JP2002221027A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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Landscapes
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- Catalysts (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 放電部での電力消費を抑え、かつ高効率に粒
子状汚染物質（ＰＭ）、およびガス状汚染物質（ＮＯｘ
等）を浄化することが可能な内燃機関の排気浄化装置を
提供する。 【解決手段】 放電部の絶縁基板５の表面に排ガスを浄
化する作用のある活性物質７を被覆させると、放電を発
生させる際に絶縁基板５が発熱する熱を活性物質７が受
熱し活性物質７を早期に昇温させて活性化を早めるとと
もに、絶縁基板５は活性物質７の保持構造体の機能を併
せ持ち、プラズマおよび活性物質７が排ガスの有害物質
を浄化する。また、放電部の温度を検知する温度検知部
８よりの信号に基づいて活性物質７（酸化触媒）の活性
化を判断し、高圧電源発生装置４から電極３への通電を
停止させる。この電極３への通電を停止させても酸化触
媒が電極３間に発生するプラズマに代わって排ガスを浄
化する。
子状汚染物質（ＰＭ）、およびガス状汚染物質（ＮＯｘ
等）を浄化することが可能な内燃機関の排気浄化装置を
提供する。 【解決手段】 放電部の絶縁基板５の表面に排ガスを浄
化する作用のある活性物質７を被覆させると、放電を発
生させる際に絶縁基板５が発熱する熱を活性物質７が受
熱し活性物質７を早期に昇温させて活性化を早めるとと
もに、絶縁基板５は活性物質７の保持構造体の機能を併
せ持ち、プラズマおよび活性物質７が排ガスの有害物質
を浄化する。また、放電部の温度を検知する温度検知部
８よりの信号に基づいて活性物質７（酸化触媒）の活性
化を判断し、高圧電源発生装置４から電極３への通電を
停止させる。この電極３への通電を停止させても酸化触
媒が電極３間に発生するプラズマに代わって排ガスを浄
化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放電を利用して排
ガスの浄化反応を促進させる排気浄化装置に関し、特に
ディーゼルエンジン等の排ガス中に含まれる粒子状汚染
物質およびガス状汚染物質を分解・除去する排気浄化装
置に関する。
ガスの浄化反応を促進させる排気浄化装置に関し、特に
ディーゼルエンジン等の排ガス中に含まれる粒子状汚染
物質およびガス状汚染物質を分解・除去する排気浄化装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、放電による化学反応を利用して排
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８−４９５２５号公報に
示すように、排ガス浄化装置内に複数の電極を配置した
積層構造の放電場を構成し、各電極間に交流電圧を印加
することで排ガス中の有害成分である粒子状汚染物質
（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）、お
よびガス状汚染物質の１つである窒素酸化物（以降、Ｎ
Ｏｘと呼ぶ）等を浄化処理する技術が提案されている。
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８−４９５２５号公報に
示すように、排ガス浄化装置内に複数の電極を配置した
積層構造の放電場を構成し、各電極間に交流電圧を印加
することで排ガス中の有害成分である粒子状汚染物質
（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）、お
よびガス状汚染物質の１つである窒素酸化物（以降、Ｎ
Ｏｘと呼ぶ）等を浄化処理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８−４
９５２５号公報に開示されている排気浄化装置は、放電
部の電極間に常時通電することにより発生するプラズマ
に依存して、排ガス中の有害物質である粒子状汚染物質
（ＰＭ）、およびＮＯｘ等のガス状汚染物質を浄化して
いるが、電力供給量が限られた車載バッテリーよりプラ
ズマを得るための電力供給を受ける場合にあっては、電
極間に供給できる電力量は限られる。また、消費される
電力量が多いと、この消費された電力を補うように発電
機により発電され、発電機を搭載した内燃機関の負荷が
増加することから燃費を悪化させており問題である。
９５２５号公報に開示されている排気浄化装置は、放電
部の電極間に常時通電することにより発生するプラズマ
に依存して、排ガス中の有害物質である粒子状汚染物質
（ＰＭ）、およびＮＯｘ等のガス状汚染物質を浄化して
いるが、電力供給量が限られた車載バッテリーよりプラ
ズマを得るための電力供給を受ける場合にあっては、電
極間に供給できる電力量は限られる。また、消費される
電力量が多いと、この消費された電力を補うように発電
機により発電され、発電機を搭載した内燃機関の負荷が
増加することから燃費を悪化させており問題である。
【０００４】本発明の目的は上記の点に鑑み、放電部で
の電力消費を抑え、かつ高効率に粒子状汚染物質（Ｐ
Ｍ）、およびガス状汚染物質（ＮＯｘ等）を浄化するこ
とが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにあ
る。
の電力消費を抑え、かつ高効率に粒子状汚染物質（Ｐ
