JP2002155731A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ処理装置を機関排気系に備える内燃
機関の排気浄化装置において、プラズマ処理装置での電
力消費を必要最小限として排気ガス中の有害物質の大気
放出量を十分に低減することである。 【解決手段】 機関排気系に配置されたプラズマ処理装
置６０と、プラズマ処理装置の下流側における現在の排
気ガス状態を検出する下流側検出手段６２と、下流側検
出手段により検出された排気ガス状態に基づきプラズマ
処理装置への投入電力を制御するプラズマ処理装置制御
手段４０，５０とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気ガス中における有害物質
を浄化するために、機関排気系に三元触媒装置又はＮＯ
_X吸蔵還元触媒装置等の触媒式浄化装置が配置されてい
る。このような触媒式浄化装置は、触媒が活性化温度と
なっていない時には、良好な浄化性能を有しないため
に、排気ガス中の有害物質が比較的多く大気中へ放出さ
れてしまう。また、触媒が活性化していても、浄化性能
自身が有限であるために、機関加速時のように内燃機関
から多量の有害物質が排出される時には、触媒式浄化装
置の浄化性能を超えて、やはり、比較的多くの有害物質
が大気中へ放出されてしまう。

【０００３】この問題を解決するために、特開平７−１
０２９５５号公報には、触媒式浄化装置の上流側にプラ
ズマ処理装置を配置することが開示されている。このプ
ラズマ処理装置に電圧を印加して作動すると、排気ガス
が電離してプラズマが生成され、プラズマ中のＮＯ_Xの
一部はＮ₂とＯ₂とに分離して浄化させられ、また、ＣＯ
及びＨＣの一部は酸素と反応してＣＯ₂及びＨ₂Ｏとなっ
て浄化させられる。

【０００４】こうして、機関加速時には、プラズマ処理
装置において排気ガス中の有害物質の一部を浄化するこ
とにより、残りの有害物質量が触媒式浄化装置の浄化性
能を超えないようになり、これを十分に浄化可能である
としている。また、プラズマ処理装置を通過した有害物
質はプラズマから大きなエネルギが与えられて励起状態
で触媒式浄化装置へ流入するために、触媒式浄化装置の
触媒が活性化していなくても触媒を活性化させ、触媒式
浄化装置においてこれらを十分に浄化可能であるとして
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、前述の従
来技術は、触媒式浄化装置に配置された温度センサによ
って触媒式浄化装置における触媒の活性化が不十分であ
ると判断された時、又は、アクセル開度センサ等によっ
て加速時であると判断された時には、プラズマ処理装置
を作動させ、また、触媒が十分に活性化された時、又
は、加速が終了した時には、プラズマ処理装置の作動を
停止するものであるが、これでは、プラズマ処理装置で
の電力消費が不必要に大きくなったり、排気ガス中の有
害物質が十分に浄化されずに大気中へ放出されたりする
ことがある。

【０００６】従って、本発明の目的は、プラズマ処理装
置を機関排気系に備える内燃機関の排気浄化装置におい
て、プラズマ処理装置での電力消費を必要最小限として
排気ガス中の有害物質の大気放出量を十分に低減するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
による内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置さ
れたプラズマ処理装置と、前記プラズマ処理装置の下流
側における現在の排気ガス状態を検出する下流側検出手
段と、前記下流側検出手段により検出された前記排気ガ
ス状態に基づき前記プラズマ処理装置への投入電力を制
御するプラズマ処理装置制御手段とを具備することを特
徴とする。

【０００８】また、請求項２に記載の本発明による内燃
機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記プラズマ処理装置の上流側に
おける現在の排気ガス状態を検出する上流側検出手段を
さらに具備し、前記プラズマ処理装置制御手段は、前記
下流側検出手段により検出された前記排気ガス状態と前
記上流側検出手段により検出された前記排気ガス状態と
に基づき前記プラズマ処理装置への投入電力を制御する
ことを特徴とする。

【０００９】また、請求項３に記載の本発明による内燃
機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置されたプラズ
マ処理装置と、前記プラズマ処理装置の作動時に前記プ
ラズマ処理装置の下流側における現在の排気ガス状態を
検出する下流側検出手段と、前記下流側検出手段により
検出された前記排気ガス状態に基づき前記内燃機関から
排出される排気ガス状態を変化させるための内燃機関制
御手段とを具備することを特徴とする。

【００１０】また、請求項４に記載の本発明による内燃
機関の排気浄化装置は、請求項３に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記プラズマ処理装置の作動時に
前記プラズマ処理装置の上流側における現在の排気ガス
状態を検出する上流側検出手段をさらに具備し、前記内
燃機関制御手段は、前記上流側検出手段により検出され
た前記排気ガス状態と前記下流側検出手段により検出さ
れる前記排気ガス状態とに基づき前記内燃機関から排出
される排気ガス状態を変化させることを特徴とする。

【００１１】また、請求項５に記載の本発明による内燃
機関の排気浄化装置は、請求項１から４のいずれかに記
載の内燃機関の排気浄化装置において、機関排気系の前
記下流側検出手段の下流側には、排気ガス中の有害物質
を蓄積する物質を含有するペレット又は前記物質が担持
されたハニカム基材が配置されていることを特徴とす
る。

【００１２】また、請求項６に記載の本発明による内燃
機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置されたプラズ
マ処理装置と、前記プラズマ処理装置の作動時に前記プ
ラズマ処理装置の上流側における現在の排気ガス状態を
検出する上流側検出手段と、前記上流側検出手段により
検出された前記排気ガス状態に基づき前記内燃機関から
排出される排気ガス状態を変化させるための内燃機関制
御手段とを具備することを特徴とする。

【００１３】また、請求項７に記載の本発明による内燃
機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置されたプラズ
マ処理装置と、前記プラズマ処理装置の上流側における
現在の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手
段と、前記酸素濃度検出手段により検出された前記酸素
濃度に基づき前記プラズマ処理装置への投入電力を制御
するプラズマ処理装置制御手段とを具備することを特徴
とする。

【００１４】また、請求項８に記載の本発明による内燃
機関の排気浄化装置は、請求項６又は７に記載の内燃機
関の排気浄化装置において、機関排気系の前記プラズマ
処理装置の下流側には、排気ガス中の有害物質を蓄積す
る物質を含有するペレット又は前記物質が担持されたハ
ニカム基材が配置されていることを特徴とする。

【００１５】また、請求項９に記載の本発明による内燃
機関の排気浄化装置は、請求項１、２、３、４、６、又
は７に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記プ
ラズマ処理装置は、強誘電体材料からの放電によってプ
ラズマを発生させるものであることを特徴とする。

【００１６】また、請求項１０に記載の本発明による内
燃機関の排気浄化装置は、請求項５又は８に記載の内燃
機関の排気浄化装置において、前記プラズマ処理装置
は、強誘電体材料からの放電によってプラズマを発生さ
せるものであることを特徴とする。

【００１７】また、請求項１１に記載の本発明による内
燃機関の排気浄化装置は、請求項９に記載の内燃機関の
排気浄化装置において、前記強誘電体材料は、ハニカム
基材に担持されていることを特徴とする。

【００１８】また、請求項１２に記載の本発明による内
燃機関の排気浄化装置は、請求項１０に記載の内燃機関
の排気浄化装置において、前記強誘電体材料は、ハニカ
ム基材に担持されていることを特徴とする。

【００１９】また、請求項１３に記載の本発明による内
燃機関の排気浄化装置は、請求項１１に記載の内燃機関
の排気浄化装置において、前記ハニカム基材には、排気
ガス中の有害物質を蓄積する物質が担持されていること
を特徴とする。

【００２０】また、請求項１４に記載の本発明による内
燃機関の排気浄化装置は、請求項１３に記載の内燃機関
の排気浄化装置において、前記物質は窒素酸化物を蓄積
するものであることを特徴とする。

【００２１】また、請求項１５に記載の本発明による内
燃機関の排気浄化装置は、請求項１１に記載の内燃機関
の排気浄化装置において、前記ハニカム基材には、酸素
ストレージ物質が担持されていることを特徴とする。

【００２２】また、請求項１６に記載の本発明による内
燃機関の排気浄化装置は、請求項１１、１３、１４又は
１５に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ハ
ニカム基材には、貴金属が担持されていることを特徴と
する。

【００２３】また、請求項１７に記載の本発明による内
燃機関の排気浄化装置は、請求項５又は８に記載の内燃
機関の排気浄化装置において、前記ペレットが金属酸化
物を含んでなることを特徴とする。

【００２４】また、請求項１８に記載の本発明による内
燃機関の排気浄化装置は、請求項１１、１３、１４、１
５又は１６に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記ハニカム基材には、金属酸化物が担持されているこ
とを特徴とする。

【００２５】また、請求項１９に記載の本発明による内
燃機関の排気浄化装置は、請求項５、８又は１７に記載
の内燃機関の排気浄化装置において、前記ペレットが疎
水性セラミック材料を含んでなることを特徴とする。

