JP2002129946A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電空間のインピーダンス低下による過剰放
電を抑制して、効率よく排出ガスを浄化できる内燃機関
の排気浄化装置１を提供する。 【解決手段】 放電空間のインピーダンスが低下して
も、エンジン３０の運転状態に対応した適正な放電を行
わせるように、予めＥＣＵ１３内部の通電量記憶部に放
電電極２１への通電電流値の目標値を記憶させ、この目
標値に比べ、電流プローブ１９より得た放電電極２１へ
の通電電流値の実測値が大きい時に、ＥＣＵ１３からの
指令に基づいて電流制限回路部１８が放電電極２１への
通電電流値を制限し、また、目標値に比べ、電流プロー
ブ１９より得た放電電極２１への通電電流値の実測値が
小さい時に、ＥＣＵ１３からの指令に基づいてＤＣ／Ｄ
Ｃコンバーター１４が放電電極２１へ印加する電圧を上
昇させて通電電流値を上げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関より排出
される排ガス中の有害成分を浄化する内燃機関の排気浄
化装置に関し、特にプラズマ発生装置を利用した内燃機
関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、放電エネルギーを利用して排ガス
を浄化する新たな排ガス浄化技術が研究されている。こ
の技術は、例えば特開平５−５９９３４号公報に記載さ
れているように、放電電極の汚染が原因により異常放電
が発生し、通電電流異常となることを検知して故障診断
をする技術が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平５−５
９９３４号公報に開示されている放電電極の汚染が原因
による通電電流異常以外にも、放電電極での放電による
イオン発生や、放電電極の温度上昇が原因による放電空
間のインピーダンス低下によっても異常放電が発生し、
通電電流異常となって故障と診断してしまう誤診断が発
生する。また、このインピーダンス低下による通電電流
異常は故障ではないので、放電を維持して動作させる必
要があるが、このまま放電を維持すると過剰な放電状態
となって無駄な電力を消費し問題である。

【０００４】本発明の目的は上記の点に鑑み、放電空間
のインピーダンス低下による過剰放電を抑制して、効率
よく排出ガスを浄化できる内燃機関の排気浄化装置を提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項１記載の内燃機関の排気浄化装
置によると、例えば放電電極での放電によるイオン発生
や、放電電極の温度上昇が原因して放電空間のインピー
ダンス低下し、通電電流異常が発生する事態となって
も、電流制御手段が予め放電電極への通電電流値を記憶
する通電量記憶部を備え、この通電量記憶部に記憶され
ている情報と放電電流検知手段よりの情報とに基づいて
放電電極での異常放電の発生を押さえるように通電電流
値を制御する。

【０００６】これにより、放電空間のインピーダンス低
下による過剰放電を抑制して、効率よく排出ガスを浄化
できる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。

【０００７】本発明の請求項２記載の内燃機関の排気浄
化装置によると、通電量記憶部は、内燃機関の運転状態
に応じた放電を発生させるように、予め放電電極への通
電電流を記憶していることを特徴とする。この通電量記
憶部を備えることで、内燃機関の運転状態全般に渡って
放電電極での異常放電の発生を押さえるように通電電流
値を制御する内燃機関の排気浄化装置を提供できる。

【０００８】本発明の請求項３記載の内燃機関の排気浄
化装置によると、通電量記憶部に記憶された目標値に比
べ放電電流検知手段より得た実測値が大きい時に放電電
極への通電電流値を制限する電流制限手段を備えること
で、放電電極での異常放電の発生を押さえるように通電
電流値を制御する。また一方、通電量記憶部に記憶され
た目標値に比べ放電電流検知手段より得た実測値が小さ
い時に放電電極への通電電圧値を上げる電圧制御手段を
備えることで、不足する放電電極への通電電流値を上昇
させて適正な通電電流値とする。

【０００９】このような、電流制限手段および電圧制御
手段からなる電流制御手段とすることで、放電空間のイ
ンピーダンス低下による過剰放電を抑制して、効率よく
排出ガスを浄化できる内燃機関の排気浄化装置を提供で
きる。

【００１０】本発明の請求項４記載の内燃機関の排気浄
化装置によると、電流制限手段は、通電量記憶部よりの
情報に基づいて、放電電極への通電電流値を制限する電
流制限回路部を備え、電流制限回路部を、高周波の交流
高電圧に変換させるトランス部とこのトランス部へ電流
供給するＨブリッジインバーターとの間に配設したこと
を特徴とする。