Ｍ）、およびガス状汚染物質（ＮＯｘ等）を浄化するこ
とが可能な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、内燃機関の排ガスが流れる流路を挟んで対
向配置した第１、第２電極と、第１、第２電極を内部に
埋設した誘導体からなる第１、第２絶縁基板とからなる
放電部とを備え、第１、第２電極間に放電による放電光
を発生させ、この発生するプラズマにより流路を流れる
排ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置において、絶
縁基板の表面に排ガスを浄化する作用のある活性物質を
被覆させることを特徴とする。
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、内燃機関の排ガスが流れる流路を挟んで対
向配置した第１、第２電極と、第１、第２電極を内部に
埋設した誘導体からなる第１、第２絶縁基板とからなる
放電部とを備え、第１、第２電極間に放電による放電光
を発生させ、この発生するプラズマにより流路を流れる
排ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置において、絶
縁基板の表面に排ガスを浄化する作用のある活性物質を
被覆させることを特徴とする。
【０００６】上述した構成の内燃機関の排気浄化装置に
おける絶縁基板の表面に排ガスを浄化する作用のある活
性物質を被覆させることで、放電を発生させる際に絶縁
基板が発熱する熱を活性物質が受熱しやすくなり、活性
物質を早期に昇温させて活性化を早める効果がある。そ
して、放電による排ガスの浄化作用と活性物質による排
ガスの浄化作用とを併せて排ガスを浄化できる。
おける絶縁基板の表面に排ガスを浄化する作用のある活
性物質を被覆させることで、放電を発生させる際に絶縁
基板が発熱する熱を活性物質が受熱しやすくなり、活性
物質を早期に昇温させて活性化を早める効果がある。そ
して、放電による排ガスの浄化作用と活性物質による排
ガスの浄化作用とを併せて排ガスを浄化できる。
【０００７】本発明の請求項２によると、内燃機関の排
ガスが流れる流路を挟んで対向配置した第１、第２電極
と、第１電極を内部に埋設した誘導体からなる絶縁基板
とからなる放電部とを備え、第１、第２電極間に放電に
よる放電光を発生させ、この発生するプラズマにより流
路を流れる排ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置に
おいて、第２電極または絶縁基板の少なくとも一方の表
面に排ガスを浄化する作用のある活性物質を被覆させる
ことを特徴とする。
ガスが流れる流路を挟んで対向配置した第１、第２電極
と、第１電極を内部に埋設した誘導体からなる絶縁基板
とからなる放電部とを備え、第１、第２電極間に放電に
よる放電光を発生させ、この発生するプラズマにより流
路を流れる排ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置に
おいて、第２電極または絶縁基板の少なくとも一方の表
面に排ガスを浄化する作用のある活性物質を被覆させる
ことを特徴とする。
【０００８】上述した構成の内燃機関の排気浄化装置に
おける第２電極または絶縁基板の少なくとも一方の表面
に排ガスを浄化する作用のある活性物質を被覆させるこ
とで、放電を発生させる際に第２電極および絶縁基板が
発熱する熱を活性物質が受熱しやすくなり、活性物質を
早期に昇温させて活性化を早める効果がある。そして、
放電による排ガスの浄化作用と活性物質による排ガスの
浄化作用とを併せて排ガスを浄化できる。
おける第２電極または絶縁基板の少なくとも一方の表面
に排ガスを浄化する作用のある活性物質を被覆させるこ
とで、放電を発生させる際に第２電極および絶縁基板が
発熱する熱を活性物質が受熱しやすくなり、活性物質を
早期に昇温させて活性化を早める効果がある。そして、
放電による排ガスの浄化作用と活性物質による排ガスの
浄化作用とを併せて排ガスを浄化できる。
【０００９】本発明の請求項３によると、活性物質は、
酸化触媒、光触媒、およびＨＣ吸着材のうちの少なくと
も１つからなることを特徴とする。ここで、酸化触媒に
あっては、放電部への通電を止めて放電部から発生する
プラズマが無くても、これら活性物質が昇温して活性化
すれば粒子状汚染物質（ＰＭ）、およびガス状汚染物質
（ＮＯｘ等）を浄化することが可能である。ＨＣ吸着物
質の活性物質にあっては、排ガスの浄化に必要な反応を
促進する。光触媒にあっては、放電部から発生するプラ
ズマ光中の紫外線と反応して排ガスの有害物質を浄化す
る。
酸化触媒、光触媒、およびＨＣ吸着材のうちの少なくと
も１つからなることを特徴とする。ここで、酸化触媒に
あっては、放電部への通電を止めて放電部から発生する
プラズマが無くても、これら活性物質が昇温して活性化
すれば粒子状汚染物質（ＰＭ）、およびガス状汚染物質
（ＮＯｘ等）を浄化することが可能である。ＨＣ吸着物
質の活性物質にあっては、排ガスの浄化に必要な反応を
促進する。光触媒にあっては、放電部から発生するプラ
ズマ光中の紫外線と反応して排ガスの有害物質を浄化す
る。
【００１０】このように、電極間に発生するプラズマに
より排ガスを浄化する作用に加えて、活性物質が排ガス
の有害物質を浄化するので、放電部での電力消費を抑
え、かつ粒子状汚染物質（ＰＭ）、およびガス状汚染物
質（ＮＯｘ等）を高効率に浄化することが可能となる。
より排ガスを浄化する作用に加えて、活性物質が排ガス
の有害物質を浄化するので、放電部での電力消費を抑
え、かつ粒子状汚染物質（ＰＭ）、およびガス状汚染物