【００２６】また、請求項２０に記載の本発明による内
燃機関の排気浄化装置は、請求項１１、１３、１４、１
５、１６又は１８に記載の内燃機関の排気浄化装置にお
いて、前記ハニカム基材には、疎水性セラミック材料が
担持されていることを特徴とする。

【００２７】また、請求項２１に記載の本発明による内
燃機関の排気浄化装置は、請求項１１、１２、１３、１
４、１５、１６、１８又は２０に記載の内燃機関の排気
浄化装置において、前記強誘電体材料は超臨界流体を利
用して前記ハニカム基材に担持されていることを特徴と
する。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明による内燃機関の排気浄化
装置における排気浄化装置本体は、強誘電体材料、有害
物質を蓄積する物質及び／又は触媒成分等、及び電源と
電極を含んで構成される。強誘電体材料としては、チタ
ン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、チタン酸ストロンチウ
ム（ＳｒＴｉＯ₃）等の高い誘電率を有する材料が適切
である。

【００２９】有害物質を蓄積する物質（以下「蓄積性物
質」と称する。）としては、ＮＯ_xを蓄積させる場合
は、ナトリウム、カリウムのようなアルカリ金属、マグ
ネシウム、バリウムのようなアルカリ土類金属、又はＺ
ＳＭ−５型、Ａ型、及びＸ型等のゼオライトのカチオン
をアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属のイオ
ンでイオン交換したゼオライトが、メタンのような炭化
水素を蓄積させる場合は、上記のゼオライトのカチオン
をパラジウム、銀等の貴金属イオン、又はＶＩＩＩＡ族
遷移金属又はＩＢ族金属のイオンでイオン交換したゼオ
ライトが適切である。また、触媒成分としては、白金、
パラジウム、ロジウム等の貴金属が適切である。

【００３０】電源は、０．１〜１０ｋＶ／ｃｍ、好まし
くは、２〜４ｋＶ／ｃｍの電位勾配を電極間に与える交
流電源が適切であり、車両バッテリを使用する場合に
は、インバータによる直流から交流への変換が必要とな
る。電源の周波数は、特に限定する必要はないが、無声
放電を形成する周波数帯から任意に選択されることがで
き、好ましくは、数１０Ｈｚ〜数１０ｋＨｚである。ま
た、同様な電位勾配と周波数のパルス電圧を供給する直
流電源を使用することもできる。電極は、上記の電位勾
配を電極間に与えるように配置された銅、鉄等の導電性
金属でとすることができ、その電極間距離は、排気ガス
の処理量等によって定められる。

【００３１】排気浄化装置本体は、これらの構成要素か
ら、種々の態様で構成されることができ、以下、図面を
参照しながらこれらの態様を説明する。図１に示す排気
浄化装置に本体は、プラズマ処理装置としてのプラズマ
の発生領域と、触媒式浄化装置としての有害物質の吸着
領域とが分離して構成されている。図１（ａ）は、排気
ガスの流れの上流側に、ペレットにされた強誘電体材料
が配置され、下流側にペレットにされた蓄積性物質が配
置された態様である。強誘電体材料のペレットは、図１
（ａ）のように、排気通路の中央と外周側とに位置する
電極の間に配置される。

【００３２】この電極に電圧を印加した状態で排気ガス
を流通させれば、強誘電体材料から放電が生じ、排気ガ
ス中の有害物質は、その一部が無害物質へ変換され、残
りがラジカル化されて吸着され易い状態になり、下流の
蓄積性物質に効率的に蓄積させることができる。ここ
で、このペレットは、攪拌造粒や押出造粒によってペレ
ットにされたものでよく、その大きさは、特に限定する
必要はないが、直径で０．１〜１０ｍｍが適切であり、
より好ましくは、直径１〜５ｍｍである。

【００３３】図１（ｂ）は、排気ガスの流れの上流側
に、ハニカム基材に担持にされた強誘電体材料が配置さ
れ、下流側に、ハニカム基材に担持にされた蓄積性物質
が配置された態様である。このハニカム基材は、コージ
ェライトのような絶縁性材料からなるものが適切であ
る。

【００３４】この態様では、電極は、担持された強誘電
体材料に接触させてハニカム基材に取り付けられる。こ
の電極に電圧を印加した状態で、上流側のハニカム基材
の中に排気ガスを流通させれば、上記のペレットの場合
と同様に、強誘電体材料から放電が生じ、排気ガス中の
有害物質は、その一部が無害物質へ変換され、残りがラ
ジカル化されて吸着され易い状態になり、下流の蓄積性
物質に効率的に蓄積させることができる。

【００３５】なお、上流側を強誘電体材料のペレットと
して下流側をハニカム基材に担持された蓄積性物質と
し、又は上流側をハニカム基材に担持された強誘電体材
料として下流側をペレットの蓄積性物質とすることもで
きる。

【００３６】また、この下流側の蓄積性物質には、上記
のように、アルカリ金属やゼオライト等が好適に使用さ
れるが、これらの蓄積性物質は、γ−アルミナ、シリ
カ、ジルコニアのような微細な金属酸化物の粉末と一緒
にして、ペレットにし、また、ハニカム基材に担持する
ことが好ましい。これらの金属酸化物によって蓄積性物
質を増量することで、また、微細な金属酸化物の上に蓄
積性物質を固定することで、排気ガスとの接触効率が高
くなるためである。

【００３７】図２は、強誘電体材料が担持されたハニカ
ム基材に電極が接続される種々の態様を例示するもので
ある。図２（ａ）は、ハニカム基材の両端にメッシュ状
の電極が配置された態様、図２（ｂ）は、ハニカム基材
の外周と中心とに電極が配置された態様、図２（ｃ）
は、ハニカム基材の両端に帯状の電極が配置された態様
を示す。これらの電極の態様は、とりわけ、使用可能な
電圧レベルにより選択されることができ、例えば、比較
的低い電圧で放電させる必要がある場合は、電極間の距
離が短い態様が用いられる。

【００３８】ハニカム基材に強誘電体材料が担持される
場合、この強誘電体材料と併せて、上記のような蓄積性
物質をそのハニカム基材にさらに担持することができ
る。この場合、一つのハニカム基材を有する装置が、プ
ラズマ発生機能と有害物質の吸着機能の双方を有するこ
とができ、排気ガス浄化装置をより小型化することがで
きる。また、蓄積性物質に加えて、白金、パラジウム、
ロジウムのような触媒成分を同じハニカム基材に担持す
ることができる。この場合、触媒成分の吸着促進等の作
用により、有害物質の蓄積がより促進された排気浄化装
置とすることができる。

【００３９】また、蓄積性物質に代えて、強誘電体材料
と併せて、白金、パラジウム、ロジウムのような触媒成
分を同じハニカム基材に担持することができる。この場
合、触媒成分の酸化・還元促進等の作用により、有害物
質を直接浄化する排気浄化装置とすることができる。な
お、これらの触媒成分は、上記の蓄積性物質と同様に、
排気ガスとの接触効率を高めるために、γ−アルミナ、
シリカ、ジルコニアのような微細な金属酸化物の上に固
定された状態でハニカム基材に担持することが好まし
い。

【００４０】この他、後述のように、セリア（Ｃｅ
Ｏ₂）のような酸素ストレージ物質、ＳｉＣやＳｉ₃Ｎ₄
のような疎水性セラミックスを強誘電体材料と併せて担
持することによって、より高められた排気ガス浄化性能
が得られることが見出されている。

【００４１】図３は、このような強誘電体材料等をハニ
カム基材に担持する態様を例示する。図３（ａ）は、ハ
ニカム基材のセル壁側に強誘電体材料が担持され、その
内側に蓄積性物質や触媒成分等の成分が担持された態
様、図３（ｂ）は、ハニカム基材のセル壁側に蓄積性物
質等が担持され、その内側に強誘電体材料が担持された
態様、図３（ｃ）は、強誘電体材料と蓄積性物質等が混
合されて担持された態様、図３（ｄ）は、ハニカム基材
のセル壁側に強誘電体材料が担持され、その内側に二種
類の蓄積性物質等がそれぞれ層を形成して担持された態
様を示す。

【００４２】このように、強誘電体材料と蓄積性物質等
は、種々の態様でハニカム基材に担持することができ
る。この担持は、通常のウォッシュコート、吸水担持、
蒸発乾固等により行うことができ、例えば、強誘電体材
料としてチタン酸バリウムを担持するには、チタン酸バ
リウムの粉末をスラリーにし、そのスラリーをハニカム
基材にウォッシュコートすることで行うことができる。

【００４３】ここで、この強誘電体材料の担持は、超臨
界流体を利用することが好ましい態様として挙げられ
る。具体的には、二酸化炭素、エタン、トルエン、アン
モニア、フレオン１３等から選択された物質を、それぞ
れ固有の臨界温度と臨界圧力を超えた条件にすることで
超臨界流体にし、この超臨界流体に、ビス（アセチルア
トセナート）バリウム・ｎ水和物、ジ−ｉ−プロポキシ
バリウム、酸化チタン(II)アセチルアセトナート、テト
ラ−ｉ−プロポキシチタン、ビス（アセチルアセトナー
ト）ストロンチウム・ｎ水和物、ストロンチウムエトキ
シド、酢酸ストロンチウムのような強誘電体材料の前駆
体を溶解させ、その溶液をハニカム基材に含浸させる。
次いで、その含浸されたハニカム基材を焼成すること
で、強誘電体材料が担持されたハニカム基材を得ること
ができる。

