JP2017187013A - 排ガス浄化装置、排ガス浄化装置の制御方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能が低下しにくく、優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置、排ガス浄化装置の制御方法及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】排ガス浄化装置は、プラズマ処理装置と、排ガス浄化触媒とを具備する。プラズマ処理装置は、排気ガスが通過するための複数の貫通孔を有する複数の板状電極と、板状電極間にプラズマを発生させるための電圧を印加する電源装置とを備える。複数の板状電極は、排気ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒より上流側に配置されており、かつ、互いに間隔を設けて排気ガスの流れ方向に対してその面方向を垂直に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス浄化装置、排ガス浄化装置の制御方法及びプラズマ処理装置に関する。さらに詳細には、本発明は、排ガス浄化触媒とプラズマ処理装置とを備えた排ガス浄化装置、排ガス浄化装置の制御方法及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置に関する。

従来、プラズマ反応器と、触媒とを備え、プラズマ反応器と触媒とが内燃機関の排気系の内部に配設された排気ガス浄化装置が提案されている（特許文献１参照。）。

プラズマ反応器は、複数の単位電極が所定間隔を隔てて階層的に積層されてなる。そして、プラズマ反応器は、単位電極相互間に、位置の方向（ガス流通方向）の少なくとも一方の端部が開放されるとともに他の方向の両端が閉鎖された空間が形成されてなる。また、プラズマ反応器は、これらの単位電極間に電圧を印加することによって空間においてプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極を備えてなる。さらに、プラズマ反応器は、プラズマ発生電極を構成する複数の単位電極相互間に形成された空間内に所定の成分を含有するガスが導入されたときに、空間内に発生させたプラズマによりガス中の所定の成分を反応させることが可能である。

プラズマ発生電極は、単位電極が、誘電体となる板状のセラミック体と、セラミック体の内部に配設された導電膜から形成される。そして、プラズマ発生電極は、複数の単位電極が一定間隔で積層され、互いに隣接する単位電極に配設される導電膜間の距離が部分的に異なるか、又は、単位電極を構成するセラミック体の誘電率が部分的に異なる。また、プラズマ発生電極は、空間に、部分的に異なる強さのプラズマを発生させることが可能である。

特開２００７−２５８０９０号公報

特許文献１に記載された排気ガス浄化装置は、排気ガスの流れ方向に対して平行に電極を配置して、排気ガスの全てをプラズマを発生させる空間に導入している。そのため、一度、排気ガス中の異物等による劣化によって一部の電極間でプラズマが発生しなくなると、その電極間に導入された排気ガスのラジカル化反応や浄化反応が進行しなくなることがある。その結果、排気ガス浄化性能が大きく低下してしまうという問題点があった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能が低下しにくく、優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置、排ガス浄化装置の制御方法及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、所定の複数の板状電極を排気ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒より上流側に、かつ、互いに間隔を設けて排気ガスの流れ方向に対してその面方向を垂直に配置し、板状電極間にプラズマを発生させる構成とすることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明によれば、排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能が低下しにくく、優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置、排ガス浄化装置の制御方法及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。 図２は、図１に示した板状電極の一例の模式的な平面図である。 図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式的な断面図である。 図４は、図１に示した板状電極の配置の一例の模式的な断面図である。 図５は、図１に示した板状電極の他の一例の模式的な断面図である。 図６は、図５に示した板状電極の配置の一例の模式的な断面図である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。 図８は、図７に示した板状電極の模式的な平面図である。 図９は、図７に示した板状電極の模式的な平面図である。 図１０は、本発明の第３の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。 図１１は、図１０に示した板状電極の模式的な平面図である。 図１２は、本発明の第４の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。 図１３は、図１２に示した板状電極の模式的な平面図である。 図１４は、図１２に示した板状電極の模式的な平面図である。 図１５は、本発明の第５の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。 図１６は、本発明の第６の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。 図１７は、本発明の第７の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。 図１８は、本発明の第７の実施形態に係る排ガス浄化装置における電力制御の一例を示すフローチャートである。 図１９は、排気ガスの浄化対象成分の分子の処理するモル数と排気ガスの浄化対象成分の浄化に必要な電力との関係を示すグラフ図である。 図２０は、電圧と電流との関係を示すグラフ図において、通電枚数を変える場合を説明する図である。 図２１は、電圧と電流との関係を示すグラフ図において、印加電圧を変える場合を説明する図である。 図２２は、実施例１の板状電極の模式的な平面図である。 図２３は、実施例２の板状電極の模式的な平面図である。 図２４は、実施例３の板状電極の模式的な平面図である。 図２５は、実施例４の板状電極の模式的な平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置、排ガス浄化装置の制御方法及びプラズマ処理装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態に係る排ガス浄化装置及びプラズマ処理装置について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。また、図２は、図１に示した板状電極の一例の模式的な平面図である。さらに、図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式的な断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の排ガス浄化装置１は、プラズマ処理装置１０と、排ガス浄化触媒５０とを具備したものである。プラズマ処理装置１０は、排気ガスが通過するための複数の貫通孔ｈを有する複数の板状電極２０（２１，２２，２３，２４，２５）と、板状電極２０間にプラズマを発生させるための電圧を印加する電源装置３０とを備える。複数の板状電極２０は、図中矢印Ｘで示す排気ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒５０より上流側に配置されており、かつ、互いに間隔を設けて図中矢印Ｘで示す排気ガスの流れ方向に対してその面方向を垂直に配置されている。

なお、本発明において、「排気ガスの流れ方向に対してその面方向を垂直」とは、複数の板状電極が排気ガスの流れ方向に対して厳密な意味で板状電極の面方向を垂直にして配置されている場合に限定されるものではなく、複数の板状電極が排気ガスの流れ方向に対して板状電極の面方向を垂直にして取り付ける際に、若干の取り付け誤差を持って配置されている場合も含まれる。なお、取り付け誤差は小さいことが好ましいが、垂直に対して±５°程度までが許容範囲である。

上述のように、排気ガスが通過するための複数の貫通孔を有し、板状電極間にプラズマを発生し得る複数の板状電極を、排気ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒より上流側に、かつ、互いに間隔を設けて排気ガスの流れ方向に対してその面方向を垂直に配置した。

このような構成とすることにより、排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能が低下しにくく、優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供することができる。

また、特に限定されるものではないが、図１に示すように、隣り合う板状電極２１，２２の間に形成されるプラズマを発生させるためのプラズマ領域Ｐが、図中矢印Ｘで示す排気ガスの流れ方向に沿って上流側から下流側に複数形成されていることが好ましい。図１に示す排ガス浄化装置１においては、例えば、各板状電極２０の間にプラズマを発生させるためのプラズマ領域Ｐを最大で４つ形成することが可能である。

このように、プラズマ領域を排気ガスの流れ方向に沿って上流側から下流側に複数形成することにより、排気ガス中の異物等によって電極の一部のプラズマ発生性能が仮に低下しても、優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供することができる。

ここで、各構成についてさらに詳細に説明する。

（プラズマ処理装置）
上記プラズマ処理装置１０は、所定の複数の板状電極２０と、所定の電源装置３０とを備える。なお、これに限定されるものではなく、例えば、詳しくは後述する所定の推定装置等を備えていてもよい。

（板状電極）
上記所定の複数の板状電極２０は、図中矢印Ｘで示す排気ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒５０より上流側に配置され、かつ、互いに間隔を設けて図中矢印Ｘで示す排気ガスの流れ方向に対してその面方向を垂直に配置されるとともに、排気ガスが通過するための複数の貫通孔ｈを有するものであれば、特に限定されるものではない。

特に限定されるものではないが、図１及び図２に示すように、板状電極２０は、プラズマを発生させるためのプラズマ領域Ｐを確保するという観点から、排気ガス流路の断面形状に合わせて、外形を円形とすることが好ましい。

