JP2007113459A - 排気ガス浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】 排気ガス中のパティキュレート、炭化水素成分等の成分を浄化するための改良された排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】 酸化性ガスを排気ガス流れ１８に供給して排気ガスを浄化する、排気ガス浄化システム１０であって、酸素富化ガスを供給する酸素富化ガス供給部１１、及び酸素富化ガス１５を処理して酸化性ガス１６を発生させる酸化性ガス生成部１２を有する、排気ガス浄化システムとする。また、この排ガス浄化システムの制御方法、及びこの排ガス浄化システムを用いる内燃機関の制御方法とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排気ガス浄化システム、特に自動車からの排気ガスを浄化するための排気ガス浄化システムに関する。また本発明は、この排ガス浄化システムの制御方法、及びこの排気ガス浄化システムを有する内燃機関の制御方法に関する。

ディーゼルエンジンは、自動車、特に大型車に多く搭載されており、このディーゼルエンジンからの排気ガスに関して、窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素等とともに、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ（粒子状物質））の排出を低減することが強く望まれている。そのため、エンジンの改良又は燃焼条件の最適化等により根本的にＰＭを低減する技術開発とともに、排気ガス中のＰＭを効率的に除去するための技術の確立が望まれている。また近年では、ＰＭの除去はガソリンエンジンに関しても注目されている。

排気ガス中のＰＭの除去のためには一般に、セラミックハニカム製フィルター、合金製フィルター及びセラミック繊維製フィルター等のＰＭフィルターが用いられている。しかしながらこれら従来のＰＭフィルターでＰＭを捕集した場合、排気熱のみの作用によっては充分にＰＭを酸化除去できないことが多かった。従ってこれら従来のＰＭフィルターでは、使用時間が経過するにつれ、捕集されたＰＭにより目詰まりを起こし、通気抵抗が増加し、エンジンに負担をかけるという問題があった。

従ってＰＭフィルターに捕集されたＰＭを酸化除去するために、ＰＭフィルターを電気的に加熱すること、エンジンの制御によって排気温度を高めてＰＭフィルターを加熱すること等が提案されている。

またＰＭフィルターに捕集されたＰＭの酸化除去に関して特許文献１では、ハニカムタイプＰＭフィルターの表面にＰＭを燃焼させる触媒を担持させ、ＰＭの捕集と同時に連続的に燃焼させる排気ガス浄化触媒を開示している。この特許文献１では、ＰＭを燃焼させる触媒として、アルカリ金属のケイ酸塩、アルミン酸塩、ジルコン酸塩等を開示している。

また更に特許文献２では、排気ガスを放電によって処理する放電リアクタと、その下流のＰＭフィルターとを有する排気ガス浄化システムを開示している。この排気ガス浄化システムにおいては、放電リアクタによって活性酸素、オゾン等の酸化性ガスを発生させ、これらの酸化性ガスとＰＭフィルターにコートしたＰＭ酸化触媒との相互作用によって、ＰＭの捕集及び燃焼除去を促進するとしている。

尚、排気ガス中のＰＭだけでなく、エンジンを低温で始動させるときに比較的多く発生する炭化水素成分、いわゆるコールドＨＣの処理も、多くの従来技術の課題となっている。

これに関して特許文献３では、水蒸気及び随意の希釈ガスをプラズマ発生装置に供給し、そして得られた水蒸気プラズマガスを排気ガス中に供給することによって、排気ガス中の有害成分を酸化し、無害化することを提案している。ここでは水蒸気をプラズマ発生装置に供給することによって、Ｏ、ＯＨ、Ｈ、Ｈ₂Ｏ、Ｏ₃などの活性な化学種が得られることを開示している。

特開平１０−１１８４９０号公報 特開２００４−１１５９２号公報 特開平６−３４３８２０

上述のように、従来技術では、排気ガス中のＰＭ及び炭化水素成分の除去のための様々な排気ガス浄化システムを提案している。しかしながら、これらの成分の浄化に対する要求は年々厳しくなっており、これらの成分をより良好に且つ効率的に除去できる排気ガス浄化システムがまだ必要とされている。

従って本発明では、排気ガス中のＰＭ、ＨＣ（炭化水素成分）等の成分を浄化するための改良された排気ガス浄化システム、この排気ガス浄化システムの制御方法、及びこの排気ガス浄化システムを有する内燃機関の制御方法を提供する。