【００４４】この方法によれば、例えば、図４に示した
ような状態に強誘電体材料を担持することもできる。こ
の図４は、予めセル壁に一定の間隔で、微細な貫通孔が
形成されたハニカム基材に、強誘電体材料が、セル壁表
面と同時にこの微細な孔を埋設して担持され、強誘電体
材料の三次元的ネットワークを形成した状態を示す。

【００４５】超臨界流体溶液の極めて高い拡散性を利用
すれば、ハニカム基材のセル壁表面と同時に直径数μｍ
以下の微細な孔にも均一に強誘電体材料の前駆体を搬送
することができるため、強誘電体材料が均一な密度で切
れ目なく連続したネットワークの形成が可能である。こ
のようなネットワークにおいては、ハニカム基材の各部
分における強誘電体材料の電位勾配が実質的に等しくな
り、ハニカム基材の全体で均一な放電が形成されるた
め、排気ガスの浄化をより効率的にすることができる。

【００４６】以上のように、排気浄化装置本体は、プラ
ズマを利用して排気ガス中の有害物質をラジカル化し、
反応活性を高めることにより、排気ガスの浄化を促進す
る装置である。触媒式浄化装置が活性化していなくて
も、排気ガスを浄化することができ、その浄化の仕方
は、強誘電体材料に各種の蓄積性物質、触媒成分を組み
合わせることにより、ＮＯ_x、ＣＯ、ＨＣの吸着浄化、
ＮＯ_xの還元浄化、ＣＯ、ＨＣの燃焼浄化、さらには、
ディーゼルエンジンのパティキュレートの燃焼浄化であ
ることができる。また、酸素ストレージ物質等の特定の
機能性物質をさらに組み合わせて、これらの浄化を一層
促進することもできる。また、強誘電体材料に蓄積性物
質等を組み合わせるのは、ペレットやハニカム基材にこ
れらを重ねて担持することでよく、したがってコンパク
トな小型化された装置にすることができ、その製造も比
較的容易である。

【００４７】このように構成された排気浄化装置本体に
おいて、種々の蓄積性物質を使用した場合の実施例を以
下に説明する。実施例１〜４は、ＮＯ_xをカリウムに吸
着させる態様、実施例５〜８は、メタンをゼオライトに
吸着させる態様、実施例９〜１１は、ディーゼルパティ
キュレートを燃焼させる態様、実施例１２〜１７はメタ
ンを燃焼させる態様、実施例１８〜１９は、超臨界流体
を用いて担持された強誘電体材料を含む装置によってメ
タンを燃焼させる態様、実施例２０〜２９は、二種類の
蓄積性物質を用いてＨＣとＮＯ_Xを同時に吸着させる態
様をそれぞれ例証する。

【００４８】ここで、排気ガス中の炭化水素の特にメタ
ンは、一般に、ゼオライト等の吸着剤に吸着させる又は
触媒成分により燃焼させることが困難である。これは、
排気ガス中にはＨ₂Ｏ、ＣＯ₂のようなメタンの吸着又は
反応を阻害する成分が、メタンの量を基準にすると多量
に存在すること、及びメタンは比較的安定な化合物であ
ることによると考えられる。これに対し、下記の実施例
ではメタンの吸着と燃焼が低温においても実現できてお
り、このことは、中でも本排気浄化装置本体の高い浄化
性能を実証するものである。

【００４９】実施例１ 直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカ
ム基材にＢａＴｉＯ₃を１０．０ｇウォッシュコート
し、５５０℃で１時間焼成した。このＢａＴｉＯ ₃を担
持したハニカム基材の両端を直径３０ｍｍの白金製メッ
シュ電極で挟み、交流電源を接続し、このハニカム基材
をガスの流れの上流に配置した。一方、直径３０ｍｍ×
長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカム基材にγ−Ａ
ｌ₂Ｏ₃を４．２ｇウォッシュコートし、５５０℃で１時
間焼成した。これに、ジニトロジアンミンＰｔ溶液を用
いてＰｔを０．０７ｇ担持し、乾燥の後、４５０℃で１
時間焼成した。これに、酢酸カリウムを用いてＮＯ_x吸
着剤のカリウムを７ｍｍｏｌ吸水担持し、乾燥の後、５
５０℃で１時間焼成した。このハニカム基材をガスの流
れの後方に配置し、図１（ｂ）のように排気浄化装置を
構成した。

【００５０】この直列に配置した排気浄化装置の上流か
ら、下記の組成のガス： ＮＯ：１０００ｐｐｍ ＋ ＣＯ₂：１５％ ＋ Ｏ₂：
１０％ ＋Ｈ₂Ｏ：３％ （残余：窒素） を３０リットル／分の流量で流通させた。電極間には周
波数５０Ｈｚで電圧３０ｋＶの交流を印加した。この状
態で、下流のＮＯ_x吸着剤に吸着されるＮＯの量を測定
した。この浄化されたＮＯの量は、下流のハニカム基材
の出口に配置した排気ガス分析計を用いて測定したＮＯ
濃度と、上記の入りガス中に含まれるＮＯ濃度の差異か
ら計算した。この測定は、室温条件下で行った。

【００５１】実施例２ 直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカ
ム基材にＢａＴｉＯ₃を５．０ｇウォッシュコートし、
５５０℃で１時間焼成した。これに、γ−Ａｌ ₂Ｏ₃を
３．０ｇウォッシュコートし、５５０℃で１時間焼成し
た。これに、ジニトロジアンミンＰｔ溶液を用いてＰｔ
を０．０７ｇ担持し、乾燥の後、４５０℃で１時間焼成
した。さらに、酢酸カリウムを用いてカリウムを７ｍｍ
ｏｌ吸水担持し、乾燥の後、５５０℃で１時間焼成し
た。このハニカム基材の両端を直径３０ｍｍの白金製メ
ッシュ電極で挟み、交流電源を接続し、図２（ａ）のよ
うに排気浄化装置を構成した。この装置のＮＯ_x浄化性
能を実施例１と同様にして評価した。

【００５２】実施例３ 直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカ
ム基材にγ−Ａｌ₂Ｏ₃を３．０ｇウォッシュコートし、
５５０℃で１時間焼成した。これに、ＢａＴｉＯ₃を
５．０ｇウォッシュコートし、５５０℃で１時間焼成し
た。これに、ジニトロジアンミンＰｔ溶液を用いてＰｔ
を０．０７ｇ担持し、乾燥の後、４５０℃で１時間焼成
した。さらに、酢酸カリウムを用いてカリウムを７ｍｍ
ｏｌ吸水担持し、乾燥の後、５５０℃で１時間焼成し
た。このハニカム基材の両端を直径３０ｍｍの白金製メ
ッシュ電極で挟み、交流電源を接続し、図２（ａ）のよ
うに排気浄化装置を構成した。この装置のＮＯ_x浄化性
能を実施例１と同様にして評価した。

【００５３】実施例４ 直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカ
ムにγ−Ａｌ₂Ｏ₃ とＢａＴｉＯ₃を質量比３：５で含む
スラリーを８．０ｇウォッシュコートし、５５０℃で１
時間焼成した。これに、ジニトロジアンミンＰｔ溶液を
用いてＰｔを０．０７ｇ担持し、乾燥の後、４５０℃で
１時間焼成した。さらに、酢酸カリウムを用いてカリウ
ムを７ｍｍｏｌ吸水担持して乾燥させた後、５５０℃で
１時間焼成した。このハニカム基材の両端を直径３０ｍ
ｍの白金製メッシュ電極で挟み、交流電源を接続し、図
２（ａ）のように排気浄化装置を構成した。この装置の
ＮＯ_x浄化性能を実施例１と同様にして評価した。

【００５４】比較例１ 実施例１と同様にして排気ガス浄化装置を構成し、但
し、電極間に電圧を印加せずに排気ガスを流通させ、Ｎ
Ｏ濃度を測定した。 比較例２ 実施例２と同様にして排気ガス浄化装置を構成し、但
し、電極間に電圧を印加せずに排気ガスを流通させ、Ｎ
Ｏ濃度を測定した。

【００５５】比較例３ 実施例３と同様にして排気ガス浄化装置を構成し、但
し、電極間に電圧を印加せずに排気ガスを流通させ、Ｎ
Ｏ濃度を測定した。 比較例４ 実施例４と同様にして排気ガス浄化装置を構成し、但
し、電極間に電圧を印加せずに排気ガスを流通させ、Ｎ
Ｏ濃度を測定した。