また、特に限定されるものではないが、図１及び図２に示すように、排気系の圧力損失を小さくするという観点からは、複数の板状電極２０に設けられる貫通孔ｈは、貫通孔ｈの軸の位置が一致していることが好ましい。

さらに、特に限定されるものではないが、図２に示すように、複数の板状電極２０に設けられる貫通孔ｈは、貫通孔ｈの開口形状が真円形又は楕円形などの略円形であることが好ましい。

なお、本発明においては、これに限定されるものではない。つまり、貫通孔の開口形状が、例えば、電荷が集中し易いエッジ部を有しない曲線のみからなる形状であってもよく、また、いわゆる角丸四角形であってもよい。

貫通孔の開口形状がエッジ部を有すると、電圧を印加した際にエッジ部において電荷が集中し易いため、火花放電や雷放電に移行し易くなってしまう。火花放電や雷放電では、一ヶ所でのみ放電しているため、排気ガス浄化性能が十分なものとならない可能性がある。そのため、貫通孔の開口形状を電荷が集中し易いエッジ部を有しない形状として、放電体積を確保し得るバリア放電を起こすことが好ましい。

上述のように、貫通孔の開口形状を略円形とすることにより、板状電極において電荷が一か所に集中してしまう現象を抑制することが可能となり、バリア放電を均一に起こすことができる。その結果、火花放電や雷放電へ移行することが抑制され、優れた排ガス浄化性能を長時間維持することができる。

また、特に限定されるものではないが、図２及び図３に示すように、複数の板状電極２０に設けられる貫通孔ｈは、板状電極２０の外周端２０ａと間隔を設けて形成されていることが好ましい。

外周端に貫通孔がかかってしまうと、その部分がエッジ部となってしまう。そして、電圧を印加した際にエッジ部において電荷が集中し易いため、火花放電や雷放電に移行し易くなってしまう。

上述のように、貫通孔を板状電極の外周端と間隔を設けて形成することにより、板状電極において電荷が一か所に集中してしまう現象を抑制することが可能となり、バリア放電を均一に起こすことができる。その結果、火花放電や雷放電へ移行することが抑制され、優れた排ガス浄化性能を長時間維持することができる。

さらに、特に限定されるものではないが、図１に示すような複数の板状電極２０において、電源装置３０の高電圧側に接続された板状電極２０と、電源装置３０（又は図示しない部材等）（以下「電源装置３０等」ということがある。）の接地に接続された板状電極２０とを有することが好ましい。さらに、高電圧側に接続された板状電極２０と電源装置３０等の接地に接続された板状電極２０とが交互に配置されていることが好ましい。プラズマ領域Ｐを確保するという観点からは、例えば、板状電極２１，２３，２５を電源装置３０の高電圧側に接続し、板状電極２２，２４を電源装置３０等の接地に接続することが好ましい。また、例えば、板状電極２１，２３，２５を電源装置３０等の接地に接続し、板状電極２２，２４を電源装置３０の高電圧側に接続することも好ましい。また、排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能がより低下しにくく、より優れた排気ガス浄化性能を実現し得るという観点からは、板状電極２１，２３，２５を電源装置３０等の接地に接続し、板状電極２２，２４を電源装置３０の高電圧側に接続することが好ましい。

このように、高電圧側に接続された板状電極と接地に接続された板状電極とを交互に配置することにより、全ての板状電極間においてプラズマを発生させるためのプラズマ領域Ｐを形成でき、より優れた排気ガス浄化性能を実現し得る。また、短絡する可能性をさらに低減することもできる。

また、特に限定されるものではないが、図１に示すような複数の板状電極２０において、接地に接続された板状電極２０が、導電性基板のみからなるか又は導電性基板を有し、高電圧側に接続された板状電極２０が、図３に示すように、導電性基板２０１と、導電性基板２０１の表面に形成された誘電体からなる誘電体層２０２とを有することが好ましい。

このように、例えば、電源装置の高電圧側に接続された板状電極と電源装置等の接地に接続された板状電極とが交互に配置し、少なくとも電荷が溜まる高電圧側に接続された板状電極の表面を誘電体で被覆することにより、バリア放電を均一に起こすことができる。また、火花放電や雷放電へ移行することが抑制され、優れた排ガス浄化性能を長時間維持することができる。なお、電源装置等の接地に接続された板状電極が、導電性基板の表面に形成された誘電体からなる誘電体層をさらに有していてもよい。

ここで、上記導電性基板２０１としては、導電性を有する材料であれば、特に限定されるものではない。例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）や銅などを使用することができる。また、誘電体層２０２に用いられる誘電体としては、例えば、排ガス雰囲気下で使用することから耐久性を要するため、酸化物セラミックからなる誘電体を使用することが好ましい。このような誘電体としては、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やジルコニア（ＺｒＯ_２）、シリカ（ＳｉＯ_２）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）等の単純酸化物や複合酸化物など種々の酸化物を使用することが可能である。特に、実用化されているという観点からは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やジルコニア（ＺｒＯ_２）が好ましい。また、特に限定されるものではないが、金属基板の露出をなくし、火花放電や雷放電への移行を抑制するため、酸化物セラミックを溶射することによって誘電体層を形成することが好ましい。さらに、板状電極間の間隔は、排ガスがプラズマ領域を通り抜ければ、特に限定されるものではないが、例えば、５００μｍ〜３ｍｍ程度とすることが好ましい。

また、図４は、図１に示した板状電極の配置の一例の模式的な断面図である。図４に示すように、複数の板状電極２０の間には、間隔を維持するための円環状の絶縁性スペーサ２９が配設されている。このような絶縁性スペーサとしては、特に限定されるものではないが、電気抵抗が高いものが好ましく、例えば、石英や耐熱性フッ素樹脂を好適例として挙げることができる。

なお、本発明においては、図示しないが、複数の板状電極自体が排ガス流路を形成している構成であってもよく、複数の板状電極が排ガス流路を形成する配管内に配置された構成であってもよい。

例えば、複数の板状電極自体で排ガス流路を形成する場合、図示しないが、例えば、間に絶縁性スペーサを配設した複数の板状電極をねじ機構などによって留めて一体化すればよい。

また、例えば、複数の板状電極を配管内に配置する場合、図示しないが、例えば、板状電極が電気回路を形成するタブを有しているため、絶縁性を確保しながらそのタブを利用して複数の板状電極の間隔を維持してもよい。さらに、例えば、複数の板状電極を配管内に配置する場合、図示しないが、例えば、配管の内周面に板状電極を嵌め込む凹部又は挟み込む凸部を形成し、絶縁性を確保しながらその凹部又は凸部を利用して複数の板状電極の間隔を維持してもよい。

さらに、図５は、図１に示した板状電極の他の一例の模式的な断面図である。つまり、図５は、板状電極の他の一例に関する図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線と同じ位置の線に沿った模式的な断面図である。

そして、特に限定されるものではないが、図１に示すような複数の板状電極２０において、接地に接続された板状電極２０’が、導電性基板のみからなるか又は導電性基板を有し、高電圧側に接続された板状電極２０’が、図５に示すように、導電性基板２０１と、導電性基板２０１の表面に接した状態で配置された誘電体からなる誘電部材２０３とを有することが好ましい。また、電源装置等の接地に接続された板状電極が、導電性基板と、導電性基板の表面に接した状態で配置された誘電体からなる誘電部材とを有していても良い。なお、導電性基板２０１は、誘電部材２０３で挟まれていることが特に好ましい。また、バリア放電を均一に起こし得るという観点から、誘電部材２０３の外周端２０３ａが導電性基板２０１の外周端２０１ａより外側に延出されていることが好ましく、誘電部材２０３の貫通孔径ｒが導電性基板２０１の貫通孔径Ｒより小さいことが好ましい。なお、板状電極２０’の貫通孔径の大きさとしては、誘電部材２０３の貫通孔径ｒを実質的なものとして適用すればよい。さらに、バリア放電を均一に起こし得るという観点から、導電性基板２０１は誘電部材２０３に切り込みを加えることで、導電性基板２０１を露出しない形状にすることが好ましい。

