JP2002276333A - 放電型排ガス浄化装置 - Google Patents

放電型排ガス浄化装置

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JP2002276333A
JP2002276333A JP2001083150A JP2001083150A JP2002276333A JP 2002276333 A JP2002276333 A JP 2002276333A JP 2001083150 A JP2001083150 A JP 2001083150A JP 2001083150 A JP2001083150 A JP 2001083150A JP 2002276333 A JP2002276333 A JP 2002276333A
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dpf
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particulate filter
diesel particulate
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Kojiro Okada
公二郎 岡田
Kazuo Koga
一雄 古賀
Yasuki Tamura
保樹 田村
Setsuo Nishihara
節雄 西原
Keisuke Kawamura
啓介 川村
Akira Kawamura
陽 河村
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、放電型排ガス浄化装置に関し、エ
ンジンの運転状態にかかわらず安定して排ガスを浄化で
きるようにする。 【解決手段】 プラズマ発生装置20をディーゼルパテ
ィキュレートフィルタ21と一体に設けるか、又はディ
ーゼルパティキュレートフィルタ21の上流側の排気通
路2に設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ21
で捕集された排気微粒子(PM)の燃焼(酸化)に必要
なNO2 や活性物質(活性酸素O)を安定して供給でき
るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、放電極と接地極と
の間に電圧を印加してコロナ放電場を形成し、両極間に
排ガスを流通させて排ガスを浄化する、放電型排ガス浄
化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ディーゼルエンジンの排気通
路上に、上流側から順に酸化触媒とディーゼルパティキ
ュレートフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filte
r)とを設け、排ガス中のNOを触媒で酸化してNO2
を生成し、DPFで捕集された排ガス中の排気微粒子
(PM:Particulate Matter)と、上記NO2 とを反応
させてPMを連続的に燃焼させるようにした技術(以
下、第1の従来技術という)が知られている(特許公報
第3012249号参照)。
【0003】また、上記以外にも、例えば特許公報第2
722987号,特開平9−53442号公報及び特開
平9−94434号公報には、DPFとNOx吸蔵型触
媒とを組み合わせて、排ガス中のNOから生成したNO
2 、或いは吸蔵剤から放出されたNO2 、さらにそれら
から生成された活性物質(活性酸素等)によりPMを連
続酸化(燃焼)させるようにした技術(以下、第2の従
来技術という)が提案されている。
【0004】また、特開平5−59934号公報には、
プラズマ発生装置の電極間に高電圧を印加し、コロナ放
電場により発生したプラズマにより排ガスを浄化する技
術(以下、第3の従来技術という)が知られている。こ
の第3の従来技術では、放電極と接地極からなる放電管
に高電圧を印加してコロナ放電場を形成し、この放電場
に排ガスを通してNOを無害な窒素Nと酸素Oとに分解
したり、或いはNOからNO2 を生成するものである。
具体的には、線状の放電極とを中心として接地極を円筒
状に配置してコロナ放電管を構成し、そのコロナ放電を
エンジンの排気通路に配置している。エンジンの運転時
において、エンジンからの排ガスは円筒状の接地極の内
部を通り、その際に高電圧発生器により両電極間に所定
の電圧を印加して、その結果形成されたコロナ放電場に
より排ガスが浄化される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ここで、上記第1,第