（１）本発明の排ガス浄化システムは、酸化性ガスを排気ガス流れに供給して排気ガスを浄化する、排気ガス浄化システムであって、酸素富化ガスを供給する酸素富化ガス供給部、及び酸素富化ガスを処理して酸化性ガスを発生させる酸化性ガス生成部を有する。

ここで本発明に関して「酸素富化ガス」は空気よりも酸素濃度を高められたガスを意味する。本発明の排気ガス浄化システムによれば、酸化性ガスを酸化性ガス生成部おいて効果的に発生させて、この酸化性ガスによって排気ガスを浄化すること、特に排気ガス中のＨＣ、ＰＭ等の成分を酸化して浄化することができる。

（２）上記（１）項に記載の本発明の排ガス浄化システムの１つの態様では、排気ガス中のＰＭを捕集するためのＰＭフィルターを更に有し、このＰＭフィルターの排気ガス流れ上流側において、酸化性ガスを排気ガス流れに供給する。

この態様によれば、ＰＭフィルターに捕集されたＰＭを、本発明の排ガス浄化システムによって酸化除去することができる。また特にこの態様によれば、排気ガス流量が少ないときにのみ酸化性ガスを供給して、排気ガス中の酸化性ガスの相対的な濃度を高め、ＰＭの酸化除去を効果的に行うように制御することもできる。

（３）上記（１）又は（２）項に記載の本発明の排ガス浄化システムの１つの態様では、酸素富化ガス供給部が、空気から窒素を分離して酸素富化ガスを生成する窒素分離膜を有する。

この態様によれば、比較的単純な構成で、場合によっては酸素富化ガスを貯蔵する貯蔵タンクを用いずに、入手が容易な空気から酸素富化ガスを得ることができる。

（４）上記（３）項に記載の本発明の排ガス浄化システムの１つの態様では、酸素富化ガス供給部が、窒素分離膜の透過側から酸化性ガス生成部に酸素富化ガスを送るポンプを更に有する。

この態様によれば、窒素分離膜の透過側に負圧を供給して、窒素分離膜の原料ガス側と透過側との差圧を大きくし、窒素分離膜による酸素富化ガスの生成を促進することができる。

（５）上記（３）又は（４）項に記載の本発明の排ガス浄化システムの１つの態様では、本発明の排ガス浄化システムが、自動車の内燃機関からの排気ガスの浄化のために使用されており、且つ窒素分離膜の原料ガス側が、走行風によって加圧された空気に接触するようにされている。

この態様によれば、エンジンの直接的な負荷によらず、走行風によって窒素分離膜の原料ガス側の原料ガスを加圧して、窒素分離膜による酸素富化ガスの生成を促進することができる。

（６）上記（３）又は（４）項に記載の本発明の排ガス浄化システムの１つの態様では、本発明の排ガス浄化システムが、過給機を有する自動車の内燃機関からの排気ガスの浄化のために使用されており、且つ窒素分離膜の原料ガス側が、過給機によって加圧された吸気ガスに接触するようにされている。

この態様によれば、他の加圧装置を用いない場合であっても、過給機によって窒素分離膜の原料ガス側の原料ガスを加圧して、窒素分離膜による酸素富化ガスの生成を促進することができる。またこの態様によれば、吸気ガス中の酸素濃度を低下させて、ＥＧＲシステムと同様な効果を得ること、又はＥＧＲシステムにおいて必要とされるＥＧＲガスの量を減少させることができる。

（７）上記（１）〜（６）項のいずれかに記載の本発明の排ガス浄化システムの１つの態様では、酸素富化ガス供給部が、酸素富化ガスを貯蔵する貯蔵タンクを有する。

この態様によれば、酸素富化ガスを生成する装置を用いないこと、又は酸素富化ガスを生成する装置と組み合わせて貯蔵タンクを用いて、酸素富化ガスを安定的に供給することができる。

（８）上記（１）〜（７）項のいずれかに記載の本発明の排ガス浄化システムの１つの態様では、酸化性ガス生成部が放電リアクタである。

（９）本発明の排ガス浄化システムの制御方法は、酸素富化ガス供給部が、空気から窒素を分離して酸素富化ガスを生成する窒素分離膜、窒素分離膜の透過側から酸化性ガス生成部に酸素富化ガスを送るポンプ、酸素富化ガスを貯蔵する貯蔵タンクを有し、且つ窒素分離膜の原料ガス側が、加圧された原料ガス、特に空気に接触するようにされている、上記（１）項に記載の本発明の排気ガス浄化システムを制御する方法である。ここでこの制御方法では、加圧された原料ガスの圧力及び貯蔵タンクの内圧に基づいて、ポンプの運転状態を制御する。

