JP2001295634A - 排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 排気浄化装置において、安定した排気浄化性
能を確保する一方で省電力化を図る。 【解決手段】 エンジン１１の排気管１４に触媒１５を
設け、この触媒１５のハニカム担体２１に電極２２，２
３を層状に設けて触媒表面近傍に電界を付与して触媒反
応を調整可能とし、ＥＣＵ１８は触媒による排気ガス浄
化性能に影響を与える因子、つまり、運転状態に基づい
てこの電界を制御する。
能を確保する一方で省電力化を図る。 【解決手段】 エンジン１１の排気管１４に触媒１５を
設け、この触媒１５のハニカム担体２１に電極２２，２
３を層状に設けて触媒表面近傍に電界を付与して触媒反
応を調整可能とし、ＥＣＵ１８は触媒による排気ガス浄
化性能に影響を与える因子、つまり、運転状態に基づい
てこの電界を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス通路に排
気ガス中の有害物質を浄化する排気浄化用触媒を有する
排気浄化装置に関し、内燃機関や廃棄物処理設備などの
排気通路に用いて好適である。
気ガス中の有害物質を浄化する排気浄化用触媒を有する
排気浄化装置に関し、内燃機関や廃棄物処理設備などの
排気通路に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】例えば、内燃機関を搭載した自動車は、
この内燃機関の燃焼により排気ガスを排出しており、こ
の排気ガスはＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘなどの有害物質を含有
することから、排気系に有害物質を浄化処理する触媒が
設けられている。ところで、このような触媒は幅広い環
境にさらされる。しかし、触媒は浄化性能を維持できる
条件が限られた範囲にあり、内燃機関の運転条件によっ
ては浄化性能が著しく低下してしまう領域がある。触媒
の浄化性能が著しく低下する内燃機関の運転条件とは、
例えば、低温始動時やアイドル運転時などの低温運転条
件、ＮＯｘトラップ触媒における６００℃以上の高温運
転条件などがある。
この内燃機関の燃焼により排気ガスを排出しており、こ
の排気ガスはＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘなどの有害物質を含有
することから、排気系に有害物質を浄化処理する触媒が
設けられている。ところで、このような触媒は幅広い環
境にさらされる。しかし、触媒は浄化性能を維持できる
条件が限られた範囲にあり、内燃機関の運転条件によっ
ては浄化性能が著しく低下してしまう領域がある。触媒
の浄化性能が著しく低下する内燃機関の運転条件とは、
例えば、低温始動時やアイドル運転時などの低温運転条
件、ＮＯｘトラップ触媒における６００℃以上の高温運
転条件などがある。
【０００３】そこで、内燃機関の運転条件に拘らず、排
気ガス中の有害成分を効果的に分解して低減するものと
して、例えば、特開平１０−２６６８３１号公報に開示
されたものがある。この公報に開示された「排ガス浄化
装置」では、エンジンの排気通路に三元触媒を設けると
共に、この三元触媒に排ガス中の有害成分をプラズマ状
態にして分解する電気回路を設け、排ガスが三元触媒を
通過する際に、電気回路による電力供給によりプラズマ
状態として有害成分を分解し、プラズマ状態とならなか
った有害成分を三元触媒により除去するようにしてい
る。
気ガス中の有害成分を効果的に分解して低減するものと
して、例えば、特開平１０−２６６８３１号公報に開示
されたものがある。この公報に開示された「排ガス浄化
装置」では、エンジンの排気通路に三元触媒を設けると
共に、この三元触媒に排ガス中の有害成分をプラズマ状
態にして分解する電気回路を設け、排ガスが三元触媒を
通過する際に、電気回路による電力供給によりプラズマ
状態として有害成分を分解し、プラズマ状態とならなか
った有害成分を三元触媒により除去するようにしてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の「排ガス浄化装置」にあっては、電気回路による電
力供給により排ガス中の有害成分をプラズマ状態として
直接分解するものであるから、大きな消費電力を必要と
するという問題があり、また、一旦分解された成分が再
び有害成分として結合してしまい、十分な排気浄化性能
が得られない可能性がある。そして、従来の装置では、
電気回路にてプラズマ状態とならなかった有害成分を三
元触媒により除去するようにしているが、前述したよう
に、触媒の浄化性能が低下状態にあるエンジンの運転条
件下は、有害成分を確実に除去することができないとい
う問題がある。
来の「排ガス浄化装置」にあっては、電気回路による電
力供給により排ガス中の有害成分をプラズマ状態として
直接分解するものであるから、大きな消費電力を必要と
するという問題があり、また、一旦分解された成分が再
び有害成分として結合してしまい、十分な排気浄化性能
が得られない可能性がある。そして、従来の装置では、
電気回路にてプラズマ状態とならなかった有害成分を三
元触媒により除去するようにしているが、前述したよう
に、触媒の浄化性能が低下状態にあるエンジンの運転条
件下は、有害成分を確実に除去することができないとい
う問題がある。
【０００５】本発明は、このような問題を解決するもの
であって、安定した排気浄化性能を確保する一方で省電
力化を図った排気浄化装置を提供することを目的とす
る。
であって、安定した排気浄化性能を確保する一方で省電
