JP6193734B2 - 粒子荷電排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒子荷電排気浄化装置に関するものである。

従来、ディーゼルエンジンの排気管の途中に後処理装置を装備して排気浄化を図ることが行われており、この種の後処理装置としては、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）を捕集するパティキュレートフィルタが知られている。

前記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で製作された多孔質ハニカム構造のフィルタ本体を主構成とし、該フィルタ本体における格子状に区画された各流路の入口が栓体により交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が栓体により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ガスのみが下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁の内側表面にパティキュレートが捕集されるようになっている。

そして、前記排気管内でコロナ放電を発生させ、該コロナ放電によってパティキュレートを帯電させて、前記パティキュレートフィルタで捕集することにより、該パティキュレートフィルタの捕集率を向上させると共に、帯電させていないパティキュレートの捕集時に比べ圧力損失の増加を抑制することが提案されている。

尚、前述の如くコロナ放電を利用した排気浄化装置と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特許文献１に開示されている装置においては、針状の電極部の先端に負の高電圧を印加すると、該針状の電極部の先端近傍でコロナ放電が発生し弱電離のプラズマが形成される。プラズマ中では正イオンと電子が発生するが、発生した正イオンは針状の電極部の先端で電子と結合してすぐに中和される。残った電子は、特に電子付着性のよい酸素等に付着することでイオン化し、この酸素イオンによって、排ガス中のパティキュレートが負の電荷に帯電する。このようにして、正又は負の電荷に帯電したパティキュレートは、クーロン力によって極性の異なるパティキュレートに引き寄せられ、互いが結合することによって凝集する。

特開２００８−５１０３７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている装置の場合、コロナ放電を行う電極部の形状は、針状であって先端が鋭く電界が集中する形状であるため、浮遊する粒子であるパティキュレートを広範囲に亘って均一に帯電させることが難しかった。

又、前記パティキュレートを広範囲に亘って均一に帯電させるためには、前記針状の電極部を排気管内に多数配設する必要があり、構造が複雑化し、実用化は困難となっていた。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、構造を複雑化させることなくパティキュレートを広範囲に亘って均一に帯電させることができ、パティキュレートフィルタの捕集率を向上し得、且つ圧力損失の増加を抑制し得る粒子荷電排気浄化装置を提供しようとするものである。

本発明は、エンジンの排気管途中にパティキュレートフィルタを配設してなる粒子荷電排気浄化装置であって、
前記パティキュレートフィルタの排ガス流通方向上流側に配設され、接地電極と交流電極との間に誘電体が介装され且つ排ガスの流通孔が穿設された沿面放電電極と、
該沿面放電電極より排ガス流通方向下流側における前記パティキュレートフィルタより排ガス流通方向上流側に配設され且つ排ガスの流通孔が穿設された直流電極と
を備え、
前記沿面放電電極と直流電極との間に前段酸化触媒を配設し、
前記沿面放電電極は、前記交流電極が前段酸化触媒の上流側端面と対向するよう配設され、前記交流電極に交流電源から交流高電圧が印加され、
前記直流電極は、前記前段酸化触媒の下流側端面と対向するよう配設され、前記直流電極に直流電源から正極性の直流高電圧が印加されることを特徴とする粒子荷電排気浄化装置にかかるものである。

本発明の粒子荷電排気浄化装置によれば、構造を複雑化させることなくパティキュレートを広範囲に亘って均一に帯電させることができ、パティキュレートフィルタの捕集率を向上し得、且つ圧力損失の増加を抑制し得るという優れた効果を奏し得る。

又、前記粒子荷電排気浄化装置において、前記沿面放電電極と直流電極との間に前段酸化触媒が配設されるようにすることは、該前段酸化触媒の機能をアシストする上で非常に有効となる。