この本発明の排ガス浄化システムの制御方法によれば、窒素分離膜に供給される原料ガスの圧力が高いときに、この原料ガスの圧力を利用して窒素分離膜の原料ガス側と透過側との差圧を大きくすることによって、酸素富化ガスを効果的に生成し、得られた酸素富化ガスを、貯蔵が可能な量で貯蔵タンクに供給することができる。

（１０）本発明の他の排ガス浄化システムの制御方法は、上記（１）項に記載の本発明の排気ガス浄化システムの制御方法である。ここでこの制御方法では、酸素富化ガス供給部から酸化性ガス生成部に供給される酸素富化ガスの酸素含有率に基づいて、酸化性ガス生成部に供給する電力を調節する。

この本発明の排ガス浄化システムの制御方法によれば、酸素富化ガスの酸素濃度に応じて適切な電力を供給し、それによって効率的に酸化性ガスを得ることができる。

（１１）本発明の内燃機関の制御方法は、上記（６）項に記載の本発明の排気ガス浄化システム、過給機及びＥＧＲシステムを有する内燃機関の制御方法である。ここでこの制御方法では、窒素分離膜を有する酸素富化ガス供給部によって吸気ガスから取り出した酸素の流量に基づいて、内燃機関に供給するＥＧＲガスの量を調整する。

この本発明の内燃機関の制御方法によれば、吸気ガスから酸素富化ガスを得たことによる吸気ガス中の酸素濃度の低下を考慮して、内燃機関に供給されるＥＧＲガスの量を減少させることができる。

以下では本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明する。但し、これらの図は単に説明のためのものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

本発明の排気ガス浄化システムについて図１を用いて説明する。ここでこの図１は、この排気ガス浄化システムの概念図である。

図１に示す排気ガス浄化システム１０は、酸素富化ガス１５を供給する酸素富化ガス供給部１１、及び酸素富化ガス１５を処理して酸化性ガス１６を発生させる酸化性ガス生成部１２を有し、この酸化性ガス生成部１２で発生させた酸化性ガス１６を、排気管１３を流通する排気ガス流れ１８に供給して、排気ガスを浄化する。

本発明の排気ガス浄化システムは、排気ガス中の成分を酸化して浄化するのに好ましく用いることができ、特に好ましくはディーゼルエンジン等から排出されるＰＭの浄化、及び／又はエンジンを低温で始動させるときに比較的多く発生する炭化水素成分、すなわちいわゆるコールドＨＣの浄化のために用いることができる。特に、本発明の排気ガス浄化システムを排気ガス中のＰＭの浄化のために用いる場合、ディーゼルＰＭフィルターのようなＰＭフィルターでＰＭを捕集し、このＰＭフィルターの排気ガス流れ上流側において、本発明の排気ガス浄化システムによって酸化性ガスを供給することができる。

以下では、本発明の排気ガス浄化システムを構成する各部について詳細に説明する。

（酸素富化ガス供給部）
本発明の排気ガス浄化システム１０において使用できる酸素富化ガス供給部１１は、酸素富化ガスを供給することができる任意の酸素富化ガス生成装置を有することができる。この酸素富化ガス生成装置は例えば、空気のような原料ガスを極低温での蒸留によって分離する深冷空気分離装置、カーボン、ゼオライト等への気体の吸着特性の差を用いて原料ガスを分離する圧力スイング吸着分離装置、又は分離膜に対する気体の透過速度の差を利用して原料ガスを分離する膜分離装置であってよい。ここでこの原料ガスとしては、空気を用いることが好ましく、この場合には原料ガスを貯蔵しておくためのタンクが必要とされない。

この膜分離装置では、原料ガスとして窒素を含有する空気のようなガスを用いて酸素富化ガスを膜の透過側で得ることができる分離膜、すなわち窒素分離膜を用いることができる。この窒素分離膜は、酸素富化膜と呼ばれることもある。また膜分離装置では、酸素分離膜を用いることもできる。このような分離膜としては、シリコーン、芳香族ポリイミドなどの有機高分子材料性の膜が一般に知られている。

