排気浄化装置

【課題】排気の流れをフィルタの近傍に案内することにより、ＰＭの捕集効率が向上し、排気の浄化が促進される排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気浄化装置１０は、排気通路１５において、排気の流れ方向において放電電極部１２の上流側に排気流案内部１４を備えている。排気流案内部１４は、排気通路１５における排気の流れを排気管部材１１の内壁１７に近い排気通路１５の外周側へ案内する。これにより、排気通路１５を流れる排気の流れは、排気流案内部１４によって外周側すなわち排気管部材１１の内壁１７側へ案内される。その結果、放電電極部１２におけるコロナ放電によって帯電したＰＭは、排気管部材１１の内壁１７に沿って流れ、捕集部１３へ到達する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate matter）を除去する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気に含まれるＰＭを捕集して除去することにより、排気の浄化を図る排気浄化装置が公知である。例えば特許文献１は、排気通路を流れる排気中において発生させたコロナ放電によってＰＭを帯電させ、帯電したＰＭを捕集部で捕集することを開示している。この特許文献１の場合、捕集部は、排気通路を形成する排気管部材の内壁すなわち排気通路の外周側に設けられている。
しかしながら、排気通路を流れる排気の主流は、排気通路の中心付近に形成される。そのため、主流に多く含まれるＰＭは、排気管部材の内壁に設けられている捕集部との距離が大きくなる。その結果、ＰＭの捕集効率の向上が困難であるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の目的は、排気の流れをフィルタの近傍に案内することにより、ＰＭの捕集効率が向上し、排気の浄化が促進される排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明では、排気の流れ方向において放電電極部の上流側に排気流案内部を備えている。排気流案内部は、排気通路における排気の流れを排気管部材の内壁に近い排気通路の外周側へ案内する。これにより、排気通路を流れる排気の流れは、排気流案内部によって外周側すなわち排気管部材の内壁側へ案内される。その結果、放電電極部におけるコロナ放電によって帯電したＰＭは、排気管部材の内壁に沿って流れ、捕集部へ到達する。したがって、ＰＭの捕集効率を向上することができ、排気の浄化を促進することができる。
【０００６】
請求項２記載の発明では、排気の流れ方向において捕集部の下流側にＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒および還元剤添加ノズルを備えている。排気通路を流れる排気は、排気流案内部を通過することにより、流れに乱れが生じる。そのため、捕集部を通過した排気にも流れに乱れが生じている。この流れに乱れが生じている排気に還元剤添加ノズルから還元剤を添加することにより、添加された還元剤と排気との混合が促進される。したがって、ＳＣＲ触媒における排気に含まれる窒素酸化物の還元が促進され、排気の浄化をより促進することができる。また、ＰＭを捕集する捕集部と窒素酸化物を還元するＳＣＲ触媒とがユニット化され、搭載性の向上および機器の小型化を図ることができる。
【０００７】
請求項３記載の発明では、排気流案内部は排気流方向変更部材を有している。そのため、排気は、動力を必要とすることなく、自身の流れによって排気流方向変更部材に沿って排気管部材の内壁側へ案内される。したがって、消費エネルギーの増大を招くことなく簡単な構造で排気の浄化を促進することができる。
【０００８】
請求項４記載の発明では、排気流案内部は旋回力付与部材を有している。そのため、排気通路を流れる排気は、旋回力付与部材を通過することによって旋回力が付与される。これにより、排気通路を流れる排気は、自身の旋回によって排気管部材の内壁側へ案内される。したがって、簡単な構造で排気の浄化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【図２】第１実施形態による排気浄化装置の旋回力付与部材を示す模式図
【図３】図２の矢印III方向から見た矢視図
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線における断面図
【図５】第１実施形態による排気浄化装置の旋回力付与部材の変形例を示す模式図
【図６】図５の矢印ＶＩ方向から見た矢視図
【図７】第１実施形態による排気浄化装置の旋回力付与部材の変形例を示す模式図
【図８】図７の矢印VIII方向から見た矢視図
【図９】第２実施形態による排気浄化装置の排気流方向変更部材を示す模式図