このように、例えば、電源装置の高電圧側に接続された板状電極と電源装置等の接地に接続された板状電極とが交互に配置し、少なくとも電荷が溜まる高電圧側に接続された板状電極の表面に接した状態で誘電体からなる誘電部材を配置することにより、ある程度バリア放電を均一に起こすことができる。

そして、誘電部材の外周端と導電性基板の外周端との位置関係や誘電部材の貫通孔径と導電性基板の貫通孔径との大小関係を上述のようにすることにより、誘電体層の場合とほぼ同様に、バリア放電を均一に起こすことができる。さらに、誘電部材に切り込みを加えて導電性基板を露出させないことにより、誘電体層の場合とほぼ同様に、バリア放電を均一に起こすことができる。

また、火花放電や雷放電へ移行することが抑制され、優れた排ガス浄化性能を長時間維持することができる。さらに、このような誘電部材は、被覆形成された誘電体層のように導電性基板に接着ないし接合しておらず独立した構造を有している。そのため、高温環境下に曝された場合であっても、被膜形成した場合と異なり、導電性基板と誘電体層との熱膨張率の差に起因する割れや剥離が発生するおそれがなく、耐久性を向上させることができる。なお、導電性基板や誘電体の材料は上述のものと同様のものを適用することができる。また、電源装置等の接地に接続された板状電極が、導電性基板の表面に接した状態で配置された誘電体からなる誘電部材をさらに有していてもよい。

また、図６は、図５に示した板状電極の配置の一例の模式的な断面図である。図６に示すように、複数の板状電極２０’の間には、間隔を維持するための円環状の絶縁性スペーサ２９が配設されている。このような絶縁性スペーサとしては、特に限定されるものではないが、電気抵抗が高いものが好ましく、例えば、石英や耐熱性フッ素樹脂を好適例として挙げることができる。

なお、上述したように、本発明においては、図示しないが、複数の板状電極自体が排ガス流路を形成している構成であってもよく、複数の板状電極が排ガス流路を形成する配管内に配置された構成であってもよい。

例えば、複数の板状電極自体で排ガス流路を形成する場合、図示しないが、例えば、間に絶縁性スペーサを配設した複数の板状電極をねじ機構などによって留めて一体化すればよい。

また、例えば、複数の板状電極を配管内に配置する場合、図示しないが、例えば、板状電極が電気回路を形成するタブを有しているため、絶縁性を確保しながらそのタブを利用して複数の板状電極の間隔を維持してもよい。さらに、複数の板状電極を配管内に配置する場合、図示しないが、例えば、配管の内周面に板状電極を嵌め込む凹部又は挟み込む凸部を形成し、絶縁性を確保しながらその凹部又は凸部を利用して複数の板状電極の間隔を維持してもよい。

なお、特に限定されるものではないが、導電性基体と誘電部材との固定は、絶縁性を確保し得れば、上述したような構造を利用してもよく、単に固定状態を保持するピンやクリップなどを利用してもよい。また、図示しないが、例えば、誘電部材は、導電性基板を挟むことによって導電性基板を収納できる、外周に連続した凸部を有するものであってもよい。このように、２枚の導電部材で挟まれた内側に導電性基板を収納でき、導電性基板が露出しない構成を有することによっても、バリア放電を均一に起こすことができる。この場合、誘電部材の凸部までの内径は、導電性基板との熱膨張率の差を考慮して、導電性基板の外径より大きいことが好ましい。

（電源装置）
上記所定の電源装置３０は、板状電極２０（又は２０’）間にプラズマを発生させるための電圧を印加するものであれば、特に限定されるものではない。電源装置としては、例えば、高周波電源だけでなく、パルス電源を用いることもできる。パルス電源は高周波電源よりも簡素な構成で低コストであり、高い電力変換効率を有するので、車載という意味でも優れた排ガス浄化装置となる。また、板状電極の表面に誘電体層を形成した場合、板状電極間に直流的な電流は流れない。そのため、電源装置としては、例えば、複数の板状電極間に相対的に交流となる電圧を印加するものを適用することもできる。

（排ガス浄化触媒）
上記排ガス浄化触媒５０としては、排気ガスの浄化対象成分である炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）のうちの少なくとも１つに対して浄化機能を有するものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、貴金属などの触媒成分をハニカム担体などの一体構造型担体に担持したものを適用することができる。ただし、ペレット型などの粒状触媒を金属製容器などに充填したものも排ガス浄化触媒として適用することができる。

ここで、触媒成分としては、特に限定されるものではないが、自動車排ガスの浄化用には、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）などの貴金属が好適である。また、一体構造型担体としては、コーディエライトなどのセラミック製のハニカム担体や、ステンレス製のメタルハニカム担体などを例示することができる。

なお、排ガス浄化触媒５０には、上記の触媒成分以外にも、アルミナなどの耐火性無機材料、セリアやジルコニアなどの助触媒成分、ゼオライトなどの炭化水素（ＨＣ）吸蔵材、バリウム（Ｂａ）などの窒素酸化物（ＮＯｘ）吸蔵材など、従来公知の触媒材料を適用することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る排ガス浄化装置及びプラズマ処理装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の第２の実施形態に係る排ガス浄化装置及びプラズマ処理装置は、上述した第１の実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。図７は、本発明の第２の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。また、図８は、図７に示した板状電極の模式的な平面図である。さらに、図９は、図７に示した板状電極の模式的な平面図である。なお、上述した第１の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。

図７〜図９に示すように、本実施形態の排ガス浄化装置２は、隣り合う板状電極２０，２０における貫通孔ｈ１，ｈ２の貫通孔径が異なる。なお、図示しないが、隣り合う板状電極としては、図４に示すような板状電極を適用してもよい。また、以下の実施形態においても同様である。

隣り合う板状電極２０，２０としては、例えば、板状電極２１と板状電極２２との組み合わせ、板状電極２２と板状電極２３との組み合わせ、板状電極２３と板状電極２４との組み合わせ、板状電極２４と板状電極２５との組み合わせのように任意の組み合わせを挙げることができる。このように、複数の板状電極の一部において隣り合う板状電極における貫通孔の貫通孔径が異なっていてもよい。また、複数の板状電極の全体において隣り合う板状電極における貫通孔の貫通孔径が異なっていてもよい。つまり、例えば、板状電極２１，２３，２５が図８に示す板状電極２０であり、板状電極２２，２４が図９に示す板状電極２０である構成となってもよい。また、例えば、板状電極２１，２３，２５が図９に示す板状電極２０であり、板状電極２２，２４が図８に示す板状電極２０である構成となってもよい。

このように、隣り合う板状電極における貫通孔の貫通孔径を異ならせることにより、排気ガスが層流で貫通孔を通過することを抑制することができる。つまり、排気ガスが乱流となり、より拡散させることができる。そして、排気ガスがプラズマ領域に滞留し易くなる。その結果、排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能が低下しにくく、より優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供することができる。

また、図７〜図９に示すように、本実施形態の排ガス浄化装置２は、図中矢印Ｘで示す排気ガスの流れ方向に対して上流側に配置された板状電極２０における貫通孔ｈ１の貫通孔径と図中矢印Ｘで示す排気ガスの流れ方向に対して下流側に配置された板状電極２０における貫通孔ｈ２の貫通孔径とが異なる。そして、上流側に配置された板状電極２０における貫通孔ｈ１の貫通孔径が、下流側に配置された前記板状電極２０における貫通孔ｈ２の貫通孔径より小さい。