【００１１】上述した位置に配設した電流制限回路部
は、高電圧に変換するトランス部の手前位置にあるので
低電圧回路中に配設でき、電流制限回路部の回路構成を
容易に構築できる。また、放電電極の近くに位置して電
流制限を行うので、放電電極へ供給される通電電流量を
正確に制限できる内燃機関の排気浄化装置を提供でき
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
及至５に基づいて詳細に説明する。なお、図３に示すよ
うに排気浄化装置１は、内燃機関であるエンジン３０の
排気管３１の途中に設けられている。この排気浄化装置
１は、排ガス上流側からプラズマ発生装置１２、触媒装
置３２の順に配設されている。

【００１３】この触媒装置３２は、例えばＨＣ、ＣＯ、
ＮＯＸの３つの有害成分を同時に処理する３元触媒層に
より構成される。

【００１４】次に、プラズマ発生装置１２の構成を図２
に基づいて説明する。図２は、本発明の一実施形態のプ
ラズマ発生装置１２の断面図である。このプラズマ発生
装置１２内には、複数の絶縁基板２０が所定間隔で平行
に配置され、各絶縁基板２０間に排ガスが通過する偏平
な流路２２が形成されている。各絶縁基板２０は、放電
の生じやすい誘電性のある耐熱性絶縁体（例えばアルミ
ナ等のセラミック、ガラス等）で形成されている。各絶
縁基板２０内には、それぞれ印刷導体又は導電板によっ
て形成された複数の放電電極２１が埋め込まれている。
各放電電極２１は、以下に説明する高圧電源発生部と接
続されている。

【００１５】次に、排気浄化装置１の電気的構成を図１
に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態の内
燃機関の排気浄化装置１の電気的構成を示すブロック図
である。この排気浄化装置１は、車両に搭載された直流
電源部（以降、バッテリと称す）１０から供給される直
流電圧を高圧電源発生部１１を用いて高圧交流電圧に変
換し、この高圧交流電圧をプラズマ発生装置１２に印加
する。高圧電源発生部１１は、エンジン制御回路（以
降、ＥＣＵと称す）１３によって制御され、プラズマ発
生装置１２への通電電力量を制御している。

【００１６】高圧電源発生部１１の内部構成は、ＥＣＵ
１３からの指令に基づいてバッテリ１０から供給される
直流電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバーター１４、その
昇圧された電圧をＥＣＵ１３からの指令に基づいて高周
波駆動信号を発信するインバータ駆動回路１５、インバ
ータ駆動回路１５からの高周波駆動発信信号を受信して
高周波の交流高電圧に変換するトランス部１６の二次側
出力を制御するＨブリッジインバータ１７、 高周波の
交流高電圧を発生するトランス部１６、およびＨブリッ
ジインバータ１７とトランス部１６との間に配設され
て、かつトランス部１６にて交流高電圧化されて放電電
極２１へ供給される通電電流量をＥＣＵ１３からの指令
に基づいて制限する電流制限回路部１８等より成る。こ
こで、電流制限回路部１８およびＥＣＵ１３は、電流制
限手段を構成している。

【００１７】上述した位置に配設した電流制限回路部１
８は、高電圧に変換するトランス部１６の手前位置にあ
るので低電圧回路中に配設でき、電流制限回路部１８の
回路構成を容易に構築できる。また、放電電極２１の近
くに位置して電流制限を行うので、放電電極２１へ供給
される通電電流量を正確に制限できる。

【００１８】また、放電電流検知手段としての電流プロ
ーブ１９は、高圧交流電圧をプラズマ発生装置１２の放
電電極２１に印加するトランス部１６での放電電流を検
知することで、放電発生状態を精度よく検知している。

【００１９】また、ＥＣＵ１３は、エンジン始動スイッ
チ、温度センサ、吸気圧センサ、およびスピードセンサ
等からなる検知装置１３ｂから、エンジンスタート信
号、排気温度、吸気圧信号、エンジン回転信号等のエン
ジン３０の運転状態を示す信号が入力されるとともに、
ＥＣＵ１３内部には、これら信号に基づくエンジン３０
の運転状態に応じて変化する排ガス量に対応した放電を
発生させるように、予め放電電極２１への通電電流値を
記憶する通電量記憶部１３ａを備えている。

【００２０】上述した電流制限手段は、この通電量記憶
部１３ａに記憶された放電電極２１への通電電流値の目
標値に比べ、電流プローブ１９より得た放電電極２１へ
の通電電流値の実測値が大きい時に、ＥＣＵ１３からの
指令に基づいて電流制限回路部１８が放電電極２１への
通電電流値を制限して、放電電極２１での異常放電の発
生を押さえるように通電電流値を制御する。

