JPH05222915A

JPH05222915A - 内燃機関の排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH05222915A
Application number: JP4024104A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Takigawa; 昌宏滝川; Toshihiko Ito; 猪頭　　敏彦; Toru Yoshinaga; 融吉永; Masaki Takeyama; 雅樹武山
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 1992-02-10
Publication date: 1993-08-31

Abstract

(57)【要約】【目的】電極間リークに起因する浄化効率の低下を回
避することができる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供
することにある。【構成】電気式微粒子凝集器１は、サイクロン構造を
なし、内燃機関の排気ガスを外筒５の接線方向から導入
して内筒９から排出するとともに、内筒９内において電
極１１と内筒９との間でのコロナ放電により排気ガス中
の微粒子を凝集する。サイクロン式粒子分離器２は微粒
子凝集器１からのガスを外筒２０の接線方向から導入し
て内筒２４及び排出管３３から排気するとともにテーパ
部２１の底部から粒子を排出して粒子捕集器３に送る。
エアパージ管３１にてサイクロン式粒子分離器２の排出
管３３と電気式微粒子凝集器１の電極支持用ハウジング
１０とが接続され、清浄ガスが絶縁碍子１２の小径部１
２ａに吹きつけられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の排気ガス
中に含まれるカーボン等の微粒子を捕集して排気ガスを
浄化するための排気ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気ガス中にはカーボン粒子
が含まれており、このカーボン粒子を捕集してガスを浄
化することが考えられている。そして、カーボン粒子を
捕集するために、サイクロンを用いることが考えられる
が、粒子径が小さすぎるためにサイクロンでは捕集でき
ない。そこで、サイクロンの前段に電気式の粒子凝集器
を設けて、コロナ放電を利用してカーボンの微粒子を凝
集させて大きな粒子径にしてサイクロンに送り込むこと
が考えられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、粒子凝集器
の電極は絶縁碍子にて支持されており、電極支持用絶縁
碍子にカーボンが付着すると、電極間リークにより印加
電圧が低下して粒子凝集能力が低下して集塵効率が低下
するという問題が発生する。

【０００４】そこで、この発明の目的は、電極間リーク
に起因する浄化効率の低下を回避することができる内燃
機関の排気ガス浄化装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、サイクロン
構造をなし、サイクロンの底部から内筒内に延びる電極
を有し、内燃機関の排気ガスをサイクロンの外筒の接線
方向から導入して内筒から排出するとともに、内筒内に
おいて電極と内筒との間でのコロナ放電により排気ガス
中の微粒子を凝集する微粒子凝集器と、前記微粒子凝集
器からのガスを導入して粒子を遠心分離し排出管から清
浄ガスを排出するサイクロン式粒子分離器と、前記サイ
クロン式粒子分離器からの粒子を捕集する捕集器と、一
端が前記サイクロン式粒子分離器の排出管に接続される
とともに他端が前記微粒子凝集器のサイクロン底部に接
続され、サイクロン式粒子分離器の排出管の清浄ガスを
微粒子凝集器のサイクロン内の電極支持用絶縁碍子に吹
き付ける連通管とを備えた内燃機関の排気ガス浄化装置
をその要旨とするものである。

【０００６】

【作用】微粒子凝集器において内燃機関の排気ガスがサ
イクロンの外筒の接線方向から導入されて内筒から排出
されるとともに、内筒内において電極と内筒との間での
コロナ放電により排気ガス中の微粒子が凝集され粒子径
が大きくなる。そして、微粒子凝集器からのガスがサイ
クロン式粒子分離器に導入されて粒子が遠心分離され排
出管から清浄ガスが排出され、又、捕集器にて粒子が捕
集される。一方、サイクロン式粒子分離器の排出管の清
浄ガスが連通管を通して微粒子凝集器のサイクロン内の
電極支持用絶縁碍子に吹き付けられて電極支持用絶縁碍
子へのカーボン粒子の付着が防止される。その結果、電
極間リークによる印加電圧の低下が防止されて粒子凝集
能力が低下することがなく排気ガスの浄化効率の低下が
回避される。

【０００７】

【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図１には、本実施例の内燃機関の排
気ガス浄化装置の全体構成を示す。本装置は、電気式微
粒子凝集器１とサイクロン式粒子分離器２と粒子捕集器
３とから構成されている。

【０００８】電気式微粒子凝集器１はサイクロン構造と
なっている。即ち、サイクロン構成体４は、外筒５と、
外筒５の一端から延びるテーパ部６と、外筒５の他端の
平面部７と、排気ガス流入部８と、内筒９とからなり、
外筒５の側面には排気ガス流入部８が接線方向に開口し
ている。又、平面部７の中心には内筒９が配置され、内
筒９は外筒５内に突出してガス流出通路となる。このサ
イクロン構成体４は導電性材料であるステンレスよりな
り、電気的に接地されている。

