JPH04109015A - 車両用ディーゼル機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は車両用ディーゼル機関の排気ガス浄化装置に関
し、特にその発電装置に関する。

「従来の技術］ 従来、バスやトラックなどの車両用ディーゼル機関の排
気ガス中に含まれるディーゼルパティキュレートが環境
を汚染する問題が深刻化しており、この問題を解決する
ためにセラミックフィルタなどでディーゼルパティキュ
レートを吸着して排気ガスを浄化するものが知られてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところが上記したセラミックフィルタなどでディーゼル
パティキュレートを吸着する方式では、排気圧力損失が
大きく、その分だけ機関効率が低下する欠点かあった。

特に、ディーゼルパティキュレートの吸＠量が増加する
と上記排気圧力損失か加速度的に増大し、ディーゼル機
関が吸入する空気量が低下して大幅な出力低下及び燃焼
特性の悪化を招く。

本発明者らは、上記問題点を解決するために、ディーゼ
ルパティキュレートが燃焼反応などにより負帯電してい
ることを利用して静電捕集すれば、排気圧力損失を軽減
しつつ良好なディーゼルパティキュレート捕集が可能に
なるということを確認し、先に出願した。

ただこのような静電捕集において、捕集効率を向上させ
るにはディーゼルパティキュレートをコロナ放電により
一層強力に帯電させることが好ましいが、そのためには
１万Ｖ以上の直流高電圧が必要となる。

通常考えられるこのような直流高電圧の発生方法として
は、バッテリ電圧をインバータにより交流化した後、昇
圧トランスにより昇圧し、次に高耐圧整流素子により直
流化する方法がある。

しかしながら、この案ではバッテリに対する電力負荷を
いたずらに増加する欠点があり、バッチリヤオルタネー
タの大型化、又はインバータや高耐圧整流素子の追設な
どを要する不具合がある。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、バッ
テリ負荷を増加することなくディーゼルパティキュレー
トの静電捕集が可能な車両用ディーゼル機関の排気ガス
浄化装置を提供することをその解決すべき課題としてい
る。

１課題を解決するための手段］ 本発明の車両用ディーゼル機関の排気カス浄化装置は、
車両用ディーゼル機関の排気経路に所定の間隔部を挟ん
で設けられ負極がディーゼルパティキュレートを静電捕
集する一対の電極部と、上記電極部間に高電圧を供給し
上記間隙部にデイゼルパティキュレート捕東用の高電圧
電源部とを有し、上記高電圧電源部は、上記車両用ディ
ーゼル機関の回転軸に設けられたカムと、該カムにより
周期的に圧縮される圧電素子を有し周期的に電力を発生
する圧電変換部とを備えることを特徴としている。

［作用及び発明の効果］ 本発明のディーゼル機関の排気ガス浄化装置は、電気集
塵の原理を応用してディーゼル機関の排気カス中（含ま
れるディーゼルパティキュレートを排気カスから分離す
るものである。すなわち、ディーゼル機関から排出され
るディーゼルパティキュレートは、シリンダ内部におけ
る燃焼反応及び空気流動の結果として、強く負に帯電さ
れている。

したがって、排気経路中の一対の電極部の間の間隙部を
通過する途中において、電極部が間隙部に形成する電界
により、ディーゼルパテイキュレトはその電極部の正極
に捕集される。また、印加電圧によりコロナ放電を発生
させれば、ディーゼルパティキュレートは更に負帯電さ
れ、より一層、正極に捕集される。

本発明では特に、ディーゼル機関の回転軸（例えばカム
シャフト）の回転軸にカムを設け、カムにより周期的に
圧電素子を圧縮して静電捕集のための高電圧を得ている
。

したがって本発明によれば、オルタネータ、バッテリ、
インバータ、昇圧トランスを介することなしに必要な高
電圧を得ることができる。

また、圧電素子の発生電流量はカムの回転数に比例する
ので、ディーゼル機関の回転数が増加してディーゼルパ
ティキュレートの排出量が増加すれば供給電力も増加す
ることができる利点がある。