【００２１】また一方、通電量記憶部１３ａに記憶され
た放電電極２１への通電電流値の目標値に比べ、電流プ
ローブ１９より得た放電電極２１への通電電流値の実測
値が小さい時に、放電電極２１への通電電圧値を上げる
ために、 ＥＣＵ１３からの指令に基づいてＤＣ／ＤＣ
コンバーター１４が放電電極２１へ印加する電圧を昇圧
させる。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバーター１４およびＥ
ＣＵ１３は、電圧制御手段を構成しており、不足する放
電電極２１への通電電流値を上昇させて適正な通電電流
値としている。

【００２２】このように、本発明の排気浄化装置１は、
予め放電電極２１への通電電流値をＥＣＵ１３に記憶し
て、この記憶情報と電流プローブ１９よりの情報とに基
づいて放電電極２１への通電電流値を制御する電流制御
手段を備えており、上述した通電量記憶部１３ａ、電流
制限手段、および電圧制御手段が電流制御手段を構成し
ている。

【００２３】以上のように構成した排気浄化装置１の作
用について、以下説明する。図４は、本発明の一実施形
態の排気浄化装置１での電流制限の有無による通電電流
量と時間経過との関係を示す特性図である。

【００２４】エンジン３０の運転時間の経過に伴い、放
電電極２１での放電によるイオン発生や、放電電極２１
の温度上昇が原因による放電空間のインピーダンス低下
が発生すると、放電電極２１間で異常放電が発生する。
この時の電流値上昇による消費電力は、図４中実線
（イ）で示すように、エンジン３０の運転条件によって
は急激に上昇し、このまま放電を維持すると過剰な放電
状態となって無駄な電力を消費する。この放電電極２１
への通電状態を電流プローブ１９により実測し、この実
測値が、ＥＣＵ１３に記憶したこの運転条件下での適切
な放電電極２１への通電電流値より大きいとＥＣＵ１３
が判断すると、放電電極２１での異常放電の発生を押さ
えるように電流制限回路部１８へ指令を出して放電電極
２１へ通電する通電電流値を制御する。この制御した状
態を図４中破線（ロ）に示す。

【００２５】次に、ＥＣＵ１３による通電電力量の制御
の処理手順を図５に示し、以下説明する。図５は、ＥＣ
Ｕ１３が実行する放電電極２１への通電電流量の制御を
示すフローチャートである。

【００２６】先ず、エンジン３０が始動されて検知装置
１３ｂからＥＣＵ１３へエンジン回転数信号が入力（ス
テップ１１０）されて、排出される排ガス量を検知す
る。

【００２７】ここで、エンジン回転数が高い場合、つま
り排ガス量が多い場合は、放電電極２１への通電電流値
が高くなるように予め通電量記憶部１３ａのデータは構
成されている。

【００２８】続いてＥＣＵ１３へ排気温度信号が入力
（ステップ１２０）されて、放電電極２１の温度上昇が
原因による放電空間のインピーダンス低下度合を検知す
る。高い排気温度信号が入力されると、インピーダンス
低下により放電電極２１への通電電流値が異常上昇する
ので、これを防ぐために放電電極２１への通電電流値が
高くなるように予め通電量記憶部１３ａのデータは構成
されている。

【００２９】更に続いてＥＣＵ１３へ吸気圧信号が入力
（ステップ１３０）されて、エンジンの負荷を検知して
排気浄化装置１で浄化すべきＮＯＸの量を検知してい
る。負荷が大きいと検知すると、浄化すべきＮＯＸが増
えるので、これに対応して放電電極２１への通電電流値
が高くなるように予め通電量記憶部１３ａのデータは構
成されている。

【００３０】このように、エンジン３０の運転状態に応
じた信号を得たＥＣＵ１３は、これらエンジン３０より
の信号と、放電電極２１への通電電流値を記憶している
通電量記憶部１３ａのデータを対応させて目標電流値を
決定し、この目標電流値に従い通電させる（ステップ１
４０）。

【００３１】次いで、ステップ１４０にて放電電極２１
へ通電された通電電流値を電流プローブ１９により実測
する（ステップ１５０）。

【００３２】そして、この通電量記憶部１３ａに記憶さ
れた放電電極２１への通電電流値の目標値と、ステップ
１５０にて電流プローブ１９より得た放電電極２１への
通電電流値の実測値を比較して、この両者が等しいとＥ
ＣＵ１３が判断する（ステップ１６０）と、通電量記憶
部１３ａに記憶された通電電流値を放電電極２１へ通電
維持するとともに、ステップ１１０へ移行する。

