壁の周りには配置しない構成とすることができる。ここで、絶縁碍子部２１は、排気通路１１の上流側（図の左側）を向く表面（前面）が、より粒子状物質に晒されやすく、碍子室５内においても上流側半部の温度勾配をより大きくすることが望ましい。

そこで、具体的には、図６Ｂの第７実施形態のように、冷却水流路６２への導入口６３および導出口６４を、排気通路１１の排ガス流れと直交する方向から接続し、かつ導入口６３を導出口６４より上流側に配置する。冷却水流路６２には、導入口６３と導出口６４の間に隔壁６６を形成する。このようにすると、導入口６３から流入するエンジン冷却水が、排ガス流れの上流側、すなわち絶縁碍子部２１の前面側へ向かい、対向する碍子室５の周壁を先に冷却する。その後、背面側の冷却水流路６２を経て、導出口６４から排出されるＣ字状の流路が形成される。したがって、絶縁碍子部２１の前面側と対向する碍子室５の内周壁がより低温となり、温度差を大きくして、絶縁碍子部２１への粒子状物質の付着を防止する効果を高めることができる。

図７Ｂに示す第８実施形態においても、絶縁碍子部２１の前面側へエンジン冷却水を導入する。ただし、本実施形態では、導入口６３を排ガス流れの方向と同じ方向から、冷却水流路６２に接続し、同一方向の背面側に導出口６４を設ける。このようにすると、導入口６３から流入するエンジン冷却水が、絶縁碍子部２１の前面側に直接導入され、対向する碍子室５の周壁を冷却しながら側方へ二手に分かれる。その後、背面側の冷却水流路６２を経て、導出口６４にて合流し、排出される。したがって、碍子室５の上流側の内周壁をより低温とする同様の効果が得られる。また、絶縁碍子部２１の前面と対向する部位を最初に冷却することができ、さらに、２方向から背面側へ向かうエンジン冷却水の流れにより、碍子室５の内周壁を効果的に冷却して、絶縁碍子部２１への粒子状物質の付着を防止する効果を高めることができる。

図８は本発明の第９実施形態であり、図８Ａにおいて、放熱フィン６２を碍子室５の下半部周りに配置した冷却部６の構成は、図５Ａに示した第４実施形態と同様である。図８Ｂ〜８Ｄは、碍子室５の搭載角度例であり、いずれもハウジングＨの中心軸に対して碍子室５の中心軸および絶縁碍子部２１が、直交する方向となるように配置される。一般には、図８Ｂに示すように、ハウジングＨの上面側、例えば垂直方向に突出する配置とする。また、図８Ｃに示すように、ハウジングＨの上面側に斜め方向に突出する配置、あるいは、図８Ｄに示すように、ハウジングＨの真横から水平方向に突出する配置とすることができ、車両の走行風を受けることによる冷却効果を増加させることができる。

図９は本発明の第１０実施形態であり、図９Ａにおいて、碍子室５の搭載角度をハウジングＨの真横から水平方向に突出するようにした構成は、図８Ｄと同様である。図８Ｂは、排気浄化装置の排気管における搭載位置例である。図中（１）に示すように、電気集塵部１は、例えば、排気温度の高い三元触媒Ｃの直後に搭載することで、絶縁碍子部２１の温度を高く保持することができる。あるいは、図中（２）に示すように、排気管後端側で比較的低温のマフラーＭの直後に搭載することで、冷却部６による碍子室５の冷却効果を高めることができる。

図１０Ａ〜１０Ｃは、本発明の第１１〜１３実施形態であり、碍子保護手段としての冷却部６（ここでは放熱フィン６１の例を示す）に追加して、絶縁碍子部２１の温度を高く保持する手段を備える。いずれも基本構成は、図５Ａに示した第４実施形態と同様である。図１０Ａに示す第１１実施形態では、碍子室５に収容される絶縁碍子部２１を、開口部５１側の先端側半部２１ａが先端へ向けて径が細くなる形状としている。このようにすると、絶縁碍子部２１が排気ガスに晒されて温度上昇しやすくなり、碍子室５内周壁との温度勾配を高くする効果がある。