【００５６】−評価結果（１）− 実施例１〜４については、担持したカリウム量より計算
される理論吸着量に対して、それぞれ９５％、９３％、
９０％、９２％のＮＯ吸着量が観測された。一方、比較
例１〜４については、それぞれ４％、２％、２％、２％
のＮＯ吸着量しか得られず、室温のような低温状態では
プラズマ化学反応を利用した方法が極めて有効であるこ
とが示された。

【００５７】実施例５ 直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカ
ム基材にＢａＴｉＯ₃を１０．０ｇウォッシュコートし
た。このＢａＴｉＯ₃を担持したハニカム基材の両端を
直径３０ｍｍの白金製メッシュ電極で挟み、交流電源を
接続した。このハニカム基材をガスの流れの上流に配置
した。一方、直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェラ
イト製ハニカム基材に、Ｐｔイオン交換ＺＳＭ−５型ゼ
オライトを５ｇウォッシュコートし、このハニカム基材
をガスの流れの後方に配置し、図１（ｂ）のように排気
浄化装置を構成した。

【００５８】この直列に配置した排気ガス浄化装置の上
流から、下記の組成のガス： ＣＨ₄：１０００ｐｐｍ ＋ ＣＯ₂：１５％ ＋ Ｈ₂
Ｏ：３％（残余：窒素） を含むガスを３０リットル／分の流量で流通させた。電
極間には周波数５０Ｈｚで電圧３０ｋＶの交流を印加し
た。この状態で、下流のメタン吸着剤に吸着されるメタ
ンの量を測定した。この吸着されたメタンの量は、下流
のハニカム基材の出口に配置した排気ガス分析計を用い
て測定したメタン濃度と、上記の入りガス中に含まれる
メタン濃度の差異から計算した。この測定は、室温条件
下で行った。

【００５９】実施例６ 実施例５におけるＰｔイオン交換ＺＳＭ−５型ゼオライ
トをＰｄイオン交換ＺＳＭ−５型ゼオライトとした以外
は、実施例５と同様にしてメタン吸着量を測定した。

【００６０】実施例７ 直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカ
ム基材にＢａＴｉＯ₃とＰｔイオン交換ＺＳＭ−５型ゼ
オライトを重量比で７：３となるように調製した混合ス
ラリーを１０ｇウォッシュコートした。このハニカム基
材の両端を直径３０ｍｍの白金製メッシュ電極で挟み、
交流電源を接続し、図２（ａ）のように排気浄化装置を
構成した。この装置のメタン吸着量を実施例５と同様に
して測定した。

【００６１】実施例８ 実施例７におけるＰｔイオン交換ＺＳＭ−５型ゼオライ
トをＰｄイオン交換ＺＳＭ−５型ゼオライトとした以外
は、実施例７と同様にしてメタン吸着量を測定した。

【００６２】比較例５ 実施例５と同様にして排気ガス浄化装置を構成し、但
し、電極間に電圧を印加せずに排気ガスを流通させ、メ
タン吸着量を測定した。 比較例６ 実施例６と同様にして排気ガス浄化装置を構成し、但
し、電極間に電圧を印加せずに排気ガスを流通させ、メ
タン吸着量を測定した。

【００６３】比較例７ 実施例７と同様にして排気ガス浄化装置を構成し、但
し、電極間に電圧を印加せずに排気ガスを流通させ、メ
タン吸着量を測定した。 比較例８ 実施例８と同様にして排気ガス浄化装置を構成し、但
し、電極間に電圧を印加せずに排気ガスを流通させ、メ
タン吸着量を測定した。

【００６４】−評価結果（２）− 実施例５〜８については、吸着剤１ｇあたり、それぞれ
１．７ｍｍｏｌ、２．０ｍｍｏｌ、２．３ｍｍｏｌ、
２．８ｍｍｏｌのメタンを吸着した。一方、比較例５〜
８についてはメタンの吸着は測定されなかった。この結
果より、プラズマを発生させることにより、室温におい
てもメタンを効率的に吸着させ得ることが分かる。

【００６５】実施例９ 容積１．３リットルのコージェライト製ハニカム基材に
ＢａＴｉＯ₃スラリーを２６０ｇウォッシュコートし、
乾燥の後、５５０℃で焼成してＢａＴｉＯ₃担持ハニカ
ム基材を調製した。このハニカム基材の両端を白金製メ
ッシュ電極で挟み込み、図２（ａ）のように排気浄化装
置を構成した。この装置を、エンジンベンチに設置した
２０００ｃｃディーゼルエンジンからの排気管（温度調
整用の冷却管付き）に配置した。次いで、上記の電極間
に周波数５０Ｈｚで電圧５０ｋＶの交流を印加し、触媒
床温度１２０℃の状態で、ハニカム基材を通過したディ
ーゼル排気ガス中の微粒子（パティキュレート）を捕集
し、その量を測定した。

【００６６】実施例１０ 実施例９と同様の方法で調製したＢａＴｉＯ₃担持ハニ
カム基材に、テトラアンミン白金水酸塩を使用してその
ハニカム基材に白金２．６ｇを担持した。この基材の両
端を白金製メッシュ電極で挟み込み、実施例９と同様に
してハニカム基材を通過した排気ガス中のパキュレート
を捕集し、その量を測定した。

【００６７】実施例１１ 容積１．３リットルのコージェライト製ハニカム基材に
ＢａＴｉＯ₃とＣｅＯ₂を含む混合スラリー（ＢａＴｉＯ
₃：ＣｅＯ₂＝２：１）を３００ｇウォッシュコートした
後、乾燥し、５５０℃で焼成してＢａＴｉＯ₃−ＣｅＯ₂
担持ハニカム基材を調製した。次いで、テトラアンミン
白金水酸塩を使用して白金をそのハニカム基材に２．６
ｇ担持した。この基材の両端を白金製メッシュ電極で挟
み込み、実施例９と同様にしてハニカム基材を通過した
排気ガス中のパキュレートを捕集し、その量を測定し
た。

【００６８】比較例９ 実施例９で調製したハニカム基材を使用し、電極に電圧
を印加せずに、触媒床温度１２０℃の状態で、ハニカム
基材を通過した排気ガス中のパティキュレートを捕集
し、その量を測定した。

【００６９】比較例１０ 実施例１０で調製したハニカム基材を使用し、電極に電
圧を印加せずに、触媒床温度１２０℃の状態で、ハニカ
ム基材を通過した排気ガス中のパティキュレートを捕集
し、その量を測定した。

【００７０】比較例１１ 実施例１１で調製したハニカム基材を使用し、電極に電
圧を印加せずに、触媒床温度１２０℃の状態で、ハニカ
ム基材を通過した排気ガス中のパティキュレートを捕集
し、その量を測定した。

【００７１】−評価結果（３）− 図５に、比較例９におけるパティキュレートの排気量を
基準（１とする）にした場合の実施例９〜１１、比較例
１０〜１１のパティキュレートの排出量を示す。この結
果から明らかなように、本発明のプラズマを利用した排
気ガス浄化装置により、パティキュレートの燃焼浄化を
効率的に行い得ることが分かる。

【００７２】実施例１２ 直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカ
ム基材にγ−Ａｌ₂Ｏ₃とＢａＴｉＯ₃を、重量比で３：
５となるように調製した混合スラリーを用いて９．５ｇ
ウォッシュコートし、５５０℃で１時間焼成した。これ
に、テトラアンミンＰｄ水酸塩溶液を用いてＰｄを０．
０７g担持し、乾燥の後、４５０℃で１時間焼成した。

【００７３】実施例１３ 直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカ
ム基材にＺｒＯ₂とＢａＴｉＯ₃を、重量比で３：５とな
るように調製した混合スラリーを用いて９．５ｇウォッ
シュコートし、５５０℃で１時間焼成した。これに、テ
トラアンミンＰｄ水酸塩溶液を用いてＰｄを０．０７g
担持し、乾燥の後、４５０℃で１時間焼成した。

【００７４】実施例１４ 直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカ
ム基材にＴｉＯ₂とＢａＴｉＯ₃を、重量比で３：５とな
るように調製した混合スラリーを用いて９．５ｇウォッ
シュコートし、５５０℃で１時間焼成した。これに、テ
トラアンミンＰｄ水酸塩溶液を用いてＰｄを０．０７g
担持し、乾燥の後、４５０℃で１時間焼成した。

【００７５】実施例１５ 直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカ
ム基材にＳｉＯ₂とＢａＴｉＯ₃を、重量比で３：５とな
るように調製した混合スラリーを用いて９．５ｇウォッ
シュコートし、５５０℃で１時間焼成した。これに、テ
トラアンミンＰｄ水酸塩溶液を用いてＰｄを０．０７g
担持し、乾燥の後、４５０℃で１時間焼成した。

【００７６】実施例１６ 直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカ
ム基材にＳｉＣとＢａＴｉＯ₃を、重量比で３：５とな
るように調製した混合スラリーを用いて９．５ｇウォッ
シュコートし、５５０℃で１時間焼成した。これに、テ
トラアンミンＰｄ水酸塩溶液を用いてＰｄを０．０７g
担持し、乾燥の後、４５０℃で１時間焼成した。

