粒子状物質処理装置
【課題】電極を用いて排気中のＰＭを帯電させることによるＰＭ凝集を好適に行う粒子状物質処理装置を提供する。
【解決手段】排気中の粒子状物質を凝集させる粒子状物質処理装置であって、内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関から排出される排気の浄化を行う排気浄化装置と、排気浄化装置の下流側に位置する排気通路において、印加電圧を変更可能な電極を有し、該電極への印加電圧により該電極と該排気通路との間の、該排気浄化装置から流れ出る排気が通る空間に電流を流す処理部と、を備える。
【解決手段】排気中の粒子状物質を凝集させる粒子状物質処理装置であって、内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関から排出される排気の浄化を行う排気浄化装置と、排気浄化装置の下流側に位置する排気通路において、印加電圧を変更可能な電極を有し、該電極への印加電圧により該電極と該排気通路との間の、該排気浄化装置から流れ出る排気が通る空間に電流を流す処理部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に電極を有し、その電極への電圧印加によって排気中の粒子状物質を凝集させる粒子状物質処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に放電電極を設け、該放電電極からコロナ放電を発生させることにより粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を帯電させてＰＭを凝集させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ＰＭを凝集させることにより、結果的には、単位体積当たりに含まれるＰＭの粒子数を減少させることができる。また、凝集の結果としてのＰＭは、その粒子径が大きくなるため、例えば、放電電極の下流側にフィルタを設けた場合には、該フィルタにてＰＭを捕集しやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９４１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の排気通路に電極を設け、該電極に電圧印加をすることで排気通路を流れる排気中のＰＭを帯電させて、ＰＭを凝集させることで、排気に含まれる単位体積当たりのＰＭ数を低減させることが可能となる。これは、ＰＭの粒子数に起因する環境への負荷軽減に大きく寄与するものである。ここで、内燃機関から排出される排気の流量は、該内燃機関の機関負荷等に応じて変動するものであるが、排気流量が増加するとＰＭが有する慣性力が増加する等の理由により、上記のＰＭ帯電凝集が良好に行われにくくなる。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電極を用いて排気中のＰＭを帯電させることによるＰＭ凝集を好適に行う粒子状物質処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては、上記課題を解決するために、電極を用いて排気中のＰＭを帯電させることによるＰＭ凝集を行うための処理部を、内燃機関につながる排気通路のうち、排気浄化装置の下流側に位置する排気通路に設けることとした。排気浄化装置の下流側に処理部を配置することで、流速が低減された排気を処理部に流れ込ませ、効率的なＰＭ凝集を図ろうとするものである。
【０００７】
詳細には、本発明は、排気中の粒子状物質を凝集させる粒子状物質処理装置であって、内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関から排出される排気の浄化を行う排気浄化装置と、前記排気浄化装置の下流側に位置する排気通路において、印加電圧を変更可能な電極を有し、該電極への印加電圧により該電極と該排気通路との間の、該排気浄化装置から流れ出る排気が通る空間に電流を流す処理部と、を備える。
【０００８】
本発明に係る粒子状物質処理装置においては、上記処理部が備えられることにより、排気通路で電極への電圧印加が制御されて、電極と排気通路との間の空間、すなわち排気が流れる空間（以下、「帯電空間」という。）に電流が流れ、以て排気中のＰＭが帯電されることになる。その結果、ＰＭ同士が静電気力によって凝集したり、また、帯電したＰＭが排気通路側へ誘引され、そこでＰＭ同士が凝集したりする結果、排気中のＰＭの粒子径が大きくなるとともに、そこに含まれる単位体積当たりの粒子数を低減することが可能と
なる。
【０００９】
そして、上記粒子状物質処理装置においては、この処理部は、排気浄化のための排気浄化装置の下流側に設けられる。排気通路に設けられた排気浄化装置では、排気中に含まれたＮＯｘ等を浄化すべく排気と接触し、排気浄化に必要な物理的、化学的反応が生じる場でもある。そのため、排気浄化装置の具体的な態様に応じて幾ばくかの程度の差はあるものの、排気浄化装置は排気の流れに対する抵抗となり得、そのため、排気浄化装置を通過した排気については、通過する前と比べてその流速が低下されるため、そこに含まれるＰＭの慣性力を低減させることが可能となる。ＰＭ同士の凝集は、ＰＭ間に働く静電力（クーロン力）とＰＭが有する慣性力とのバランスの上で実現されるため、排気浄化装置の通過によりＰＭの慣性力が低減されると、相対的にＰＭ間の静電力が強まることになり、以てＰＭ同士の凝集が促進されることになる。
【００１０】
ここで、上記粒子状物質処理装置において、前記排気浄化装置は、前記内燃機関から排出される排気の浄化を行う複数の排気浄化触媒が直列に並んだ排気浄化触媒群を有し、その場合、前記処理部は、前記排気浄化触媒群のうち最下流側の排気浄化触媒よりも、更に下流側に設けられてもよい。排気通路に設けられた排気浄化装置として、排気浄化の目的に応じて複数の排気浄化触媒に順次排気が流れ込むように形成された排気浄化触媒群が採用される場合がある。たとえば、酸化触媒、ＮＯｘ浄化用のＮＯｘ触媒、所定の排気浄化触媒が担持されたフィルタ等が直列に配置されて排気浄化装置が形成されてもよい。このように排気浄化触媒群によって排気浄化装置が形成される場合には、処理部を当該群のうち最後尾（最下流側）に位置する排気浄化触媒の更に下流側に配置することで、より効果的に流速を低減した排気を処理部に供給することができ、以て効率的なＰＭ凝集が期待される。なお、処理部を、排気浄化触媒群を構成する２つの触媒の間に挟むように設けても構わない。
【００１１】
また、上記粒子状物質処理装置において、前記排気浄化装置の下流側の前記排気通路には、そこを流れる排気の排気音を消音する消音装置が設けられ、前記処理部は、前記消音装置の一部として形成されてもよい。消音装置は、排気の圧力を低下させその流速を低減させる装置であることを踏まえて、処理部を消音装置の一部として形成することで、換言すれば、消音装置の内部に処理部を含めるように該消音装置を形成することで、処理部そのものには、流速低下された排気が供給されることになり、効率的なＰＭ凝集が期待される。
【００１２】