力化を図った排気浄化装置を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の排気浄化装置では、排気ガス通路に排気ガ
ス中の有害物質を浄化する排気浄化用触媒を設け、触媒
反応調整手段によりこの排気浄化用触媒の表面近傍に電
界あるいは電磁界を付与して触媒反応を調整可能とし、
状態検出手段が排気浄化用触媒による排気ガス浄化性能
に影響を与える因子を検出し、制御手段はこの検出され
た因子に基づいて触媒反応調整手段が付与する電界ある
いは電磁界を制御するようにしている。
めの本発明の排気浄化装置では、排気ガス通路に排気ガ
ス中の有害物質を浄化する排気浄化用触媒を設け、触媒
反応調整手段によりこの排気浄化用触媒の表面近傍に電
界あるいは電磁界を付与して触媒反応を調整可能とし、
状態検出手段が排気浄化用触媒による排気ガス浄化性能
に影響を与える因子を検出し、制御手段はこの検出され
た因子に基づいて触媒反応調整手段が付与する電界ある
いは電磁界を制御するようにしている。
【０００７】従って、制御手段が排気ガス浄化性能に影
響を与える因子に基づいて制御しながら、触媒反応調整
手段が排気浄化用触媒の表面近傍に電界あるいは電磁界
を付与して触媒反応を調整することとなり、触媒の反応
による安定した排気浄化性能を確保することができ、ま
た、排気ガス中の有害成分をプラズマ状態として直接分
解するものに比べて省電力化を図ることができる。
響を与える因子に基づいて制御しながら、触媒反応調整
手段が排気浄化用触媒の表面近傍に電界あるいは電磁界
を付与して触媒反応を調整することとなり、触媒の反応
による安定した排気浄化性能を確保することができ、ま
た、排気ガス中の有害成分をプラズマ状態として直接分
解するものに比べて省電力化を図ることができる。
【０００８】なお、状態検出手段は少なくとも排気浄化
用触媒の温度に相関する因子を検出し、制御手段は触媒
性能が低下する温度領域である場合に電界あるいは電磁
界を強くして排気浄化用触媒の反応を促進させることが
好ましい。また、この制御手段は触媒反応調整手段が付
与する電界あるいは電磁界を放電限界電界以下に制限す
ることが好ましい。
用触媒の温度に相関する因子を検出し、制御手段は触媒
性能が低下する温度領域である場合に電界あるいは電磁
界を強くして排気浄化用触媒の反応を促進させることが
好ましい。また、この制御手段は触媒反応調整手段が付
与する電界あるいは電磁界を放電限界電界以下に制限す
ることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を詳細に説明する。
施形態を詳細に説明する。
【００１０】図１に本発明の一実施形態に係る排気浄化
装置の概略構成、図２に排気浄化装置に適用された触媒
の断面、図３に排気浄化装置による制御のフローチャー
ト、図４に運転条件に対する触媒表面電界を表すグラ
フ、図５にＮＯ分子間距離とポテンシャルエネルギとの
関係を表すグラフ、図６に触媒によるＮＯ分解過程を表
す概念、図７に印加電界に対する触媒の温度上昇量の換
算値を表すグラフ、図８及び図９に排気浄化装置に適用
された他の触媒の断面を示す。
装置の概略構成、図２に排気浄化装置に適用された触媒
の断面、図３に排気浄化装置による制御のフローチャー
ト、図４に運転条件に対する触媒表面電界を表すグラ
フ、図５にＮＯ分子間距離とポテンシャルエネルギとの
関係を表すグラフ、図６に触媒によるＮＯ分解過程を表
す概念、図７に印加電界に対する触媒の温度上昇量の換
算値を表すグラフ、図８及び図９に排気浄化装置に適用
された他の触媒の断面を示す。
【００１１】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置にお
いて、図１に示すように、エンジン１１の図示しない燃
焼室の吸気ポートには吸気管１２が接続され、この吸気
管１２の空気取入口にはエアクリーナ１３が取付けられ
ている。一方、エンジン１１の図示しない排気ポートに
は排気管１４が接続され、この排気管１４の下流側には
排気ガス中の有害物質を浄化する排気浄化用触媒として
の三元触媒１５が設けられている。そして、この三元触
媒１５の上流側には高温センサ１６が装着される一方、
三元触媒１５の下流側には排気ガスセンサ（Ｏ2 セン
サ、ＮＯｘセンサなど）１７が装着され、更に図示しな
いマフラーが取付けられている。
いて、図１に示すように、エンジン１１の図示しない燃
焼室の吸気ポートには吸気管１２が接続され、この吸気
管１２の空気取入口にはエアクリーナ１３が取付けられ
ている。一方、エンジン１１の図示しない排気ポートに
は排気管１４が接続され、この排気管１４の下流側には
排気ガス中の有害物質を浄化する排気浄化用触媒として
の三元触媒１５が設けられている。そして、この三元触
媒１５の上流側には高温センサ１６が装着される一方、
三元触媒１５の下流側には排気ガスセンサ（Ｏ2 セン
サ、ＮＯｘセンサなど）１７が装着され、更に図示しな
いマフラーが取付けられている。
【００１２】また、車両には制御装置としての電子制御
ユニット（ＥＣＵ）１８が設けられ、このＥＣＵ１８に
は、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶
を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類
が具備されており、このＥＣＵ１８によってエンジン１
１の総合的な制御が実施される。即ち、エンジン回転
数、アクセル開度、スロットル開度、車速、エンジン冷
却水温、吸気温度などの情報がＥＣＵ１８に入力され、
ＥＣＵ１８は各種の情報に基づいて、燃料噴射モードや
燃料噴射量を始めとして点火時期等を決定し、インジェ