【図１０】図９の矢印Ｘ方向から見た矢視図
【図１１】第３実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【図１２】図１１のXII−XII線における断面図
【図１３】第４実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【図１４】図１３のXIV−XIV線における断面図
【図１５】第５実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態による排気浄化装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
第１実施形態による排気浄化装置を図１に示す。排気浄化装置１０は、排気管部材１１、放電電極部１２、捕集部１３および排気流案内部１４を備えている。排気管部材１１は、筒状に形成され、内側に排気通路１５を形成している。排気通路１５は、一方の端部が図示しない内燃機関に接続し、他方の端部が大気に開放されている。排気は、排気通路１５において内燃機関側から大気側へ流れる。本明細書において、内燃機関側を排気通路１５の上流側とし、大気に開放されている側を排気通路１５の下流側とする。なお、一部の図において排気管部材１１は、簡略化のために断面を線状に示している。
【００１１】
放電電極部１２は、排気管部材１１に設けられている。放電電極部１２は、排気管部材１１を貫いており、図示しない電源から電力が供給されることにより、排気通路１５を流れる排気中にコロナ放電を生じる。これにより、排気通路１５を流れる排気に含まれるＰＭは、コロナ放電によって帯電する。捕集部１３は、この放電電極部１２よりも下流側に設けられ、内壁が排気通路１５に面している。捕集部１３は、例えば金属などの導電性の材料で形成されたフィルタであり、電気的に接地されている。そのため、帯電したＰＭは、凝集し、捕集部１３との電位差によって捕集部１３に捕集される。
【００１２】
排気流案内部１４は、放電電極部１２よりも上流側に設けられている。排気流案内部１４は、例えば図２および図３に示すように羽根状に形成された旋回力付与部材１６を有している。旋回力付与部材１６は、排気管部材１１に固定されている。図２および図３に示す旋回力付与部材１６は、円板状の部材に径方向の切れ目を形成し、この切れ目に沿って板状の部分を排気通路１５の下流側へ折り曲げることにより、羽根状に形成されている。これにより、排気通路１５を流れる排気は、排気流案内部１４の旋回力付与部材１６を通過するとき、排気通路１５の中心側から外周側へ流れの方向が変更されるとともに、図４に示すように排気通路１５の軸を中心とする周方向へ旋回力が付与される。旋回力が付与された排気は、自身の旋回力によって排気通路１５の中心側から外周側、すなわち排気管部材１１の内壁１７側へ案内される。
【００１３】
このように、排気流案内部１４において排気通路１５を流れる排気に旋回力を付与し、排気の流れ方向を排気通路１５の内周側から外周側へ変更することにより、図１に示すように排気は排気通路１５の外周側すなわち排気管部材１１の内壁１７側を流れる。そのため、排気に含まれるＰＭも排気の流れに沿って排気管部材１１の内壁１７側を中心に流れる。その結果、放電電極部１２におけるコロナ放電によって帯電したＰＭは、捕集部１３に近い排気管部材１１の内壁１７側を流れることとなり、捕集部１３に捕集されやすくなる。
【００１４】
第１実施形態では、排気の流れ方向において放電電極部１２の上流側に排気流案内部１４を備えている。排気流案内部１４は、排気通路１５における排気の流れを排気管部材１１の内壁１７に近い排気通路１５の外周側へ案内する。これにより、放電電極部１２におけるコロナ放電によって帯電したＰＭは、排気管部材１１の内壁１７に沿って流れ、捕集部１３へ到達する。したがって、ＰＭの捕集効率を向上することができ、排気の浄化を促進することができる。
【００１５】
また、第１実施形態では、排気流案内部１４は、旋回力付与部材１６を有している。そのため、排気通路１５を流れる排気は、旋回力付与部材１６を通過することによって、排気通路１５の軸を中心とした周方向への旋回力が付与される。これにより、排気通路１５を流れる排気は、自身の旋回によって排気管部材１１の内壁１７側へ案内される。したがって、簡単な構造で排気の浄化を促進することができる。また、排気は、旋回力付与部材１６を通過することにで自身の流れによって旋回力が付与される。そのため、排気に旋回力を付与するための動力は必要としない。したがって、消費エネルギーの増大を招くことなく簡単な構造で排気の浄化を促進することができる。さらに、旋回力付与部材１６で排気流案内部１４を構成することにより、旋回力付与部材１６は排気管部材１１から着脱可能となる。そのため、例えば旋回力付与部材１６が汚れたり損傷した場合、旋回力付与部材１６を容易に交換することができ、内燃機関や排気浄化装置１０の各部の性能にあわせて旋回力付与部材１６を容易に変更することができる。