【００７７】実施例１７ 直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカ
ム基材にＳｉ₃Ｎ₄とＢａＴｉＯ₃を、重量比で３：５と
なるように調製した混合スラリーを用いて９．５ｇウォ
ッシュコートし、５５０℃で１時間焼成した。これに、
テトラアンミンＰｄ水酸塩溶液を用いてＰｄを０．０７
g担持し、乾燥の後、４５０℃で１時間焼成した。

【００７８】−評価結果（４）− 実施例１２〜１７で調製した触媒のハニカム基材の両端
を白金製メッシュ電極で挟み、交流電源を接続して、図
２（ａ）のように排気浄化装置を構成した。この各装置
を、実験室用モデルガス供給装置とガス分析装置の間に
配置し、下記の組成のガス： ＣＨ₄：４０００ｐｐｍ ＋ Ｏ₂：１０％ ＋ Ｃ
Ｏ₂：１５％ ＋Ｈ₂Ｏ：１５％ （残余：窒素） を３０リットル／分の流量で流通させた。電極間には周
波数５０Ｈｚで電圧１０ｋＶの交流を印加した。

【００７９】この状態で、触媒床温度を５℃／分の速度
で上昇させ、ＣＨ₄の浄化率を、供給ガス濃度とハニカ
ム基材からの出ガス濃度の差異から計算した。なお、同
じ排気ガス浄化装置を使用し、電圧を印加しなかった場
合の測定も行い、それらを比較例１２〜１７とした。こ
のＣＨ₄浄化率の結果を図６にまとめて示す。図６から
分かるように、電圧を印加することにより、ＣＨ₄浄化
能力が顕著に向上することが分かる。また、Ａｌ₂Ｏ₃等
のセラミックよりも、ＳｉＣやＳｉ₃Ｎ₄のような疎水性
セラミックを強誘電体と共存させたほうが高い浄化性能
が得られることが分かり、これは、水蒸気を含む雰囲気
下では、かかる疎水性セラミックが共存することによ
り、より安定した放電が形成されるためと考えられる。

【００８０】実施例１８ 容積１リットルの耐圧容器にビス（アセチルアトセナー
ト）バリウム・ｎ水和物（ＣＨ₃ＣＯＣＨＣＯＣＨ₃）₂
Ｂａ・ｎＨ₂Ｏ（平均分子量３３５．５６）の１４．４
ｇと酸化チタン(II)アセチルアセトナート（ＣＨ₃ＣＯ
ＣＨＣＯＣＨ₃）₂ＴｉＯ（分子量２６２．１２）の１
１．２ｇを入れ、これに助溶剤としてアセトン３０ｇを
加えた。

【００８１】この耐圧容器の上部に、容積３５ｍｌのセ
ル壁に直径約３０μｍの貫通孔が開いているコージェラ
イト製ハニカム基材を配置した。この耐圧容器の蓋を閉
めた後、二酸化炭素を導入し、温度１５０℃で圧力３０
ＭＰａの超臨界状態にし、５時間放置した。次いで、こ
のハニカム基材を取り出し、１０００℃で１時間焼成し
た。この焼成後のハニカム基材の重量増加分は８．４６
ｇであった。この量は、仕込み原料の８４．６％がハニ
カム基材上でチタン酸バリウムＢａＴｉＯ₃になった量
に相当する。

【００８２】実施例１９ 容積１リットルの耐圧容器にジ−ｉ−プロポキシバリウ
ムＢａ（ＯＣＨ（ＣＨ ₃）₂（分子量２５５．３０）の１
０．９ｇとテトラ−ｉ−プロポキチタンＴｉ（ＯＣＨ
（ＣＨ₃）₄）（分子量２８４．２３）の１２．２ｇを入
れ、これに助溶剤としてイソプロパノール３０ｇを加え
た。

【００８３】この耐圧容器の上部に、容積３５ｍｌのセ
ル壁に直径約３０μｍの貫通穴が開いているコージェラ
イト製ハニカムを配置した。この耐圧容器の蓋を閉めた
後、二酸化炭素を導入し、温度１５０℃で圧力３０ＭＰ
ａの超臨界状態にし、５時間放置した。次いで、このハ
ニカム基材を取り出し、１０００℃で１時間焼成した。
この焼成後のハニカム基材の重量増加分は８．２１ｇで
あった。この量は、仕込み原料の８２．１％がハニカム
基材上でチタン酸バリウムＢａＴｉＯ₃になった量に相
当する。

【００８４】比較例１８ 実施例１８で用いたのと同じ容積３５ｍｌのコージェラ
イト製ハニカムに、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ₃を
８．３ｇウォシュコートし、乾燥の後、１０００℃で１
時間焼成した。

【００８５】−評価結果（５）− 実施例１８〜１９と比較例１８で調製したハニカム基材
の周囲に銅板を巻いて電極とし、さらにハニカム基材の
中心部に直径２ｍｍの銅線を通し、この外周部の円筒状
銅板と中心の銅線を、図２（ｂ）のように、交流電源を
介した電気回路で接続した。

【００８６】このようにして構成した排気ガス浄化装置
を、実験室用モデルガス供給装置とガス分析装置の間に
配置し、下記の組成のガス： ＣＨ₄：１０００ｐｐｍ ＋ Ｏ₂：１０％ ＋ Ｃ
Ｏ₂：１５％ ＋Ｈ₂Ｏ：３％ （残余：窒素） を６リットル／分の流量で流通させた。電極間には周波
数５０Ｈｚで電圧１０ｋＶの交流を印加した。この状態
におけるＣＨ₄の浄化率を、供給ガス濃度とハニカム基
材からの出ガス濃度の差異から計算した。測定温度は室
温であった。測定の結果、実施例１８、実施例１９、及
び比較例１８のＣＨ₄浄化率は、それぞれ４１％、４０
％、２４％であり、超臨界流体を用いて三次元的ネット
ワークに強誘電体を担持することによりＣＨ₄浄化率が
顕著に増加することが分かる。

【００８７】実施例２０ ＺＳＭ−５型ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比＝４０）を水に
分散させ、これに、硝酸銀水溶液を、ゼオライト中のＡ
ｌ原子と硝酸銀中のＡｇ原子のモル比が１：１となる量
で添加した。この水溶液を２時間攪拌した後、加熱して
水を殆ど完全に蒸発させ、次いで６００℃で２時間焼成
した。これにより、ＨＣ吸着剤を得た。一方、モルデナ
イト型ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比＝４１）を水に分散さ
せ、これに、硝酸セリウム水溶液を、ゼオライト中のＡ
ｌ原子と硝酸セリウム中のＣｅ原子のモル比が１：１と
なる量で添加した。この水溶液を２時間攪拌した後、加
熱して水を殆ど完全に蒸発させ、次いで６００℃で２時
間焼成した。これにより、ＮＯ_X 吸着剤を得た。

【００８８】これらのＨＣ吸着剤、ＮＯ_X 吸着剤、及び
ＢａＴｉＯ₃ を１：１：１で含む水系スラリーを調製
し、直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコージェライト製ハ
ニカム基材に、ＨＣ吸着剤、ＮＯ_X 吸着剤、及びＢａＴ
ｉＯ₃ を９．５ｇウォッシュコートし、５５０℃で１時
間焼成した。このハニカム基材の両端を直径３０ｍｍの
白金製メッシュ電極で挟み、交流電源を接続し、図２
（ａ）のように排気浄化用装置を構成した。

【００８９】実施例２１〜２９ ゼオライトのイオン交換されるイオン種を代えた以外は
実施例２０と同様の調製手法、担持量とし、表１に示す
ＨＣ吸着剤とＮＯ_X 吸着剤をハニカム基材に担持した本
発明の排気ガス浄化用装置を作成した。

【表１】

【００９０】−評価結果（６）− 実施例２０〜２９で作成した各装置を、実験室用モデル
ガス供給装置とガス分析装置との間に配置し、下記の組
成のガス： Ｃ₃ Ｈ₆ ：６００ｐｐｍ＋Ｏ₂ ：１０％＋ＣＯ₂ ：６．
５％＋Ｈ₂ Ｏ：１５％ （残余：窒素） を３０リットル／分の流量で流通させた。各電極間には
周波数５０Ｈｚで電圧１０ｋＶの交流を印加した。この
状態で、ガス流通から３０分間後のＣ₃ Ｈ₆ とＮＯ_X の
浄化率を、供給ガス濃度とハニカム基材の出口ガス濃度
の差異から計算した。測定温度は室温とした。この結果
を下記の表２に示す。

【００９１】

【表２】 表２の結果から、本排気浄化装置により、ＨＣとＮＯ_X
が同時に効率的に吸着浄化されることが分かる。なお、
同じ排気浄化装置を使用し、上記の交流を印加しなかっ
た場合のＨＣとＮＯ_X を同様に測定したが、この場合は
全く浄化が行われなかった。