このような分離膜、特に窒素分離膜は、単位空間体積当たりの分離膜の比表面積を大きくし、酸素富化ガスの生成効率を高めるために、図２（ａ）に示すように、分離膜の中空糸２１を収束させて容器２２内に収納した分離膜モジュール２０として用いることができる。図２（ｂ）は、この分離膜モジュール２０で使用されている中空糸２１を拡大して示している。但し、分離膜の使用においては、このような構成で用いることは必須ではなく、原料ガスの流量、圧力、好ましい通気抵抗を考慮して任意の構成で用いることができる。

図２（ａ）に示すような窒素分離膜モジュール２０の使用においては、矢印２５で示すようにして空気のような原料ガスを中空糸膜２１内に流通させ、それによって矢印２８で示すようにして酸素富化ガスが中空糸膜２１を透過するようにする。このようにして得られた酸素富化ガスは、窒素分離膜モジュール２０の酸素富化ガス取り出し口２３から矢印２９で示すようにして取り出す。また酸素富化ガスを取り出した原料ガスの残部は、矢印２６で示すようにして、窒素分離膜モジュール２０から流出させる。

このような分離膜を使用する場合、膜の原料ガス側、すなわち例えば膜を透過する前の気体が存在する側と、膜の透過側、すなわち膜を透過した後の気体が存在する側との圧力差によって、膜による分離が行われる。従って分離膜による酸素富化ガスの生成を促進するためには、膜の原料ガス側と透過側との圧力差が大きいことが好ましい。

従って分離膜による酸素富化ガスの生成のためには、分離膜の原料ガス側の気体の圧力を高めること、及び/又は分離膜の透過側の気体の圧力を低下させることができる。本発明の排気ガス浄化システムを自動車の内燃機関からの排気ガスの浄化に用いる場合、窒素分離膜の原料ガス側の気体の圧力を高めるためには例えば、窒素分離膜の原料ガス側を、走行風によって加圧された空気、又は過給機によって加圧された吸気ガス若しくは加圧された吸気ガスの一部に接触させることができる。また窒素分離膜の透過側の気体の圧力を低下させるためには例えば、ポンプによって窒素分離膜の透過側に負圧を供給することができる。

尚、過給機によって加圧された吸気ガスから酸素富化ガスを取り出す場合、残部の吸気ガスは比較的に酸素濃度が低下している。このように吸気ガス中の酸素濃度を低下させることは、排気ガスと新しい吸入空気とを混合して酸素濃度が低下した吸気ガスを得るＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ（排気ガス再循環））システムでも意図されており、内燃機関における燃焼を穏やかにして燃焼温度を下げ、ＮＯ_xを低減する効果を有する。

従って過給機及びＥＧＲシステムを採用している内燃機関の排気ガスの浄化のために本発明の排気ガス浄化システムを用い、過給機によって加圧された吸気ガスから酸素富化ガスを生成する場合、意図する吸気ガスの酸素濃度を得るために必要なＥＧＲガスの量が減少する。ＥＧＲガスは一般に外気から吸入された空気と比較して有意に高い温度を有するので、必要とされるＥＧＲガス量の減少は、内燃機関に供給される吸気ガスの温度を低下させ、吸気ガスの密度を高めることによって、比較的大きい内燃機関出力を可能にする。また、内燃機関に供給される吸気ガスの温度の低下は、内燃機関におけるＮＯ_x生成の低減に関しても好ましい。

本発明の排気ガス浄化システムにおいて使用できる酸素富化ガス供給部としては、酸素富化ガスを貯蔵するための貯蔵タンクを、窒素分離膜を有する酸素富化ガス生成装置のような酸素富化ガス生成装置と組み合わせて又は組み合わせないで用いることができる。

酸素富化ガスを貯蔵するための貯蔵タンクを酸素富化ガス生成装置と組み合わせないで使用する場合、貯蔵タンクに予め酸素富化ガスを充填しておき、本発明の排気ガス浄化システムの使用の間に貯蔵タンクから酸素富化ガスを取り出して使用することができる。また、この貯蔵タンクを酸素富化ガス生成装置と組み合わせて使用する場合、随意に貯蔵タンクに予め酸素富化ガスを充填しておき、本発明の排気ガス浄化システムの使用の間に貯蔵タンクから酸素富化ガスを取り出して使用し、且つ酸素富化ガス生成装置で適当なときに生成した酸素富化ガスを、貯蔵タンクに供給して貯蔵することができる。