クタ等を駆動制御する。
ユニット（ＥＣＵ）１８が設けられ、このＥＣＵ１８に
は、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶
を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類
が具備されており、このＥＣＵ１８によってエンジン１
１の総合的な制御が実施される。即ち、エンジン回転
数、アクセル開度、スロットル開度、車速、エンジン冷
却水温、吸気温度などの情報がＥＣＵ１８に入力され、
ＥＣＵ１８は各種の情報に基づいて、燃料噴射モードや
燃料噴射量を始めとして点火時期等を決定し、インジェ
クタ等を駆動制御する。
【００１３】このように構成されたエンジン１１では、
燃焼室で燃料と空気の混合気が燃焼して排気ガスが発生
し、この排気ガスが排気管１４に流出し、三元触媒１５
にてＣＯやＨＣやＮＯｘなどの有害物質が浄化され、マ
フラーで消音されて大気に開放される。ところが、エン
ジン１１の低温始動時やアイドル運転時などの低温運転
条件などでは、三元触媒１５の触媒の浄化性能が低下す
る虞がある。
燃焼室で燃料と空気の混合気が燃焼して排気ガスが発生
し、この排気ガスが排気管１４に流出し、三元触媒１５
にてＣＯやＨＣやＮＯｘなどの有害物質が浄化され、マ
フラーで消音されて大気に開放される。ところが、エン
ジン１１の低温始動時やアイドル運転時などの低温運転
条件などでは、三元触媒１５の触媒の浄化性能が低下す
る虞がある。
【００１４】そこで、本実施形態の内燃機関の排気浄化
装置にあっては、触媒反応調整手段として電極を設け、
三元触媒１５の表面近傍に電界を付与して触媒による反
応を調整可能とし、三元触媒１５による排気ガス浄化性
能に影響を与える因子を検出（状態検出手段）し、ＥＣ
Ｕ１８（制御手段）はこの検出された因子に基づいて電
極により付与される電界を制御するようにしている。
装置にあっては、触媒反応調整手段として電極を設け、
三元触媒１５の表面近傍に電界を付与して触媒による反
応を調整可能とし、三元触媒１５による排気ガス浄化性
能に影響を与える因子を検出（状態検出手段）し、ＥＣ
Ｕ１８（制御手段）はこの検出された因子に基づいて電
極により付与される電界を制御するようにしている。
【００１５】なお、三元触媒１５による排気ガス浄化性
能に影響を与える因子とは、エンジン１１の運転条件で
あって、例えば、エンジン回転数、車速、エンジン冷却
水温、吸気温度、排気ガス温度、触媒温度、排気ガス流
量、有害排気ガス値、排気Ａ／Ｆ、触媒被毒量などのう
ちの１つ以上であり、複数適用する場合には、加算した
り、平均したり、運転条件により選択、あるいは重み付
けをしてもよい。
能に影響を与える因子とは、エンジン１１の運転条件で
あって、例えば、エンジン回転数、車速、エンジン冷却
水温、吸気温度、排気ガス温度、触媒温度、排気ガス流
量、有害排気ガス値、排気Ａ／Ｆ、触媒被毒量などのう
ちの１つ以上であり、複数適用する場合には、加算した
り、平均したり、運転条件により選択、あるいは重み付
けをしてもよい。
【００１６】この場合、三元触媒１５は、図２に示すよ
うに、通路径が１mm程度の多数の排気ガス通路が形成さ
れたハニカム担体２１の表面に、ウォッシュコート内の
貴金属（例えば、白金、ロジウム、パラジウム）が担持
されて構成されている。このハニカム担体２１の上面部
及び下面部に外部電極２２を装着すると共に、中央部に
内部電極２３を装着し、各電極２２，２３を略平行に配
設することで層状に形成する。また、ハニカム担体２１
の両側部に絶縁体２４を装着する。そして、この外部電
極２２と内部電極２３との間に電圧を印加することで、
平等電界を得るようにしている。
うに、通路径が１mm程度の多数の排気ガス通路が形成さ
れたハニカム担体２１の表面に、ウォッシュコート内の
貴金属（例えば、白金、ロジウム、パラジウム）が担持
されて構成されている。このハニカム担体２１の上面部
及び下面部に外部電極２２を装着すると共に、中央部に
内部電極２３を装着し、各電極２２，２３を略平行に配
設することで層状に形成する。また、ハニカム担体２１
の両側部に絶縁体２４を装着する。そして、この外部電
極２２と内部電極２３との間に電圧を印加することで、
平等電界を得るようにしている。
【００１７】ここで、三元触媒１５の表面近傍に電界を
付与することで触媒反応を調整可能とするその原理を簡
単に説明する。図５に示すグラフは、ＮＯ分子の分子間
距離とポテンシャルエネルギの関係を示すものである
が、ガス状のＮＯ分子と触媒上のＮＯ分子にポテンシャ
ルエネルギの差がある。ポテンシャルエネルギが高いこ
とは分子の解離エネルギ（活性エネルギ）が小さいこと
を意味し、分解し易いことになる。そして、この状態に
対して電場を与えると、ガス状のＮＯ分子が触媒上のＮ
Ｏポテンシャル曲線上にある励起凖位に遷移して更に分
解し易くなると考えられ、これが電場による触媒性能の
向上の原理と考えられる。
付与することで触媒反応を調整可能とするその原理を簡
単に説明する。図５に示すグラフは、ＮＯ分子の分子間
距離とポテンシャルエネルギの関係を示すものである
が、ガス状のＮＯ分子と触媒上のＮＯ分子にポテンシャ
ルエネルギの差がある。ポテンシャルエネルギが高いこ
とは分子の解離エネルギ（活性エネルギ）が小さいこと
を意味し、分解し易いことになる。そして、この状態に
対して電場を与えると、ガス状のＮＯ分子が触媒上のＮ
Ｏポテンシャル曲線上にある励起凖位に遷移して更に分
解し易くなると考えられ、これが電場による触媒性能の
向上の原理と考えられる。
【００１８】即ち、図６(ａ)に示すように、触媒表面に
担持された貴金属にＮＯが吸着された場合を考えると、