質（ＮＯｘ等）を高効率に浄化することが可能となる。
【００１１】本発明の請求項４によると、放電部の温度
を検知する温度検知部を備えた。そして、制御部がこの
温度検知部よりの信号に基づいて放電部への通電を制御
するようにした。これにより、制御部が温度検知部より
の信号により放電部に被覆した活性物質の活性状況を判
断することができる。そして、活性物質の活性化状況に
応じて、排ガス浄化に必要とされるだけの放電部への通
電を行うことができる。このように、排ガス浄化効率を
維持しつつ、放電部での電力消費を抑えることができ
る。
を検知する温度検知部を備えた。そして、制御部がこの
温度検知部よりの信号に基づいて放電部への通電を制御
するようにした。これにより、制御部が温度検知部より
の信号により放電部に被覆した活性物質の活性状況を判
断することができる。そして、活性物質の活性化状況に
応じて、排ガス浄化に必要とされるだけの放電部への通
電を行うことができる。このように、排ガス浄化効率を
維持しつつ、放電部での電力消費を抑えることができ
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態である
内燃機関の排気浄化装置を、図面を参照して詳細に説明
する。なお、図１から図３を用いて、排気浄化装置の構
成を説明する。図１は、本発明の一実施形態のプラズマ
発生装置の概略構成図である。図２は、図１中の絶縁基
板を示す詳細図である。図３は、本発明の一実施形態の
排気浄化装置全体を示す概略構成図である。
内燃機関の排気浄化装置を、図面を参照して詳細に説明
する。なお、図１から図３を用いて、排気浄化装置の構
成を説明する。図１は、本発明の一実施形態のプラズマ
発生装置の概略構成図である。図２は、図１中の絶縁基
板を示す詳細図である。図３は、本発明の一実施形態の
排気浄化装置全体を示す概略構成図である。
【００１３】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の途中に配置され、活性物質７を被
覆させた放電部を有するプラズマ発生装置２と、このプ
ラズマ発生装置２内に配置した電極３に高周波の交流高
電圧を印加する高圧電源発生部４と、プラズマ発生装置
２内の放電部の温度を検知する温度検知部８と、温度検
知部８よりの信号に基づいて放電部への通電を制御する
制御部４ａと、プラズマ発生装置２の排ガス下流側位置
に配置した触媒付きＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉ
ｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）３２等により構成され
る。
ン３０の排気管３１の途中に配置され、活性物質７を被
覆させた放電部を有するプラズマ発生装置２と、このプ
ラズマ発生装置２内に配置した電極３に高周波の交流高
電圧を印加する高圧電源発生部４と、プラズマ発生装置
２内の放電部の温度を検知する温度検知部８と、温度検
知部８よりの信号に基づいて放電部への通電を制御する
制御部４ａと、プラズマ発生装置２の排ガス下流側位置
に配置した触媒付きＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉ
ｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）３２等により構成され
る。
【００１４】先ず、プラズマ発生装置２の構成を図１、
図２を用いて説明する。プラズマ発生装置２内には、複
数の絶縁基板５が所定間隔で平行に配置され、各絶縁基
板５間に排ガスが通過する偏平な流路６が形成されてい
る。各絶縁基板５は、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。
図２を用いて説明する。プラズマ発生装置２内には、複
数の絶縁基板５が所定間隔で平行に配置され、各絶縁基
板５間に排ガスが通過する偏平な流路６が形成されてい
る。各絶縁基板５は、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。
【００１５】各絶縁基板５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放電用の電極３が埋め込ま
れている。この各電極３の一方に形成された接続端子部
３ａ（図２参照）は、高周波の高圧交流電圧を発生する
高圧電源発生装置４に接続され、他方は、グランド（ア
ース電位）側に接続されている。このように、排ガスが
流れる流路６を挟んで各電極３を対向させて配置し、こ
れら複数の電極３に高圧電源発生部４からの高周波の交
流高電圧を印加しプラズマを発生させており、請求項１
記載の放電部を構成している。
は導電板によって形成された放電用の電極３が埋め込ま
れている。この各電極３の一方に形成された接続端子部
３ａ（図２参照）は、高周波の高圧交流電圧を発生する
高圧電源発生装置４に接続され、他方は、グランド（ア
ース電位）側に接続されている。このように、排ガスが
流れる流路６を挟んで各電極３を対向させて配置し、こ
れら複数の電極３に高圧電源発生部４からの高周波の交
流高電圧を印加しプラズマを発生させており、請求項１
記載の放電部を構成している。
【００１６】また、上記した放電部の各絶縁基板５の略
全表面に排ガスの浄化作用、または排ガスの浄化促進作
用のある活性物質７を被覆させた。本実施形態では、対
向する各絶縁基板５の表面に酸化触媒（プラチナ、パラ
ジウム等からなる）とＨＣ吸着材（γアルミナ、ゼオラ
イト等からなる）とを組合わせて用いた。
全表面に排ガスの浄化作用、または排ガスの浄化促進作