なお、本発明において、「上流側」と「下流側」とは相対的なものであり、適宜設定することができる。例えば、上流側に配置された板状電極２０は、板状電極２１〜２４、板状電極２１〜２３、板状電極２１〜２２又は板状電極２１のみのように適宜設定することができる。そして、例えば、上流側板状電極が板状電極２１〜２４である場合には、下流側板状電極を板状電極２５、上流側板状電極が板状電極２１〜２３である場合には、下流側板状電極は板状電極２４〜２５、上流側板状電極が板状電極２１〜２２である場合には、下流側板状電極は板状電極２３〜２５、上流側板状電極が板状電極２１のみである場合には、下流側板状電極は板状電極２２〜２５のように適宜設定することができる。もちろん、排気ガスの流れ方向に沿って上流側から下流側に移行するにしたがって、貫通孔の貫通孔径が漸次大きくなる構成であってもよい。

このように、上流側板状電極における貫通孔の貫通孔径と下流側板状電極における貫通孔の貫通孔径とを異ならせ、上流側板状電極における貫通孔の貫通孔径を下流側板状電極における貫通孔の貫通孔径より小さくすることにより、排気ガスをより拡散させることができる。そして、排気ガスがプラズマ領域に滞留し易くなる。その結果、排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能が低下しにくく、より優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態に係る排ガス浄化装置及びプラズマ処理装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の第３の実施形態に係る排ガス浄化装置及びプラズマ処理装置は、上述した第１又は第２の実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。また、図１１は、図１０に示した板状電極の模式的な平面図である。なお、上述した第１又は第２の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。

図１０及び図１１に示すように、本実施形態の排ガス浄化装置３は、板状電極２０における電極１枚当たりの開口率が１５％以上７０％以下であり、かつ、隣り合う板状電極２０，２０の貫通孔ｈ３，ｈ３’を除く部位の重なり率が２０％以上７５％以下である。なお、一部を破線で示した貫通孔は裏側にある板状電極を示すものである。また、図１１においては、隣り合う板状電極２０，２０の貫通孔ｈ３，ｈ３’を除く部位をドット模様で示している。

なお、本発明において、「隣り合う板状電極の貫通孔を除く部位の重なり率」とは、例えば、隣り合う２枚の板状電極において、貫通孔を除く部位が完全に一致している状態を重なり率１００％として定義するものである。

このように、板状電極における電極１枚当たりの開口率を１５％以上７０％以下とし、かつ、隣り合う板状電極の貫通孔を除く部位の重なり率が２０％以上７５％以下とすることにより、排気ガスが層流で貫通孔を通過することを抑制することができる。つまり、排気ガスが乱流となり、より拡散させることができる。そして、排気ガスがプラズマ領域に滞留し易くなる。その結果、排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能が低下しにくく、より優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供することができる。

さらに言えば、電極１枚当たりの開口率を１５％以上とすることにより、排気系の圧力損失を小さくすることができる。さらに、電極１枚当たりの開口率を７０％以下とすることにより、例えば、排ガス浄化触媒の担体径と同程度の電極径（例えば、電極径は３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、具体的には、電極径３６ｍｍや１１０ｍｍである。）の板状電極自体の強度を保つことができ、さらに、プラズマ領域に排気ガスをより滞留させ易くなる。その結果、排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能が低下しにくく、より優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供することができる。

また、重なり率を２０％以上とすることにより、上述した所定の開口率を有する電極を形成することができる。つまり、貫通孔径を大きくし、さらに貫通孔同士をずらすことによって、重なり率を２０％未満とすることも可能であるが、その場合、板状電極における電極１枚当たりの開口率が７０％より大きくなってしまう。さらに、重なり率を７５％以下とすることにより、プラズマ領域に排気ガスをより滞留させ易くなる。その結果、排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能が低下しにくく、より優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供することができる。なお、重なり率を７５％より大きくすることも可能であるが、排気ガスの拡散性は若干向上する一方、プラズマ領域が小さくなるため、重なり率を１００％とした場合とした場合と比較して、排気ガス性能の向上幅が小さい。

なお、隣り合う板状電極の貫通孔同士をずらす際に、例えば、隣り合う板状電極の一方のみを平面内において時計回り又は反時計回りに回転させることによってずらすことができる。また、これに限定されるものでなく、例えば、隣り合う板状電極を平面内において時計回り又は反時計回りに常に回転させることによってずらすことができる。さらに、例えば、隣り合う板状電極を平面内において時計回り及び反時計回りを組み合わせ、一定の規則を持たせて回転させることによってずらしてもよい。さらにまた、例えば、隣り合う板状電極を平面内において時計回り及び反時計回りを組み合わせ、ランダムに、換言すれば、規則性を持たせずに回転させることによってずらしてもよい。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態に係る排ガス浄化装置及びプラズマ処理装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の第４の実施形態に係る排ガス浄化装置及びプラズマ処理装置は、上述した第１〜第３の実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。図１２は、本発明の第４の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。また、図１３は、図１２に示した板状電極の模式的な平面図である。さらに、図１４は、図１２に示した板状電極の模式的な平面図である。なお、上述した第１〜第３の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。

図１２〜図１４に示すように、本実施形態の排ガス浄化装置４は、隣り合う板状電極２０，２０における複数の貫通孔ｈ４，ｈ４’の軸の少なくとも一部の位置がずれている。つまり、図１４に示した板状電極２０は、図１３に示した板状電極２０を平面内において時計回りに２２．５°回転させることにより、貫通孔ｈ４の軸の位置をずらしたものである。

このように、隣り合う板状電極における複数の貫通孔の軸の少なくとも一部の位置をずらすことにより、排気ガスが層流で貫通孔を通過することを抑制することができる。つまり、排気ガスが乱流となり、より拡散させることができる。そして、排気ガスがプラズマ領域に滞留し易くなる。その結果、排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能が低下しにくく、より優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供することができる。

＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態に係る排ガス浄化装置及びプラズマ処理装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の第５の実施形態に係る排ガス浄化装置及びプラズマ処理装置は、上述した第１〜第４の実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。図１５は、本発明の第５の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。なお、上述した第１〜第４の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。

図１５に示すように、本実施形態の排ガス浄化装置５は、プラズマ処理装置１０が、排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数を推定する推定装置４０を備え、推定装置４０により推定された排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数に基づいて電源装置３０の出力を制御する。

このように、プラズマ処理装置に排気ガスの分子のモル数を推定する推定装置を設け、推定装置により推定された排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数に基づいて電源装置の出力を制御することにより、常に一定電力・高出力で制御する場合と比較して、車両などの運転モードに応じて効率よく出力の制御を行うことができる。そして、プラズマ処理装置における電力消費量を抑制することができる。その結果、電力消費量を抑制しつつ、排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能が低下しにくく、優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供することができる。

ここで、推定装置について詳細に説明する。

（推定装置）
上記推定装置４０は、排気ガスの浄化対象成分のモル数を推定できるものであれば、特に限定されるものではない。排気ガスの浄化対象成分のモル数は、例えば、Ａ／Ｆセンサの測定値や排気ガスのガス体積などから推定することができる。また、推定装置には、Ａ／Ｆセンサの測定値や排気ガスのガス体積と排気ガスの浄化対象成分のモル数との対応マップをデータとして格納しておいてもよい。この対応マップは、予備実験により作成することができる。また、排気ガスの浄化対象成分のモル数に代えて又は加えてＡ／Ｆセンサの測定値や排気ガスのガス体積に基づいて電源装置の出力を制御してもよい。