ＮＯの内部の電子ｅが貴金属の方に吸い込まれ、ＮＯ分
子内部のポテンシャルバランスが変化してＮ−Ｏの結合
力が弱まる。これに対して、図６(ｂ)に示すように、こ
の場に直流電場を与えると、吸着されたＮＯ分子は極性
を持つので電場でＮＯ分子間距離を引き伸ばすこととな
り、電場によるポテンシャルエネルギが加わることによ
りポテンシャルエネルギが増大して更にＮ−Ｏの結合力
が弱まり、分解しやすくなる。また、図６(ｃ)に示すよ
うに、この場に高周波電場を与えると、吸着されたＮＯ
分子は同じく極性を持つので電場に振られて振動を起こ
し、このとき、振動励起状態となってポテンシャルエネ
ルギが増大して更にＮ−Ｏの結合力が弱まり、分解しや
すくなる。
担持された貴金属にＮＯが吸着された場合を考えると、
ＮＯの内部の電子ｅが貴金属の方に吸い込まれ、ＮＯ分
子内部のポテンシャルバランスが変化してＮ−Ｏの結合
力が弱まる。これに対して、図６(ｂ)に示すように、こ
の場に直流電場を与えると、吸着されたＮＯ分子は極性
を持つので電場でＮＯ分子間距離を引き伸ばすこととな
り、電場によるポテンシャルエネルギが加わることによ
りポテンシャルエネルギが増大して更にＮ−Ｏの結合力
が弱まり、分解しやすくなる。また、図６(ｃ)に示すよ
うに、この場に高周波電場を与えると、吸着されたＮＯ
分子は同じく極性を持つので電場に振られて振動を起こ
し、このとき、振動励起状態となってポテンシャルエネ
ルギが増大して更にＮ−Ｏの結合力が弱まり、分解しや
すくなる。
【００１９】以下、上述した本実施形態の内燃機関の排
気浄化装置による三元触媒１５の制御について、図３の
フローチャート並びに図４の運転条件マップにより説明
する。
気浄化装置による三元触媒１５の制御について、図３の
フローチャート並びに図４の運転条件マップにより説明
する。
【００２０】まず、ステップＳ１において、エンジン１
１等の運転状態を検出すると共に、三元触媒１５の放電
限界電界を検出する。この運転状態は、前述したよう
に、エンジン回転数、車速、エンジン冷却水温、吸気温
度、排気ガス温度、触媒温度、排気ガス流量、有害排気
ガス値、排気Ａ／Ｆ、触媒被毒量などのうちの少なくと
も１つ以上である。また、放電限界電界は、触媒温度、
排気ガス温度、電極間印加電界、触媒内排気ガス密度の
うちの少なくとも１つ以上を含むマップで求められる、
各検出値は、高温センサ１６、排気ガスセンサ１７の
他、流量センサや圧力センサ等を用いて検出すればよ
い。また、この放電限界電界は、電流センサや電圧セン
サ等により実測あるいは推測した放電電流から求めると
より精度が向上する。
１等の運転状態を検出すると共に、三元触媒１５の放電
限界電界を検出する。この運転状態は、前述したよう
に、エンジン回転数、車速、エンジン冷却水温、吸気温
度、排気ガス温度、触媒温度、排気ガス流量、有害排気
ガス値、排気Ａ／Ｆ、触媒被毒量などのうちの少なくと
も１つ以上である。また、放電限界電界は、触媒温度、
排気ガス温度、電極間印加電界、触媒内排気ガス密度の
うちの少なくとも１つ以上を含むマップで求められる、
各検出値は、高温センサ１６、排気ガスセンサ１７の
他、流量センサや圧力センサ等を用いて検出すればよ
い。また、この放電限界電界は、電流センサや電圧セン
サ等により実測あるいは推測した放電電流から求めると
より精度が向上する。
【００２１】そして、ステップＳ２では、触媒表面電界
を運転条件マップより検出する。この触媒表面電界は、
例えば、図４(ａ)に示すように、運転条件として触媒入
口温度に対する変化、図４(ｂ)に示すように、運転条件
として触媒被毒量に対する変化とすればよい。この場
合、触媒入口温度は高温センサ１６による検出値であ
り、触媒被毒量は排気ガスセンサ１７による検出値であ
るが、運転条件に応じたマップとしてもよく、短期間で
被毒される場合は、例えば、１秒以下ごとに触媒表面電
界を増減し、長期間で被毒される場合は、例えば、１週
間以上ごとに触媒表面電界を増減する。
を運転条件マップより検出する。この触媒表面電界は、
例えば、図４(ａ)に示すように、運転条件として触媒入
口温度に対する変化、図４(ｂ)に示すように、運転条件
として触媒被毒量に対する変化とすればよい。この場
合、触媒入口温度は高温センサ１６による検出値であ
り、触媒被毒量は排気ガスセンサ１７による検出値であ
るが、運転条件に応じたマップとしてもよく、短期間で
被毒される場合は、例えば、１秒以下ごとに触媒表面電
界を増減し、長期間で被毒される場合は、例えば、１週
間以上ごとに触媒表面電界を増減する。
【００２２】また、被毒の対象となる有害排気ガスは、
ＴＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、ＳＯｘ、Ｈ 2 Ｓ、ＮＨ3 、Ｎ2
Ｏ、パティキュレートのうちの一つ以上を含むものであ
り、これは排気ガスセンサにより測定するか、運転条件
に応じたマップとしてもよく、更に、以下のように重み
付けした有害排気ガス悪化係数としてもよい。 有害排気ガス悪化係数＝Σ｛ＮＯｘ重み係数×ＮＯｘ排
出値＋ＴＨＣ重み係数×ＴＨＣ排出値＋ＣＯ重み係数×
ＣＯ排出値｝ そして、触媒被毒とは、ＣＯ被毒、Ｏ2 被毒、あるいは
ＮＯｘトラップ触媒の場合はＮＯｘ被毒、硫黄（ＳＯ
ｘ）被毒等である。
ＴＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、ＳＯｘ、Ｈ 2 Ｓ、ＮＨ3 、Ｎ2
Ｏ、パティキュレートのうちの一つ以上を含むものであ
り、これは排気ガスセンサにより測定するか、運転条件
に応じたマップとしてもよく、更に、以下のように重み