用のある活性物質７を被覆させた。本実施形態では、対
向する各絶縁基板５の表面に酸化触媒（プラチナ、パラ
ジウム等からなる）とＨＣ吸着材（γアルミナ、ゼオラ
イト等からなる）とを組合わせて用いた。
【００１７】そして、この被覆した活性物質７としての
酸化触媒の部分にあっては、放電部への通電を止めて放
電部から発生するプラズマが無くても、これら活性物質
７が昇温して活性化すれば粒子状汚染物質（ＰＭ）、お
よびガス状汚染物質（ＮＯｘ等）を浄化することが可能
である。また、この被覆した活性物質７としてのＨＣ吸
着材の部分にあっては、酸化反応を促進して排ガスの有
害物質の浄化を促進する作用がある。そして、上述した
ように酸化触媒およびＨＣ吸着材を、混成配置させる事
で排ガスの浄化能力を向上させている。
酸化触媒の部分にあっては、放電部への通電を止めて放
電部から発生するプラズマが無くても、これら活性物質
７が昇温して活性化すれば粒子状汚染物質（ＰＭ）、お
よびガス状汚染物質（ＮＯｘ等）を浄化することが可能
である。また、この被覆した活性物質７としてのＨＣ吸
着材の部分にあっては、酸化反応を促進して排ガスの有
害物質の浄化を促進する作用がある。そして、上述した
ように酸化触媒およびＨＣ吸着材を、混成配置させる事
で排ガスの浄化能力を向上させている。
【００１８】このように、絶縁基板５の表面に排ガスを
浄化する作用のある活性物質７を被覆させる構成とする
ことで、放電を発生させる際に絶縁基板５が発熱する熱
を活性物質７が受熱しやすくなり、活性物質７を早期に
昇温させて活性化を早める効果がある。そして、放電に
よる排ガスの浄化作用と活性物質７による排ガスの浄化
作用とを併せて排ガスを浄化できる。また、絶縁基板５
は活性物質７を排ガス中に安定して配置させている。つ
まり、絶縁基板５は活性物質７の保持構造体の機能を併
せ持つことができる。これら活性物質７による排ガス浄
化作用は、後述する。
浄化する作用のある活性物質７を被覆させる構成とする
ことで、放電を発生させる際に絶縁基板５が発熱する熱
を活性物質７が受熱しやすくなり、活性物質７を早期に
昇温させて活性化を早める効果がある。そして、放電に
よる排ガスの浄化作用と活性物質７による排ガスの浄化
作用とを併せて排ガスを浄化できる。また、絶縁基板５
は活性物質７を排ガス中に安定して配置させている。つ
まり、絶縁基板５は活性物質７の保持構造体の機能を併
せ持つことができる。これら活性物質７による排ガス浄
化作用は、後述する。
【００１９】次に、プラズマ発生装置２内の温度を検知
する温度検知部８、および温度検知部８よりの信号に基
づいて放電部への通電を制御する制御部４ａの構成につ
いて説明する。温度検知部８は、例えば、放電部に通電
した際に発生するプラズマの影響を受けずに放電部での
温度を測定可能な位置に固定される。そして、温度検知
部８よりの信号に基づいて放電部への通電を制御する制
御部４ａを、高圧電源発生部４内に備えた。
する温度検知部８、および温度検知部８よりの信号に基
づいて放電部への通電を制御する制御部４ａの構成につ
いて説明する。温度検知部８は、例えば、放電部に通電
した際に発生するプラズマの影響を受けずに放電部での
温度を測定可能な位置に固定される。そして、温度検知
部８よりの信号に基づいて放電部への通電を制御する制
御部４ａを、高圧電源発生部４内に備えた。
【００２０】次に、図３に示すプラズマ発生装置２の排
ガス下流側位置に配置される触媒付きＤＰＦ３２は、行
止まりの入側室と、この入側室と隣合う出側室とを有
し、両室の隔壁を多孔質セラミック材として排ガス通過
可能とさせるとともに、隔壁に触媒を担持させている。
ガス下流側位置に配置される触媒付きＤＰＦ３２は、行
止まりの入側室と、この入側室と隣合う出側室とを有
し、両室の隔壁を多孔質セラミック材として排ガス通過
可能とさせるとともに、隔壁に触媒を担持させている。
【００２１】なお、隔壁に担持する触媒は、排ガス組成
状況にあわせてＮＯｘを吸蔵、排出するＮＯｘ吸蔵触
媒、ＮＯｘを排ガス中のＨＣ、ＣＯ、Ｈ2などの還元性
成分によってＮ2とＯ2に分離する選択還元触媒、ＨＣ、
ＣＯ、ＮＯｘの３つの有害成分を同時に浄化処理する３
元触媒、およびＨＣ、ＣＯの有害成分を浄化処理する酸
化触媒のいずれの触媒を選択するか、あるいは複数の触
媒を組合わせて使用してもよい。この排ガス浄化システ
ムは、 ディーゼルエンジン以外にもガソリンエンジン
においても適用できる。
状況にあわせてＮＯｘを吸蔵、排出するＮＯｘ吸蔵触
媒、ＮＯｘを排ガス中のＨＣ、ＣＯ、Ｈ2などの還元性
成分によってＮ2とＯ2に分離する選択還元触媒、ＨＣ、
ＣＯ、ＮＯｘの３つの有害成分を同時に浄化処理する３
元触媒、およびＨＣ、ＣＯの有害成分を浄化処理する酸
化触媒のいずれの触媒を選択するか、あるいは複数の触
媒を組合わせて使用してもよい。この排ガス浄化システ
ムは、 ディーゼルエンジン以外にもガソリンエンジン
においても適用できる。
【００２２】上述した構成の排気浄化装置１は、エンジ
ン３０が始動された以降に高圧電源発生装置４が、プラ
ズマ発生装置２内の電極３へ高周波の高圧交流電圧を常
時通電するのではなく、少なくとも被覆した活性物質７
の１つである酸化触媒が活性化するまでの期間は、放電
部で発生するプラズマにより排ガス浄化を行うように制
御を行う制御部４ａを備える。そして、この活性物質７
が活性化するまでの期間を検知する手段として、放電部
の温度を検知し、活性物質７の活性を察知可能となる信
号を発信する温度検知部８を備えている。
ン３０が始動された以降に高圧電源発生装置４が、プラ
ズマ発生装置２内の電極３へ高周波の高圧交流電圧を常
時通電するのではなく、少なくとも被覆した活性物質７