また、上記粒子状物質処理装置において同じように消音装置が設けられる場合、前記処理部は、前記消音装置の下流側に設けられてもよい。すなわち、消音装置によって減圧、流速低下された排気が、その後処理部に供給されるように、該消音装置の下流側に該処理部を配置する構成が採用される。この構成により、より確実に流速低下された排気が供給されることになり、効率的なＰＭ凝集が期待される。
【００１３】
なお、上述までの場合、処理部が有する排気通路の形状や大きさに応じて、該処理部自体が消音機能を発揮することも可能である。すなわち、処理部内の空間は、電極からの電子放出によりＰＭを帯電させるための帯電空間でもあり、また、その空間による排気の流速低下が期待できる場合には消音のための消音空間ともなり得る。そこで、消音のための消音装置による除去周波数と処理部による除去周波数とが異なるように、それぞれの容量を設計することで、換言すれば、消音装置と処理部とが協働して排気消音を達成するように設計することで、消音装置の容量を小さくすることが可能である。たとえば、消音装置が低周波領域を除去し、処理部が高周波領域を除去するように設計すれば、消音装置自体が両周波領域を除去する場合と比べて、その装置全体の容量を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電極を用いて排気中のＰＭを帯電させることによるＰＭ凝集を好適に行う粒子状物質処理装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す粒子状物質処理装置で実行される、排気中のＰＭ粒子数を低減する処理に関するフローチャートである。
【図３】機関回転数と機関負荷とから、ＰＭ粒子数を算出するためのマップの一例を示した図である。
【図４】内燃機関からの排気流量とＰＭ粒子数とから、印加電圧を算出するためのマップの一例を示した図である。
【図５】本発明の実施例に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す第二の図である。
【図６】本発明の実施例に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す第三の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る粒子状物質処理装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例に係る粒子状物質処理装置１の概略構成を示す図である。粒子状物質処理装置１は、例えばガソリン機関の排気通路２に設けられ、また、ディーゼル機関の排気通路に設けることもできる。いずれの内燃機関の排気通路に設けられる場合であれ、電極５への電圧印加により排気中のＰＭを帯電させ、ＰＭ同士の凝集を促進させることで、排気中のＰＭ粒子の粒径増大、それに伴う粒子数の低減を図ることができる。以下に、粒子状物質処理装置１の詳細を説明する。
【００１８】
粒子状物質処理装置１は、両端が排気通路２に接続されているハウジング３を備えて構成される。ハウジング３の材料には、ステンレス鋼材を用いている。ハウジング３は、排気通路２よりも直径の大きな中空の円柱形に形成されている。ハウジング３の両端は、端部に近くなるほど断面積が小さくなるテーパ状に形成されている。なお、図１においては、排気が排気通路２を矢印の方向に流れて、ハウジング３内に流入する。このため、ハウジング３は排気通路２の一部としてもよい。なお、本実施例においてはハウジング３の内部の空間が、上記の帯電空間となる。
【００１９】
ここで、排気通路２とハウジング３とは、絶縁部４を介して接続されている。絶縁部４は、電気の絶縁体からなる。絶縁部４は、排気通路２の端部に形成されるフランジ２１と、ハウジング３の端部に形成されるフランジ３１と、に挟まれる。排気通路２とハウジング３とは、たとえばボルト及びナットにより締結される。そして、これらボルト及びナットを介して電気が流れないように、これらボルト及びナットにも絶縁処理を施しておく。このようにして、排気通路２とハウジング３との間には電気的絶縁状態が形成されている。
【００２０】
ハウジング３には、電極５が取り付けられている。電極５は、ハウジング３の側面を貫通しており、該ハウジング３の側面から該ハウジング３の中心軸方向へ延びて該中心軸近傍において排気の流れの上流側へ折れ曲がり、該中心軸と平行に排気の流れの上流側へ向かって伸びている。このため、電極５の端部はハウジング３の中心軸近傍に位置する。また、電極５とハウジング３とが直接接触して電気が流れないように、電極５には電気的絶
縁体からなる碍子部５１が設けられている。この碍子部５１は、電極５とハウジング３との間に位置しており、電気を絶縁すると共に、電極５をハウジング３に固定するための機能を有する。このように碍子部５１を介して電極５がハウジング３に取り付けられることで、該電極５がハウジング３内の帯電空間内に位置することになる。
【００２１】
そして、電極５は電源側電線５２を介して電源６に接続されている。電源６は、電極５へ通電すると共に、印加電圧を変更することができる。この電源６は、電線を介して制御装置７及びバッテリ８に接続されている。制御装置７は、電源６が電極５に印加する電圧を制御する。
【００２２】
また、ハウジング３には接地側電線５３が接続されており、該ハウジング３は接地側電線５３を介して接地されている。接地側電線５３には、該接地側電線５３を通る電流を検出する検出装置９が設けられている。検出装置９は、例えば、接地側電線５３の途中に設けられる抵抗の両端の電位差を測定することで電流を検出する。この検出装置９は、電線を介して制御装置７に接続されている。このような構成により、検出装置９により検出される電流が制御装置７に入力される。
【００２３】
なお、制御装置７には、アクセル開度センサ７１、クランクポジションセンサ７２、温度センサ７３、エアフローメータ７４が接続されている。アクセル開度センサ７１は、粒子状物質処理装置１が接続された内燃機関を搭載する車両の運転者がアクセルペダルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し、その機関負荷を検出する。クランクポジションセンサ７２は、当該内燃機関の機関回転数を検出する。温度センサ７３は、当該内燃機関の冷却水の温度または潤滑油の温度を検出することで内燃機関の温度を検出する。エアフローメータ７４は、当該内燃機関の吸入空気量を検出する。
【００２４】
このように構成された粒子状物質処理装置１では、電源６から電極５へ負の直流高電圧を印加することで、該電極５から電子が放出され、電極５とハウジング３との間の帯電空間を通して電流が流れる。すなわち、ハウジング３よりも電極５のほうの電位を低くすることで、電極５から電子を放出させている。そして、この電子により排気中のＰＭを負に帯電させることができる。負に帯電したＰＭは、クーロン力とガス流によって移動する。そして、ＰＭがハウジング３へ到達すると、ＰＭを負に帯電させた電子は該ハウジング３を通り、設置側電線５３を介して外部へと流れ出る。この結果、ハウジング３へ電子を放出したＰＭ同士は、互いに凝集して粒子径が大きくなる。また、ＰＭが凝集することで、排気中の単位体積当たりのＰＭの粒子数は低減する。このように、電極５へ電圧を印加することで、ＰＭの粒子径を大きくし且つ排気中の単位体積当たりのＰＭの粒子数を低減させることができる。