付けした有害排気ガス悪化係数としてもよい。 有害排気ガス悪化係数＝Σ｛ＮＯｘ重み係数×ＮＯｘ排
出値＋ＴＨＣ重み係数×ＴＨＣ排出値＋ＣＯ重み係数×
ＣＯ排出値｝ そして、触媒被毒とは、ＣＯ被毒、Ｏ2 被毒、あるいは
ＮＯｘトラップ触媒の場合はＮＯｘ被毒、硫黄（ＳＯ
ｘ）被毒等である。
【００２３】更に、運転条件の変化を予測して触媒表面
電界を増減して応答遅れを補償してもよい。また、この
触媒表面電界のマップ値はマイナス値を持ってもよい
が、最終的な触媒表面電界がマイナス値となった場合に
は０とする。また、必要に応じて電界の方向を変更して
正に帯電した触媒と負に帯電した触媒とを切り換えるよ
うにし、触媒全体を有効に活用するとよい。
電界を増減して応答遅れを補償してもよい。また、この
触媒表面電界のマップ値はマイナス値を持ってもよい
が、最終的な触媒表面電界がマイナス値となった場合に
は０とする。また、必要に応じて電界の方向を変更して
正に帯電した触媒と負に帯電した触媒とを切り換えるよ
うにし、触媒全体を有効に活用するとよい。
【００２４】このようにして触媒表面電界が検出される
と、ステップＳ３では、この触媒表面電界が放電限界電
界より大きいかどうかを判定し、触媒表面電界が放電限
界電界より大きければ、ステップＳ４にて触媒表面電界
を放電限界電界とし、以下であれば、触媒表面電界をそ
のままとする。
と、ステップＳ３では、この触媒表面電界が放電限界電
界より大きいかどうかを判定し、触媒表面電界が放電限
界電界より大きければ、ステップＳ４にて触媒表面電界
を放電限界電界とし、以下であれば、触媒表面電界をそ
のままとする。
【００２５】なお、この触媒表面電界は、各電極間印加
電界を制御することで変更可能であり、好ましくは、下
記条件を満たすように設定することがよい。 触媒表面電界Ｅ(kV/cm）≧排気ガスの解離エネルギ(eV)
／排気ガス電子の平均自由行程（μm)) ×（触媒の活性
温度(K) −触媒入口温度(K) ）／触媒の活性温度(K) ×
１０ 例えば、排気ガスの解離エネルギ＝１５．６eV、排気ガ
ス電子の平均自由行程＝０．３７５μm 、触媒の活性温
度３００℃、触媒入口温度２５℃のとき、触媒表面電界
Ｅ≧２００ｋＶ／ｃｍとなる。なお、触媒入口温度(K)
は触媒温度であってもよい。
電界を制御することで変更可能であり、好ましくは、下
記条件を満たすように設定することがよい。 触媒表面電界Ｅ(kV/cm）≧排気ガスの解離エネルギ(eV)
／排気ガス電子の平均自由行程（μm)) ×（触媒の活性
温度(K) −触媒入口温度(K) ）／触媒の活性温度(K) ×
１０ 例えば、排気ガスの解離エネルギ＝１５．６eV、排気ガ
ス電子の平均自由行程＝０．３７５μm 、触媒の活性温
度３００℃、触媒入口温度２５℃のとき、触媒表面電界
Ｅ≧２００ｋＶ／ｃｍとなる。なお、触媒入口温度(K)
は触媒温度であってもよい。
【００２６】また、上述した運転条件マップによる放電
限界電界の検出は、あくまでも一例であって、三元触媒
１５以外では、ＮＯｘトラップ触媒、選択還元型ＮＯｘ
触媒、ＨＣ吸着触媒等に応じて適宜設定されるものであ
り、各触媒が最適となるように設定すればよい。そし
て、電磁界を付与した場合であって、対象となる排気ガ
スが複数ある場合には、電磁波の周波数を順次切り換え
ることで対応できる。
限界電界の検出は、あくまでも一例であって、三元触媒
１５以外では、ＮＯｘトラップ触媒、選択還元型ＮＯｘ
触媒、ＨＣ吸着触媒等に応じて適宜設定されるものであ
り、各触媒が最適となるように設定すればよい。そし
て、電磁界を付与した場合であって、対象となる排気ガ
スが複数ある場合には、電磁波の周波数を順次切り換え
ることで対応できる。
【００２７】このように本実施形態の内燃機関の排気浄
化装置にあっては、三元触媒１５に電極２２，２３を装
着して表面近傍に電界を付与可能とし、運転条件に応じ
て触媒による反応を調整することで、触媒の適正に応じ
たポテンシャルエネルギを増大させるようにしている。
特に、触媒はその触媒の適正に応じた温度領域が存在す
るものであり、一般的には、触媒を加熱してその温度領
域に上昇して維持しているが、本実施形態では、電極２
２，２３に電圧をかけて発生した電界により排気ガスの
ポテンシャルエネルギを増大することで、触媒の温度を
上昇させることと同様に触媒反応を活性化している。
化装置にあっては、三元触媒１５に電極２２，２３を装
着して表面近傍に電界を付与可能とし、運転条件に応じ
て触媒による反応を調整することで、触媒の適正に応じ
たポテンシャルエネルギを増大させるようにしている。
特に、触媒はその触媒の適正に応じた温度領域が存在す
るものであり、一般的には、触媒を加熱してその温度領
域に上昇して維持しているが、本実施形態では、電極２
２，２３に電圧をかけて発生した電界により排気ガスの
ポテンシャルエネルギを増大することで、触媒の温度を
上昇させることと同様に触媒反応を活性化している。
【００２８】このポテンシャルエネルギの増大とは、排
気ガスの電子あるいは分子の活発化、ポテンシャル障壁
の低下、ポテンシャル障壁の薄型化によるものと考えら
れている。
気ガスの電子あるいは分子の活発化、ポテンシャル障壁
の低下、ポテンシャル障壁の薄型化によるものと考えら
れている。
【００２９】具体的には、図７に示すように、触媒入口
温度２５℃のとき、排気ガス温度が２５℃の場合には、
ガス分子の大半が解離を開始する放電限界電界は約４２
０ｋＶ／ｃｍであり、排気ガス温度が３００℃の場合に
は、ガス分子の大半が解離を開始する放電限界電界は約
１８０ｋＶ／ｃｍである。これはガス分子と電子の平均
自由行程とガス分子の解離エネルギの関係から得られ
る。
温度２５℃のとき、排気ガス温度が２５℃の場合には、