2の従来技術において、定常的にPMを燃焼させるに
は、第1の従来技術では常にNO2 が必要となり、ま
た、第2の従来技術でも常にNO2 あるいは活性物質
(活性酸素等)が必要になる。しかしながら、エンジン
の運転状態によってNOやNO2 の発生する割合は大き
く異なるため、上記のいずれの技術であっても、触媒の
みでは種々の運転条件に対応して十分なNO2 や活性物
質を安定して供給することは困難である。例えば、触媒
が活性していない低温状態では十分なNO2 又は活性物
質を生成できない。
【0006】また、上記第3の従来技術では、プラズマ
発生装置単体では、十分に排ガスを浄化することはでき
ないという課題がある。本発明は、このような課題に鑑
み創案されたもので、エンジンの運転状態にかかわらず
安定して排ガスを浄化できるようにした、放電型排ガス
浄化装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明の
放電型排ガス浄化装置では、プラズマ発生装置をディー
ゼルパティキュレートフィルタと一体に設けるか、又は
ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側の排気通
路に設ける。これにより、プラズマ発生装置の作用によ
り、ディーゼルパティキュレートフィルタで捕集された
排気微粒子(PM)の燃焼(酸化)に必要なNO2 や活
性物質(活性酸素)を安定して供給できるようになる。
【0008】また、請求項2記載の本発明の放電型排ガ
ス浄化装置では、上記請求項1において、触媒をディー
ゼルパティキュレートフィルタと一体に設けるか、又は
ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側に設け
る。これにより、NO2 や活性物質(活性酸素)をより
生成しやすくなる。なお、好ましくは、該ディーゼルパ
ティキュレートフィルタ又は触媒の温度に相関するパラ
メータを検出するセンサを設け、該センサで検出される
パラメータに基づいて、該触媒又は該ディーゼルパティ
キュレートフィルタの温度が低い低温時に該プラズマ発
生装置を作動させるように構成する。
【0009】そして、このような構成によれば、例えば
内燃機関の低温始動時や低速走行等により排気温度が低
いときにディーゼルパティキュレートフィルタや触媒を
再生できるようになり、任意の運転状態で連続的な再生
が可能となる。また、触媒としては、NO2 生成触媒,
酸化触媒及びNOx吸蔵型触媒のいずれを適用してもよ
い。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の第1
実施形態にかかる放電型排ガス浄化装置について説明す
ると、図1はその全体構成を示す模式的な構成図、図2
はその要部構成を示す模式図である。図1に示すよう
に、車両に搭載されたディーゼルエンジン1の排気通路
2には、プラズマ発生装置20が接続されるとともに、
その下流側にディーゼルパティキュレートフィルタ(D
PF)21が配設されている。
【0011】このプラズマ発生装置20は、主に高電圧
発生器9とコロナ放電管3とをそなえて構成されてお
り、このうちコロナ放電管3が排気通路2に接続されて
その内部をエンジン1からの排ガスが流通するようにな
っている。また、図2に示すように、コロナ放電管3内
には、例えばアルミナ等の誘電体5が全体として直方体
状をなして配設されている。誘電体5には多数の断面四
角状の空隙6が縦横に形成され、これらの空隙は誘電体
5の層を介して互いに独立して閉じた空間を形成してい
る。
【0012】各空隙6は排ガスの流通方向に誘電体5を
貫通するように形成されて、コロナ放電管3内の上流側
と下流側とを相互に連通させている。誘電体5の上下方
向ほぼ中央には、多数の線状の放電極7が排ガスの流通
方向に対して直交するように配設され、これらの放電極
7は誘電体5内に埋設されている。各放電極7は誘電体
5の幅方向全体に延び、その一端は相互に連結されて高
電圧発生器9に接続されている。
【0013】また、誘電体5の上面及び下面には平板状
の接地極8が配設され、これらの接地極8は相互に連結
されて接地されている。なお、誘電体5の左右両側は絶
縁体10にて覆われている。そして、上記のように各空
隙6が誘電体5の層を介して独立していることから、中
央の放電極7と上下の接地極8とは空隙6を介して互い
に連通することなく確実に区画されている。
【0014】一方、上述の高電圧発生器9にはECU
(電子制御ユニット)11が接続され、このECU11
からの指令に基づいて高電圧発生器9で生成された所定