【００１６】
（変形例）
次に、上述の第１実施形態の変形例について説明する。排気流案内部１４における旋回力付与部材１６は、上述した図２および図３に示す形状に限定されない。例えば図５および図６に示す旋回力付与部材２１は、一枚の平板をねじることにより、螺旋状に形成されている。また、図７および図８に示す旋回力付与部材２２は、支持部２３から外周側へ放射状に設けられた翼部２４を有している。これらの構成により、排気通路１５を通過する排気は、旋回力付与部材２１または旋回力付与部材２２を通過する際に排気通路１５の中心を軸とする周方向へ旋回力が付与される。このように、旋回力付与部材２１、２２は、排気通路１５を流れる排気に旋回力を付与可能な構成であれば形状を問わない。また、第１実施形態を含む各旋回力付与部材１６、２１、２２は、いずれも排気管部材１１に固定され、排気の流れによって排気に旋回力を付与する。したがって、消費エネルギーの増大を招くこともない。
【００１７】
（第２実施形態）
第２実施形態による排気浄化装置を図９に示す。
第２実施形態による排気浄化装置１０は、図９および図１０に示すように排気流案内部１４に排気流方向変更部材２５を有している。排気流方向変更部材２５は、第１実施形態にように排気に旋回力を付与して排気通路１５の外周側へ案内するのに代えて、排気通路１５を流れる排気の流れの方向を単に変更する。すなわち、図９に示すように排気通路１５に円錐状の排気流方向変更部材２５を設けることにより、排気の流れは排気流方向変更部材２５に案内されて外周側へ変更される。これにより、排気に含まれるＰＭは、放電電極部１２におけるコロナ放電によって帯電した後、排気通路１５の外周側すなわち排気管部材１１の内壁１７側へ案内される。その結果、帯電したＰＭを含む排気の流れは捕集部１３に接近し、ＰＭの捕集効率が向上する。
【００１８】
第２実施形態では、排気流案内部１４は排気流方向変更部材２５を有している。そのため、排気は、動力を必要とすることなく、自身の流れによって排気流方向変更部材２５に沿って排気管部材１１の内壁１７側へ案内される。したがって、消費エネルギーの増大を招くことなく簡単な構造で排気の浄化を促進することができる。
【００１９】
（第３、第４実施形態）
第３実施形態および第４実施形態による排気浄化装置を、それぞれ図１１または図１２に示す。
第３実施形態の場合、図１１に示すように排気浄化装置１０の排気管部材１１は、内燃機関側が上流側排気管部材３１に接続している。この上流側排気管部材３１は、上流側排気通路３２を形成している。第３実施形態の場合、この上流側排気管部材３１は、排気管部材１１の接線方向に接続している。そのため、上流側排気管部材３１が形成する上流側排気通路３２を流れる排気は、排気管部材１１が形成する排気通路１５へ排気管部材１１の接線方向から流入する。その結果、上流側排気通路３２の排気は、図１２に示すように排気通路１５の中心を軸とする周方向へ旋回しながら排気通路１５へ流入する。すなわち、第３実施形態の場合、排気流案内部１４は、排気管部材１１と上流側排気管部材３１との接続部分に形成される。
【００２０】
第３実施形態の場合、上流側排気通路３２から排気通路１５へ流入する排気は、排気管部材１１と上流側排気管部材３１との接続部分に形成された排気流案内部１４において旋回し、排気通路１５の外周側すなわち排気管部材１１の内壁１７側へ案内される。そのため、排気は、自身の流れによって旋回流を形成し、排気通路１５の外周側へ流れ方向を変更する。したがって、消費エネルギーの増大を招くことなく簡単な構造で排気の浄化を促進することができる。
【００２１】
第４実施形態の場合、図１３に示すように排気浄化装置１０の排気管部材１１は、内燃機関側が二本の上流側排気管部材３３、３４に接続している。この二本の上流側排気管部材３３、３４は、それぞれ上流側排気通路３５、３６を形成している。第４実施形態の場合、これらの上流側排気管部材３３、３４は、排気管部材１１の接線方向に接続するとともに、二本が互いに１８０°ずれて接続している。そのため、上流側排気管部材３３、３４が形成する上流側排気通路３５、３６を流れる排気は、排気管部材１１が形成する排気通路１５へ１８０°ずれた位置で接線方向から流入する。その結果、上流側排気通路３５および上流側排気通路３６の排気は、図１４に示すように排気通路１５の中心を軸とする周方向へ旋回しながら排気通路１５へ流入する。すなわち、第４実施形態の場合、排気流案内部１４は、排気管部材１１と上流側排気管部材３３および上流側排気管部材３４との接続部分に形成される。
【００２２】