ガス分子の大半が解離を開始する放電限界電界は約４２
０ｋＶ／ｃｍであり、排気ガス温度が３００℃の場合に
は、ガス分子の大半が解離を開始する放電限界電界は約
１８０ｋＶ／ｃｍである。これはガス分子と電子の平均
自由行程とガス分子の解離エネルギの関係から得られ
る。
【００３０】また、本実施形態では、触媒反応速度及び
触媒反応に要求される反応（吸着、解離、離脱を含む）
速度を制御することができる。特に、触媒としてＮＯｘ
トラップ触媒を用いた場合は、放電限界電界を変更する
ことで、６００℃以上で発生するＮＯｘトラップ触媒に
おける硝酸塩の解離反応、ＴＨＣの酸化反応がＮＯｘよ
りＯ2 に対して優先的に起こる反応など、不必要な反応
を抑制することができると共に、ＣＯ被毒、Ｏ2 被毒、
ＮＯｘ被毒硫黄（ＳＯｘ）被毒等の触媒被毒を除去して
再生することができる。更に、本実施形態では、排気ガ
ス中の有害成分をプラズマ状態として直接分解するもの
に比べて省電力化を図ることができる。
触媒反応に要求される反応（吸着、解離、離脱を含む）
速度を制御することができる。特に、触媒としてＮＯｘ
トラップ触媒を用いた場合は、放電限界電界を変更する
ことで、６００℃以上で発生するＮＯｘトラップ触媒に
おける硝酸塩の解離反応、ＴＨＣの酸化反応がＮＯｘよ
りＯ2 に対して優先的に起こる反応など、不必要な反応
を抑制することができると共に、ＣＯ被毒、Ｏ2 被毒、
ＮＯｘ被毒硫黄（ＳＯｘ）被毒等の触媒被毒を除去して
再生することができる。更に、本実施形態では、排気ガ
ス中の有害成分をプラズマ状態として直接分解するもの
に比べて省電力化を図ることができる。
【００３１】また、上述の実施形態では、三元触媒１５
のハニカム担体２１に外部電極２２及び内部電極２３を
略平行に配設して平等電界を得るようにしているが、図
８に示すように、触媒（ウォッシュコート＋貴金属）３
１の表面に複数の円筒形状をなす内部電極（メタル担
体）３２を装着し、その上に誘電体（セラミック担体）
３３を設け、この上の外部電極３４を設けて層状に形成
し、内部電極３２の接触部近傍にのみ高い電界が発生す
るようにした不平等電界を得るようにしてもよい。
のハニカム担体２１に外部電極２２及び内部電極２３を
略平行に配設して平等電界を得るようにしているが、図
８に示すように、触媒（ウォッシュコート＋貴金属）３
１の表面に複数の円筒形状をなす内部電極（メタル担
体）３２を装着し、その上に誘電体（セラミック担体）
３３を設け、この上の外部電極３４を設けて層状に形成
し、内部電極３２の接触部近傍にのみ高い電界が発生す
るようにした不平等電界を得るようにしてもよい。
【００３２】また、図９に示すように、電界方向に垂直
方向の誘電体断面積が減少するように誘電体（担体）４
１を配置し、排気ガス通路４２に対して触媒４３の表面
近傍に高電界を発生するようにしてもよい。
方向の誘電体断面積が減少するように誘電体（担体）４
１を配置し、排気ガス通路４２に対して触媒４３の表面
近傍に高電界を発生するようにしてもよい。
【００３３】更に、上述の実施形態では、三元触媒１５
の表面近傍に電界を付与して触媒の適正に応じたポテン
シャルエネルギを増大させるようにしたが、触媒反応調
整手段として電磁波発生用マグネトロンを設け、三元触
媒１５の表面近傍に電磁界を付与して触媒による反応を
調整可能とし、三元触媒１５による排気ガス浄化性能に
影響を与える因子を検出し、ＥＣＵ１８はこの検出され
た因子に基づいてマグネトロンにより付与される電磁界
を制御するようにしてもよい。
の表面近傍に電界を付与して触媒の適正に応じたポテン
シャルエネルギを増大させるようにしたが、触媒反応調
整手段として電磁波発生用マグネトロンを設け、三元触
媒１５の表面近傍に電磁界を付与して触媒による反応を
調整可能とし、三元触媒１５による排気ガス浄化性能に
影響を与える因子を検出し、ＥＣＵ１８はこの検出され
た因子に基づいてマグネトロンにより付与される電磁界
を制御するようにしてもよい。
【００３４】なお、上述の実施形態では、排気管１４の
排気浄化用触媒として三元触媒１５を設けてこの三元触
媒１５に電極２２，２３を設けたが、ＮＯｘ触媒、ある
いはＴＨＣ吸着触媒であってもよい。
排気浄化用触媒として三元触媒１５を設けてこの三元触
媒１５に電極２２，２３を設けたが、ＮＯｘ触媒、ある
いはＴＨＣ吸着触媒であってもよい。
【００３５】
【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気
ガス通路に排気ガス中の有害物質を浄化する排気浄化用
触媒を設け、触媒反応調整手段によりこの排気浄化用触
媒の表面近傍に電界あるいは電磁界を付与して触媒反応
を調整可能とし、状態検出手段が排気浄化用触媒による
排気ガス浄化性能に影響を与える因子を検出し、制御手
段はこの検出された因子に基づいて触媒反応調整手段が
付与する電界あるいは電磁界を制御するようにしたの
で、触媒の反応による安定した排気浄化性能を確保する
ことができ、また、排気ガス中の有害成分をプラズマ状
態として直接分解するものに比べて省電力化を図ること
ができる。
ように本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気
ガス通路に排気ガス中の有害物質を浄化する排気浄化用
触媒を設け、触媒反応調整手段によりこの排気浄化用触
媒の表面近傍に電界あるいは電磁界を付与して触媒反応
を調整可能とし、状態検出手段が排気浄化用触媒による
排気ガス浄化性能に影響を与える因子を検出し、制御手
段はこの検出された因子に基づいて触媒反応調整手段が
付与する電界あるいは電磁界を制御するようにしたの
で、触媒の反応による安定した排気浄化性能を確保する