の電圧が放電極7に印加されるようになっている。な
お、このECU11はエンジン1や図示しない自動変速
機等の制御も行なうものである。また、このECU11
には、温度検出手段としてのエンジン1の冷却水温度を
検出する水温センサが接続されている。そして、この水
温センサからの検出情報に基づいて、冷却水温度が所定
温度以下であると判定されると、ECU11により上記
プラズマ発生装置20が作動するようになっている。
【0015】これは、例えばエンジンの冷態始動時や低
速走行が続いたとき等の排ガス温度が低い状態(即ち、
DPF21の温度が低い状態)では、DPF21での再
生機能が低下しているからである。そこで、上記水温セ
ンサからの情報に基づきDPF21で捕集されたPM
(主にカーボン:C)を再生するのに適した運転状態か
否かを判定して、DPF21の低温時にはプラズマ発生
装置20を作動させるのである。
【0016】そして、プラズマ発生装置20の作動によ
り排ガス中のNOからNO2 又は活性酸素Oが生成され
てDPF21の連続再生が行なわれるのである。この場
合、DPF21では、NO2 +C→N+CO2 又は2O
+C→CO2 という反応によりPMが燃焼して再生が行
なわれる。なお、温度検出手段は上記水温センサに限定
されるものではなく、DPF21の温度に相関するパラ
メータを検出するセンサであればよい。例えばDPF2
1の温度を直接検出するセンサでもよいし、排ガス温度
を検出するセンサでもよい。
【0017】本発明の第1実施形態にかかる放電型排ガ
ス処理装置は上述のように構成されているので、エンジ
ン1の運転が開始されると、排ガスは排気通路2を経て
コロナ放電管3内に導入されて、誘電体5の各空隙6内
を流通した後に、DPF21及び図示しない消音器を経
て大気中に排出される。このエンジン1の運転中におい
て、水温センサにより検出される冷却水温が所定温度よ
り低いと、ECU11により高電圧発生器9に指令が出
力されて所定の電圧が放電極7に印加され、この結果、
放電極7と上下の接地極8との間にコロナ放電場が形成
される。そして、このコロナ放電場を排ガスが通ること
により、排ガス中のNOから反応性に富むNO2 又は活
性酸素(酸素O)が生成される。
【0018】これにより、低温時であっても上記プラズ
マ発生装置20によりNO2 又は活性酸素Oが生成され
るので、DPF21で捕集されたPM(カーボンC)が
反応しやすくなり、DPF21の再生が促進される。し
たがって、エンジンの運転状態やDPF21の温度にか
かわらずDPF21の連続再生が可能となり、安定して
排気を浄化することができる。
【0019】なお、上述では、DPF21の上流側にプ
ラズマ発生装置20を配設した場合について説明した
が、このDPF21とプラズマ発生装置20とを一体化
してもよい。この場合には、例えばDPF21のケーシ
ング内にコロナ放電管3を配設し、ケーシングの外周側
を接地極8とし、ケーシングの中心軸に沿って放電極7
を設けて構成する。そして、このように構成することに
より、上記の作用及び利点に加えて、放電型排ガス浄化
装置の小型化及び軽量化を図ることができる。
【0020】次に、本発明の第2実施形態にかかる放電
型排ガス浄化装置について説明すると、図3はその全体
構成を示す模式図である。なお、以下では、上記第1実
施形態と重複する部分については極力説明を省略する。
図3に示すように、排気通路2には、上流側から順にN
2 生成触媒22,プラズマ発生装置20を構成するコ
ロナ放電管3,DPF21が設けられている。
【0021】ここで、NO2 生成触媒22は、排ガス中
のNOを酸化させてNO2 を生成する触媒であって、2
NO+O2 →2NO2 の反応によりNO2 を生成するも
のである。なお、NO2 生成触媒22は、NOをNO2
へ酸化する点で酸化触媒と言えるが、一般的な酸化触媒
が排ガス中のHC,CO,NOの全てを酸化するのに対
して、NO2 生成触媒22はHC,COの酸化性能を落
として、その分NOのNO2 への酸化性能が高くなるよ
うに成分配合を調整した触媒であり、NO2 の生成に特
化した触媒である。
【0022】そして、このNO2 生成触媒22で生成さ
れたNO2 がDPF21で捕集されたPM(カーボン
C)と反応して(2NO2 +2C→N2 +2CO2 )、
DPF21の再生が行なわれるようになっている。ま
た、ECU11には、第1実施形態と同様に水温センサ
から冷却水の温度が入力されるようになっている。ここ
で、ECU11では、水温センサからの情報により、N
2 生成触媒22の活性が低い低温時であると判定する