【００３３】次いで、この通電量記憶部１３ａに記憶さ
れた放電電極２１への通電電流値の目標値に比べ、電流
プローブ１９より得た放電電極２１への通電電流値の実
測値の方が大きいかを判断する（ステップ１７０）。

【００３４】ステップ１７０にて実測値の方が大きいと
判断した場合は、電流制限回路部１８が放電電極２１へ
の通電電流値を制限して、放電電極２１での異常放電の
発生を押さえるように通電電流値を制御する（ステップ
１８０）。そして、この下げた通電電流値に基づき放電
電極２１へ通電される通電電流値が、通電量記憶部１３
ａに記憶された放電電極２１への通電電流値の目標値に
合致するかを確認するために、ステップ１５０へ進む。

【００３５】ステップ１７０にて実測値の方が小さいと
判断した場合は、ＤＣ／ＤＣコンバーター１４が放電電
極２１へ印加する電圧を上昇させて通電電流値を上げる
（ステップ１９０）。そして、この上げた通電電流値に
基づき放電電極２１へ通電される通電電流値が、通電量
記憶部１３ａに記憶された放電電極２１への通電電流値
の目標値に合致するかを確認するために、ステップ１５
０へ進む。

【００３６】このように、上述したステップ１１０から
ステップ１９０は、エンジン３０の全運転状態に応じて
放電電極２１への通電電流値の目標値に合致するように
制御する。この通電電流値の目標値は各運転状態に応じ
て予め決めてあり、マップデータとして通電量記憶部１
３ａに記憶してある。そして、全運転状態に応じてマッ
プデータに定めた放電電極２１への通電電流値の目標値
となるように、ＥＣＵ１３はフィードバック制御を行
う。

【００３７】よって、放電空間のインピーダンス低下に
よる過剰放電を抑制して、効率よく排出ガスを浄化でき
る内燃機関の排気浄化装置１を提供できる。

【００３８】なお、本発明の実施にあたり、触媒装置３
２を３元触媒層により構成したが、選択還元触媒やＮＯ
ｘ吸蔵触媒、３元触媒などの触媒、またはＰＭのフィル
タ等、目的に合わせて選択して使用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の内燃機関の排気浄化装置
の電気的構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態のプラズマ発生装置の断面
図である。

【図３】本発明の一実施形態の排気浄化装置システム全
体を示す概略構成図である。

【図４】本発明の一実施形態の排気浄化装置での電流制
限の有無による通電電流量と時間経過との関係を示す特
性図である。

【図５】ＥＣＵが実行する放電電極への通電電流量の制
御を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 排気浄化装置 １２ 放電電極 １３ ＥＣＵ（電流制限手段、電圧制御手段） １３ａ 通電量記憶部 １８ 電流制限回路部（電流制限手段） １９ 電流プローブ（放電電流検知手段） ３２ ＤＣ／ＤＣコンバーター（電圧制御手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排ガスが流れる流路を挟んで
   複数の放電電極を対向させ、前記流路内で放電を発生さ
   せることで、排ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置
   において、 放電電流を検知する放電電流検知手段と、 予め前記放電電極への通電電流値を記憶する通電量記憶
   部を備え、この通電量記憶部に記憶されている情報と前
   記放電電流検知手段よりの情報とに基づいて前記放電電
   極への通電電流値を制御する電流制御手段と、を備えた
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記通電量記憶部は、前記内燃機関の運
   転状態に応じた放電を発生させるように、予め前記放電
   電極への通電電流を記憶していることを特徴とする請求
   項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 前記電流制御手段は、前記通電量記憶部
   に記憶された目標値に比べ放電電流検知手段より得た実
   測値が大きい時に前記放電電極への通電電流値を制限す
   る電流制限手段と、 前記通電量記憶部に記憶された目標値に比べ放電電流検
   知手段より得た実測値が小さい時に前記放電電極への通
   電電圧値を上げる電圧制御手段と、より構成されること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関
   の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 前記電流制限手段は、前記通電量記憶部
   よりの情報に基づいて、前記放電電極への通電電流値を
   制限する電流制限回路部を備え、 前記電流制限回路部を、高周波の交流高電圧に変換させ
   るトランス部とこのトランス部へ電流供給するＨブリッ
   ジインバーターとの間に配設したことを特徴とする請求
   項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の
   排気浄化装置。