ことができ、また、排気ガス中の有害成分をプラズマ状
態として直接分解するものに比べて省電力化を図ること
ができる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置の概
略構成図である。
略構成図である。
【図２】排気浄化装置に適用された触媒の断面図であ
る。
る。
【図３】排気浄化装置による制御のフローチャートであ
る。
る。
【図４】運転条件に対する触媒表面電界を表すグラフで
ある。
ある。
【図５】ＮＯ分子間距離とポテンシャルエネルギとの関
係を表すグラフである。
係を表すグラフである。
【図６】触媒によるＮＯ分解過程を表す概念図である。
【図７】印加電界に対する触媒の温度上昇量の換算値を
表すグラフである。
表すグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態に係る排気浄化装置に適
用された触媒の断面図である。
用された触媒の断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る排気浄化装置に適
用された触媒の断面図である。
用された触媒の断面図である。
１１ エンジン １４ 排気管 １５ 三元触媒（排気浄化用触媒） １８ 電子制御ユニット（ＥＣＵ、状態検出手段、制御
手段） ２１ ハニカム担体 ２２ 外部電極（触媒反応調整手段） ２３ 内部電極（触媒反応調整手段） ３１ 触媒 ３２ 内部電極（触媒反応調整手段） ３３ 誘導体 ３４ 外部電極（触媒反応調整手段） ４１ 誘電体（担体） ４２ 排気ガス通路 ４３ 触媒
手段） ２１ ハニカム担体 ２２ 外部電極（触媒反応調整手段） ２３ 内部電極（触媒反応調整手段） ３１ 触媒 ３２ 内部電極（触媒反応調整手段） ３３ 誘導体 ３４ 外部電極（触媒反応調整手段） ４１ 誘電体（担体） ４２ 排気ガス通路 ４３ 触媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 公二郎 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 古賀 一雄 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 中山 修 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 川村 啓介 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 河村 陽 愛知県小牧市大字東田中1200番地 三菱重 工業株式会社名古屋誘導推進システム製作 所内 (72)発明者 福田 憲弘 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AB03 AB14 BA01 BA03 BA11 BA14 BA15 BA19 CA00 DB10 DB13 EA01 EA15 EA16 EA17 EA18 EA21 EA26 EA27 EA28 EA33 EA34 EA39 FA02 FA04 FA12 FA13 FB02 FB11 FC07 GA06 GB05W GB06W GB07W HA36 HA37 4D048 AA06 AA13 AA18 AB03 BD10 DA01 DA02 DA05 DA06 DA13 DA20 EA03
Claims (1)
- 【請求項１】 排気ガス通路に設けられて排気ガス中の
有害物質を浄化する排気浄化用触媒と、該排気浄化用触
媒の表面近傍に電界あるいは電磁界を付与して該排気浄
化用触媒による反応を調整可能な触媒反応調整手段と、
前記排気浄化用触媒による排気ガス浄化性能に影響を与
える因子を検出する状態検出手段と、該状態検出手段に
より検出された因子に基づいて前記触媒反応調整手段が
付与する電界あるいは電磁界を制御する制御手段とを具
えたことを特徴とする排気浄化装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000110797A JP2001295634A (ja) | 2000-04-12 | 2000-04-12 | 排気浄化装置 |
| DE10117911A DE10117911B4 (de) | 2000-04-12 | 2001-04-10 | Abgasreiniger |
| KR10-2001-0019256A KR100437918B1 (ko) | 2000-04-12 | 2001-04-11 | 배기 정화 장치 |
| US09/832,813 US6558637B2 (en) | 2000-04-12 | 2001-04-12 | Exhaust emission purifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000110797A JP2001295634A (ja) | 2000-04-12 | 2000-04-12 | 排気浄化装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001295634A true JP2001295634A (ja) | 2001-10-26 |
Family
ID=18623247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000110797A Pending JP2001295634A (ja) | 2000-04-12 | 2000-04-12 | 排気浄化装置 |
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| DE (1) | DE10117911B4 (ja) |