【００２５】
なお、本実施例では、電極５を排気の流れの上流側に向けて折り曲げているが、これに代えて、下流側に向けて折り曲げてもよい。ここで、本実施例のように、電極５を排気の流れの上流側に向けて折り曲げると、碍子部５１にＰＭが付着し難い。すなわち、碍子部５１よりも上流側においてＰＭを帯電されることができるため、該ＰＭがハウジング３の内周面に向かう。このため、碍子部５１に衝突するＰＭが減少するので、該碍子部５１にＰＭが付着し難くなる。しかし、電極５を排気の流れの上流側へ向けて折り曲げると、排気の流れから力を受けて電極５が変形し易い。このため、電極５が短い場合に適している。一方、電極５を排気の流れの下流側に向けて折り曲げると、碍子部５１にＰＭが付着し易いが、排気の流れから力を受けても電極５が変形し難い。このため、耐久性及び信頼性が高く、電極５を長くすることができる。
【００２６】
ここで、本発明に係る粒子状物質処理装置１については、排気中のＮＯｘ等を浄化するための排気浄化装置１０が排気通路２に設けられ、その下流側に粒子状物質処理装置１が
配置されている。具体的には、排気の流れに沿ったときのハウジング３の上流側の端部が接続される排気通路２に、排気浄化装置１０が設置され、排気浄化装置１０を通った排気が下流側のハウジング３内に流れ込むように構成されている。そして、排気浄化装置１０は、排気浄化を行うために既知の様々な一又は複数の排気浄化触媒で形成することが可能である。例えば、排気中のＮＯｘを除去するために、排気の流れにおいて上流側に酸化触媒１１、下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＯｘ触媒）１２を直列に配置して排気浄化装置１０を形成してもよい。この場合、酸化触媒１１の上流側には、還元剤である燃料を添加する添加弁１３が配置される。また、別の具体例としては、排気の流れに沿って上流側から加水分解触媒、ＮＯｘ選択還元型触媒、酸化触媒を順次並べて形成される構成を、排気浄化装置１０に適用してもよい。この場合、加水分解触媒の上流側には、還元剤である尿素を添加する添加弁が配置される。これらの具体的形態におけるＮＯｘ吸蔵還元型触媒１２やＮＯｘ選択還元型触媒については、内燃機関を搭載する車両の床下に配置される形態から床下触媒とも称される。各具体的形態における排気浄化のための制御については既知であるため、本明細書での詳細な説明は割愛する。
【００２７】
このように粒子状物質処理装置１を排気浄化装置１０の下流側に配置することで、内燃機関から排出された排気は、先ず排気浄化装置１０を通った後に粒子状物質処理装置１のハウジング３内へ流れ込む。排気浄化装置１０を形成する酸化触媒１１およびＮＯｘ触媒１２は、一般には、担体部材に触媒金属等が担持された構成となっており、排気が触媒内に流れ込むことでこの触媒金属と接触し、排気浄化に必要な所定の反応が生じることになる。そのため、排気浄化装置１０を形成する各触媒は、排気に対して抵抗となり得、ハウジング３内に流れ込む排気の流速は、排気浄化装置１０内に流れ込む際の排気流速よりも低下する。その結果、排気に含まれるＰＭが有する慣性力が低減される。電極５への電圧印加によって生じるＰＭ同士の凝集は、ＰＭ間に働く静電力（クーロン力）とＰＭが有する慣性力とのバランスの上で実現されるため、排気浄化装置１０の存在によってＰＭの慣性力が低減されると、相対的にＰＭ間の静電力が強まることになり、以てＰＭ同士の凝集が促進されることになる。この結果、ＰＭ粒子数の低減処理をより効率的に実施できるため、排気中のＰＭ処理に要する電力を抑制することも可能となる。
【００２８】
ここで、冷却された排気中のＰＭ粒子数の低減処理について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施例に係るＰＭ粒子数の低減処理のための印加電圧の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関の稼働に併せて、制御装置７により所定の時間毎に繰り返し実行される。この制御装置７は、実質的にはＣＰＵ、メモリ、ハードディスク等を含むコンピュータに相当し、そこで制御プログラムが実行されることで図２に示すフローチャートに係る処理やその他の処理等が実行される。
【００２９】
まず、Ｓ１０１からＳ１０３の処理において、排気中に含まれるＰＭ粒子数（個／ｃｍ３）が算出される。ＰＭ粒子数は、一立方センチメートルあたりのＰＭ粒子の数である。このＰＭ粒子数は、内燃機関から排出されるＰＭ粒子数であり、ハウジング３に流入する前のＰＭ粒子数である。ＰＭ粒子数は、機関回転数、機関負荷、及び内燃機関の温度（たとえば、潤滑油の温度または冷却水の温度）と相関関係にあるため、これらの値に基づいて算出する。
【００３０】
このため、Ｓ１０１では、機関回転数及び機関負荷が取得される。機関回転数は、クランクポジションセンサ７２により検出され、機関負荷は、アクセル開度センサ７１により検出される。また、Ｓ１０２では、内燃機関の温度が取得される。内燃機関の温度は温度センサ７３により検出される。
【００３１】
Ｓ１０３では、ＰＭ粒子数が算出される。ここで、図３は、機関回転数と機関負荷とから、ＰＭ粒子数を算出するためのマップの一例を示した図である。この関係は、内燃機関
の温度に応じて制御装置７が複数記憶している（図３に示すのは、内燃機関の温度が２０℃の場合のマップである。）。そして、Ｓ１０２で検出された内燃機関の温度に応じたマップを用いて機関回転数及び機関負荷からＰＭ粒子数が求められる。このマップは、予め実験等により準備されている。なお、このようなマップを用いてＰＭ粒子数を検出してもよいが、ＰＭ粒子数を検出するセンサをハウジング３よりも上流側の排気通路２に取り付けて、該センサによりＰＭ粒子数を直接検出してもよい。
【００３２】
次に、Ｓ１０４では、Ｓ１０３で算出されるＰＭ粒子数に基づいて電極５への印加電圧が算出される。この印加電圧は、内燃機関が始動し排気通路２内を排気が流れ始めたときに電極５へ最初に印加する電圧である。そして、Ｓ１０４で算出される印加電圧を初期値として、過電流が発生しない範囲で印加電圧が最も大きくなるようにフィードバック制御を行う（Ｓ１０５の処理）。具体的には、検出装置９によって検出される電流値が所定の閾値を超えないように、電極５への印加電圧がフィードバック制御される。ここで、印加電圧の初期値は図４に示すマップに基づいて設定される。
【００３３】
図４は、内燃機関からの排気流量（ｇ／ｓｅｃ）とＰＭ粒子数（×１０５個／ｃｍ３）とから、印加電圧（Ｖ）を算出するためのマップの一例を示した図である。このマップは、予め実験等により準備される。内燃機関からの排気流量は、内燃機関の吸入空気量と相関関係にあるため、エアフローメータ７４により検出される吸入空気量に基づいて求めることができる。
【００３４】