上記結果として、バッテリの消耗、ディーゼル機関の排
気圧力損失の増加、及び、それに伴う機関出力の低下や
シリンダ内燃焼の劣化をほとんど招くことがなしに、排
気ガスを浄化することが可能となる。また装置自体はセ
ラミックフィルタなどに比べて格段に軽量小形化するこ
とができる。

［実施例］ （実施例１） 本発明の一実施例を第１図に示す。

この装置は、車両用ディーゼル機関（図示せず）の上流
側排気管１ａ及び下流側排気管１ｂに嵌合して両排気管
１ａ、１ｂを連結する外缶部２と、外出部２の両端部に
開口された中央孔１１に嵌入される絶縁碍子３．４と、
絶縁碍子３．４に両端が保持されて外缶部２の軸心上に
延在するステンレス製の高圧電極部５と、高圧電極部５
に接続される出力ターミナル６１をもつ高電圧電源部６
とからなる。

外缶部２はステンレス製で同色形状を有し、外周面に入
口筒部２１及び出口筒部２２が突設される両端開口の主
筒部２３と、主筒部２３の両端に嵌着されて主筒部２３
の両端開口を脱着可能に密閉する蓋部２４とからなる。

入口筒部２１及び出口筒部２２はそれぞれ外缶部２の各
端部に近接して同一方向に突設されており、それぞれ上
流側排気管１ａ及び下流側排気管１ｂに嵌入して、両排
気管１ａ、１ｂを排気ガス流通可能に連結している。蓋
部２４の中央部には軸心方向外側に円筒壁部２５が突設
されている。

絶縁碍子３．４はアルミナ磁器製で、蓋部２４の円筒壁
部２５にそれぞれ取りはずし可能に嵌入する円柱状の嵌
入部３１．４１と、嵌入部３１．４１と一体に形成され
て主筒部２３内へ軸心に沿って伸びる内突部３２．４１
とからなる。内突部３２．４２の外周面には沿面放電防
止用の複数のリブ３３．４３かコルゲート状に設けられ
ている。

絶縁碍子３．４の中央部に軸心に沿って設けられた孔部
３５．４５には棒状の高圧電極部５が挿通固定されてお
り、高圧電極部５の一端は絶縁碍子３を貫通し他端は絶
縁碍子４に埋め込まれている。

高電圧電源部６は出力ターミナル６１に接続された高圧
電極部５に負の直流高電圧を印加し、車体（図示せず〉
を介して接地された外缶部２と高圧電極部５との間にコ
ロナ放電を発生させる。

次に、高電圧電源部６の構成を第８図を参照して説明す
る。

高電圧電源部６は、車両用ディーゼル機関（図示せず）
のカムシャフト２００に設けられたカム２０１と、カム
２０１により周期的に圧縮される圧電素子４００を有す
る圧電変換部３００とからなる。

圧電変換部３００は、一端開口の円筒ケース３０１と、
円筒ケース３０１の凹部内奥に挿入されたスプリング３
０２と、円筒ケース３０１の底部３０３に設けられた出
力ターミナル６１とからなる。円筒ケース３０１は樹脂
製で電気絶縁性を有する。出力ターミナル６１は銅製で
、底部３０３の内面に固着される円板６１ａと、円板６
１ａの中央部から底部３０３を貫通して外部に突出する
ピン６１ｂとからなる。ピン６１ｂは高圧電極部５に電
気的に接続される。

圧電素子４００は、円柱形状のＰＺＴ４０１と、ＰＺＴ
４０１の両端面に被着された円板形状の電極部４０２．
４０３とからなる。圧電素子４００の一部は円筒ケース
３０１に摺動自在に嵌入されてあり、カム２０１に付勢
されてスプリング３０２を圧縮している。