の１つである酸化触媒が活性化するまでの期間は、放電
部で発生するプラズマにより排ガス浄化を行うように制
御を行う制御部４ａを備える。そして、この活性物質７
が活性化するまでの期間を検知する手段として、放電部
の温度を検知し、活性物質７の活性を察知可能となる信
号を発信する温度検知部８を備えている。
【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。エンジン３０が始動され
て、ＮＯｘ等のガス状汚染物質、および粒子状汚染物質
（ＰＭ）等の有害成分を含んだ排ガスが排気管３１を介
してプラズマ発生装置２に導かれる状態、かつ温度検知
部８が低温状態であり活性物質７の活性化温度以下であ
るとの信号を発信した時には、制御部４ａが高圧電源発
生装置４から各流路６を挟んで対向する複数の電極３に
高周波の高圧交流電圧を印加する。
用について、以下説明する。エンジン３０が始動され
て、ＮＯｘ等のガス状汚染物質、および粒子状汚染物質
（ＰＭ）等の有害成分を含んだ排ガスが排気管３１を介
してプラズマ発生装置２に導かれる状態、かつ温度検知
部８が低温状態であり活性物質７の活性化温度以下であ
るとの信号を発信した時には、制御部４ａが高圧電源発
生装置４から各流路６を挟んで対向する複数の電極３に
高周波の高圧交流電圧を印加する。
【００２４】この高周波の高圧交流電圧が電極３に印加
され、電極３間に放電が発生することにより、排ガス中
の酸素分子と放電による加速電子ｅとが反応し、Ｏラジ
カル（Ｏ＊）が生成される。そして、このＯラジカル
（Ｏ＊）と排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）とが結合し、
二酸化窒素（ＮＯ2）が生成される。
され、電極３間に放電が発生することにより、排ガス中
の酸素分子と放電による加速電子ｅとが反応し、Ｏラジ
カル（Ｏ＊）が生成される。そして、このＯラジカル
（Ｏ＊）と排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）とが結合し、
二酸化窒素（ＮＯ2）が生成される。
【００２５】ここで、有害成分である排ガス中の粒子状
汚染物質（ＰＭ）の浄化は、炭素（Ｃ）を主成分とする
煤（ＳＯＯＴ）、および炭化水素（ＨＣ）を主成分とす
る未燃焼体（Ｓ．Ｏ．Ｆ．）に大別される。この炭素
（Ｃ）、および炭化水素（ＨＣ）と、放電により生成さ
れる二酸化窒素（ＮＯ2）とは、次式に示すように反応
する。
汚染物質（ＰＭ）の浄化は、炭素（Ｃ）を主成分とする
煤（ＳＯＯＴ）、および炭化水素（ＨＣ）を主成分とす
る未燃焼体（Ｓ．Ｏ．Ｆ．）に大別される。この炭素
（Ｃ）、および炭化水素（ＨＣ）と、放電により生成さ
れる二酸化窒素（ＮＯ2）とは、次式に示すように反応
する。
【００２６】煤（ＳＯＯＴ）の場合は、Ｃ＋ＮＯ2→Ｃ
Ｏ2＋ＮＯとなり、未燃焼体（Ｓ．Ｏ．Ｆ．）の場合
は、ＨＣ＋ＮＯ2→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＋ＮＯのように反応す
る。なお、粒子状汚染物質（ＰＭ）と放電により生成さ
れる二酸化窒素（ＮＯ2）とは、低温環境下でも反応す
るので、排ガス温度の低いディーゼルエンジンにおいて
有効である。このような反応は、プラズマ発生装置２と
プラズマ発生装置２の排ガス下流側位置に配置した触媒
付きＤＰＦ３２の隔壁で発生する。
Ｏ2＋ＮＯとなり、未燃焼体（Ｓ．Ｏ．Ｆ．）の場合
は、ＨＣ＋ＮＯ2→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＋ＮＯのように反応す
る。なお、粒子状汚染物質（ＰＭ）と放電により生成さ
れる二酸化窒素（ＮＯ2）とは、低温環境下でも反応す
るので、排ガス温度の低いディーゼルエンジンにおいて
有効である。このような反応は、プラズマ発生装置２と
プラズマ発生装置２の排ガス下流側位置に配置した触媒
付きＤＰＦ３２の隔壁で発生する。
【００２７】次に、有害成分であるガス状汚染物の窒素
酸化物（ＮＯｘ）の浄化作用を説明する。窒素酸化物
（ＮＯｘ）は、二酸化窒素（ＮＯ2）と一酸化窒素（Ｎ
Ｏ）等の混合物であり、この窒素酸化物（ＮＯｘ）中の
一酸化窒素（ＮＯ）、および粒子状汚染物質（ＰＭ）の
反応過程で発生した一酸化窒素（ＮＯ）を放電により生
成されるＯラジカル（Ｏ＊）により酸化させて二酸化窒
素（ＮＯ2）を生成させる。そして、二酸化窒素（Ｎ
Ｏ2）は、次式に示すように還元反応し、無害なガス
（ＣＯ2、Ｎ2）、および水となって排出される。なお、
還元剤である炭化水素（ＨＣ）は未燃焼成分として排ガ
ス中に含まれている。二酸化窒素（ＮＯ2）の還元反応
式は、ＮＯ2＋ＨＣ→Ｎ2＋ＣＯ2＋Ｈ2Ｏとなり、無害な
ガスに浄化される。
酸化物（ＮＯｘ）の浄化作用を説明する。窒素酸化物
（ＮＯｘ）は、二酸化窒素（ＮＯ2）と一酸化窒素（Ｎ
Ｏ）等の混合物であり、この窒素酸化物（ＮＯｘ）中の
一酸化窒素（ＮＯ）、および粒子状汚染物質（ＰＭ）の
反応過程で発生した一酸化窒素（ＮＯ）を放電により生
成されるＯラジカル（Ｏ＊）により酸化させて二酸化窒
素（ＮＯ2）を生成させる。そして、二酸化窒素（Ｎ
Ｏ2）は、次式に示すように還元反応し、無害なガス
（ＣＯ2、Ｎ2）、および水となって排出される。なお、
還元剤である炭化水素（ＨＣ）は未燃焼成分として排ガ
ス中に含まれている。二酸化窒素（ＮＯ2）の還元反応
式は、ＮＯ2＋ＨＣ→Ｎ2＋ＣＯ2＋Ｈ2Ｏとなり、無害な
ガスに浄化される。
【００２８】排ガスの通過により放電部周辺の温度が上
昇し、絶縁基板５の表面に被覆した活性物質７の１つで
ある酸化触媒が活性化する状態となると、温度検知部８