ここで、排気通路２を流れる排気流量が少ないほど、ＰＭの慣性力が小さくなるため、相対的に静電作用の影響が大きくなる。このため、ＰＭ同士が凝集しやすくなる。したがって、排気流量が少ないほど、より小さな印加電圧でＰＭ同士が凝集する。この点を踏まえて、図４に示すマップでは、排気流量が少ないほど印加電圧が小さくされている。一方で、ＰＭ粒子数が多いほど、ＰＭ粒子間の距離が短くなるために、相対的に静電作用の影響が大きくなる。このためＰＭ粒子数が多いほど、より小さな印加電圧でＰＭが凝集する。この点を踏まえて、図４に示すマップでは、ＰＭ粒子数が多いほど印加電圧は小さくされている。なお、印加電圧の初期値としては、たとえば、ＰＭ粒子数の低減率が所定値（たとえば４０％）となるような電圧値としてもよく、また、印加電圧の初期値を予め定めておいた規定値としてもよい。この規定値は、過電流が発生しないように余裕を持たせた値とすることができる。
【００３５】
このように、図２に示すように電極５への印加電圧をフィードバック制御することで、過電流が発生しない範囲で印加電圧を可及的に高くすることができる。これにより、ＰＭの凝集をより促進させることができるため、ＰＭ粒子数をより減少させることができる。また、上記のとおり、排気浄化装置１０の下流側に粒子状物質処理装置１を配置するため、そのハウジング３内に流れ込む排気の流速を低減させることができることから、ＰＭ粒子数の低減処理はより効率的に実現されることになる。
【００３６】
なお、上述までの実施例においては、排気浄化装置１０は複数の排気浄化触媒による触媒群で形成されていたが、単独の排気浄化触媒から形成される排気浄化装置１０を採用しても構わない。
【実施例２】
【００３７】
図５に、本発明に係る粒子状物質処理装置の第二の実施例に関する概略構成を示す。図５に示す粒子状物質処理装置１００と図１に示す粒子状物質処理装置１と異なる点について説明する。図５に示す粒子状物質処理装置１００では、電源６と、電極５と、の間の電源側電線５２に、該電源側電線５２を通る電流を検出する検出装置９が設けられている。このように、検出装置９を電源側電線５２に設けることにより、図１に示される絶縁部４
は必要ない。すなわち、ハウジング３から排気通路２側へ電気が流れたとしても、検出装置９によれば電極５を通る電流を検出することができる。しかし、一般に、電源側電線５２のほうが接地側電線５３よりも、径が太く且つ長さが長くなるため、電気的な容量が大きくなる。したがって、図５に示す粒子状物質処理装置１００については、コロナ放電などの強い放電が発生したとしても、図１に示す粒子状物質処理装置１と比べてパルス電流を検出し難くなる。
【００３８】
そこで、たとえば、図２に示す印加電圧のフィードバック制御を行う際に、パルス電流等の高周波成分を有する電流を検出し、それをフィードバック制御に反映させる必要がある場合には、図１に示す粒子状物質処理装置１が有用であり、そのような必要がない場合には、図５に示す形態の粒子状物質処理装置１００も採用し得る。
【実施例３】
【００３９】
図６に、本発明に係る粒子状物質処理装置の第三の実施例に関する概略構成を示す。図６に示す粒子状物質処理装置１１０と図１に示す粒子状物質処理装置１と異なる点について説明する。図６に示す粒子状物質処理装置１１０は、排気浄化装置１０の下流側に設けられた排気消音装置（いわゆるマフラー）１３の更に下流側に設けられている。排気消音装置１３は、図示しないが排気圧力を徐々に低減する構成となっており、その圧力低下に伴って排気の流速も低下する。そのため、図６に示すように排気消音装置１３の下流側で粒子状物質処理装置１１０のハウジング３を接続することで、排気の流速を十分に低下させた後に、当該排気を、粒子状物質処理装置１１０によるＰＭ粒子数の低減処理に供させることになる。その結果、当該低減処理が効率的に実現されることになる。
【００４０】
ここで、粒子状物質処理装置１１０のハウジング３の帯電空間は、排気通路２の断面積よりも大きな断面積を有し、またハウジング３自体が排気の流れに沿って所定の長さを有することから、ハウジング３内の帯電空間は、排気消音装置１３と同じように、排気の圧力を低下させることで消音効果を発揮することが期待される。そこで、ハウジング３の大きさ、形状を、排気中のＰＭ凝集の観点に加えて、排気消音の観点からも決定してもよい。具体的には、排気消音装置１３による除去周波数を除去すべき排気音の周波数帯のうち低周波領域に設定した場合、残りの高周波領域の周波数についてはハウジング３によって除去できるように、そのハウジング３の大きさ、形状が決定される。これにより、排気消音装置１３で達成すべき周波数領域が狭まるため、該装置１３の容量を小さくすることができる。
【００４１】
また、図６に示す態様に代えて、粒子状物質処理装置１１０自体を排気消音装置１３の内部に含まれるように構成してもよい。粒子状物質処理装置１１０が排気消音装置１３の内部に存在することで、幾ばくかは当該装置１３によって圧力低下され流速が低下した排気が粒子状物質処理装置１１０側に供給されることになるので、排気中のＰＭ粒子数の低減処理が効率的に行われることになる。なお、このとき粒子状物質処理装置１１０のハウジング３として、排気消音装置１３のハウジングを兼用して用いてもよい。すなわち、排気消音装置１３のハウジングは、消音のための空間を画定するものでもあり、一部に帯電空間を画定するものでもある。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・・粒子状物質処理装置
２・・・・排気通路
３・・・・ハウジング
４・・・・絶縁部
５・・・・電極
６・・・・電源
７・・・・制御装置
８・・・・バッテリ
９・・・・検出装置
１０・・・・排気浄化装置
１１・・・・酸化触媒
１２・・・・ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
１００・・・・粒子状物質処理装置
１１０・・・・粒子状物質処理装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に電極を有し、その電極への電圧印加によって排気中の粒子状物質を凝集させる粒子状物質処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に放電電極を設け、該放電電極からコロナ放電を発生させることにより粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を帯電させてＰＭを凝集させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ＰＭを凝集させることにより、結果的には、単位体積当たりに含まれるＰＭの粒子数を減少させることができる。また、凝集の結果としてのＰＭは、その粒子径が大きくなるため、例えば、放電電極の下流側にフィルタを設けた場合には、該フィルタにてＰＭを捕集しやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９４１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の排気通路に電極を設け、該電極に電圧印加をすることで排気通路を流れる排気中のＰＭを帯電させて、ＰＭを凝集させることで、排気に含まれる単位体積当たりのＰＭ数を低減させることが可能となる。