電極部４０２はスプリング３０２を介して出力ターミナ
ル６１に電気的に接続されている。電極部４０３の凸面
部はカムに当接し、電極部４０３の反対側の平坦面部は
ＰＺＴ４０１に当接している。電極部４０３はカム２０
１を介して接地されている。

以下に、この装置の動作を説明する。

ディーゼル機関（図示せず）の運転によりカムシャフト
２００が回転し、カム２０１は周期的に圧電素子４００
を圧縮し、この圧縮により圧電素子４００の両側端面間
に高電圧が発生する。ここで電極部４０３がカム２０１
を介して接地されているので、電極部４０２に生じた高
電圧はスプリング３０２を介して出力ターミナル６１に
伝達され、出力ターミナル６１がら高圧電極部５に印加
される。

ディーゼル機関から出る排気ガスは上流側排気管１ａを
介して外缶部２内に送られ、そして下流側排気管１ｂ及
び消音器（図示せず）を介して外部に排出される。

高電圧電源部６は高圧電極部５に負の直流高電圧を印加
し、高圧電極部５と外缶部２との間にコロナ放電を発生
させる。このコロナ放電により排気カス中のディーゼル
パティキュレートは負に帯電され、高圧電極部５と外缶
部２との間の電界に引かれて外缶部２の内周面に堆積し
、下流側排気管１ｂから清浄な排気カスが排出される。

なお、外缶部２内部に堆積したディーゼルパティキュレ
ートは定期的に清掃される。清掃には、まず外缶部２を
第１図中、上方向に引張って外缶部２を上流側排気管１
ａ及び下流側排気管１ｂから分離し、次に、両蓋部２４
を主筒部２３及び絶縁碍子３．４から外して、内部のデ
ィーゼルパティキュレートを除去すればよい。

このようにすれば、簡単にディーゼルパティキュレート
層を除去できる。

次に、この装置を用いて実施した試験結果を第２図に示
す。ただし、高電圧電源部６には通常の昇圧トランス型
式のものを用いた。

ただし、外缶部２の内周面の直径は５５ｍｍ、高圧電極
部５の直径はＱ、５ｍｍ、高圧電極部５の有効軸長は１
０００ｍとする。第２図かられかるように直流電圧の増
加とともに汚染率を急激に低下することができる。なお
、ここで汚染率はＪＩｓ　　Ｄ　　１１０１に定める排
気煙濃度測定用ろ紙が排気ガスによって汚染される度合
で、１００−１．１５Ｘ放射輝度率（％）で表わされる
。

次に、ディーゼル機開始動時の汚染率を第５図に示す。

第５図から始動時の排気ガス汚染率が格段に改善される
ことがわかる。

次に、この実施例の排気ガス浄化装置をデイゼル機関の
出口部（排気管上流部）に設けた場合と、排気管出口に
設けた場合の汚染率を第６図、第７図に示す。

排気管上流部に設けた場合（第６図）には、汚染率（こ
の実施例の排気ガス浄化装置を設けない場合を１とする
）は大幅に低減されることがわかる。

これは、ディーゼル機関から出た直後のデイゼルパテイ
キュレートがシリンダ内部の燃焼反応により強く負に帯
電しており、また高温であるためにイオン化率も高く、
そのために、捕集効率が改善されるためであると考えら
れる。

（変形態様） この実施例の一変形態様において、高電圧電源部６は、
高圧電極部５にコロナ放電電圧以下の電圧を印加する。

その結果、高圧電極部５と外缶部２との間にコロナ放電
を発生させない。しかしなから、ディーゼル機関から排
出されるディーゼルパティキュレートは、シリンダ（図
示せず）内部における火炎反応の結果として、強く負に
帯電されているので、高圧電極部５と外缶部２どの間に
おいて、外缶部２に向けて静電加速され、外缶部２に捕
集される。