さらに、排気ガスの浄化対象成分の種類によって、絶縁破壊電圧が決まっている。そのため、推定装置により推定された排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数に基づいて電源装置の出力を制御する際には、浄化対象成分に適した電圧値と、プラズマ領域に導入された浄化対象成分のモル数を処理し得る電流量とを出力することが好ましい。そして、排気ガスの組成は常に変動していることから、排気ガスの組成に適した出力値を印加することによって、浄化対象成分をいかなる運転モードであっても処理できるよう常に一定電力を印加するよりも効率よく浄化できるため、電力消費量を抑制できる。

＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態に係る排ガス浄化装置及びプラズマ処理装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の第６の実施形態に係る排ガス浄化装置及びプラズマ処理装置は、上述した第１〜第５の実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。図１６は、本発明の第６の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。なお、上述した第１〜第５の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。

図１６に示すように、本実施形態の排ガス浄化装置６は、図中矢印Ｘで示す排気ガスの流れ方向に対して上流側に配置された隣り合う板状電極２０，２０の間隔が、図中矢印Ｘで示す排気ガスの流れ方向に対して下流側に配置された隣り合う板状電極２０，２０の間隔より広い。また、プラズマ処理装置１０は、推定装置４０により推定された排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数が所定の規定値以上の場合に、図中矢印Ｘで示す排気ガスの流れ方向に対して上流側に配置された隣り合う板状電極２０，２０間にプラズマを発生させるための電圧を印加する。さらに、プラズマ処理装置１０は、推定装置４０により推定された排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数が所定の規定値未満の場合に、図中矢印Ｘで示す排気ガスの流れ方向に対して下流側に配置された隣り合う板状電極２０，２０間にプラズマを発生させるための電圧を印加する。なお、所定の規定値については、予備実験により作成することができる。また、図１６に示す排ガス浄化装置６においては、例えば、上流側と下流側の境界位置に板状電極２３が配置されている。そして、上流側の隣り合う板状電極２０，２０は、隣り合う板状電極２１，２２及び隣り合う板状電極２２，２３であり、下流側の隣り合う板状電極２０，２０は、隣り合う板状電極２３，２４及び隣り合う板状電極２４，２５である。しかしながら、このような図示例に限定されるものではない。

つまり、上流側の隣り合う板状電極の間隔を、下流側の隣り合う板状電極の間隔より広くし、排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数が所定の規定値以上の場合に、上流側の板状電極間にプラズマを発生させ、排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数が所定の規定値未満の場合に、下流側の板状電極間にプラズマを発生させる。

これにより、常に一定電力・高出力で制御する場合と比較して、車両などの運転モードに応じて効率よく出力の制御を行うことができる。そして、プラズマ処理装置における電力消費量を抑制することができる。また、隣り合う板状電極の間隔を変えることにより、排気ガスの組成や流量に応じて、プラズマ処理に必要な時間を確保することができる。その結果、電力消費量を抑制しつつ、排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能が低下しにくく、より優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供することができる。

つまり、モル数が所定の規定値以上である場合には、上流側の隣り合う板状電極の間隔が狭いと、浄化処理速度が追いつかない可能性があるが、上流側の隣り合う板状電極の間隔を広くすることにより、十分なプラズマ処理時間を確保することができる。また、上流側においては排気ガスの流速は速いため、上流側のプラズマ領域と排ガス浄化触媒との離間距離を適宜設定することにより、上流側のプラズマ領域でラジカル化しても、ラジカルが消失する前に排気ガスを排ガス浄化触媒に到達させることは可能である。

一方、モル数が所定の規定値未満である場合には、短時間であっても、十分にプラズマ処理することができるため、下流側の隣り合う板状電極の間隔を狭くしても、十分なプラズマ処理時間を確保することができる。また、下流側においては排気ガスの流速は遅いが、下流側のプラズマ領域と排ガス浄化触媒との離間距離を適宜設定することにより、ラジカルが触媒まで到達させることは可能である。

＜第７の実施形態＞
次に、本発明の第７の実施形態に係る排ガス浄化装置、排ガス浄化装置の制御方法及びプラズマ処理装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の第７の実施形態に係る排ガス浄化装置及びプラズマ処理装置は、上述した第１〜第６の実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。図１７は、本発明の第７の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。なお、上述した第１〜第６の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。

図１７に示すように、本実施形態の排ガス浄化装置７は、電源装置３０が、排気ガスを排出する内燃機関Ｅの負荷変動に基づいて、隣り合う板状電極２０（例えば、板状電極２１と板状電極２２、板状電極２３と板状電極２４、板状電極２５と板状電極２６である。）間にプラズマを発生させるための電力を制御する電力制御部３１を有する。

ここで、図示例においては、電力制御部３１が、通電枚数制御部３１１と電圧制御部３１２とを有する。そして、詳しくは後述するが、通電枚数制御部３１１と電圧制御部３１２とが独立して又は協働して電力制御部３１として機能する。

また、図示例においては、推定装置４０が、例えば、推定部としての内燃機関回転センサ４１、スロットル開度センサ４２、Ａ／Ｆセンサ４３、酸素センサ４４、フローメータ４５と、記憶部としての内燃機関中央演算装置４６とを有する。そして、例えば、内燃機関回転センサ４１、スロットル開度センサ４２、Ａ／Ｆセンサ４３、酸素センサ４４及びフローメータ４５うちの少なくとも１つの推定部と記憶部としての内燃機関中央演算装置４６とが協働して推定装置４０として機能する。

さらに、排ガス浄化触媒５０には、触媒温度センサ５１が配設されている。なお、図示例においては、図中矢印Ｘで示す排気ガスの流れ方向に対して隣り合う板状電極２０が６枚配設されている。板状電極２１，２３，２５が接地される構造を有する。

このように、例えば電力制御部により、内燃機関の負荷変動に基づいて、板状電極間にプラズマを発生させるための電力を制御することにより、省電力化を実現することができる。つまり、排気ガスの流量が少ないなど浄化対象成分の分子のモル数が少ない場合に、使用する電力を少なくすることにより、省電力化を実現することができる。また、排気ガスの流量が多いなど浄化対象成分の分子のモル数が多い場合に、使用する電力を多くするなど内燃機関の運転状況に合わせて電力制御をすることにより、排気ガスの浄化性能を確保しつつ、省電力化を実現することができる。

また、本実施形態の排ガス浄化装置７は、プラズマ処理装置１０が３枚以上（図示例では６枚である。）の板状電極２０を備えている。そのため、プラズマを発生させる板状電極２０の通電枚数を制御する通電枚数制御部３１１によって、電力を制御することができる。なお、図示例においては、板状電極２６にのみが通電されている。

このように、例えば通電枚数制御部により、内燃機関の負荷変動に基づいて、プラズマを発生させる板状電極の通電枚数を制御することにより、省電力化を実現することができる。つまり、排気ガスの流量が少ないなど浄化対象成分の分子のモル数が少ない場合に、プラズマを発生させるために通電させる板状電極の通電枚数を少なくすることにより、省電力化を実現することができる。また、排気ガスの流量が多いなど浄化対象成分の分子のモル数が多い場合に、プラズマを発生させるために通電させる板状電極の通電枚数を多くするなど内燃機関の運転状況に合わせて通電枚数を制御して電力制御をすることにより、排気ガスの浄化性能を確保しつつ、省電力化を実現することができる。

さらに、本実施形態の排ガス浄化装置７は、例えば各センサ４１〜４５などからなる推定部により、内燃機関の負荷変動に基づいた排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数を推定する。また、本実施形態の排ガス浄化装置７は、例えば内燃機関中央演算装置４６により、推定されたモル数の浄化対象成分の分子の浄化に必要な電力を確保した状態で、例えば通電枚数制御部３１１により、プラズマを発生させる板状電極の通電枚数を制御する。なお、「推定されたモル数の浄化対象成分の分子の浄化に必要な電力」は、予備実験により予め設定しておくことができる。

このように、推定装置と通電枚数制御部により、内燃機関の負荷変動に基づいて、プラズマを発生させる板状電極の通電枚数を制御することにより、優れた排気ガスの浄化性能を確保しつつ、より確実に省電力化を実現することができる。