これは、ＰＭの粒子数に起因する環境への負荷軽減に大きく寄与するものである。ここで、内燃機関から排出される排気の流量は、該内燃機関の機関負荷等に応じて変動するものであるが、排気流量が増加するとＰＭが有する慣性力が増加する等の理由により、上記のＰＭ帯電凝集が良好に行われにくくなる。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電極を用いて排気中のＰＭを帯電させることによるＰＭ凝集を好適に行う粒子状物質処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては、上記課題を解決するために、電極を用いて排気中のＰＭを帯電させることによるＰＭ凝集を行うための処理部を、内燃機関につながる排気通路のうち、排気浄化装置の下流側に位置する排気通路に設けることとした。排気浄化装置の下流側に処理部を配置することで、流速が低減された排気を処理部に流れ込ませ、効率的なＰＭ凝集を図ろうとするものである。
【０００７】
詳細には、本発明は、排気中の粒子状物質を凝集させる粒子状物質処理装置であって、内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関から排出される排気の浄化を行う排気浄化装置と、前記排気浄化装置の下流側に位置する排気通路において、印加電圧を変更可能な電極を有し、該電極への印加電圧により該電極と該排気通路との間の、該排気浄化装置から流れ出る排気が通る空間に電流を流す処理部と、を備える。
【０００８】
本発明に係る粒子状物質処理装置においては、上記処理部が備えられることにより、排気通路で電極への電圧印加が制御されて、電極と排気通路との間の空間、すなわち排気が流れる空間（以下、「帯電空間」という。）に電流が流れ、以て排気中のＰＭが帯電されることになる。その結果、ＰＭ同士が静電気力によって凝集したり、また、帯電したＰＭが排気通路側へ誘引され、そこでＰＭ同士が凝集したりする結果、排気中のＰＭの粒子径が大きくなるとともに、そこに含まれる単位体積当たりの粒子数を低減することが可能と
なる。
【０００９】
そして、上記粒子状物質処理装置においては、この処理部は、排気浄化のための排気浄化装置の下流側に設けられる。排気通路に設けられた排気浄化装置では、排気中に含まれたＮＯｘ等を浄化すべく排気と接触し、排気浄化に必要な物理的、化学的反応が生じる場でもある。そのため、排気浄化装置の具体的な態様に応じて幾ばくかの程度の差はあるものの、排気浄化装置は排気の流れに対する抵抗となり得、そのため、排気浄化装置を通過した排気については、通過する前と比べてその流速が低下されるため、そこに含まれるＰＭの慣性力を低減させることが可能となる。ＰＭ同士の凝集は、ＰＭ間に働く静電力（クーロン力）とＰＭが有する慣性力とのバランスの上で実現されるため、排気浄化装置の通過によりＰＭの慣性力が低減されると、相対的にＰＭ間の静電力が強まることになり、以てＰＭ同士の凝集が促進されることになる。
【００１０】
ここで、上記粒子状物質処理装置において、前記排気浄化装置は、前記内燃機関から排出される排気の浄化を行う複数の排気浄化触媒が直列に並んだ排気浄化触媒群を有し、その場合、前記処理部は、前記排気浄化触媒群のうち最下流側の排気浄化触媒よりも、更に下流側に設けられてもよい。排気通路に設けられた排気浄化装置として、排気浄化の目的に応じて複数の排気浄化触媒に順次排気が流れ込むように形成された排気浄化触媒群が採用される場合がある。たとえば、酸化触媒、ＮＯｘ浄化用のＮＯｘ触媒、所定の排気浄化触媒が担持されたフィルタ等が直列に配置されて排気浄化装置が形成されてもよい。このように排気浄化触媒群によって排気浄化装置が形成される場合には、処理部を当該群のうち最後尾（最下流側）に位置する排気浄化触媒の更に下流側に配置することで、より効果的に流速を低減した排気を処理部に供給することができ、以て効率的なＰＭ凝集が期待される。なお、処理部を、排気浄化触媒群を構成する２つの触媒の間に挟むように設けても構わない。
【００１１】
また、上記粒子状物質処理装置において、前記排気浄化装置の下流側の前記排気通路には、そこを流れる排気の排気音を消音する消音装置が設けられ、前記処理部は、前記消音装置の一部として形成されてもよい。消音装置は、排気の圧力を低下させその流速を低減させる装置であることを踏まえて、処理部を消音装置の一部として形成することで、換言すれば、消音装置の内部に処理部を含めるように該消音装置を形成することで、処理部そのものには、流速低下された排気が供給されることになり、効率的なＰＭ凝集が期待される。
【００１２】
また、上記粒子状物質処理装置において同じように消音装置が設けられる場合、前記処理部は、前記消音装置の下流側に設けられてもよい。すなわち、消音装置によって減圧、流速低下された排気が、その後処理部に供給されるように、該消音装置の下流側に該処理部を配置する構成が採用される。この構成により、より確実に流速低下された排気が供給されることになり、効率的なＰＭ凝集が期待される。
【００１３】
なお、上述までの場合、処理部が有する排気通路の形状や大きさに応じて、該処理部自体が消音機能を発揮することも可能である。すなわち、処理部内の空間は、電極からの電子放出によりＰＭを帯電させるための帯電空間でもあり、また、その空間による排気の流速低下が期待できる場合には消音のための消音空間ともなり得る。そこで、消音のための消音装置による除去周波数と処理部による除去周波数とが異なるように、それぞれの容量を設計することで、換言すれば、消音装置と処理部とが協働して排気消音を達成するように設計することで、消音装置の容量を小さくすることが可能である。たとえば、消音装置が低周波領域を除去し、処理部が高周波領域を除去するように設計すれば、消音装置自体が両周波領域を除去する場合と比べて、その装置全体の容量を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電極を用いて排気中のＰＭを帯電させることによるＰＭ凝集を好適に行う粒子状物質処理装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す粒子状物質処理装置で実行される、排気中のＰＭ粒子数を低減する処理に関するフローチャートである。
【図３】機関回転数と機関負荷とから、ＰＭ粒子数を算出するためのマップの一例を示した図である。
【図４】内燃機関からの排気流量とＰＭ粒子数とから、印加電圧を算出するためのマップの一例を示した図である。
【図５】本発明の実施例に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す第二の図である。