が酸化触媒の活性化温度以上であるとの信号を制御部４
ａに発信する。そして、制御部４ａが高圧電源発生装置
４から各流路６を挟んで対向する複数の電極３への高周
波の高圧交流電圧を通電停止する。このように、活性物
質７の１つである酸化触媒が活性化した時においては、
プラズマ発生装置２への通電を停止させても酸化触媒が
活性化した状態となっており、この活性化によって以下
に示すように二酸化窒素（ＮＯ2）を生成させることが
できて、上述した放電による二酸化窒素（ＮＯ2）生成
に代えて排ガスの浄化に寄与している。
昇し、絶縁基板５の表面に被覆した活性物質７の１つで
ある酸化触媒が活性化する状態となると、温度検知部８
が酸化触媒の活性化温度以上であるとの信号を制御部４
ａに発信する。そして、制御部４ａが高圧電源発生装置
４から各流路６を挟んで対向する複数の電極３への高周
波の高圧交流電圧を通電停止する。このように、活性物
質７の１つである酸化触媒が活性化した時においては、
プラズマ発生装置２への通電を停止させても酸化触媒が
活性化した状態となっており、この活性化によって以下
に示すように二酸化窒素（ＮＯ2）を生成させることが
できて、上述した放電による二酸化窒素（ＮＯ2）生成
に代えて排ガスの浄化に寄与している。
【００２９】図４は、絶縁基板５の表面に被覆した酸化
触媒におけるＮＯの酸化量とその周辺温度との関係を示
す説明図である。ここで言うＮＯの酸化量とは、ＮＯが
酸化されて二酸化窒素（ＮＯ2）が生成される量のこと
である。つまり、活性物質７としての酸化触媒の部分に
あっては、図４の実線（ハ）に示すように温度上昇に伴
って、排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて二酸
化窒素（ＮＯ2）を生成させる。なお、図４の実線
（イ）は、酸化触媒が活性化できていない低温時に、放
電部からのプラズマによって二酸化窒素（ＮＯ2）生成
が行われる特性を示している。
触媒におけるＮＯの酸化量とその周辺温度との関係を示
す説明図である。ここで言うＮＯの酸化量とは、ＮＯが
酸化されて二酸化窒素（ＮＯ2）が生成される量のこと
である。つまり、活性物質７としての酸化触媒の部分に
あっては、図４の実線（ハ）に示すように温度上昇に伴
って、排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて二酸
化窒素（ＮＯ2）を生成させる。なお、図４の実線
（イ）は、酸化触媒が活性化できていない低温時に、放
電部からのプラズマによって二酸化窒素（ＮＯ2）生成
が行われる特性を示している。
【００３０】また、絶縁基板５の表面に被覆した活性物
質７としてのＨＣ吸着材の部分にあっては、このＨＣ吸
着材の温度に係わらず、図５の実線（ニ）に示すように
排ガス中のＨＣ濃度が高い程、ＮＯの酸化（ＮＯ2化）
が促進される。これは、排ガス中のＨＣの一部が含酸素
ＨＣ（ＨＣ’−Ｏ）となって存在し、この含酸素ＨＣ
（ＨＣ’−Ｏ）がＮＯ酸化を仲介する反応をしていると
考えられる。このように、絶縁基板５の表面に被覆した
ＨＣ吸着材は、二酸化窒素（ＮＯ2）生成効率を向上さ
せている。なお、図５中（ホ）は、プラズマにより生成
されるＮＯ2を示す。
質７としてのＨＣ吸着材の部分にあっては、このＨＣ吸
着材の温度に係わらず、図５の実線（ニ）に示すように
排ガス中のＨＣ濃度が高い程、ＮＯの酸化（ＮＯ2化）
が促進される。これは、排ガス中のＨＣの一部が含酸素
ＨＣ（ＨＣ’−Ｏ）となって存在し、この含酸素ＨＣ
（ＨＣ’−Ｏ）がＮＯ酸化を仲介する反応をしていると
考えられる。このように、絶縁基板５の表面に被覆した
ＨＣ吸着材は、二酸化窒素（ＮＯ2）生成効率を向上さ
せている。なお、図５中（ホ）は、プラズマにより生成
されるＮＯ2を示す。
【００３１】次に、高圧電源発生部４内に備えた制御部
４ａによる放電部への通電制御の処理手順を図６に示
し、以下説明する。図６は、制御部４ａが実行する放電
部への通電制御を示すフローチャートである。先ずＳ１
００（Ｓはステップを表す）にてエンジン３０が始動さ
れると、制御部４ａが温度検知部８よりの信号（温度デ
ータ）を受信する（Ｓ１１０）。次いで、Ｓ１２０にて
制御部４ａ内に予め設定した酸化触媒の活性化する温度
データと、Ｓ１１０にて受信した温度データとを比較す
る。そして、この両データを比較した結果、 Ｓ１１０
にて受信した温度データが予め設定した酸化触媒の活性
化する温度データ以下である場合は、Ｓ１３０に移行す
る。Ｓ１３０では、制御部４ａの指令を受けて高圧電源
発生部４から複数の電極３に高周波の交流高電圧を印加
させ、放電部にプラズマを発生させる。
４ａによる放電部への通電制御の処理手順を図６に示
し、以下説明する。図６は、制御部４ａが実行する放電
部への通電制御を示すフローチャートである。先ずＳ１
００（Ｓはステップを表す）にてエンジン３０が始動さ
れると、制御部４ａが温度検知部８よりの信号（温度デ
ータ）を受信する（Ｓ１１０）。次いで、Ｓ１２０にて
制御部４ａ内に予め設定した酸化触媒の活性化する温度
データと、Ｓ１１０にて受信した温度データとを比較す
る。そして、この両データを比較した結果、 Ｓ１１０
にて受信した温度データが予め設定した酸化触媒の活性
化する温度データ以下である場合は、Ｓ１３０に移行す
る。Ｓ１３０では、制御部４ａの指令を受けて高圧電源
発生部４から複数の電極３に高周波の交流高電圧を印加
させ、放電部にプラズマを発生させる。
【００３２】また、Ｓ１２０にて両データを比較した結
果、 Ｓ１１０にて受信した温度データが予め設定した
酸化触媒の活性化する温度データ以下でない場合は、Ｓ