また、本実施形態の排ガス浄化装置７においては、プラズマを発生させる板状電極２０間の通電枚数を減らす場合には、排ガス浄化触媒５０からの距離が離れた板状電極２０間（図示例では、板状電極２１と板状電極２２、板状電極２３と板状電極２４である。）から電圧の印加を終了することが好ましい。また、本実施形態の排ガス浄化装置７においては、プラズマを発生させる板状電極２０間の通電枚数を増やす場合には、排ガス浄化触媒５０からの距離が近い板状電極２０間（図示例では、板状電極２５と板状電極２６である。）から電圧の印加を開始することが好ましい。

このように、排ガス浄化触媒からの距離が近い板状電極間でプラズマを発生させることにより、各種反応が起こりやすい排気ガスを排ガス浄化触媒にすぐに供給することができるため、より優れた排気ガスの浄化性能を確保しつつ、より確実に省電力化を実現することができる。

また、本実施形態の排ガス浄化装置７は、プラズマを発生させる板状電極２０間に印加するプラズマを発生させるための電圧を制御する電圧制御部３１２によって、電力を制御することができる。なお、図示例においては、板状電極２５と板状電極２６の間にプラズマ領域が形成されている。

このように、例えば電圧制御部により、内燃機関の負荷変動に基づいて、プラズマを発生させる板状電極間に印加するプラズマを発生させるための電圧を制御することにより、省電力化を実現することができる。つまり、排気ガスの流量が少ないなど浄化対象成分の分子のモル数が少ない場合に、プラズマを発生させるための電圧を減少させることにより、省電力化を実現することができる。また、排気ガスの流量が多いなど浄化対象成分の分子のモル数が多い場合に、プラズマを発生させるための電圧を増加させるなど内燃機関の運転状況に合わせて印加電圧を制御して電力制御をすることにより、排気ガスの浄化性能を確保しつつ、省電力化を実現することができる。

さらに、本実施形態の排ガス浄化装置７は、例えば各センサ４１〜４５などからなる推定部により、内燃機関の負荷変動に基づいた排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数を推定する。また、本実施形態の排ガス浄化装置７は、例えば内燃機関中央演算装置４６により、推定されたモル数の浄化対象成分の分子の浄化に必要な電力を確保した状態で、例えば電圧制御部３１２により、プラズマを発生させる板状電極間に印加するプラズマを発生させるための電圧を制御する。なお、「推定されたモル数の浄化対象成分の分子の浄化に必要な電力」は、予備実験により予め設定しておくことができる。

このように、推定装置と電圧制御部により、内燃機関の負荷変動に基づいて、プラズマを発生させる板状電極間に印加する印加電圧を制御することにより、優れた排気ガスの浄化性能を確保しつつ、より確実に省電力化を実現することができる。

また、本実施形態の排ガス浄化装置７においては、プラズマを発生させる板状電極２０間に印加するプラズマを発生させるための電圧を減らす場合には、排ガス浄化触媒５０からの距離が離れた板状電極２０間（図示例では、板状電極２１と板状電極２２、板状電極２３と板状電極２４である。）から印加する電圧を減少させることが好ましい。また、本実施形態の排ガス浄化装置７においては、プラズマを発生させる板状電極２０間に印加するプラズマを発生させるための電圧を増やす場合には、排ガス浄化触媒５０からの距離が近い板状電極２０間（図示例では、板状電極２５と板状電極２６である。）から印加する電圧を増加させることが好ましい。なお、この場合、図示しないが、電力制御部の電気回路を適宜変更すればよい。

このように、排ガス浄化触媒からの距離が近い板状電極間で相対的に高いエネルギーのプラズマを発生させることにより、各種反応が起こりやすい排気ガスを排ガス浄化触媒にすぐに供給することができるため、より優れた排気ガスの浄化性能を確保しつつ、より確実に省電力化を実現することができる。

次に、上述した第７の実施形態の排ガス浄化装置における電力制御の一例を図面を参照しながら詳細に説明する。図１８は、本発明の第７の実施形態に係る排ガス浄化装置における電力制御の一例を示すフローチャートである。

図１８に示すように、まず、ステップ１（以下「Ｓ１」と記載する。以下同様。）において、排ガス浄化触媒に配置された触媒温度センサにより触媒温度の読み込みを行い、Ｓ２に進む。

次いで、Ｓ２において、触媒温度が活性開始温度以下であるか判定を行い、活性開始温度以下である場合（ＹＥＳの場合）にはＳ３に進む。なお、活性開始温度以下でない場合（ＮＯの場合）にはＳ１に戻る。なお、「活性開始温度」は、搭載される排ガス浄化触媒によって異なるが、４００℃程度である。

次いで、Ｓ３において、推定装置の一部をなす各センサの読み取りを行い、Ｓ４に進む。

次いで、Ｓ４において、推定装置の一部をなす内燃機関中央演算処理装置の記憶部において処理するモル数の算出を行い、Ｓ５に進む。

次いで、Ｓ５において、推定装置の一部をなす内燃機関中央演算処理装置の記憶部において排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数（処理するモル数）とそのモル数の浄化対象成分の分子の浄化に必要な電力（必要な電力）との関係から必要な電力の算出を行い、Ｓ６に進む。排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数（処理するモル数）とそのモル数の浄化対象成分の分子の浄化に必要な電力（必要な電力）とは、例えば、図１９に示すような関係を有している。図１９は、排気ガスの浄化対象成分の分子の処理するモル数と排気ガスの浄化対象成分の浄化に必要な電力との関係を示すグラフ図である。なお、本発明において、処理するモル数と必要な電力との関係は、図示例に限定されるものではない。

さらに、Ｓ６において、必要な電圧と通電枚数の決定を行い、Ｓ７に進む。ここで、図２０は、電圧と電流との関係を示すグラフ図において、通電枚数を変える場合を説明する図である。図２０に示すように、必要な電力がＡからＢになった場合、矢印Ｙで示すように、通電枚数を４枚から３枚へ変えればよい。また、図２１は、電圧と電流との関係を示すグラフ図において、印加電圧を変える場合を説明する図である。図２１に示すように、必要な電力がＡからＢになった場合、矢印Ｚで示すように、印加電圧を変えればよい。

しかる後、Ｓ７において、通電枚数及び印加電圧の制御を行い、終了する。なお、終了から所定時間（Δｔ）経過後、開始に戻る。なお、「所定時間（Δｔ）」は、排ガス浄化装置に要求される性能に応じて適宜設定することができる。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

（実施例１）
図１０及び図２２に示すような、本例の排ガス浄化装置を構築した。なお、図２２は、実施例１の板状電極の模式的な平面図である。また、一部を破線で示した貫通孔は裏側にある板状電極を示すものである。さらに、排ガス浄化触媒としては、パラジウムロジウムハニカム触媒（パラジウム：ロジウム（質量比）＝１１：１、全貴金属含有量：１１．３ｇ／Ｌ、ハニカム容量：０．１１９Ｌ）を用いた。また、板状電極としては、ステンレス鋼からなる金属基板の表面にイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）からなる誘電体層を形成したものであって、電極径が３６ｍｍであるものを１０枚用いた。また、隣り合う板状電極について、一枚おきに時計回りに回転させて配置した。さらに、本例における電極１枚当たりの開口率は１９．４％であり、隣り合う板状電極の貫通孔を除く部位の重なり率は１００％である。

（実施例２）
図２２に示した板状電極を図２３に示す板状電極に代えたこと以外は、実施例１と同様にして、本例の排ガス浄化装置を構築した。なお、図２３は、実施例２の板状電極の模式的な平面図である。また、一部を破線で示した貫通孔は裏側にある板状電極を示すものである。さらに、図２３においては、隣り合う板状電極２０，２０の貫通孔ｈ１２，ｈ１２’を除く部位をドット模様で示している。また、本例における電極１枚当たりの開口率は１９．４％であり、隣り合う板状電極の貫通孔を除く部位の重なり率は８１．６％である。