【図６】本発明の実施例に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す第三の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る粒子状物質処理装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例に係る粒子状物質処理装置１の概略構成を示す図である。粒子状物質処理装置１は、例えばガソリン機関の排気通路２に設けられ、また、ディーゼル機関の排気通路に設けることもできる。いずれの内燃機関の排気通路に設けられる場合であれ、電極５への電圧印加により排気中のＰＭを帯電させ、ＰＭ同士の凝集を促進させることで、排気中のＰＭ粒子の粒径増大、それに伴う粒子数の低減を図ることができる。以下に、粒子状物質処理装置１の詳細を説明する。
【００１８】
粒子状物質処理装置１は、両端が排気通路２に接続されているハウジング３を備えて構成される。ハウジング３の材料には、ステンレス鋼材を用いている。ハウジング３は、排気通路２よりも直径の大きな中空の円柱形に形成されている。ハウジング３の両端は、端部に近くなるほど断面積が小さくなるテーパ状に形成されている。なお、図１においては、排気が排気通路２を矢印の方向に流れて、ハウジング３内に流入する。このため、ハウジング３は排気通路２の一部としてもよい。なお、本実施例においてはハウジング３の内部の空間が、上記の帯電空間となる。
【００１９】
ここで、排気通路２とハウジング３とは、絶縁部４を介して接続されている。絶縁部４は、電気の絶縁体からなる。絶縁部４は、排気通路２の端部に形成されるフランジ２１と、ハウジング３の端部に形成されるフランジ３１と、に挟まれる。排気通路２とハウジング３とは、たとえばボルト及びナットにより締結される。そして、これらボルト及びナットを介して電気が流れないように、これらボルト及びナットにも絶縁処理を施しておく。このようにして、排気通路２とハウジング３との間には電気的絶縁状態が形成されている。
【００２０】
ハウジング３には、電極５が取り付けられている。電極５は、ハウジング３の側面を貫通しており、該ハウジング３の側面から該ハウジング３の中心軸方向へ延びて該中心軸近傍において排気の流れの上流側へ折れ曲がり、該中心軸と平行に排気の流れの上流側へ向かって伸びている。このため、電極５の端部はハウジング３の中心軸近傍に位置する。また、電極５とハウジング３とが直接接触して電気が流れないように、電極５には電気的絶
縁体からなる碍子部５１が設けられている。この碍子部５１は、電極５とハウジング３との間に位置しており、電気を絶縁すると共に、電極５をハウジング３に固定するための機能を有する。このように碍子部５１を介して電極５がハウジング３に取り付けられることで、該電極５がハウジング３内の帯電空間内に位置することになる。
【００２１】
そして、電極５は電源側電線５２を介して電源６に接続されている。電源６は、電極５へ通電すると共に、印加電圧を変更することができる。この電源６は、電線を介して制御装置７及びバッテリ８に接続されている。制御装置７は、電源６が電極５に印加する電圧を制御する。
【００２２】
また、ハウジング３には接地側電線５３が接続されており、該ハウジング３は接地側電線５３を介して接地されている。接地側電線５３には、該接地側電線５３を通る電流を検出する検出装置９が設けられている。検出装置９は、例えば、接地側電線５３の途中に設けられる抵抗の両端の電位差を測定することで電流を検出する。この検出装置９は、電線を介して制御装置７に接続されている。このような構成により、検出装置９により検出される電流が制御装置７に入力される。
【００２３】
なお、制御装置７には、アクセル開度センサ７１、クランクポジションセンサ７２、温度センサ７３、エアフローメータ７４が接続されている。アクセル開度センサ７１は、粒子状物質処理装置１が接続された内燃機関を搭載する車両の運転者がアクセルペダルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し、その機関負荷を検出する。クランクポジションセンサ７２は、当該内燃機関の機関回転数を検出する。温度センサ７３は、当該内燃機関の冷却水の温度または潤滑油の温度を検出することで内燃機関の温度を検出する。エアフローメータ７４は、当該内燃機関の吸入空気量を検出する。
【００２４】
このように構成された粒子状物質処理装置１では、電源６から電極５へ負の直流高電圧を印加することで、該電極５から電子が放出され、電極５とハウジング３との間の帯電空間を通して電流が流れる。すなわち、ハウジング３よりも電極５のほうの電位を低くすることで、電極５から電子を放出させている。そして、この電子により排気中のＰＭを負に帯電させることができる。負に帯電したＰＭは、クーロン力とガス流によって移動する。そして、ＰＭがハウジング３へ到達すると、ＰＭを負に帯電させた電子は該ハウジング３を通り、設置側電線５３を介して外部へと流れ出る。この結果、ハウジング３へ電子を放出したＰＭ同士は、互いに凝集して粒子径が大きくなる。また、ＰＭが凝集することで、排気中の単位体積当たりのＰＭの粒子数は低減する。このように、電極５へ電圧を印加することで、ＰＭの粒子径を大きくし且つ排気中の単位体積当たりのＰＭの粒子数を低減させることができる。
【００２５】
なお、本実施例では、電極５を排気の流れの上流側に向けて折り曲げているが、これに代えて、下流側に向けて折り曲げてもよい。ここで、本実施例のように、電極５を排気の流れの上流側に向けて折り曲げると、碍子部５１にＰＭが付着し難い。すなわち、碍子部５１よりも上流側においてＰＭを帯電されることができるため、該ＰＭがハウジング３の内周面に向かう。このため、碍子部５１に衝突するＰＭが減少するので、該碍子部５１にＰＭが付着し難くなる。しかし、電極５を排気の流れの上流側へ向けて折り曲げると、排気の流れから力を受けて電極５が変形し易い。このため、電極５が短い場合に適している。一方、電極５を排気の流れの下流側に向けて折り曲げると、碍子部５１にＰＭが付着し易いが、排気の流れから力を受けても電極５が変形し難い。このため、耐久性及び信頼性が高く、電極５を長くすることができる。
【００２６】
ここで、本発明に係る粒子状物質処理装置１については、排気中のＮＯｘ等を浄化するための排気浄化装置１０が排気通路２に設けられ、その下流側に粒子状物質処理装置１が
配置されている。具体的には、排気の流れに沿ったときのハウジング３の上流側の端部が接続される排気通路２に、排気浄化装置１０が設置され、排気浄化装置１０を通った排気が下流側のハウジング３内に流れ込むように構成されている。そして、排気浄化装置１０は、排気浄化を行うために既知の様々な一又は複数の排気浄化触媒で形成することが可能である。例えば、排気中のＮＯｘを除去するために、排気の流れにおいて上流側に酸化触媒１１、下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＯｘ触媒）１２を直列に配置して排気浄化装置１０を形成してもよい。この場合、酸化触媒１１の上流側には、還元剤である燃料を添加する添加弁１３が配置される。また、別の具体例としては、排気の流れに沿って上流側から加水分解触媒、ＮＯｘ選択還元型触媒、酸化触媒を順次並べて形成される構成を、排気浄化装置１０に適用してもよい。この場合、加水分解触媒の上流側には、還元剤である尿素を添加する添加弁が配置される。これらの具体的形態におけるＮＯｘ吸蔵還元型触媒１２やＮＯｘ選択還元型触媒については、内燃機関を搭載する車両の床下に配置される形態から床下触媒とも称される。各具体的形態における排気浄化のための制御については既知であるため、本明細書での詳細な説明は割愛する。