１４０に移行する。Ｓ１４０では、制御部４ａの指令を
受けて高圧電源発生部４から複数の電極３への通電を停
止させ、放電部からのプラズマ発生は無くなる。そし
て、上記したＳ１３０、Ｓ１４０の行程が終了すると、
再びＳ１１０に移行して制御部４ａが温度検知部８より
の信号（温度データ）を受信して、上記した行程を繰り
返す。
果、 Ｓ１１０にて受信した温度データが予め設定した
酸化触媒の活性化する温度データ以下でない場合は、Ｓ
１４０に移行する。Ｓ１４０では、制御部４ａの指令を
受けて高圧電源発生部４から複数の電極３への通電を停
止させ、放電部からのプラズマ発生は無くなる。そし
て、上記したＳ１３０、Ｓ１４０の行程が終了すると、
再びＳ１１０に移行して制御部４ａが温度検知部８より
の信号（温度データ）を受信して、上記した行程を繰り
返す。
【００３３】このように、放電部の絶縁基板５の表面に
排ガスの浄化を促進する作用のある活性物質７を被覆す
ることで電極３間に発生するプラズマにより排ガスを浄
化する作用に加えて、活性物質７が排ガスの有害物質を
浄化する。また、酸化触媒が活性化した以降は、電極３
への通電を停止しても酸化触媒が排ガスを浄化するの
で、放電部での電力消費を抑え、かつ粒子状汚染物質
（ＰＭ）、およびガス状汚染物質（ＮＯｘ等）を高効率
に浄化することが可能となる。
排ガスの浄化を促進する作用のある活性物質７を被覆す
ることで電極３間に発生するプラズマにより排ガスを浄
化する作用に加えて、活性物質７が排ガスの有害物質を
浄化する。また、酸化触媒が活性化した以降は、電極３
への通電を停止しても酸化触媒が排ガスを浄化するの
で、放電部での電力消費を抑え、かつ粒子状汚染物質
（ＰＭ）、およびガス状汚染物質（ＮＯｘ等）を高効率
に浄化することが可能となる。
【００３４】なお、本発明の実施にあたり、対向配置し
た電極３を各々内部に埋設した誘導体からなる絶縁基板
５からなる放電部において、この絶縁基板５の表面に活
性物質７を被覆させた。しかし、対向配置した電極３の
内、一方の電極３は絶縁基板５に埋設され、他方の電極
３は排ガスと直接に接する構成の放電部の構成において
は、電極３または絶縁基板５の少なくとも一方の表面に
排ガスを浄化する作用のある活性物質７を被覆させるこ
とで、本実施形態と同様の効果が得られる。
た電極３を各々内部に埋設した誘導体からなる絶縁基板
５からなる放電部において、この絶縁基板５の表面に活
性物質７を被覆させた。しかし、対向配置した電極３の
内、一方の電極３は絶縁基板５に埋設され、他方の電極
３は排ガスと直接に接する構成の放電部の構成において
は、電極３または絶縁基板５の少なくとも一方の表面に
排ガスを浄化する作用のある活性物質７を被覆させるこ
とで、本実施形態と同様の効果が得られる。
【００３５】また、本発明の実施にあたり、放電部の絶
縁基板５の略全表面に排ガスを浄化する作用のある活性
物質７として酸化触媒およびＨＣ吸着材を被覆させた
が、放電部に排ガスを浄化する作用のある活性物質を被
覆させればよいのである。更に望ましくは、光触媒（酸
化チタン等）、およびＨＣ吸着材（γアルミナ、ゼオラ
イト等）のうちの少なくとも１つの活性物質７を被覆す
ればよいのであって、本実施形態以外に例えば、酸化触
媒（プラチナ、パラジウム等）のみを被覆してもよい
し、酸化触媒（プラチナ、パラジウム等）と光触媒（酸
化チタン等）の２者の組合わせ、或いは上記した３者全
てを組合わせる等、種々組合わせて用いてもよい。特
に、活性物質７が光触媒の場合にあっては、放電部から
発生するプラズマ光中の紫外線と反応して排ガスの有害
物質を浄化する作用がある。
縁基板５の略全表面に排ガスを浄化する作用のある活性
物質７として酸化触媒およびＨＣ吸着材を被覆させた
が、放電部に排ガスを浄化する作用のある活性物質を被
覆させればよいのである。更に望ましくは、光触媒（酸
化チタン等）、およびＨＣ吸着材（γアルミナ、ゼオラ
イト等）のうちの少なくとも１つの活性物質７を被覆す
ればよいのであって、本実施形態以外に例えば、酸化触
媒（プラチナ、パラジウム等）のみを被覆してもよい
し、酸化触媒（プラチナ、パラジウム等）と光触媒（酸
化チタン等）の２者の組合わせ、或いは上記した３者全
てを組合わせる等、種々組合わせて用いてもよい。特
に、活性物質７が光触媒の場合にあっては、放電部から
発生するプラズマ光中の紫外線と反応して排ガスの有害
物質を浄化する作用がある。
【００３６】また、本発明の実施にあたり、活性物質７
を絶縁基板５の略全表面に被覆したが、絶縁基板５表面
に部分的に活性物質７を被覆してもよい。また、放電部
として、絶縁基板５内に電極３を埋設して固定するもの
に限らず、絶縁基板５表面に電極層３として被着させる
構造の場合、被覆する活性物質７が放電できる物質であ
れば、活性物質７を電極層３に直接被覆してもよい。
を絶縁基板５の略全表面に被覆したが、絶縁基板５表面
に部分的に活性物質７を被覆してもよい。また、放電部
として、絶縁基板５内に電極３を埋設して固定するもの
に限らず、絶縁基板５表面に電極層３として被着させる
構造の場合、被覆する活性物質７が放電できる物質であ
れば、活性物質７を電極層３に直接被覆してもよい。
【００３７】また、本発明の実施にあたり、制御部４ａ
を高圧電源発生部４内に備えたが、エンジンでの燃焼を
制御する図示しない電子制御装置（以下、単にＥＣＵ）
の内部に備える構成としてもよい。
を高圧電源発生部４内に備えたが、エンジンでの燃焼を
制御する図示しない電子制御装置（以下、単にＥＣＵ）
の内部に備える構成としてもよい。
【００３８】また、本発明の実施にあたり、制御部４ａ
は酸化触媒の活性化を検出する温度検知部８の信号に基