【０００９】テーパ部６の先端部には電極支持用ハウジ
ング１０がネジ止めされている。この電極支持用ハウジ
ング１０は有底円筒状をなし、その中心部には丸棒電極
１１を圧入した絶縁碍子１２が巻き締め固定されてい
る。絶縁碍子１２には小径部１２ａが形成され、電極支
持用ハウジング１０内において絶縁碍子１２の小径部１
２ａと電極支持用ハウジング１０の内周面との間に環状
空間１３が形成されている。又、丸棒電極１１は内筒９
の内側まで延設され、丸棒電極１１と内筒９とで一対の
電極構造を形成している。丸棒電極１１の外周面には全
周にわたり先端が尖った（そろばん玉形状）突起１１ａ
が複数形成されている。この丸棒電極１１は高電圧発生
器１４に接続されている。

【００１０】高電圧発生器１４を、図２に示す。高電圧
発生器１４は、一般的な火花点火式内燃機関の点火装置
の高電圧発生器と同様の構造をなし、コイル部１５とト
ランジスタ１６と信号発生器１７とから構成されてい
る。コイル部１５は、巻数の少ない一次側コイル１５ａ
と巻数の多い二次側コイル１５ｂから成り、一次側コイ
ル１５ａの一端はイグニッションスイッチ１８を介して
バッテリー１９に接続されており、他端はトランジスタ
１６を介して接地されている。一方、二次側コイル１５
ｂの一端は一次側コイル１５ａのイグニッションスイッ
チ１８側と導通し、他端は丸棒電極１１と導通してい
る。トランジスタ１６のベース端子は信号発生器１７と
接続され、信号発生器１７からのパルス信号にてトラン
ジスタ１６がオン・オフを繰り返すようになっている。
このトランジスタ１６のオン・オフ動作により二次側コ
イル１５ｂにパルス状の負の高電圧が発生して丸棒電極
１１に送られる。

【００１１】図１において、サイクロン式粒子分離器２
は、外筒２０と、外筒２０の下端から延びるテーパ部２
１と、外筒２０の上端の平面部２２と、ガス流入部２３
と、内筒２４と、排出管３３とからなる。外筒２０の側
面にはガス流入部２３が接線方向に開口しており、この
ガス流入部２３と電気式微粒子凝集器１の内筒９とが連
通している。又、平面部２２の中心には内筒２４が外筒
２０内に突出するように設けられるとともに、内筒２４
から外方に延びる排出管３３が設けられている。この排
出管３３の他端は大気に解放されている。テーパ部２１
の下端部にはリリーフ通路２５が開口し、リリーフ通路
２５は粒子捕集器３を介して大気に解放されている。

【００１２】図３には粒子捕集器３の構造を示す。粒子
補集器３の金属製ハウジング２６は中央の円筒部２６ａ
と、円筒部２６ａの両端部に形成された円錐状部２６
ｂ、２６ｃとからなる。円筒部２６ａ内には、捕集フィ
ルタ２７が収納されている。捕集フィルタ２７は、融点
が高くかつ断熱性の大きい材料、例えばアルミナででき
ており、毛細管状の空隙を有する円柱状のコア部２７ａ
と、コア部２７ａを囲繞しこのコア部２７ａと同心で空
隙のない外被部２７ｂとを具備する。図３において排気
は矢印の向き、すなわち図中左から右に向かって流れ
る。捕集フィルタ２７の左端部付近には熱線式再生ヒー
タ２８が配設されている。図４に示されるように、再生
ヒータ２８は波状に形成され、コア部２７ａの断面のほ
ぼ全域にわたって配置されている。上記ヒータ２８は絶
縁材２９を介して外部に引き出されている。

【００１３】ヒータ２８は、図１の制御回路３０と接続
されており、制御回路３０には機関転数検出信号が入力
されている。そして、制御回路３０はイグニッション・
オン後において回転数を積算して所定の値になるとヒー
タ２８を所定時間通電し、その後、積算回転数をリセッ
トしこれを繰り返す。つまり、積算回転数が所定値にな
る毎にヒータ２８を所定時間通電するようになってい
る。

【００１４】図１において、サイクロン式粒子分離器２
の排出管３３には、連通管としてのエアパージ管３１が
接続されている。エアパージ管３１の他端は電気式微粒
子凝集器１の電極支持用ハウジング１０に接続され、環
状空間１３の左端部に開口している。さらに、その開口
方向は、サイクロン構成体４内における排気ガスの旋回
方向と同一接線方向になる様に構成されている。

【００１５】次に、このように構成した内燃機関の排気
ガス浄化装置の作用を説明する。電気式微粒子凝集器１
に流入する排気ガスは、サイクロン構成体４の外筒５を
旋回しながらテーパ部６に達する。その後、ガスの流れ
の方向が図１において左方向への流れから右方向へと反
転し、丸棒電極１１を中心に旋回しながら内筒９に流入
する。丸棒電極１１には高電圧発生器１４よりパルス状
の負の高電圧が印加されており、丸棒電極１１の突起１
１ａ付近のガスは局部的に電離され、負イオン及び自由
電子が内筒９の内壁に向かって走行する（いわゆるコロ
ナ放電）。排気ガス中の微粒子は、この負イオン及び自
由電子との衝突により負に帯電し、クーロン力により内
筒９の内壁に凝集、堆積する。堆積が進むとガスの流れ
で剥離されるが、一度凝集したカーボン微粒子は容易に
離れないため、凝集前より大きな粒子径となってサイク
ロン式粒子分離器２に流入する。流入した排気ガスは外
筒２０を旋回しながら、下方のテーパ部２１に向かう。
この過程で、粒子は遠心力により気体から分離し、清浄
な気体だけが内筒２４及び排気管３３を通って大気に放
出される。