【００２７】
このように粒子状物質処理装置１を排気浄化装置１０の下流側に配置することで、内燃機関から排出された排気は、先ず排気浄化装置１０を通った後に粒子状物質処理装置１のハウジング３内へ流れ込む。排気浄化装置１０を形成する酸化触媒１１およびＮＯｘ触媒１２は、一般には、担体部材に触媒金属等が担持された構成となっており、排気が触媒内に流れ込むことでこの触媒金属と接触し、排気浄化に必要な所定の反応が生じることになる。そのため、排気浄化装置１０を形成する各触媒は、排気に対して抵抗となり得、ハウジング３内に流れ込む排気の流速は、排気浄化装置１０内に流れ込む際の排気流速よりも低下する。その結果、排気に含まれるＰＭが有する慣性力が低減される。電極５への電圧印加によって生じるＰＭ同士の凝集は、ＰＭ間に働く静電力（クーロン力）とＰＭが有する慣性力とのバランスの上で実現されるため、排気浄化装置１０の存在によってＰＭの慣性力が低減されると、相対的にＰＭ間の静電力が強まることになり、以てＰＭ同士の凝集が促進されることになる。この結果、ＰＭ粒子数の低減処理をより効率的に実施できるため、排気中のＰＭ処理に要する電力を抑制することも可能となる。
【００２８】
ここで、冷却された排気中のＰＭ粒子数の低減処理について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施例に係るＰＭ粒子数の低減処理のための印加電圧の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関の稼働に併せて、制御装置７により所定の時間毎に繰り返し実行される。この制御装置７は、実質的にはＣＰＵ、メモリ、ハードディスク等を含むコンピュータに相当し、そこで制御プログラムが実行されることで図２に示すフローチャートに係る処理やその他の処理等が実行される。
【００２９】
まず、Ｓ１０１からＳ１０３の処理において、排気中に含まれるＰＭ粒子数（個／ｃｍ３）が算出される。ＰＭ粒子数は、一立方センチメートルあたりのＰＭ粒子の数である。このＰＭ粒子数は、内燃機関から排出されるＰＭ粒子数であり、ハウジング３に流入する前のＰＭ粒子数である。ＰＭ粒子数は、機関回転数、機関負荷、及び内燃機関の温度（たとえば、潤滑油の温度または冷却水の温度）と相関関係にあるため、これらの値に基づいて算出する。
【００３０】
このため、Ｓ１０１では、機関回転数及び機関負荷が取得される。機関回転数は、クランクポジションセンサ７２により検出され、機関負荷は、アクセル開度センサ７１により検出される。また、Ｓ１０２では、内燃機関の温度が取得される。内燃機関の温度は温度センサ７３により検出される。
【００３１】
Ｓ１０３では、ＰＭ粒子数が算出される。ここで、図３は、機関回転数と機関負荷とから、ＰＭ粒子数を算出するためのマップの一例を示した図である。この関係は、内燃機関
の温度に応じて制御装置７が複数記憶している（図３に示すのは、内燃機関の温度が２０℃の場合のマップである。）。そして、Ｓ１０２で検出された内燃機関の温度に応じたマップを用いて機関回転数及び機関負荷からＰＭ粒子数が求められる。このマップは、予め実験等により準備されている。なお、このようなマップを用いてＰＭ粒子数を検出してもよいが、ＰＭ粒子数を検出するセンサをハウジング３よりも上流側の排気通路２に取り付けて、該センサによりＰＭ粒子数を直接検出してもよい。
【００３２】
次に、Ｓ１０４では、Ｓ１０３で算出されるＰＭ粒子数に基づいて電極５への印加電圧が算出される。この印加電圧は、内燃機関が始動し排気通路２内を排気が流れ始めたときに電極５へ最初に印加する電圧である。そして、Ｓ１０４で算出される印加電圧を初期値として、過電流が発生しない範囲で印加電圧が最も大きくなるようにフィードバック制御を行う（Ｓ１０５の処理）。具体的には、検出装置９によって検出される電流値が所定の閾値を超えないように、電極５への印加電圧がフィードバック制御される。ここで、印加電圧の初期値は図４に示すマップに基づいて設定される。
【００３３】
図４は、内燃機関からの排気流量（ｇ／ｓｅｃ）とＰＭ粒子数（×１０５個／ｃｍ３）とから、印加電圧（Ｖ）を算出するためのマップの一例を示した図である。このマップは、予め実験等により準備される。内燃機関からの排気流量は、内燃機関の吸入空気量と相関関係にあるため、エアフローメータ７４により検出される吸入空気量に基づいて求めることができる。
【００３４】
ここで、排気通路２を流れる排気流量が少ないほど、ＰＭの慣性力が小さくなるため、相対的に静電作用の影響が大きくなる。このため、ＰＭ同士が凝集しやすくなる。したがって、排気流量が少ないほど、より小さな印加電圧でＰＭ同士が凝集する。この点を踏まえて、図４に示すマップでは、排気流量が少ないほど印加電圧が小さくされている。一方で、ＰＭ粒子数が多いほど、ＰＭ粒子間の距離が短くなるために、相対的に静電作用の影響が大きくなる。このためＰＭ粒子数が多いほど、より小さな印加電圧でＰＭが凝集する。この点を踏まえて、図４に示すマップでは、ＰＭ粒子数が多いほど印加電圧は小さくされている。なお、印加電圧の初期値としては、たとえば、ＰＭ粒子数の低減率が所定値（たとえば４０％）となるような電圧値としてもよく、また、印加電圧の初期値を予め定めておいた規定値としてもよい。この規定値は、過電流が発生しないように余裕を持たせた値とすることができる。
【００３５】
このように、図２に示すように電極５への印加電圧をフィードバック制御することで、過電流が発生しない範囲で印加電圧を可及的に高くすることができる。これにより、ＰＭの凝集をより促進させることができるため、ＰＭ粒子数をより減少させることができる。また、上記のとおり、排気浄化装置１０の下流側に粒子状物質処理装置１を配置するため、そのハウジング３内に流れ込む排気の流速を低減させることができることから、ＰＭ粒子数の低減処理はより効率的に実現されることになる。
【００３６】
なお、上述までの実施例においては、排気浄化装置１０は複数の排気浄化触媒による触媒群で形成されていたが、単独の排気浄化触媒から形成される排気浄化装置１０を採用しても構わない。
【実施例２】
【００３７】
図５に、本発明に係る粒子状物質処理装置の第二の実施例に関する概略構成を示す。図５に示す粒子状物質処理装置１００と図１に示す粒子状物質処理装置１と異なる点について説明する。図５に示す粒子状物質処理装置１００では、電源６と、電極５と、の間の電源側電線５２に、該電源側電線５２を通る電流を検出する検出装置９が設けられている。このように、検出装置９を電源側電線５２に設けることにより、図１に示される絶縁部４
は必要ない。すなわち、ハウジング３から排気通路２側へ電気が流れたとしても、検出装置９によれば電極５を通る電流を検出することができる。しかし、一般に、電源側電線５２のほうが接地側電線５３よりも、径が太く且つ長さが長くなるため、電気的な容量が大きくなる。したがって、図５に示す粒子状物質処理装置１００については、コロナ放電などの強い放電が発生したとしても、図１に示す粒子状物質処理装置１と比べてパルス電流を検出し難くなる。