本発明の粒子荷電排気浄化装置の実施例を示す全体概要構成図である。 本発明の粒子荷電排気浄化装置の実施例における沿面放電電極と直流電極を示す要部拡大断面図であって、図１のＩＩ部拡大図である。 粒子荷電を行った場合と行わない場合とで、時間に対するパティキュレートフィルタ差圧の変化を比較して示す線図である。 粒子荷電を行った場合と行わない場合とで、パティキュレートフィルタ下流側における粒子径と粒子濃度との関係を比較して示す線図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明の粒子荷電排気浄化装置の実施例であって、１はディーゼルエンジン、２はターボチャージャを示しており、該ターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジン１においては、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へ送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へ吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。又、前記ディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへ送られ、該タービン２ｂを駆動した後に排気管１１へ送り出されるようになっている。

前記排気管１１の途中には、排ガス流通方向上流側から順次、ハニカム構造の前段酸化触媒１２と、酸化触媒を一体的に担持したパティキュレートフィルタ１３とが配設されていると共に、前記前段酸化触媒１２の排気入側には、排ガス９に対して軽油等の燃料を添加供給するための燃料添加装置１５が装備されている。

前記燃料添加装置１５は、軽油等の燃料が貯留される燃料タンク１６と、該燃料タンク１６に貯留された軽油等の燃料を圧送する燃料加圧ポンプ１７と、該燃料加圧ポンプ１７で圧送される軽油等の燃料を前記前段酸化触媒１２の排気入側に噴霧する燃料添加ノズル１８とを備え、前記燃料タンク１６に貯留された軽油等の燃料を燃料加圧ポンプ１７により燃料添加ノズル１８へ圧送し、該燃料添加ノズル１８から前記排気管１１を流れる排ガス９に対して軽油等の燃料を噴霧し、前記前段酸化触媒１２において酸化反応させ、その反応熱により昇温した排ガス９をパティキュレートフィルタ１３へ導入して触媒床温度を上げ、これによりパティキュレートを燃やしてパティキュレートフィルタ１３の再生を行うようになっている。

本実施例の場合、前記パティキュレートフィルタ１３の排ガス流通方向上流側に、図２に示す如く、接地電極１９ａと交流電極１９ｂとの間に誘電体１９ｃが介装され且つ排ガス９の流通孔１９ｄが穿設された沿面放電電極１９を配設し、該沿面放電電極１９より排ガス流通方向下流側における前記パティキュレートフィルタ１３より排ガス流通方向上流側に、排ガス９の流通孔２０ａが穿設された直流電極２０を配設し、前記沿面放電電極１９と直流電極２０との間に前記前段酸化触媒１２が配設されるようにしてある。

前記接地電極１９ａはアース接続し、前記交流電極１９ｂには交流電源２１を接続して交流高電圧（３〜４ｋＶ）を印加し、前記直流電極２０には直流電源２２を接続して直流高電圧（５〜１０ｋＶ）を印加するようにしてある。

次に、上記実施例の作用を説明する。

沿面放電電極１９の交流電極１９ｂに交流電源２１から交流高電圧を印加すると、バリア放電（沿面放電）が行われて、接地電極１９ａとの間で正イオンと負イオンが混在したプラズマが発生し、この状態で直流電極２０に直流電源２２から正極性の直流高電圧を印加すると、それとは逆極性の負イオンが前段酸化触媒１２におけるハニカム内を前記直流電極２０に引き寄せられるように移動する。

ここで、浮遊する粒子であるパティキュレートが強く帯電する条件は、
１．高い電界
２．高い電荷（イオン）密度
３．イオンと粒子の接触時間が長い
という三点が挙げられるが、本実施例では、これら全ての条件を満たしている。

これにより、前記前段酸化触媒１２を排ガス９が通過する際に、該排ガス９中に含まれるパティキュレートは帯電し、パティキュレートフィルタ１３の内部へ導かれる。

前記帯電したパティキュレートは、パティキュレートフィルタ１３の内部における表層で凝集することで、捕集率の増加、堆積時のパティキュレートフィルタ１３の圧力損失上昇抑制が可能となる。