（実施例３）
図２２に示した板状電極を図２４に示す板状電極に代えたこと以外は、実施例１と同様にして、本例の排ガス浄化装置を構築した。なお、図２４は、実施例３の板状電極の模式的な平面図である。また、一部を破線で示した貫通孔は裏側にある板状電極を示すものである。さらに、図２４においては、隣り合う板状電極２０，２０の貫通孔ｈ１３，ｈ１３’を除く部位をドット模様で示している。また、本例における電極１枚当たりの開口率は１９．４％であり、隣り合う板状電極の貫通孔を除く部位の重なり率は６３．２％である。

（実施例４）
図２２に示した板状電極を図２５に示す板状電極に代えたこと以外は、実施例１と同様にして、本例の排ガス浄化装置を構築した。なお、図２５は、実施例４の板状電極の模式的な平面図である。また、一部を破線で示した貫通孔は裏側にある板状電極を示すものである。さらに、図２５においては、隣り合う板状電極２０，２０の貫通孔ｈ１４，ｈ１４’を除く部位をドット模様で示している。また、本例における電極１枚当たりの開口率は１９．４％であり、隣り合う板状電極の貫通孔を除く部位の重なり率は４０％である。

（実施例５）
図２２に示した板状電極を図示しない板状電極に代えたこと以外は、実施例１と同様にして、本例の排ガス浄化装置を構築した。なお、本例における電極１枚当たりの開口率は１９．４％であり、隣り合う板状電極の貫通孔を除く部位の重なり率は２７．４％である。上記各例の仕様の一部を表１に示す。なお、表１中の「開口率」は、「板状電極における電極１枚当たりの開口率」を示し、「重なり率」は、「隣り合う前記板状電極の前記貫通孔を除く部位の重なり率」を示す。

［性能評価］
上記各例の排ガス浄化触媒を下記耐久条件下で耐久後、下記評価条件となるように内燃機関を起動し、下記プラズマ評価条件下で評価して得られた結果を表１に併記する。

＜耐久条件＞
・内燃機関：日産自動車株式会社製Ｖ型６気筒３．５Ｌエンジン
・耐久温度：９２０℃（触媒１インチＢＥＤ）
・耐久時間：２００時間
・燃料：無鉛ガソリン

＜評価条件＞
・内燃機関：日産自動車株式会社製２．５Ｌエンジン
・回転数：２４００ｒｐｍ
・Ａ／Ｆ：１４．６（ストイキオメトリー相当）
・評価温度：１５０℃に固定（板状電極入口）
・ガス流量：１１０Ｌ／ｍｉｎ（空間速度（ＳＶ）：６００００ｈ^−１相当）
・燃料：無鉛ガソリン

＜プラズマ評価条件＞
・放電電圧：１０ｋＶｐ−ｐ固定
・放電電流：任意
・周波数：２０ｋＨｚ

具体的には、まず、日産自動車株式会社製Ｖ型６気筒３．５Ｌエンジンの配管内に各例の排ガス浄化触媒を配置し、無鉛ガソリンにより内燃機関を起動し、触媒１インチＢＥＤ温度を９２０℃として、２００時間耐久させた。

次いで、日産自動車株式会社製２．５Ｌエンジンの配管内に各例の排ガス浄化装置を配置し、無鉛ガソリンにより内燃機関を起動し、板状電極入口温度が１５０℃となったところで、板状電極入口ガス濃度を取得した。しかる後、プラズマ評価条件にてプラズマを発生させ、触媒出口ガス濃度を取得した。そして、板状電極入口ガス濃度と触媒出口ガス濃度とからＨＣ転化率を算出した。

表１より、本発明の範囲に属する実施例１〜実施例５においては、耐久後においても、優れたＨＣ転化率を示すことが分かる。つまり、排気ガス中の異物等によって電極のプラズマ発生性能が低下しにくく、優れた排気ガス浄化性能を実現し得る排ガス浄化装置及び排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置を提供できることが分かる。

また、表１より、本発明の範囲に属する実施例３〜実施例５においては、板状電極における電極１枚当たりの開口率を１５％以上７０％以下とし、隣り合う板状電極の貫通孔を除く部位の重なり率を２０％以上７５％以下としたため、耐久後においても、より優れたＨＣ転化率を示すことが分かる。

以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

１，２，３，４，５，６，７ 排ガス浄化装置
１０ プラズマ処理装置
２０，２０’，２１，２２，２３，２４，２５，２６ 板状電極
２０ａ 外周端
２０１ 導電性基板
２０２ 誘電体層
２０３ 誘電部材
２０１ａ，２０３ａ 外周端
２９ 絶縁性スペーサ
３０ 電源装置
３１ 電力制御部
３１１ 通電枚数制御部
３１２ 電圧制御部
４０ 推定装置
４１ 内燃機関回転センサ（推定部）
４２ スロットル開度センサ（推定部）
４３ Ａ／Ｆセンサ（推定部）
４４ 酸素センサ（推定部）
４５ フローメータ（推定部）
４６ 内燃機関中央演算装置（記憶部）
５０ 排ガス浄化触媒
５１ 触媒温度センサ
ｈ，ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ３’，ｈ４，ｈ４’，ｈ１１，ｈ１１’，ｈ１２，ｈ１２’，ｈ１３，ｈ１３’，ｈ１４，ｈ１４’ 貫通孔
Ｅ 内燃機関
Ｐ プラズマ領域
ｒ 誘電部材の貫通孔径
Ｒ 導電性基板の貫通孔径

Claims (29)