【００３８】
そこで、たとえば、図２に示す印加電圧のフィードバック制御を行う際に、パルス電流等の高周波成分を有する電流を検出し、それをフィードバック制御に反映させる必要がある場合には、図１に示す粒子状物質処理装置１が有用であり、そのような必要がない場合には、図５に示す形態の粒子状物質処理装置１００も採用し得る。
【実施例３】
【００３９】
図６に、本発明に係る粒子状物質処理装置の第三の実施例に関する概略構成を示す。図６に示す粒子状物質処理装置１１０と図１に示す粒子状物質処理装置１と異なる点について説明する。図６に示す粒子状物質処理装置１１０は、排気浄化装置１０の下流側に設けられた排気消音装置（いわゆるマフラー）１３の更に下流側に設けられている。排気消音装置１３は、図示しないが排気圧力を徐々に低減する構成となっており、その圧力低下に伴って排気の流速も低下する。そのため、図６に示すように排気消音装置１３の下流側で粒子状物質処理装置１１０のハウジング３を接続することで、排気の流速を十分に低下させた後に、当該排気を、粒子状物質処理装置１１０によるＰＭ粒子数の低減処理に供させることになる。その結果、当該低減処理が効率的に実現されることになる。
【００４０】
ここで、粒子状物質処理装置１１０のハウジング３の帯電空間は、排気通路２の断面積よりも大きな断面積を有し、またハウジング３自体が排気の流れに沿って所定の長さを有することから、ハウジング３内の帯電空間は、排気消音装置１３と同じように、排気の圧力を低下させることで消音効果を発揮することが期待される。そこで、ハウジング３の大きさ、形状を、排気中のＰＭ凝集の観点に加えて、排気消音の観点からも決定してもよい。具体的には、排気消音装置１３による除去周波数を除去すべき排気音の周波数帯のうち低周波領域に設定した場合、残りの高周波領域の周波数についてはハウジング３によって除去できるように、そのハウジング３の大きさ、形状が決定される。これにより、排気消音装置１３で達成すべき周波数領域が狭まるため、該装置１３の容量を小さくすることができる。
【００４１】
また、図６に示す態様に代えて、粒子状物質処理装置１１０自体を排気消音装置１３の内部に含まれるように構成してもよい。粒子状物質処理装置１１０が排気消音装置１３の内部に存在することで、幾ばくかは当該装置１３によって圧力低下され流速が低下した排気が粒子状物質処理装置１１０側に供給されることになるので、排気中のＰＭ粒子数の低減処理が効率的に行われることになる。なお、このとき粒子状物質処理装置１１０のハウジング３として、排気消音装置１３のハウジングを兼用して用いてもよい。すなわち、排気消音装置１３のハウジングは、消音のための空間を画定するものでもあり、一部に帯電空間を画定するものでもある。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・・粒子状物質処理装置
２・・・・排気通路
３・・・・ハウジング
４・・・・絶縁部
５・・・・電極
６・・・・電源
７・・・・制御装置
８・・・・バッテリ
９・・・・検出装置
１０・・・・排気浄化装置
１１・・・・酸化触媒
１２・・・・ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
１００・・・・粒子状物質処理装置
１１０・・・・粒子状物質処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気中の粒子状物質を凝集させる粒子状物質処理装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関から排出される排気の浄化を行う排気浄化装置と、
前記排気浄化装置の下流側に位置する排気通路において、印加電圧を変更可能な電極を有し、該電極への印加電圧により該電極と該排気通路との間の、該排気浄化装置から流れ出る排気が通る空間に電流を流す処理部と、
を備える粒子状物質処理装置。
【請求項２】
前記排気浄化装置は、前記内燃機関から排出される排気の浄化を行う複数の排気浄化触媒が直列に並んだ排気浄化触媒群を有し、
前記処理部は、前記排気浄化触媒群のうち最下流側の排気浄化触媒よりも、更に下流側に設けられる、
請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項３】
前記排気浄化装置の下流側の排気通路には、そこを流れる排気の排気音を消音する消音装置が設けられ、
前記処理部は、前記消音装置の一部として形成される、
請求項１又は請求項２に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項４】
前記排気浄化装置の下流側の排気通路には、そこを流れる排気の排気音を消音する消音装置が設けられ、
前記処理部は、前記消音装置の下流側に設けられる、
請求項１又は請求項２に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項１】
排気中の粒子状物質を凝集させる粒子状物質処理装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関から排出される排気の浄化を行う排気浄化装置と、
前記排気浄化装置の下流側に位置する排気通路において、印加電圧を変更可能な電極を有し、該電極への印加電圧により該電極と該排気通路との間の、該排気浄化装置から流れ出る排気が通る空間に電流を流す処理部と、
を備える粒子状物質処理装置。
【請求項２】
前記排気浄化装置は、前記内燃機関から排出される排気の浄化を行う複数の排気浄化触媒が直列に並んだ排気浄化触媒群を有し、
前記処理部は、前記排気浄化触媒群のうち最下流側の排気浄化触媒よりも、更に下流側に設けられる、
請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項３】
前記排気浄化装置の下流側の排気通路には、そこを流れる排気の排気音を消音する消音装置が設けられ、
前記処理部は、前記消音装置の一部として形成される、
請求項１又は請求項２に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項４】
前記排気浄化装置の下流側の排気通路には、そこを流れる排気の排気音を消音する消音装置が設けられ、
前記処理部は、前記消音装置の下流側に設けられる、
請求項１又は請求項２に記載の粒子状物質処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１９３７０１（Ｐ２０１２−１９３７０１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５９３６４（Ｐ２０１１−５９３６４）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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