【００１６】一方、分離された粒子は一部の気体と共に
リリーフ通路２５を通って、粒子捕集器３の捕集フィル
タ２７に捕集され、再生ヒータ２８により焼却される。
その結果、清浄な気体のみが大気に放出されることとな
る。

【００１７】このような内燃機関の排気ガスの処理にお
いて、サイクロン式粒子分離器２の排気管３３内は高圧
（例えば、＋５０mmＨg ）となるとともに、電気式微粒
子凝集器１のテーパ部６の中心付近はガスの旋回流によ
り低圧（例えば、＋３０mmＨg ）となっている。そのた
め、サイクロン式粒子分離器２の排気管３３を流れる清
浄な気体の一部が、エアパージ管３１を通って電極支持
用ハウジング１０内の環状空間１３に供給され、環状空
間１３において旋回しながら内筒９に向かって流れる。
このとき、絶縁碍子１２の小径部１２ａの外周面に気流
が吹きつけられる。この気流により絶縁碍子１２の小径
部１２ａでのカーボン粒子の付着が防止される。その結
果、丸棒電極１１からサイクロン構成体４へのリーク電
流がなくなり、出力電圧の低下が防止される。

【００１８】このように本実施例では、エアパージ管３
１（連通管）の一端をサイクロン式粒子分離器２の排出
管３３に接続するとともに他端を電気式微粒子凝集器１
のサイクロン底部での電極支持用ハウジング１０（電極
支持部）に接続し、サイクロン式粒子分離器２の排出管
３３の清浄ガスを電気式微粒子凝集器１の環状空間１３
に導入して絶縁碍子１２の小径部１２ａの外周部を旋回
しながら通過させるようにした。よって、絶縁碍子１２
の小径部１２ａへのカーボン粒子の付着が防止され、丸
棒電極１１とサイクロン構成体４との間のリークによる
印加電圧の低下が防止されて粒子凝集能力が低下するこ
とがなく排気ガスの浄化効率の低下が回避される。換言
すると、絶縁碍子１２の小径部１２ａの浄化のための定
期的清掃やエアポンプによるエアパージ等が不必要とな
る。

【００１９】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、電気式微粒子凝集器１における電
極１１は、安定したコロナ放電が得られるような尖った
形状を有し、かつコロナ放電が内筒９の断面全域に形成
できる様な構成であればよい。その一例を、図５及び図
６に示す。電極３２は、丸棒部３２ａと複数の針状突起
３２ｂからなり、針状突起３２ｂは、丸棒部３２ａの径
方向に溶接され、該針状突起３２ｂと対称の位置にも溶
接され、両者は一対の針状突起を形成している。一対の
針状突起は丸棒部３２ａの長さ方向には等間隔で、かつ
径方向には所定角度ずつズラして複数溶接されている。

【００２０】又、前記実施例ではサイクロン式粒子分離
器２は接線流入タイプのサイクロンを用いたが、軸流タ
イプのサイクロンを用いてもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
電極間リークに起因する浄化効率の低下を回避すること
ができる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の内燃機関の排気ガス浄化装置の全体構
成を示す図である。

【図２】高電圧発生器を示す図である。

【図３】粒子捕集器の構造を示す図である。

【図４】図３のＡ−Ａ断面を示す図である。

【図５】別例の電極を示す図である。

【図６】図５のＢ−Ｂ断面を示す図である。

【符号の説明】

１電気式微粒子凝集器２サイクロン式粒子分離器３粒子捕集器５外筒９内筒１０電極支持用ハウジング１１丸棒電極１２電極支持用絶縁碍子としての絶縁碍子３１連通管としてのエアパージ管３３排出管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武山雅樹愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サイクロン構造をなし、サイクロンの底
部から内筒内に延びる電極を有し、内燃機関の排気ガス
をサイクロンの外筒の接線方向から導入して内筒から排
出するとともに、内筒内において電極と内筒との間での
コロナ放電により排気ガス中の微粒子を凝集する微粒子
凝集器と、前記微粒子凝集器からのガスを導入して粒子を遠心分離
し排出管から清浄ガスを排出するサイクロン式粒子分離
器と、前記サイクロン式粒子分離器からの粒子を捕集する捕集
器と、一端が前記サイクロン式粒子分離器の排出管に接続され
るとともに他端が前記微粒子凝集器のサイクロン底部に
接続され、サイクロン式粒子分離器の排出管の清浄ガス
を微粒子凝集器のサイクロン内の電極支持用絶縁碍子に
吹き付ける連通管とを備えたことを特徴とする内燃機関
の排気ガス浄化装置。