（酸化性ガス生成部）
本発明の排気ガス浄化システムで使用できる酸化性ガス生成部としては、酸素含有ガスを処理して酸化性ガス、すなわちオゾン、酸素ラジカル、ＮＯ_x等、特にオゾンを発生させることができる任意の装置、例えば放電リアクタ又はプラズマ処理装置を用いることができる。本発明の排気ガス浄化システムの酸化性ガス生成部としては、例えば特許文献２及び３で示されているようなプラズマ処理装置を用いることもできる。本発明の排気ガス浄化システムの酸化性ガス生成部として用いることができるプラズマ処理装置は、放電プラズマ、マイクロ波プラズマ、又は結合誘導プラズマを用いるプラズマ処理装置であってよく、特に沿面放電を用いるプラズマ処理装置を好ましく用いることができる。

本発明の排気ガス浄化システムの酸化性ガス生成部として用いることができる放電リアクタは例えば、図３に示すようなものであってよい。この図３に示す放電リアクタ３０は、筒状の形状の外周電極３６、及びこの外周電極３６の中心軸上に配置されている中心電極３４を有し、これらが対になるようにしてそれぞれ電源３２に接続及び接地されている。また、これら外周電極３６と中心電極３４とは絶縁体３５によって絶縁されている。

この図３に示すような放電リアクタ３０の使用においては例えば、酸素富化ガスを矢印３８で示すようにして、外周電極３６の一部に設けられた酸素富化ガス供給路３９から供給し、電源３２によって外周電極３６と中心電極３４との間に電圧を印加し、これらの電極間で放電を発生させることによって、外周電極３６と中心電極３４との間の放電処理空間３３で酸化性ガスを発生させることができる。このようにして発生させた酸化性ガスは、酸化性ガス出口３１から、矢印３７で示すようにして排気ガス流れに対して供給することができる。

尚、この図３で例示されるような放電リアクタ３０を用いて酸素含有ガスを放電処理し、オゾンを発生させる場合、オゾン生成量は、供給電力量に比例して増加し、また図４に示すように、酸素含有ガス中の酸素を実質的に全てオゾンにするのに必要な電気エネルギーは、酸素含有ガス中の酸素濃度が増加するにつれて減少する。従って本発明でのように酸素富化ガスから酸化性ガスを得ることは、所定量のオゾンを発生させるための電気エネルギーを減少させることを可能にする。

また、酸素富化ガスを膜分離装置で得ている場合、得られる酸素富化ガスの水分含有率を低下させることもでき、この場合には酸素富化ガスによる酸化性ガス生成部の腐蝕の傾向が小さく、また酸化性ガス生成部としての放電リアクタによる酸化性ガスの生成を促進できる可能性がある点で好ましい。

（本発明の排気ガス浄化システムを使用する具体的態様）
以下では、本発明の排気ガス浄化システムを、自動車の内燃機関からの排気ガスの浄化に関してより具体的に説明する。

図５は、自動車の内燃機関からの排気ガスの浄化のために本発明の排気ガス浄化システム５０を使用する態様を示している。この図５に示す態様では、矢印６１で示す吸気ガス流れを内燃機関５３に供給し、この内燃機関５３からの排気ガスを、随意のＮＯ_x浄化触媒、三元触媒のような触媒５４、排気ガス流路５５、そしてＰＭフィルター５６に通して浄化し、その後更に随意の触媒、マフラー等に通して、矢印６２で示すように排出させている。この態様では、本発明の排気ガス浄化システム５０によって、触媒５４とＰＭフィルター５６との間の排気ガス流路５５に酸化性ガスを供給し、ＰＭフィルター５６で捕集されたＰＭの酸化除去を促進している。

この態様で使用されている本発明の排気ガス浄化システム５０では、酸素富化ガス供給部として窒素分離膜モジュール６５を使用し、矢印６３で示されるようにして供給される原料ガスを自動車の走行による走行風によって加圧し、且つポンプ６６を用いて窒素分離膜モジュール６５の透過側に負圧を供給することによって、酸素富化ガスの生成を促進している。このようにして酸素富化ガスを取り出した後の残部のガスは、矢印６４で示すようにして放出している。またこのようにして得た酸素富化ガスは、ポンプ６６、逆止弁９１を通して酸化性ガス生成部としての放電リアクタ６７に供給し、ここでこの酸素富化ガス処理して酸化性ガスを生成させている。