【００９２】このように、図１のようにプラズマ処理部
と触媒式浄化部とを別体としても、一体としても、排気
浄化装置本体は小型であり、良好な排気ガスの浄化が可
能となる。

【００９３】次に、このような排気浄化装置本体を有効
に作動させるための制御を説明する。図７は、排気浄化
装置本体を備える内燃機関の排気浄化装置の全体構成を
示す概略図である。本排気浄化装置本体は、図１に示す
ようにプラズマ処理部と触媒式浄化部とが別体である。

【００９４】図７において、１０は機関本体であり、機
関本体１０には機関本体１０によって駆動される発電器
２０が接続されている。３０は発電器２０によって発電
された電力を蓄えるバッテリである。機関本体１０から
延在する排気通路１１には、プラズマ処理部６０が配置
されており、プラズマ処理部６０の上流側にはプラズマ
処理部６０へ流入する排気ガスの状態を検出する上流側
検出手段６１が設けられ、プラズマ処理部６０の下流側
にはプラズマ処理部６０から流出した排気ガスの状態を
検出する下流側検出手段６２が設けられている。また、
下流側検出手段６２の下流側に触媒式浄化部７０が配置
されている。

【００９５】４０はプラズマ処理部６０への電力供給装
置であり、バッテリ３０によって提供される直流電圧を
交流電圧へ変換すると共に、周波数及び交流電圧値を調
整してプラズマ処理部６０への投入電力を変化させるこ
とが可能なものである。５０は、この電力供給装置４０
及び機関本体１０を制御するための電子制御装置であ
り、バッテリ３０から電力供給を受けると共に、機関本
体１０、上流側検出手段６１、下流側検出手段６２、及
び触媒式浄化装置７０の温度を検出する温度センサ等の
各種データが入力される。

【００９６】図８は、機関本体１０がディーゼルエンジ
ン等の希薄燃焼を実施する場合において、排気ガス中の
有害物質としてＮＯ_Xを浄化させるための電力供給装置
４０の制御を示す第一フローチャートである。触媒式浄
化部は、ＮＯ_Xを蓄積する物質と、蓄積したＮＯ_Xの放出
時にＮＯ_Xを還元浄化させるための触媒とを有してい
る。

【００９７】第一フローチャートにおいて、先ず、ステ
ップ１０１では、触媒式浄化部７０の温度Ｔを検出す
る。次いで、ステップ１０２において、この温度Ｔに基
づき、触媒式浄化部７０の現在のＮＯ_X蓄積能力Ａを算
出する。もちろん、ＮＯ_X蓄積能力Ａは、触媒式浄化部
７０の温度Ｔに対して予めマップ化しておいても良い。
ＮＯ_X蓄積能力Ａは、触媒式浄化部７０の温度が、所定
範囲内である時に大きくなり、この所定温度範囲を下回
るほど又上回るほど徐々に小さくなる。

【００９８】次いで、ステップ１０３では、触媒式浄化
部７０における現在のＮＯ_X蓄積能力Ａに基づき、触媒
式浄化部７０へ流入させても触媒式浄化部７０において
十分にＮＯ_Xを蓄積可能な排気ガス中の目標ＮＯ_X濃度Ｃ
が算出される。これも予めマップ化しておいても良い。

【００９９】ステップ１０４では、下流側検出手段６２
として設けられたＮＯ_X濃度センサにより検出される実
際のＮＯ_X濃度Ｃ'が目標ＮＯ_X濃度より大きいか否かが
判断される。この判断が肯定される時には、ステップ１
０５において、プラズマ処理部６０への投入電力を大き
くするように電力供給装置４０が制御される。また、ス
テップ１０４における判断が否定される時には、ステッ
プ１０６においてプラズマ処理部６０への投入電力を小
さくするように電力供給装置４０が制御される。

【０１００】ステップ１０４で使用する実際のＮＯ_X濃
度Ｃ'は、プラズマ処理部６０でラジカル化されていな
いＮＯ_Xの濃度であり、ラジカル化されているＮＯ_Xは、
触媒式浄化部が低温度でも良好に蓄積され、大気中へ放
出されない。プラズマ処理部６０への投入電力が大きく
なるほど、すなわち、プラズマ処理部６０での消費電力
が大きくなるほど、良好なプラズマが生成され、多量の
ＮＯ_Xを無害な窒素及び酸素に分離させると共に、多量
のＮＯ_Xをラジカル化させることができる。

【０１０１】こうして、常にプラズマ処理部６０へ大き
な投入電力を供給していれば、触媒式浄化部が活性化し
ているか否かにかかわらず、大気中へほとんどＮＯ_Xが
放出されることはない。しかしながら、このようなプラ
ズマ処理部６０での多量の電力消費は、バッテリ３０及
び発電器２０の大型化を伴い、また、大型の発電器を駆
動するために機関本体１０での燃料消費率が悪化するこ
ととなる。

【０１０２】本フローチャートの制御によれば、触媒式
浄化部７０の現在のＮＯ_X蓄積能力Ａが十分に高くて排
気ガス中のＮＯ_X濃度がそれほど高くなければ、プラズ
マ処理部６０の投入電力をゼロにする、すなわち、プラ
ズマ処理部６０を作動停止することを含めて、現在のＮ
Ｏ_X蓄積能力Ａを超えないようにプラズマ処理部６０で
最小限のＮＯ_X浄化を実施するために、プラズマ処理部
６０への投入電力が必要最小限に制御され、触媒式浄化
部７０が活性化温度となっていなくても、排気ガス中の
ＮＯ_X濃度が増大しても、大気中へのＮＯＸ放出量を十
分に低減することができると共に、バッテリ３０及び発
電器２０の大型化及び機関本体１０における燃料消費率
の悪化の問題を解消することができる。

【０１０３】プラズマ処理部６０への投入電力、すなわ
ち、プラズマ処理部６０での消費電力を大きくすること
は、プラズマを発生し易くすることであり、具体的に
は、電圧を高めるか、又は、周波数をプラズマが発生し
易い周波数に変化させたりすれば良い。

【０１０４】本フローチャートにおいて、触媒式浄化部
におけるＮＯ_X蓄積量が蓄積限度近くとなれば、リッチ
又はストイキ空燃比運転、排気行程での気筒内燃料噴
射、又は、排気系への燃料噴射等によって排気ガスをリ
ッチ状態又はストイキ状態として、触媒式浄化部からＮ
Ｏ_Xを放出させて還元浄化する必要がある。この場合に
おいて、ＮＯ_Xの蓄積量は、これまでＮＯ_X濃度センサに
より検出されたＮＯ_X濃度に基づき推定可能である。こ
のようなＮＯ_X還元浄化の際には、プラズマ処理部６０
で排気ガス中の未燃燃料等が燃焼しないようにプラズマ
処理部６０を作動させないことが好ましい。

【０１０５】また、触媒式浄化部７０におけるＮＯ_X蓄
積能力Ａは、現在のＮＯ_X蓄積量にも依存し、すなわ
ち、現在のＮＯ_X蓄積量が触媒式浄化部７０の有限な蓄
積限度近くとなっていれば、触媒式浄化部７０が十分に
活性化していても、ＮＯ_X蓄積能力Ａは低くなる。それ
により、ＮＯ_X蓄積能力Ａの算出時には、現在のＮＯ_X蓄
積量を考慮することが好ましい。

【０１０６】本フローチャートにおいて、ＮＯ_X蓄積能
力Ａの算出には、直接的に検出された触媒式浄化部７０
の温度Ｔを使用したが、下流側検出手段６２として温度
センサを設け、触媒式浄化部７０へ流入する排気ガス温
度を検出し、この排気ガス温度を間接的に触媒式浄化部
７０の温度としても良い。また、排気ガスによる昇温に
は時間遅れが発生するために、所定時間前に検出された
排気ガス温度を触媒式浄化部７０の温度としても良い。

【０１０７】また、排気ガスは、プラズマ処理部６０に
おいてエネルギを受けるために昇温する。それにより、
前述したように、直接的又は間接的に検出された触媒式
浄化部の温度は、プラズマ処理部６０での排気ガスの昇
温分も含まれており、例えば、触媒式浄化部の温度が前
述の所定温度範囲内、すなわち、活性化温度範囲内とな
った時点で、触媒式浄化部のＮＯ_X蓄積能力が十分に高
くなったとして、直ぐにプラズマ処理部６０への投入電
力を大幅に低下させると、触媒式浄化部へ流入する排気
ガス温度の低下によって、触媒式浄化部のＮＯ_X蓄積能
力が低下し、排気ガス中のＮＯ_Xを十分に蓄積すること
ができないことがある。

【０１０８】これを防止するために、上流側検出手段６
１として温度センサを設け、プラズマ処理部６０へ流入
する排気ガス温度を検出するようにすれば、プラズマ処
理部６０の下流側における排気ガス温度との温度差に基
づきプラズマ処理部における排気ガスの昇温分を把握す
ることができ、この昇温分によって触媒式浄化部が活性
化温度となっている場合には、プラズマ処理部６０への
投入電力を大幅に低下しないようにすることができる。
また、プラズマ処理部６０へ流入する排気ガス温度は、
機関本体１０に取り付けられた回転センサ及びアクセル
ペダルのストロークセンサ等の出力から決定される機関
運転状態に基づき排気通路での放熱を考慮して推定する
ようにしても良い。