図１０Ｂの第１２実施形態では、碍子室５を構成する円筒管部Ｈ１の突出端面Ｈ２側に断熱部２６を設ける。絶縁碍子部２１は基端部側の温度が低下しやすいので、このようにすると、絶縁碍子部２１の温度を高く保持する効果がある。例えば絶縁碍子部２１を碍子室５に固定する固定部２５（図１参照）に断熱材料を用いることもできる。図１０Ｃの第１３実施形態では、温度が低下しやすい絶縁碍子部２１の基端部側の外周を加熱する加熱部２７を設ける。絶縁碍子部２１は基端部側の温度が低下しやすいので、このようにしても、絶縁碍子部２１の温度を高く保持する効果が得られる。

本発明の排気浄化装置は、直噴方式のガソリンエンジンやディーゼルエンジンに限らず、内燃機関から排出される粒子状物質を集塵捕集する構成において、絶縁碍子部の保護に利用することができる。

Ｈ ハウジング
１ 電気集塵部
１１ 排気通路
１２ 放電空間
２ 放電部
２１ 絶縁碍子部
３ 放電電極
３１ 棒状支持部
３２ 放電体
４ 集塵電極
５ 碍子室
５１ 開口
６ 冷却部（碍子保護手段）
６１ 放熱フィン（フィン部材）
６２ 冷却水流路
６３ 導入口
６４ 導出口

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路（１１）に設けた放電空間（１２）に放電電極（３）と集塵電極（４）を配設し、該放電空間にコロナ放電を発生させて排気ガス中の粒子状物質を帯電凝集させる電気集塵部（１）を備えており、
   上記排気通路壁から外方に突出する円筒管部（Ｈ１）を設けて、その内部を上記放電空間に開口する碍子室（５）となし、該碍子室内に、上記放電電極を支持する絶縁碍子部（２１）の基端側を収容して、上記碍子室内周壁と間隔をおいて対向させる一方、上記絶縁碍子部の先端側を上記排気通路内へ延出して、上記絶縁碍子部の先端側から突出する導電部（２２）を上記放電電極に接続し、かつ上記碍子室の外周壁を取り囲む冷却部（６、６１、６２）を備え、上記碍子室内周壁の温度を上記絶縁碍子部に対して相対的に低温とすることにより、高温側の上記絶縁碍子部から低温側の上記碍子室内周壁へ向けて温度勾配を設け、上記碍子室内に侵入する粒子状物質を、上記温度勾配による熱泳動力の作用で上記碍子室内周壁面に移動させる碍子保護手段を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 上記導電部は、基端側が上記碍子室外に位置して端子電極（２３）を構成し、先端側が、上記排気通路の中央部において、上記絶縁碍子部より下流側に位置する上記放電電極に接続される請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 上記冷却部を、上記碍子室の外周壁に取り付けられた複数のフィン部材（６１）にて構成し、これらフィン部材からの放熱により上記碍子室周壁の温度を低下させる請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 上記複数のフィン部材を、上記碍子室の開口近傍において放熱量がより多くなるように配置する請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 上記冷却部を、上記碍子室の外周壁に接して配置された冷却水流路（６２）にて構成し、該冷却水流路に内燃機関の冷却水を循環させることにより上記碍子室内壁面の温度を低下させる請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 上記冷却水流路を、上記碍子室の開口近傍において放熱量がより多くなるように形成する請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 上記冷却水流路へ冷却水を導出入する導入口（６３）および導出口（６４）を、上記放電空間に流入する排気ガス流れの上流側へ冷却水が導入されるように配置する請求項６記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 上記碍子保護手段が、上記絶縁碍子部の温度を高く保持する手段（２１ａ、２６、２７）を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。