と、プラズマ発生装置20を作動させるようになってい
る。
【0023】つまり、NO2 生成触媒22の活性が高い
状態では、NO2 生成触媒22によりDPF21の再生
に必要なNO2 が十分生成されるが、NO2 生成触媒2
2の活性が低い低温時には十分な量のNO2 が生成され
ない。そこで、本第2実施形態では、低温時にプラズマ
発生装置20を作動させて、NO2 の生成を補助するよ
うになっているのである。
【0024】本発明の第2実施形態にかかる放電型排ガ
ス浄化装置は上述のように構成されているので、エンジ
ンの運転時には水温センサにより冷却水温度が検出され
る。そして、この冷却水温が所定温度より低いと、第1
実施形態と同様にECU11により高電圧発生器9に指
令が出力されて所定の電圧が放電極7に印加されて、排
ガス中のNOからNO2 が生成される。
【0025】これにより、NO2 生成触媒22の活性が
低い低温時であってもプラズマ発生装置20により十分
な量のNO2 が生成される。また、NO2 は反応性に富
んでいるので、DPF21で捕集されたPMが反応しや
すくなり、DPF21の再生が促進される。したがっ
て、エンジンの運転状態やDPF21の温度にかかわら
ずDPF21の連続再生が可能となり、安定して排気を
浄化することができる。
【0026】なお、上述では、DPF21の上流側で且
つNO2 生成触媒22の下流側にプラズマ発生装置20
を配設した場合(構成例1)について説明したが、プラ
ズマ発生装置20の設置場所は上述に限られるものでは
なく、プラズマ発生装置20をNO2 生成触媒22と一
体に構成してもよい(構成例2)し、DPF21と一体
に構成してもよい(構成例3)。また、これらの構成例
1〜3を任意に組み合わせた構成としてもよい。また、
上述のNO2 生成触媒22の代わりに一般的な酸化触媒
を適用してもよい。
【0027】次に、本発明の第3実施形態にかかる放電
型排ガス浄化装置について説明すると、図4はその全体
構成を示す模式図である。なお、この第3実施形態にお
いても、上述した第1実施形態と重複する部分について
は極力説明を省略する。さて、本第3実施形態は、内部
にNOx吸蔵型触媒(NOx触媒)を担持したDPF2
1にプラズマ発生装置20を一体構成したものである。
【0028】具体的に説明すると、図4に示すように、
DPF21の内部には一端が開口し他端が閉塞されたセ
ルと、一端が閉塞され他端が開口したセルとがそれぞれ
交互に配設されている。また、各セルを仕切る隔壁は多
孔質の部材で形成され、この隔壁の気孔内にNOx触媒
が担持されている。そして、排ガスがDPF21の隔壁
を通る際に、排ガスがリーン空燃比の場合は、排ガス中
のNOがNOx 触媒の酸化機能により、O2 によりN
2 に酸化されて、吸蔵剤に吸蔵されると同時に、活性
酸素Oが生成される。一方、排ガス中のPMは、DPF
21内の隔壁を通り抜ける際に捕集され、上記活性酸素
Oと反応して燃焼する。
【0029】また、排ガスがリッチ空燃比の場合は、N
Ox触媒の還元作用により、吸蔵されていたNO2 が放
出されNOとOとに分離された後、NOはN2 に還元さ
れるとともに活性酸素Oが生成される。一方、排ガス中
のPMは、DPF21内の隔壁を通り抜ける際に捕集さ
れ、上記NO2 或いは活性酸素Oと反応して燃焼する。
【0030】ここで、NOx触媒の活性が高い状態で
は、NOx 触媒によりDPF21の再生に必要な活性
酸素Oが十分生成されるが、NOx触媒の活性が低い低
温時には十分な量の活性酸素Oが生成されない。そこ
で、本第3実施形態では、低温時にプラズマ発生装置2
0を作動させて、活性酸素Oの生成を補助するようにな
っている。
【0031】また、図示するように、プラズマ発生装置
20はDPF21と一体に構成されており、DPF21
の中心は高電圧発生器9に接続されて放電極(中心電
極)7として機能するようになっている。また、DPF
21の外周側(ケーシング)には接地極(外側電極)8
が設けられている。そして、ECU11により高電圧発
生器9に指令信号が出力されて所定の電圧が放電極7に
印加されると、放電極7と接地極8との間にコロナ放電
場が形成され、このコロナ放電場を排ガスが通ることに
より、吸蔵剤から放出されたNO2 又は排ガス中のNO
から活性酸素Oが生成される。
【0032】また、ECU11には、やはり図示しない
水温センサから冷却水の温度が入力されるようになって
おり、この水温センサからの情報により、NOx触媒の
活性が低い低温時にプラズマ発生装置20を作動させ
て、活性酸素Oの生成を補助するようになっている。本
発明の第3実施形態にかかる放電型排ガス浄化装置は上