図６は、自動車の内燃機関からの排気ガスの浄化のために本発明の排気ガス浄化システム７０を使用する態様を示している。この図６に示す態様では、矢印８１で示す吸気ガス流れを過給機７１で加圧し、本発明の排気ガス浄化システム７０の窒素分離膜モジュール８５、及びインタークーラー７２に通して内燃機関７３に供給する。この内燃機関７３からの排気ガスは、随意のＮＯ_x浄化、三元触媒のような触媒７４、排気ガス流路７５、そしてＰＭフィルター７６に通して浄化し、その後更に随意の触媒、マフラー等に通して、矢印８２で示すように排出させている。またこの内燃機関７３からの排気ガスの一部は、ＥＧＲ流路７７、ＥＧＲクーラー７８及びＥＧＲ制御弁７９を通して、ＥＧＲガスとして吸気ガスに再び加えている。この態様では、本発明の排気ガス浄化システム７０によって、触媒７４とＰＭフィルター７６との間の排気ガス流路７５に酸化性ガスを供給し、ＰＭフィルター７６で捕集されたＰＭの酸化除去を促進している。

この態様で使用されている本発明の排気ガス浄化システム７０では、過給機７１で加圧された空気を窒素分離膜モジュール８５に供給し、且つポンプ８６を用いて窒素分離膜モジュール８５の透過側に負圧を供給することによって、酸素富化ガスの生成を促進している。このようにして酸素富化ガスを取り出した後の残部の吸気ガスは、インタークーラー７２を通して内燃機関７３に供給している。

窒素分離膜モジュール８５によって得た酸素富化ガスは、ポンプ８６、逆止弁９１を通して貯蔵タンク８８に一度貯蔵し、必要に応じて制御弁９１で調節して、酸化性ガス生成部としての放電リアクタ８７に供給し、ここでこの酸化性ガスを処理して酸化性ガスを生成させている。

以下では、本発明の排ガス浄化システムの制御方法、及び本発明の排ガス浄化システムを有する内燃機関の制御方法を、図５及び図６で示す態様に関して説明する。但し、これらの制御方法は、図５及び図６で示す態様に限定されるものではない。

（本発明の排気ガス浄化システムの制御方法−貯蔵タンクに酸素富化ガスを供給するためのポンプの制御）
本発明の排ガス浄化システムでは、窒素分離膜の原料ガス側の原料ガスの圧力、及び酸素富化ガスのための貯蔵タンクの内圧に基づいて、ポンプの運転状態を制御することができる。

上述のように窒素分離膜による酸素富化ガスの生成は、窒素分離膜の原料ガス側の気体の圧力と透過側の気体の圧力との差によって進行する。従ってこのような制御はポンプの使用によって、酸化富化ガス生成のための適切な圧力差をもたらすことを可能にする。

具体的には、図６の態様でのようにして本発明の排気ガス浄化システム７０において、酸素富化ガスを貯蔵するための貯蔵タンク８８、及び貯蔵タンク８８に酸素富化ガスを供給するためのポンプ８６を用いる場合、本発明の排気ガス浄化システム７０のポンプ８６は、図７のフローチャートで示すようにして制御することができる。

すなわち、処理の開始（１００）後、貯蔵タンク８８内の圧力が第１の既定値よりも大きければ、貯蔵タンク８８には十分な量の酸素富化ガスが既に貯蔵されていると判断（１０２）して、処理を終了（１１０）する。また貯蔵タンク８８内の圧力が第１の既定値以下であれば、貯蔵タンク８８にはまだ酸素富化ガスを供給することができると判断（１０２）して、処理を続行する。

その後、窒素分離膜モジュール８５の原料ガス側の原料ガスの圧力が第２の既定値未満であれば、効率的な酸素富化ガスの生成が行えないと判断（１０４）して、処理を終了（１１０）する。またここで窒素分離膜モジュール８５の原料ガス側の原料ガスの圧力が第２の既定値以上であれば、この原料ガスの圧力を利用して効率的な酸素富化ガスの生成が行えると判断（１０４）して、処理を続行する。

原料ガスの圧力を利用して効率的な酸素富化ガスの生成が行えると判断（１０４）した場合、随意にこの原料ガスの圧力の量に基づいて、ポンプ８６に供給することが必要な電力量を決定（１０６）し、この電力量でポンプ８６を動作（１０８）させる。その後、再び処理を繰り返す（１１２）。

（本発明の排ガス浄化システムの制御方法−酸化性ガス生成部への供給電力の制御）
本発明の排ガス浄化システムでは、酸素富化ガス供給部から酸化性ガス生成部に供給される酸素富化ガスの酸素含有率に基づいて、酸化性ガス生成部に供給する電力を調節することができる。