づいて電極３への通電のＯＮ／ＯＦＦ制御を行ったが、
酸化触媒の活性化に応じて、電極３への通電量を減らす
電極３への通電の強／弱制御としてもよい。
は酸化触媒の活性化を検出する温度検知部８の信号に基
づいて電極３への通電のＯＮ／ＯＦＦ制御を行ったが、
酸化触媒の活性化に応じて、電極３への通電量を減らす
電極３への通電の強／弱制御としてもよい。
【図１】本発明の一実施形態のプラズマ発生装置の概略
構成図である。
構成図である。
【図２】図１中の絶縁基板の詳細を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は図３（ａ）の側面図である。
図、（ｂ）は図３（ａ）の側面図である。
【図３】本発明の一実施形態の排気浄化装置全体を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図４】放電部に被覆した酸化触媒におけるＮＯの酸化
量とその周辺温度との関係を示す特性図である。
量とその周辺温度との関係を示す特性図である。
【図５】放電部に被覆したＨＣ吸着材におけるＮＯの酸
化量とその周辺温度との関係を示す特性図である。
化量とその周辺温度との関係を示す特性図である。
【図６】制御部が実行する放電部への通電制御を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
１ 排気浄化装置 ３ 電極 ４ 高圧電源発生装置 ４ａ 制御部 ６ 流路 ７ 活性物質 ８ 温度検知部
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ０１Ｊ 19/08 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１Ｅ ４Ｇ０７５ 35/02 ３０１Ｇ Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１ 3/24 Ａ Ｂ０１Ｄ 53/34 ＺＡＢＺ 53/36 ＺＡＢＪ 3/24 １０３Ｂ Ｆターム(参考） 3G090 AA03 AA06 DA11 EA02 3G091 AA17 AA18 AB01 AB02 AB03 AB05 AB06 AB10 AB13 AB14 BA14 BA15 BA19 DB10 EA15 GA06 GA20 GA24 GB01X GB01Y GB06W GB07W GB09Y GB10X GB10Y GB16Y GB17X HA14 HA38 4D002 AA12 AC10 BA04 BA09 4D048 AA06 AA13 AA14 AA18 AB01 AB05 BA07X BA30X BA31X BA41X CC41 DA01 DA02 DA13 EA01 EA02 EA03 EA04 4G069 AA03 AA08 BA04A BA48A BC72A BC75A CA03 CA07 CA13 CA14 CA15 CA18 DA05 EA11 EC22Y ZA01A 4G075 AA03 AA37 BA05 BD12 CA15 CA47 EB41
Claims (4)
- 【請求項１】 内燃機関の排ガスが流れる流路を挟んで
対向配置した第１、第２電極と、 前記第１、第２電極を内部に埋設した誘導体からなる第
１、第２絶縁基板とからなる放電部とを備え、 前記第１、第２電極間に放電による放電光を発生させ、
この発生するプラズマにより前記流路を流れる排ガスを
浄化する内燃機関の排気浄化装置において、 前記絶縁基板の表面に前記排ガスを浄化する作用のある
活性物質を被覆させることを特徴とする内燃機関の排気
浄化装置。 - 【請求項２】 内燃機関の排ガスが流れる流路を挟んで
対向配置した第１、第２電極と、 前記第１電極を内部に埋設した誘導体からなる絶縁基板
とからなる放電部とを備え、 前記第１、第２電極間に放電による放電光を発生させ、
この発生するプラズマにより前記流路を流れる排ガスを
浄化する内燃機関の排気浄化装置において、 前記第２電極または前記絶縁基板の少なくとも一方の表
面に前記排ガスを浄化する作用のある活性物質を被覆さ
せることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項３】 前記活性物質は、酸化触媒、光触媒、お
よびＨＣ吸着材のうちの少なくとも１つからなることを
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。 - 【請求項４】 前記放電部の温度を検知する温度検知部
と、 前記温度検知部よりの信号に基づいて前記放電部への通
電を制御する制御部とを備え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。
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|---|---|---|---|
| JP2001017419A JP2002221027A (ja) | 2001-01-25 | 2001-01-25 | 内燃機関の排気浄化装置 |
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| JP (1) | JP2002221027A (ja) |
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- 2001-01-25 JP JP2001017419A patent/JP2002221027A/ja not_active Withdrawn
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