【０１０９】また、実際的には、定常運転時を除き、機
関本体から排出される排気ガス中のＮＯ_X濃度は変化す
るために、プラズマ処理部６０の下流側で検出される排
気ガス中のＮＯ_X濃度が目標ＮＯ_X濃度を大幅に下回って
いるとして、直ぐにプラズマ処理部６０への投入電力を
大幅に低下させると、機関本体から排出される排気ガス
中のＮＯ_X濃度が急増したような場合において、触媒式
浄化部７０でＮＯ_Xを十分に蓄積することができなくな
る。

【０１１０】これを防止するために、上流側検出手段６
１としてＮＯ_X濃度センサを設け、プラズマ処理部６０
へ流入する排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するようにす
れば、ＮＯ_X濃度が急増したような場合には、プラズマ
処理部６０への投入電力を大幅に低下しないように、ま
た、場合によっては投入電力を増加することができる。
また、プラズマ処理部６０へ流入する排気ガス中のＮＯ
_X濃度は、機関本体１０に取り付けられた回転センサ及
びアクセルペダルのストロークセンサ等の出力から決定
される機関運転状態に基づき推定するようにしても良
い。

【０１１１】このように、下流側検出手段によって検出
される排気ガスの状態は、プラズマ処理部６０でのプラ
ズマ処理の結果であり、この結果に基づきプラズマ処理
部への投入電力を制御することは排気ガスの浄化に効果
的であるが、上流側検出手段によって検出される排気ガ
スの状態は、プラズマ処理以前の排気ガスの状態であ
り、これも合わせて考慮してプラズマ処理部への投入電
力を制御することにより、さらに良好な排気ガスの浄化
を実現することができる。

【０１１２】これまで、第一フローチャートに従って、
プラズマ処理部６０の下流側における又は上流及び下流
側における排気ガス状態に基づきプラズマ処理部への投
入電力だけを制御する場合を説明した。しかしながら、
例えば、必要な投入電力が多大となって電力供給装置の
能力を超える場合、設定値以上に投入電力を増加させた
くない場合、又は、設定値以上に投入電力を増加させら
れない場合等において、プラズマ処理部６０への投入電
力を電力供給装置の最大能力値又は設定値へ固定して、
プラズマ処理部６０の下流側における排気ガス中のＮＯ
_X濃度が目標ＮＯ_X濃度となるように、機関本体１０から
排出される排気ガス中のＮＯ_X濃度を、スロットル弁の
開度又は可変動弁機構による吸入空気量の制御、燃料噴
射量の制御、燃料噴射時期の制御、又は、点火時期の制
御等によって変化させるようにしても良い。

【０１１３】これらの機関本体における制御は、意図す
る機関運転状態を変化させることとなるために、制御量
をできる限り小さくすることが好ましい。プラズマ処理
部６０の上流側における排気ガス中のＮＯ_X濃度は、機
関本体から排出された排気ガス中のＮＯ_X濃度であるた
めに、これを監視することにより前述の制御を必要以上
に大きく変化させないようにして、機関本体の運転状態
変化を最小限とすることができる。また、プラズマ処理
部６０への投入電力が固定されるために、プラズマ処理
部でのＮＯ_Xの分離浄化量及びラジカル化量もほぼ固定
されるために、プラズマ処理部６０の上流側でＮＯ_X濃
度を監視するだけで、プラズマ処理部６０の下流側にお
ける排気ガス中のＮＯ_X濃度が目標ＮＯ_X濃度となるよう
に、前述のように機関本体１０を制御することも可能で
ある。

【０１１４】これまで、排気ガス中のＮＯ_X浄化に関し
て説明したが、前述したように触媒式浄化部７０で使用
する蓄積性物質及び触媒を代えることにより、同様な考
え方に基づき、排気ガス中のメタン又はディーゼルパテ
ィキュレートを浄化することも可能である。

【０１１５】次に、機関本体１０が通常のガソリンエン
ジン等の主にストイキ燃焼を実施する場合を説明する。
この場合には、排気ガス中の有害物質としてＨＣ、Ｃ
Ｏ、及びＮＯ_Xを浄化させるために、触媒式浄化部７０
で三元触媒が使用されることとなる。

【０１１６】三元触媒も活性化温度以下では、温度が低
いほど浄化能力が低下するために、前述同様に、触媒式
浄化部７０の温度に基づき三元触媒の活性化程度を算出
し、この活性化程度が低いほどプラズマ処理部６０への
投入電力を増大させることができる。すなわち、三元触
媒が全く活性化していない時には、プラズマ処理部でほ
ぼ全てのＨＣ、ＣＯ、及びＮＯ_Xを分離浄化、酸化浄
化、又はラジカル化させなければならず、必要な投入電
力は大きくなる。

【０１１７】触媒式浄化部の温度は、前述同様に、下流
側検出手段、又は、上流及び下流側検出手段としての温
度センサを使用して間接的に検出するようにしても良
い。

【０１１８】また、触媒式浄化部の三元触媒に酸素スト
レージ物質を含めれば、排気ガスの空燃比が多少のリー
ン及びリッチを繰り返しても良好に前述の有害三物質を
浄化させることができる。しかしながら、リーン空燃比
運転が長期間継続されるような場合には、三元触媒に持
たせた酸素ストレージ能力が新たな酸素を蓄積できなく
無効となり、三元触媒ではＮＯ_Xを十分に浄化させるこ
とができずに大気中へ放出してしまう。

【０１１９】これを防止するために、下流側検出手段と
して酸素濃度センサを設けて、触媒式浄化部へ流入する
排気ガス中の酸素濃度を検出するようにすれば、リーン
空燃比運転が持続して触媒式浄化部へ持たせた酸素スト
レージ能力が無効となったことを判断することができ、
この時には、三元触媒が十分に活性化していてもプラズ
マ処理部を作動させ、三元触媒で還元浄化される以上の
ＮＯ_Xを分離浄化させることが可能である。

【０１２０】同様に、リッチ空燃比運転が長期間継続し
て、酸素ストレージ能力が酸素を放出できずに無効とな
る場合には、下流側検出手段としての酸素濃度センサに
より検出される排気ガス中の酸素濃度に基づきこれを判
断して、プラズマ処理部を作動させ、三元触媒で酸化浄
化される以上のＨＣ及びＣＯを酸化浄化することが可能
である。

【０１２１】これまで、プラズマ処理部の下流側に触媒
式処理部が設けられている場合を説明したが、前述した
ようにプラズマ処理部と触媒式処理部とを一体にするこ
とも可能であり、この一体式プラズマ処理部への投入電
力の制御は、例えば、図９に示す第二フローチャートの
ようになる。機関本体１０がディーゼルエンジン等の希
薄燃焼を実施する場合において、一体式プラズマ処理部
の下流側検出手段としてのＮＯ_X濃度センサによって検
出される排気ガス中のＮＯ_X濃度Ｃ'が十分に小さな所定
濃度Ｃ１以下である時には、投入電力が減少させられ、
逆に、ＮＯ_X濃度Ｃ'がこの所定濃度Ｃ１より大きけれ
ば、投入電力が増大させられる。

【０１２２】こうして、一体式プラズマ処理部における
プラズマ処理でのＮＯ_X浄化能力と触媒式のＮＯ_X蓄積能
力とを合わせて大気中へ放出されるＮＯ_Xを十分に低減
するようになっており、一体式プラズマ処理部への投入
電力は必要最小限とすることができる。この場合にも、
上流側検出手段としてＮＯ_X濃度センサにより一体式プ
ラズマ処理部へ流入する排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出
するようにすれば、運転状態の変化に伴って機関本体か
ら排出される排気ガス中のＮＯ_X濃度が急激に変化する
時にも投入電力を良好に制御することができる。

【０１２３】また、前述同様に、一体式プラズマ処理部
への投入電力を固定して、下流側のＮＯ_X濃度センサに
より検出されるＮＯ_X濃度Ｃ'が所定濃度Ｃ１以下となる
ように、機関本体を制御するようにしても良い。これら
の機関本体における制御において、前述したように、制
御量をできる限り小さくすることが好ましく、一体式プ
ラズマ処理部の上流側における排気ガス中のＮＯ_X濃度
を監視することにより前述の制御を必要以上に大きく変
化させないようにして、機関本体の運転状態変化を最小
限とすることができる。また、一体式プラズマ処理部へ
の投入電力が固定されるために、プラズマ処理部でのＮ
Ｏ_Xの分離浄化量及びラジカル化量もほぼ固定され、一
体式プラズマ処理部の上流側でＮＯ_X濃度を監視するだ
けで、一体式プラズマ処理部の下流側における排気ガス
中のＮＯ_X濃度が所定濃度以下となるように、前述のよ
うに機関本体１０を制御することも可能である。