上述のように、酸素富化ガスの酸素濃度が高い場合には、放電リアクタのような酸化性ガス生成部において、一定量の酸化性ガスを生成するための要求電力が少なくなる。従って供給される酸素富化ガスの酸素濃度に基づいて、酸化性ガス生成部に供給する供給電力を決定することは、本発明の排気ガス浄化システムによる特に効率的な酸化性ガス供給を可能にする。

具体的には、図５及び６の態様でのようにして本発明の排気ガス浄化システム５０及び７０よって排気ガスを浄化する場合、本発明の排気ガス浄化システム５０及び７０は、図８のフローチャートで示すようにして制御することができる。

すなわち、処理の開始（２００）後、ＰＭフィルター５６及び７６におけるＰＭ蓄積量、内燃機関５３及び７３におけるＰＭの発生量等の条件に基づいて、ＰＭフィルター５６及び７６の再生処理を行うべき条件であるかどうかを判断し（２０２）、ＰＭフィルター５６及び７６の再生処理が必要なければ、処理を終了する（２１０）。またここでＰＭフィルター５６及び７６の再生処理が必要であれば、窒素分離膜モジュール６５及び貯蔵タンク８８のような酸素富化ガス供給部から酸化性ガス生成部としての放電リアクタ６７及び８７に供給できる酸素富化ガスの酸素濃度を読み込み（２０４）、この酸素富化ガスの酸素濃度に基づいて、放電リアクタ６７及び８７に供給する電力量を決定（２０６）し、供給（２０８）する。ここでこの酸素富化ガスの酸素濃度の読み込みにおいては、酸素センサー等によって直接に酸素濃度を測定すること、窒素分離膜の分離係数、窒素分離膜に供給される空気の流量、窒素分離膜の原料ガス側と透過側との差圧、生成される酸素富化ガスの流量等に基づいて算出することができる。

尚、この放電リアクタ６７及び８７に供給する供給電圧の決定（２０６）においては、酸素富化ガスの酸素濃度だけでなく本発明の排気ガス浄化システム５０及び７０によって供給することが必要な酸化性ガスの量に更に基づいて、放電リアクタ６７及び８７に供給する電力量を決定（２０６）することもできる。ここでこの必要とされる酸化性ガスの量は、排気ガスの組成、温度、流量等の排気ガス条件、酸化除去すべきＰＭの蓄積量などに依存する。その後、再び処理を繰り返す（２１２）。

（本発明の排ガス浄化システムを有する内燃機関の制御方法）
窒素分離膜を用いて吸気ガスから酸素富化ガスを生成する本発明の排ガス浄化システム、過給機及びＥＧＲシステムを有する内燃機関では、この窒素分離膜によって吸気ガスから取り出した酸素の流量に基づいて、内燃機関に供給するＥＧＲガスの量を調整することができる。

上述のように、窒素分離膜を用いて吸気ガスから酸素富化ガスを得る場合、残部の吸気ガスの酸素濃度は低下しており、従って必要とされるＥＧＲガスの量を減少させることができる。

具体的には、本発明の排ガス浄化システムを有する内燃機関において、図６の態様でのようにして排気ガスを浄化する場合、この内燃機関は、図９のフローチャートで示すようにして制御することができる。

すなわち、処理の開始（３００）後、窒素分離膜モジュール８５によって吸気ガスからの酸素富化ガスの生成を行っているかを判断（３０２）し、吸気ガスからの酸素富化ガスの生成を行っていなければ、窒素分離膜モジュール８５においては吸気ガスの酸素濃度が低下していないと判断（３０２）して、処理を終了（３１０）する。またここで吸気ガスからの酸素富化ガスの生成を行っていれば、窒素分離膜モジュール８５において吸気ガスの酸素濃度が低下していると判断（３０２）して、処理を続行する。

その後、ポンプ負荷量、タンク内圧、タンク前圧、酸素富化ガス組成等に基づいて決定される吸気ガスから取り出した酸素の流量を読み込み（３０４）、この酸素の取り出し量に基づいて、必要とされるＥＧＲガス量を決定（３０６）し、ＥＧＲ制御弁７９等によってこの必要とされる量のＥＧＲガスが内燃機関７３に供給されるように、ＥＧＲシステムを制御（３０８）する。その後、再び処理を繰り返す（３１２）。