第４実施形態の場合、上流側排気通路３５、３６から排気通路１５へ流入する排気は、排気管部材１１と上流側排気管部材３３、３４との接続部分に形成された排気流案内部１４において旋回し、排気通路１５の外周側すなわち排気管部材１１の内壁１７側へ案内される。そのため、排気は、自身の流れによって旋回流を形成し、排気通路１５の外周側へ流れ方向を変更する。したがって、消費エネルギーの増大を招くことなく簡単な構造で排気の浄化を促進することができる。
【００２３】
（第５実施形態）
第５実施形態による排気浄化装置を図１５に示す。
第５実施形態の場合、図１５に示すように排気浄化装置１０は、ＳＣＲ触媒４２および還元剤添加ノズル４１をさらに備えている。ＳＣＲ触媒４２および還元剤添加ノズル４１は、いずれも排気管部材１１に設けられている。具体的には、ＳＣＲ触媒４２は、排気管部材１１が形成する排気通路１５において捕集部１３の下流側に設けられている。また、還元剤添加ノズル４１は、捕集部１３とＳＣＲ触媒４２との間に排気管部材１１を貫いて設けられ、先端が排気通路１５に露出している。還元剤添加ノズル４１は、この排気通路１５に露出する先端に還元剤を噴射する図示しない噴射口を有している。図示しない還元剤タンクに貯えられている還元剤は、還元剤添加ノズル４１の噴射口から排気通路１５を流れる排気に噴射される。還元剤としては、例えば尿素やアンモニア水などが適用される。還元剤添加ノズル４１から噴射された還元剤は、排気通路１５を流れる排気に混合された後、ＳＣＲ触媒４２へ流入する。排気に含まれる窒素酸化物は、ＳＣＲ触媒４２において還元剤添加ノズル４１から供給された還元剤と反応し、窒素に還元される。
【００２４】
第５実施形態では、排気の流れ方向において捕集部１３の下流側に還元剤添加ノズル４１およびＳＣＲ触媒４２を備えている。排気通路１５を流れる排気は、排気流案内部１４を通過することにより、流れに乱れが生じる。そのため、捕集部１３を通過した排気にも流れに乱れが生じている。この流れに乱れが生じている排気に還元剤添加ノズル４１から還元剤を添加することにより、添加された還元剤と排気との混合が促進される。したがって、ＳＣＲ触媒４２における排気に含まれる窒素酸化物の還元が促進され、排気の浄化をより促進することができる。また、ＰＭを捕集する捕集部１３と窒素酸化物を還元するＳＣＲ触媒４２とがユニット化され、搭載性の向上および機器の小型化を図ることができる。
【００２５】
（その他の実施形態）
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
例えば上述の複数の実施形態では、放電電極部１２においてコロナ放電を発生する例について説明した。しかし、放電電極部１２は、コロナ放電に限らず、ＰＭを帯電させることができる構成であれば他の放電を利用してもよい。
【符号の説明】
【００２６】
図面中、１０は排気浄化装置、１１は排気管部材、１２は放電電極部、１３は捕集部、１４は排気流案内部、１５は排気通路、１６、２１、２２は旋回力付与部材、１７は内壁、２１は旋回力付与部材、２２は旋回力付与部材、２５は排気流方向変更部材、４１は還元剤添加ノズル、４２はＳＣＲ触媒を示す。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に内燃機関の排気が流れる排気通路を形成する排気管部材と、
前記排気管部材に設けられ、前記排気通路においてコロナ放電を生じる放電電極部と、
前記排気通路における排気の流れ方向において前記放電電極部の下流側に設けられ、前記放電電極部における放電によって帯電した粒子状物質を捕集する捕集部と、
前記排気通路における排気の流れ方向において前記放電電極部の上流側に設けられ、前記排気通路における排気の流れを前記排気管部材の内壁に近い外周側へ案内する排気流案内部と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気通路における排気の流れ方向において前記捕集部の下流側に設けられ、前記排気に含まれる窒素酸化物を還元するＳＣＲ触媒と、
前記捕集部と前記ＳＣＲ触媒との間に設けられ、前記排気通路を流れる排気に還元剤を添加する還元剤添加ノズルと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排気流案内部は、前記排気通路に設けられ、前記排気の流れ方向を変更して前記排気管部材の内壁側へ導く排気流方向変更部材を有することを特徴とする請求項１または２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気流案内部は、前記排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気に前記排気通路の軸を中心とする旋回力を付与する旋回力付与部材を有することを特徴とする請求項１または２記載の排気浄化装置。

【図１】