【０１２４】また、一体式プラズマ処理部において、機
関本体１０が通常のガソリンエンジン等の主にストイキ
燃焼を実施する場合では、排気ガス中の有害物質として
ＨＣ、ＣＯ、及びＮＯ_Xを浄化させるために、触媒式浄
化部で三元触媒が使用され、一体式プラズマ処理部の下
流側、又は、上流及び下流側における排気ガス温度によ
り三元触媒の活性化程度を推定し、プラズマ処理部への
投入電力を制御する。

【０１２５】また、触媒式浄化部の三元触媒に酸素スト
レージ物質を含めれば、排気ガスの空燃比が多少のリー
ン及びリッチを繰り返しても良好に前述の有害三物質を
浄化させることができる。しかしながら、リーン空燃比
運転が長期間継続されるような場合には、三元触媒に持
たせた酸素ストレージ能力が新たな酸素を蓄積できなく
無効となり、三元触媒ではＮＯ_Xを十分に浄化させるこ
とができずに大気中へ放出してしまう。

【０１２６】これを防止するために、上流側検出手段と
して酸素濃度センサを設けて、一体式プラズマ処理部へ
流入する排気ガス中の酸素濃度を検出するようにすれ
ば、リーン空燃比運転が持続して触媒式浄化部へ持たせ
た酸素ストレージ能力が無効となったことを判断するこ
とができ、この時には、三元触媒が十分に活性化してい
てもプラズマ処理部を作動させ、三元触媒で還元浄化さ
れる以上のＮＯ_Xを分離浄化させることが可能である。

【０１２７】同様に、リッチ空燃比運転が長期間継続し
て、酸素ストレージ能力が酸素を放出できずに無効とな
る場合には、上流側検出手段としての酸素濃度センサに
より検出される排気ガス中の酸素濃度に基づきこれを判
断して、プラズマ処理部を作動させ、三元触媒で酸化浄
化される以上のＨＣ及びＣＯを酸化浄化することが可能
である。このように、前述した投入電圧の制御及び機関
本体の制御の考え方は、プラズマ処理装置が触媒式浄化
部を含んでいてもいなくても効果的である。

【０１２８】

【発明の効果】こうして、本発明によれば、プラズマ処
理装置を機関排気系に備える内燃機関の排気浄化装置に
おいて、プラズマ処理装置での電力消費を必要最小限と
して排気ガス中の有害物質の大気放出量を十分に低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気浄化装置本体を例示する模式図で
ある。

【図２】電極が取り付けられた本発明の排気浄化装置本
体を例示する模式図である。

【図３】強誘電体材料と蓄積性物質等が担持される態様
を例示する模式図である。

【図４】強誘電体材料がハニカム基材に担持される態様
を例示する模式図である。

【図５】ディーゼルパティキュレートの浄化性能を比較
したグラフである。

【図６】メタンの浄化性能を比較したグラフである。

【図７】本発明による内燃機関の排気浄化装置の全体構
成を示す概略図である。

【図８】プラズマ処理部への投入電力を制御するための
第一フローチャートである。

【図９】一体式プラズマ処理部への投入電力を制御する
ための第二フローチャートである。

【符号の説明】

１０…機関本体 １１…排気通路 ４０…電力供給装置 ５０…電子制御装置 ６０…プラズマ処理部 ６１…上流側検出手段 ６２…下流側検出手段 ７０…触媒式浄化部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８Ｇ Ｆターム(参考） 3G084 BA00 BA24 DA10 FA28 FA30 3G091 AA18 AB03 AB09 AB14 BA01 BA14 BA15 CB02 CB03 CB05 CB07 DB10 DC06 EA01 EA07 EA17 EA18 EA26 EA33 EA34 EA35 GA01 GA10 GB02Y GB03Y GB05W GB06W GB07W GB09Y GB10Y GB17X HA36 HA37

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関排気系に配置されたプラズマ処理装
   置と、前記プラズマ処理装置の下流側における現在の排
   気ガス状態を検出する下流側検出手段と、前記下流側検
   出手段により検出された前記排気ガス状態に基づき前記
   プラズマ処理装置への投入電力を制御するプラズマ処理
   装置制御手段とを具備することを特徴とする内燃機関の
   排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記プラズマ処理装置の上流側における
   現在の排気ガス状態を検出する上流側検出手段をさらに
   具備し、前記プラズマ処理装置制御手段は、前記下流側
   検出手段により検出された前記排気ガス状態と前記上流
   側検出手段により検出された前記排気ガス状態とに基づ
   き前記プラズマ処理装置への投入電力を制御することを
   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】 機関排気系に配置されたプラズマ処理装
   置と、前記プラズマ処理装置の作動時に前記プラズマ処
   理装置の下流側における現在の排気ガス状態を検出する
   下流側検出手段と、前記下流側検出手段により検出され
   た前記排気ガス状態に基づき前記内燃機関から排出され
   る排気ガス状態を変化させるための内燃機関制御手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 前記プラズマ処理装置の作動時に前記プ
   ラズマ処理装置の上流側における現在の排気ガス状態を
   検出する上流側検出手段をさらに具備し、前記内燃機関
   制御手段は、前記上流側検出手段により検出された前記
   排気ガス状態と前記下流側検出手段により検出される前
   記排気ガス状態とに基づき前記内燃機関から排出される
   排気ガス状態を変化させることを特徴とする請求項３に
   記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 【請求項５】 機関排気系の前記下流側検出手段の下流
   側には、排気ガス中の有害物質を蓄積する物質を含有す
   るペレット又は前記物質が担持されたハニカム基材が配
   置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれ
   かに記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 【請求項６】 機関排気系に配置されたプラズマ処理装
   置と、前記プラズマ処理装置の作動時に前記プラズマ処
   理装置の上流側における現在の排気ガス状態を検出する
   上流側検出手段と、前記上流側検出手段により検出され
   た前記排気ガス状態に基づき前記内燃機関から排出され
   る排気ガス状態を変化させるための内燃機関制御手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
7. 【請求項７】 機関排気系に配置されたプラズマ処理装
   置と、前記プラズマ処理装置の上流側における現在の排
   気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前
   記酸素濃度検出手段により検出された前記酸素濃度に基
   づき前記プラズマ処理装置への投入電力を制御するプラ
   ズマ処理装置制御手段とを具備することを特徴とする内
   燃機関の排気浄化装置。
8. 【請求項８】 機関排気系の前記プラズマ処理装置の下
   流側には、排気ガス中の有害物質を蓄積する物質を含有
   するペレット又は前記物質が担持されたハニカム基材が
   配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載
   の内燃機関の排気浄化装置。
9. 【請求項９】 前記プラズマ処理装置は、強誘電体材料
   からの放電によってプラズマを発生させるものであるこ
   とを特徴とする請求項１、２、３、４、６、又は７に記
   載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 【請求項１０】 前記プラズマ処理装置は、強誘電体材
    料からの放電によってプラズマを発生させるものである
    ことを特徴とする請求項５又は８に記載の内燃機関の排
    気浄化装置。
11. 【請求項１１】 前記強誘電体材料は、ハニカム基材に
    担持されていることを特徴とする請求項９に記載の内燃
    機関の排気浄化装置。
12. 【請求項１２】 前記強誘電体材料は、ハニカム基材に
    担持されていることを特徴とする請求項１０に記載の内
    燃機関の排気浄化装置。
13. 【請求項１３】 前記ハニカム基材には、排気ガス中の
    有害物質を蓄積する物質が担持されていることを特徴と
    する請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
14. 【請求項１４】 前記物質は窒素酸化物を蓄積するもの
    であることを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の
    排気浄化装置。
15. 【請求項１５】 前記ハニカム基材には、酸素ストレー
    ジ物質が担持されていることを特徴とする請求項１１に
    記載の内燃機関の排気浄化装置。
16. 【請求項１６】 前記ハニカム基材には、貴金属が担持
    されていることを特徴とする請求項１１、１３、１４又
    は１５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
17. 【請求項１７】 前記ペレットが金属酸化物を含んでな
    ることを特徴とする請求項５又は８に記載の内燃機関の
    排気浄化装置。
18. 【請求項１８】 前記ハニカム基材には、金属酸化物が
    担持されていることを特徴とする請求項１１、１３、１
    ４、１５又は１６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
19. 【請求項１９】 前記ペレットが疎水性セラミック材料
    を含んでなることを特徴とする請求項５、８又は１７に
    記載の内燃機関の排気浄化装置。
20. 【請求項２０】 前記ハニカム基材には、疎水性セラミ
    ック材料が担持されていることを特徴とする請求項１
    １、１３、１４、１５、１６又は１８に記載の内燃機関
    の排気浄化装置。
21. 【請求項２１】 前記強誘電体材料は超臨界流体を利用
    して前記ハニカム基材に担持されていることを特徴とす
    る請求項１１、１２、１３、１４、１５、１６、１８又
    は２０に記載の内燃機関の排気浄化装置。