述のように構成されているので、エンジンの運転時に
は、水温センサにより冷却水温が検出され、冷却水温が
所定温度より低いと、ECU11により高電圧発生器9
に指令が出力されて、プラズマ発生装置20が作動す
る。
【0033】これにより、排ガス中のNOから活性酸素
Oが生成されて、NOx触媒の活性が低い低温時であっ
てもプラズマ発生装置20により十分な量の活性酸素O
が生成される。そして、このようにプラズマ発生装置2
0を作動させて活性酸素Oの生成を補助することによ
り、DPF21で捕集されたPMが反応しやすくなり、
DPF21の再生が促進される。したがって、エンジン
の運転状態やDPF21の温度にかかわらずDPF21
の連続再生が可能となり、安定して排気を浄化すること
ができるようになる。
【0034】なお、本発明は上述の各実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。例えば、上述の各実施形態で
は、DPF21の低温時又は触媒の低温時にプラズマ発
生装置20を作動させているが、プラズマ発生装置20
自体にも排気浄化能力があるので、常時プラズマ発生装
置20を作動させてもよい。このように構成した場合に
は、特にディーゼルエンジンで問題となるNOxのさら
なる浄化を図ることができる。
【0035】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1に記載の
本発明の放電型排ガス浄化装置によれば、プラズマ発生
装置をディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
と一体に設けるか、又はDPFの上流側の排気通路に設
けることにより、DPFで捕集された排気微粒子(P
M)の燃焼(酸化)に必要なNO2 や活性物質(活性酸
素O)を安定して供給できる。したがって、エンジンの
運転状態やDPFの温度にかかわらずDPFの連続再生
が可能となるり、安定して排気を浄化することができる
ようになる。
【0036】また、本発明の請求項2記載の本発明の放
電型排ガス浄化装置によれば、触媒をディーゼルパティ
キュレートフィルタ(DPF)と一体に設けるか、又は
DPFの上流側に設けることにより、NO2 や活性物質
(活性酸素O)をより生成しやすくなる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態にかかる放電型排ガス浄
化装置の全体構成を示す模式図である。
【図2】本発明の第1実施形態にかかる放電型排ガス浄
化装置の要部構成を示す模式図である。
【図3】本発明の第2実施形態にかかる放電型排ガス浄
化装置の全体構成を示す模式図である。
【図4】本発明の第3実施形態にかかる放電型排ガス浄
化装置の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
1 エンジン 2 排気通路 20 プラズマ発生装置 21 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF) 22 触媒としてのNO2 生成触媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 田村 保樹 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 西原 節雄 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 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 Fターム(参考) 3G090 AA01 EA01 3G091 AA18 AB13 AB14 BA01 EA16 EA17 EA18 FA04 FB02 HA15

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排気通路に設けられたディーゼルパティ
    キュレートフィルタと、 該ディーゼルパティキュレートフィルタと一体又は該デ
    ィーゼルパティキュレートフィルタの上流側に設けられ
    たプラズマ発生装置とを有することを特徴とする、放電
    型排ガス浄化装置。
  2. 【請求項2】 該ディーゼルパティキュレートフィルタ
    と一体又は該ディーゼルパティキュレートフィルタの上
    流側に設けられた触媒を有することを特徴とする、請求
    項1記載の放電型排ガス浄化装置。
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