1. 排気ガスが通過するための複数の貫通孔を有する複数の板状電極と、前記板状電極間にプラズマを発生させるための電圧を印加する電源装置とを備えたプラズマ処理装置と、
   排ガス浄化触媒と、を具備し、
   前記複数の板状電極が、前記排気ガスの流れ方向に対して前記排ガス浄化触媒より上流側に配置されており、かつ、互いに間隔を設けて前記排気ガスの流れ方向に対してその面方向を垂直に配置されている
   ことを特徴とする排ガス浄化装置。
2. 前記貫通孔は、前記貫通孔の開口形状が真円形又は楕円形であることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
3. 前記貫通孔は、前記板状電極の外周端と間隔を設けて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス浄化装置。
4. 隣り合う前記板状電極における前記貫通孔の貫通孔径が異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の排ガス浄化装置。
5. 前記排気ガスの流れ方向に対して上流側に配置された前記板状電極における前記貫通孔の貫通孔径と前記排気ガスの流れ方向に対して下流側に配置された前記板状電極における前記貫通孔の貫通孔径とが異なり、
   前記排気ガスの流れ方向に対して上流側に配置された前記板状電極における前記貫通孔の貫通孔径が、前記排気ガスの流れ方向に対して下流側に配置された前記板状電極における前記貫通孔の貫通孔径より小さい
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の排ガス浄化装置。
6. 前記板状電極における電極１枚当たりの開口率が１５％以上７０％以下であり、
   隣り合う前記板状電極の前記貫通孔を除く部位の重なり率が２０％以上７５％以下である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の排ガス浄化装置。
7. 隣り合う前記板状電極における前記複数の貫通孔の軸の少なくとも一部の位置がずれていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の排ガス浄化装置。
8. 前記プラズマ処理装置が、前記排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数を推定する推定装置を備え、
   前記プラズマ処理装置が、前記推定装置により推定された前記排気ガスの前記浄化対象成分の分子のモル数に基づいて前記電源装置の出力を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の排ガス浄化装置。
9. 前記排気ガスの流れ方向に対して上流側に配置された隣り合う前記板状電極の間隔が、前記排気ガスの流れ方向に対して下流側に配置された隣り合う前記板状電極の間隔より広く、
   前記プラズマ処理装置が、前記排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数を推定する推定装置を備え、
   前記プラズマ処理装置が、前記推定装置により推定された前記排気ガスの前記浄化対象成分の分子のモル数が所定の規定値以上の場合に、前記排気ガスの流れ方向に対して上流側に配置された隣り合う前記板状電極間にプラズマを発生させるための電圧を印加し、前記推定装置により推定された前記排気ガスの前記浄化対象成分の分子のモル数が所定の規定値未満の場合に、前記排気ガスの流れ方向に対して下流側に配置された隣り合う前記板状電極間にプラズマを発生させるための電圧を印加する
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の排ガス浄化装置。
10. 前記複数の板状電極が、高電圧側に接続された前記板状電極と、接地に接続された前記板状電極とを有し、
    前記高電圧側に接続された前記板状電極と前記接地に接続された前記板状電極とが交互に配置されている
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の排ガス浄化装置。
11. 前記複数の板状電極が、高電圧側に接続された前記板状電極と、接地に接続された前記板状電極とを有し、
    前記接地に接続された前記板状電極が、導電性基板を有し、
    前記高電圧側に接続された前記板状電極が、導電性基板と、前記導電性基板の表面に形成された誘電体からなる誘電体層とを有する
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つの項に記載の排ガス浄化装置。
12. 前記複数の板状電極が、高電圧側に接続された前記板状電極と、接地に接続された前記板状電極とを有し、
    前記接地に接続された前記板状電極が、導電性基板を有し、
    前記高電圧側に接続された前記板状電極が、導電性基板と、前記導電性基板の表面に接した状態で配置された誘電体からなる誘電部材とを有する
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つの項に記載の排ガス浄化装置。
13. 前記高電圧側に接続された前記板状電極において、前記誘電部材の外周端が、前記導電性基板の外周端より外側に延出されており、前記誘電部材の貫通孔径が、前記導電性基板の貫通孔径より小さいことを特徴とする請求項１２に記載の排ガス浄化装置。
14. 前記高電圧側に接続された前記板状電極において、２枚の前記誘電部材で挟まされた内側に前記導電性基板が収納され、前記導電性基板が露出しない構造を有することを特徴とする請求項１２に記載の排ガス浄化装置。
15. 前記誘電体が酸化物セラミックであることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の排ガス浄化装置。
16. 隣り合う前記板状電極の間に形成されるプラズマを発生させるためのプラズマ領域が、前記排気ガスの流れ方向に沿って上流側から下流側に複数形成されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つの項に記載の排ガス浄化装置。
17. 前記電源装置が、前記排気ガスを排出する内燃機関の負荷変動に基づいて、前記板状電極間にプラズマを発生させるための電力を制御する電力制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
18. 前記プラズマ処理装置が、３枚以上の前記板状電極を備え、
    前記電力制御部が、前記プラズマを発生させる前記板状電極の通電枚数を制御する通電枚数制御部を有する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の排ガス浄化装置。
19. 前記電力制御部が、前記内燃機関の負荷変動に基づいた前記排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数を推定する推定部と、前記推定部により推定された前記排気ガスの前記浄化対象成分の分子のモル数と前記モル数の前記浄化対象成分の分子の浄化に必要な電力との関係を格納した記憶部と、を有し、
    前記通電枚数制御部が、前記浄化対象成分の分子の浄化に必要な電力を確保した状態で前記プラズマを発生させる前記板状電極の通電枚数を制御する
    ことを特徴とする請求項１８に記載の排ガス浄化装置。
20. 前記電力制御部が、前記プラズマを発生させる前記板状電極間に印加する前記プラズマを発生させるための電圧を制御する電圧制御部を有することを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１つの項に記載の排ガス浄化装置。
21. 前記電力制御部が、前記内燃機関の負荷変動に基づいた前記排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数を推定する推定部と、前記推定部により推定された前記排気ガスの前記浄化対象成分の分子のモル数と前記モル数の前記浄化対象成分の分子の浄化に必要な電力との関係を格納した記憶部と、を有し、
    前記電圧制御部が、前記浄化対象成分の分子の浄化に必要な電力を確保した状態で前記プラズマを発生させる前記板状電極間に印加する前記プラズマを発生させるための電圧を制御する
    ことを特徴とする請求項２０に記載の排ガス浄化装置。
22. 排気ガスが通過するための複数の貫通孔を有する複数の板状電極と、前記板状電極間にプラズマを発生させるための電圧を印加する電源装置とを備えたプラズマ処理装置と、
    排ガス浄化触媒と、を具備し、
    前記複数の板状電極が、前記排気ガスの流れ方向に対して前記排ガス浄化触媒より上流側に配置されており、かつ、互いに間隔を設けて前記排気ガスの流れ方向に対してその面方向を垂直に配置されている
    排ガス浄化装置の制御方法であって、
    内燃機関の負荷変動に基づいて、前記板状電極間にプラズマを発生させるための電力を制御する
    ことを特徴とする排ガス浄化装置の制御方法。
23. 前記プラズマ処理装置が、３枚以上の前記板状電極を備え、
    前記プラズマを発生させる前記板状電極の通電枚数を制御する
    ことを特徴とする請求項２２に記載の排ガス浄化装置の制御方法。
24. 前記内燃機関の負荷変動に基づいた前記排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数を推定し、前記推定されたモル数の前記浄化対象成分の分子の浄化に必要な電力を確保した状態で前記プラズマを発生させる前記板状電極の通電枚数を制御することを特徴とする請求項２３に記載の排ガス浄化装置の制御方法。
25. 前記プラズマを発生させる前記板状電極の通電枚数を減らす場合には、前記排ガス浄化触媒からの距離が離れた前記板状電極間から電圧の印加を終了し、前記プラズマを発生させる前記板状電極の枚数を増やす場合には、前記排ガス浄化触媒からの距離が近い前記板状電極間から電圧の印加を開始することを特徴とする請求項２３又は２４に記載の排ガス浄化装置の制御方法。
26. 前記プラズマを発生させる前記板状電極間に印加する前記プラズマを発生させるための電圧を制御することを特徴とする請求項２２〜２５のいずれか１つの項に記載の排ガス浄化装置の製造方法。
27. 前記内燃機関の負荷変動に基づいた前記排気ガスの浄化対象成分の分子のモル数を推定し、前記推定されたモル数の前記浄化対象成分の分子の浄化に必要な電力を確保した状態で前記プラズマを発生させる前記板状電極間に印加する前記プラズマを発生させるための電圧を制御することを特徴とする請求項２６に記載の排ガス浄化装置の制御方法。
28. 前記プラズマを発生させる前記板状電極間に印加する前記プラズマを発生させるための電圧を減らす場合には、前記排ガス浄化触媒からの距離が離れた前記板状電極間から印加する電圧を減少させ、前記プラズマを発生させる前記板状電極間に印加する前記プラズマを発生させるための電圧を増やす場合には、前記排ガス浄化触媒からの距離が近い前記板状電極間から印加する電圧を増加させることを特徴とする請求項２７に記載の排ガス浄化装置の制御方法。
29. 排ガス浄化触媒を備えた排ガス浄化装置に用いられるプラズマ処理装置であって、
    排気ガスが通過するための複数の貫通孔を有する複数の板状電極と、前記板状電極間にプラズマを発生させるための電圧を印加する電源装置とを備え、
    前記複数の板状電極が、前記排気ガスの流れ方向に対して前記排ガス浄化触媒より上流側に配置されており、かつ、互いに間隔を設けて前記排気ガスの流れ方向に対してその面方向を垂直に配置されている
    ことを特徴とするプラズマ処理装置。

Images