本発明の１つの排ガス浄化システムを表す概念図である。 本発明の排ガス浄化システムにおいて用いることができる窒素分離膜モジュール及び窒素分離膜の中空系の概略断面図である。 本発明の排ガス浄化システムにおいて用いることができる放電リアクタの概略断面図である。 放電リアクタでオゾンを発生させる場合の酸素濃度と放電電力との関係を表すグラフである。 本発明の排ガス浄化システムを用いる１つの具体的な態様を示す図である。 本発明の排ガス浄化システムを用いる他の具体的な態様を示す図である。 本発明の排ガス浄化システムの酸素富化ガス供給部において用いるポンプの制御方法を表すフローチャートである。 本発明の排ガス浄化システムの酸化性ガス生成部の制御方法を表すフローチャートである。 本発明の排ガス浄化システムを用いる自動車用内燃機関の制御方法を表すフローチャートである。

符号の説明

１０、５０、７０ 本発明の排ガス浄化システム
１１ 酸素富化ガス供給部
１２ 酸化性ガス生成部
１３ 排気管
１５ 酸素富化ガス流れを示す矢印
１６ 酸化性ガス流れを示す矢印
１８ 排気ガス流れを示す矢印
２０ 窒素分離膜モジュール
３０ 放電リアクタ
５３、７３ 内燃機関
５４、７４ 触媒
５６、７６ ＰＭフィルター

Claims (11)

1. 酸化性ガスを排気ガス流れに供給して排気ガスを浄化する、排気ガス浄化システムであって、
   酸素富化ガスを供給する、酸素富化ガス供給部、及び
   前記酸素富化ガスを処理して前記酸化性ガスを発生させる、酸化性ガス生成部、
   を有する、排気ガス浄化システム。
2. 排気ガス中のＰＭを捕集するためのＰＭフィルターを更に有し、このＰＭフィルターの排気ガス流れ上流側において、前記酸化性ガスを排気ガス流れに供給する、請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
3. 前記酸素富化ガス供給部が、空気から窒素を分離して酸素富化ガスを生成する窒素分離膜を有する、請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システム。
4. 前記酸素富化ガス供給部が、前記窒素分離膜の透過側から前記酸化性ガス生成部に酸素富化ガスを送るポンプを更に有する、請求項３に記載の排気ガス浄化システム。
5. 自動車の内燃機関からの排気ガスの浄化のために使用されており、且つ前記窒素分離膜の原料ガス側が、走行風によって加圧された空気に接触するようにされている、請求項３又は４に記載の排気ガス浄化システム。
6. 過給機を有する自動車の内燃機関からの排気ガスの浄化のために使用されており、且つ前記窒素分離膜の原料ガス側が、前記過給機によって加圧された吸気ガスに接触するようにされている、請求項３又は４に記載の排気ガス浄化システム。
7. 前記酸素富化ガス供給部が、前記酸素富化ガスを貯蔵する貯蔵タンクを有する、請求項１〜６のいずれかに記載の排気ガス浄化システム。
8. 前記酸化性ガス生成部が放電リアクタである、請求項１〜７のいずれかに記載の排気ガス浄化システム。
9. 前記酸素富化ガス供給部が、空気から窒素を分離して酸素富化ガスを生成する窒素分離膜、前記窒素分離膜の透過側から前記酸化性ガス生成部に酸素富化ガスを送るポンプ、前記酸素富化ガスを貯蔵する貯蔵タンクを有し、且つ前記窒素分離膜の原料ガス側が、加圧された原料ガスに接触するようにされている、請求項１に記載の排気ガス浄化システムの制御方法であって、
   前記加圧された原料ガスの圧力及び前記貯蔵タンクの内圧に基づいて、前記ポンプの運転状態を制御する、排気ガス浄化システムの制御方法。
10. 請求項１に記載の排ガス浄化システムの制御方法であって、
    前記酸素富化ガス供給部から前記酸化性ガス生成部に供給される酸素富化ガスの酸素含有率に基づいて、前記酸化性ガス生成部に供給する電力を調節する、排気ガス浄化システムの制御方法。
11. 請求項６に記載の排気ガス浄化システム、過給機及びＥＧＲシステムを有する内燃機関の制御方法であって、
    前記窒素分離膜を有する酸素富化ガス供給部によって吸気ガスから取り出した酸素の流量に基づいて、前記内燃機関に供給するＥＧＲガスの量を調整する、内燃機関の制御方法。

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