JPH04109016A - 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用
いられる発電装置に関する。

［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か環境
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か知られてい
る。

［発明か解決しようとする課題１ 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着量が増加する
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〜りにより交流化した後、昇
圧トランスにより昇圧して交流高電圧を得、得た交流高
電圧を高耐圧整流素子により整流する方法がある。

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、バッテリの大型化、及
びインバータの追設などの不具合がある。

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簡単な構成でディーゼルパ
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。

［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ガス浄化装置は、
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
上記間隙部にディーゼルパティキュレート捕集用の高電
圧電源部とを有し、上記高電圧電源部は、入力端子が上
記車両用ディーゼル機関のオルタネータの出力端子に接
続される昇圧トランスと、該昇圧トランスの出力端子に
接続される整流素子とからなることを特徴としている。

なおここでいうオルタネータは、バッテリ充電するため
の車両用交流発電機であって、通常三相であるが単相型
式のものであってもよい。

［作用及び発明の効果］ 本発明のディーゼル機関の排気カス浄化装置は、電気集
塵の原理を応用してディーゼル機関の排気ガス中に含ま
れるディーゼルパティキュレートを排気ガスから分離す
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（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、ディーゼルパティキュレー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、オルタネータの出力端子に接続される
昇圧トランスと、昇圧トランスの出力端子に接続される
整流素子とにより高電圧電源部を構成している。

このようにすれば、バッテリからの直流電圧をインバー
タにより交流化した後、昇圧トランスにより昇圧して交
流高電圧を得、得た交流高電圧を高耐圧整流素子により
整流する方式に比較して、インバータを省略することが
でき、がっ、バッテリに対する負担を軽減することがで
きる。

したがって本発明によれば、簡単な構成でデイゼルパテ
ィキュレートの静電捕集のための直流高電圧を得ること
かできる。

上記結果として、バッテリの無駄な消耗、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か可能となる。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、外缶部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類の高圧電極部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はステンレス製で日田形状を有し、外周面に入
口筒部２１及び出口筒部２２か突設される両端開口の主
筒部２３と、主筒部２３の両端にＦｔ１着されて主筒部
２３の両端開口を脱着可能に見開する蓋部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及びモ流側排気管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歳入する円柱状の嵌
へ部３１．４１と、嵌へ部３］、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炎部３２．４２
とからなる。内炎部３２．４２の外周面には沿面放電防
止用の複数のリブ３３．４３がコルゲート状に設けられ
Ｃ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か挿通固定されてあ
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６］に接続された高圧
電極部５に負の直流高電圧を印加し、Φ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、昇圧トランス６２と、腎肝トランス
の出力端子に接続される高耐圧整流素子６３とからなる
。

昇圧トランス６２の入力端子は、車両用ディゼル機関（
図示せず）のオルタネータ（三相交流発電機＞５００の
出力端子ｖ、Ｗに接続されている。５０１は回転する界
磁磁石を示し、５０２は星形結線された三相ステータコ
イルを示す。

オルタネータ５００の出力端子Ｕ、■、Ｗはそれぞれ三
相仝波整流器６００の各入力端に個別に接続されており
、三相全波整流器６００の各出力端はバッテリＶ及び図
示しない通常の電気負荷に接続されている。

昇圧トランス６２の出力端子は、出力ターミナル６１（
第１図参照）に接続されている。

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）が運転されると、ディーゼ
ル機関のクランクシャフトにファンベルトを介して連結
されるオルタネータ５００は、三相交流電圧を出力する
。

オルタネータ５００の出力端Ｖ、Ｗに三相交流電圧が発
生すると、昇圧トランス６２はそれを例えば数ｋＶ以上
に昇圧し、昇圧された交流高電圧は高耐圧整流素子６３
により整流され、出力タミナル６１に負の直流電圧が印
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（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から清浄な排気ガスが排出される。

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、ます外缶部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
８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。

この実施例において重要なことは、オルタネタ５００の
出力電圧、出力電流が回転数の上昇とともに増加するこ
とである。ディーゼルパティキュレートの排出量は回転
数に正の相関をもつので、この実施例によれば、ディー
ゼルパティキュレ−トの排出量の増加とともに、出力タ
ーミナルに供給する電力を増加することができるという
利点か生じる。

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、外缶部２の内周面の直径は６６ｍｍ、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
００ｃｍとする。第２図かられかるように直流電圧の増
加とともに汚染率が急激に低下する。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ィーゼル機関
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ィーゼルパテ
ィ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。しかしながら、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との間に
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） 他の実施例を第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ＩＣ及び下流側排気管１ｄに嵌合して両排気管
１Ｃ１１ｄ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筒部
７３と、筒部７３の開口に脱着可能に嵌合して筒部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９１
．９２の両端を支持しており、絶縁碍子８１はステンレ
ス棒９Ｌ９２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９１
．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を開いて筒部
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、車体底部に装着しやすくかつ清掃が簡単となる
。

【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線矢視の断面図、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
一実施例を示す等価回路図である。 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 ６２・・・昇圧トランス ６３・・・高耐圧整流素子 特許出願人　　株式会社長尾Ｔ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
   の電界を発生する高電圧電源部とを有し、 上記高電圧電源部は、入力端子が上記車両用ディーゼル
   機関のオルタネータの出力端子に接続される昇圧トラン
   スと、該昇圧トランスの出力端子に接続される整流素子
   とからな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。