本実施例のように粒子荷電を行った場合、時間に対するパティキュレートフィルタ１３の差圧の変化は、図３に示すように、粒子荷電を行わない場合と比較して低く抑えられる。この理由は、凝集せずに粒子径の小さいままのパティキュレートがパティキュレートフィルタ１３に捕集されると、パティキュレート間の隙間が小さく、目詰まりが起こりやすいのに対し、凝集して粒子径の大きくなったパティキュレートがパティキュレートフィルタ１３に捕集されると、該捕集されたパティキュレート間に隙間が生じ、それ自体がフィルタとして機能し、目詰まりが起こりにくくなるためである。

又、本実施例のように粒子荷電を行った場合、パティキュレートフィルタ１３の下流側における粒子径と粒子濃度との関係は、図４に示すように、粒子荷電を行わない場合と比較して、特に粒子径が大きいほど粒子濃度が低く抑えられる。この理由は、凝集して粒子径の大きくなったパティキュレートがパティキュレートフィルタ１３に捕集されることから、パティキュレートフィルタ１３の下流側では粒子径の大きいパティキュレートの濃度が低くなるためである。因みに、粒子濃度は、単位体積当たりの粒子の個数で表される。

この結果、特許文献１に開示されている装置のように、コロナ放電を行う電極部の形状が針状であって電界が集中する形状であるものとは異なり、本実施例では、バリア放電（沿面放電）が沿面放電電極１９から面で発生し、更に、前段酸化触媒１２におけるハニカム内放電を用いることでガス流断面に電荷が一様に広がるため、浮遊する粒子であるパティキュレートを広範囲に亘って均一に帯電させることが可能となる。

又、前記パティキュレートを広範囲に亘って均一に帯電させるために、特許文献１に示されるような針状の電極部を排気管１１内に多数配設しなくて済むことから、構造が複雑化せず、実用化も可能となる。

こうして、構造を複雑化させることなくパティキュレートを広範囲に亘って均一に帯電させることができ、パティキュレートフィルタ１３の捕集率を向上し得、且つ圧力損失の増加を抑制し得る。

しかも、低温で前段酸化触媒１２の活性が低い時に、沿面放電電極１９の交流電極１９ｂに交流電源２１から交流高電圧を印加し、バリア放電（沿面放電）を行って、接地電極１９ａとの間で正イオンと負イオンが混在したプラズマを発生させると、反応性の高いオゾンが生成されるため、該オゾンによりＨＣやＮＯの酸化を効率良く行うことが可能となり、前記沿面放電電極１９と直流電極２０との間に前記前段酸化触媒１２が配設されるようにすることは、該前段酸化触媒１２の機能をアシストする上で非常に有効となる。

尚、本発明の粒子荷電排気浄化装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、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。

１ ディーゼルエンジン（エンジン）
９ 排ガス
１１ 排気管
１２ 前段酸化触媒
１３ パティキュレートフィルタ
１９ 沿面放電電極
１９ａ 接地電極
１９ｂ 交流電極
１９ｃ 誘電体
１９ｄ 流通孔
２０ 直流電極
２０ａ 流通孔

Claims (1)

1. エンジンの排気管途中にパティキュレートフィルタを配設してなる粒子荷電排気浄化装置であって、
   前記パティキュレートフィルタの排ガス流通方向上流側に配設され、接地電極と交流電極との間に誘電体が介装され且つ排ガスの流通孔が穿設された沿面放電電極と、
   該沿面放電電極より排ガス流通方向下流側における前記パティキュレートフィルタより排ガス流通方向上流側に配設され且つ排ガスの流通孔が穿設された直流電極と
   を備え、
   前記沿面放電電極と直流電極との間に前段酸化触媒を配設し、
   前記沿面放電電極は、前記交流電極が前段酸化触媒の上流側端面と対向するよう配設され、前記交流電極に交流電源から交流高電圧が印加され、
   前記直流電極は、前記前段酸化触媒の下流側端面と対向するよう配設され、前記直流電極に直流電源から正極性の直流高電圧が印加されることを特徴とする粒子荷電排気浄化装置。

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