（実施例２） 弛の実施例を第３図及び第４図により説明する。

この装置は、車両用ディーゼル機関（図示せず）の上流
側排気管１Ｃ及び下流側排気管１ｄに嵌合して両排気管
ＩＣ１１ｄを連結する外缶部７と、外缶部７の内側面に
固定された絶縁碍子８．８１と、絶縁碍子８．８１に支
持される高圧電極部９と、接続ターミナル６０により高
圧電極部９に給電する高圧電源部６とからなる。高圧電
源部６は第１実施例と同一構成を有する。

外缶部７はステンレス製で角箱形状を有し、側壁に入口
筒部７１及び出口筒部７２が設けられる上端開口の鞘部
７３と、鞘部７３の開口に脱着可能に嵌合して鞘部７３
の内部空間を密閉する蓋部７４とからなる。入口筒部７
１及び出口筒部７２はそれぞれ上流側排気管１Ｃ及び下
流側排気管１ｄに脱着可能に嵌入して、両排気管１Ｃ１
１ｄを排気ガス流通可能に連結している。

絶縁碍子８．８１は外缶部７の内部において高圧電極部
９を外缶部７と電気絶縁可能に支持している。すなわち
、２対の絶縁碍子８はそれぞれ一本のステンレス棒９Ｌ
　９２の両端を支持しており、絶縁碍子８１はステンレ
ス棒９Ｌ　９２と直角に伸びるステンレス棒９３を支持
している。ステンレス棒９３は絶縁碍子８１を貫通し、
接続タミナル６０の導体筒部６３を介して高圧電源部６
に接続されている。また、ステンレス棒９３はステンレ
ス棒９１．９２に溶接されており、更にステンレス棒９
１．９２．９３はステンレス金網９４と溶接されている
。これらステンレス棒９１．９２．９３及びステンレス
金網９４は蓋部７４に平行して配設されており、高圧電
極部９に負の直流高電圧を印加してコロナ放電を行い、
外缶部７の内部にディーゼルパティキュレート層１００
を堆積させる。

この装置でもディーゼルパティキュレート層１００の清
掃には、外缶部７を第４図中、右方向に引張って外缶部
７を上流側排気管１Ｃ及び下流側排気管１ｄ及び接続タ
ーミナル６０から分離し、次に、蓋部７４を開いて箱部
７３内部のディーゼルパティキュレート層１００を除去
すればよい。

更に、この実施例の装置は浅底角箱形状に形成されてい
るので、車体底８６に装着しヤずくかつ清掃か簡単とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図の装置の試験結果を示すものであり、汚染率と印加電
圧との関係を示す特性図、第３図は本発明の第２実施例
を示し第４図のＡ−Ａ線矢禎の断面図、第４図は第２実
施例の装置の横断面図である。第５図は始動時における
汚染率低減効果を示す線図、第６図及び第７図はエンジ
ン（ディーゼル機関〉出口部と排気管出口とにおける汚
染率の差を示す線図、第８図は本発明の高電圧電源部の
一実施例を示ず断面図である。 １ａ・・・上流側排気管（排気経路） １ｂ・・・下流側排気管（排気経路 ２・・・外缶部（電極部） ３．４・・・絶縁碍子 ５・・・高圧電極部（電極部） ６・・・高電圧電源部 ２０１・・・カム ４００・・・圧電素子 ３００・・・圧電変換部 特許出願人　　株式会社長尾工業

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）車両用ディーゼル機関の排気経路に所定の間隔部
   を挟んで設けられ負極がディーゼルパティキュレートを
   静電捕集する一対の電極部と、上記電極部間に高電圧を
   供給し上記間隙部にディーゼルパティキュレート捕集用
   の電界を発生させる高電圧電源部とを有し、上記高電圧
   電源部は、上記車両用ディーゼル機関の回転軸に設けら
   れたカムと、該カムにより周期的に圧縮される圧電素子
   を有し周期的に電力を発生する圧電変換部とを備えるこ
   とを特徴とする車両用ディーゼル機関の排気ガス浄化装
   置。