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| CN113670389A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-11-19 | 潍柴动力股份有限公司 | 三元催化器老化测试方法、装置、设备、存储介质及程序 |
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| EP1500808B1 (de) * | 2003-07-24 | 2006-05-10 | Ford Global Technologies, LLC, A subsidary of Ford Motor Company | Verfahren und System zur Steuerung der Abgastemperatur einer Brennkraftmaschine |
| JP4434038B2 (ja) * | 2004-04-05 | 2010-03-17 | 株式会社デンソー | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP4192915B2 (ja) * | 2005-05-18 | 2008-12-10 | トヨタ自動車株式会社 | Ｐｍ浄化装置及び方法 |
| JP4651470B2 (ja) * | 2005-07-14 | 2011-03-16 | 本田技研工業株式会社 | 排気ガス浄化装置 |
| DE102007046931B4 (de) * | 2006-09-28 | 2014-01-02 | Wjatscheslaw Boguslajew | Verfahren zur Zersetzung von Stickoxiden |
| WO2008103909A1 (en) * | 2007-02-23 | 2008-08-28 | Hamade Thomas A | Electrically stimulated catalytic converter apparatus, and method of using same |
| KR200450544Y1 (ko) * | 2008-06-12 | 2010-10-11 | 전재창 | 부착 수단을 구비한 휴대폰 케이스 |
| US20100018850A1 (en) * | 2008-07-28 | 2010-01-28 | Caterpillar Inc. | System for removing particulate matter from exhaust streams |
| US9334774B2 (en) * | 2010-05-04 | 2016-05-10 | GM Global Technology Operations LLC | Control system and method for preventing hydrocarbon slip during particulate matter filter regeneration |
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|---|---|---|---|---|
| DE3642472A1 (de) * | 1986-12-12 | 1988-06-23 | Bbc Brown Boveri & Cie | Verfahren und vorrichtung zur reinigung von abgasen |
| JPH0559934A (ja) * | 1991-08-27 | 1993-03-09 | Hitachi Ltd | 内燃機関及びその放電脱硝装置 |
| DE4140618A1 (de) * | 1991-12-10 | 1993-06-17 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der konvertierungsfaehigkeit eines katalysators |
| JP3262148B2 (ja) * | 1994-03-14 | 2002-03-04 | いすゞ自動車株式会社 | 内燃機関の排ガス浄化装置 |
| JPH10266831A (ja) * | 1997-03-24 | 1998-10-06 | Akira Mizuno | 排ガス浄化システム |
| JP2001205039A (ja) | 2000-01-27 | 2001-07-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 放電型排ガス処理装置 |
-
2000
- 2000-04-12 JP JP2000110797A patent/JP2001295634A/ja active Pending
-
2001
- 2001-04-10 DE DE10117911A patent/DE10117911B4/de not_active Expired - Fee Related
- 2001-04-11 KR KR10-2001-0019256A patent/KR100437918B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2001-04-12 US US09/832,813 patent/US6558637B2/en not_active Expired - Fee Related
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