JP2018018778A - Abnormal discharge detector of plasma reactor - Google Patents

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遼一 島村
Ryoichi Shimamura
遼一 島村
翔 松山
Sho Matsuyama
翔 松山
谷口 昌司
Masashi Taniguchi
昌司 谷口
一哉 内藤
Kazuya Naito
一哉 内藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an abnormal discharge detector which can detect abnormality of discharge, becoming the possible cause of discharge variation, upon occurrence thereof.SOLUTION: When voltage application to the primary coil of a flyback step-up transformer is stopped, energy accumulated in the primary coil is released, and a secondary voltage is generated in the secondary coil, and applied between the electrodes of a plasma reactor. When voltage application to the primary coil of the flyback step-up transformer is stopped, measurement of the lapsed time from that stoppage is started. Thereafter, first peak value of a reactor application current, flowing to the electrode of the plasma reactor, is acquired. When the time elapsed from stoppage of voltage application to the primary coil until acquisition of the peak value of a reactor application current is equal to or less than a prescribed value, a determination is made that discharge in the plasma reactor is abnormal.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、プラズマリアクタにおける放電の異常を検出する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for detecting a discharge abnormality in a plasma reactor.

エンジン、とくにディーゼルエンジンから排出される排ガスには、CO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)、NOx(窒素酸化物)およびPMなどが含まれる。   The exhaust gas discharged from an engine, particularly a diesel engine, includes CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon), NOx (nitrogen oxide), PM, and the like.

排ガスに含まれるPMを除去する手法として、プラズマリアクタを用いて、排ガスに含まれるPMを除去する手法が提案されている。プラズマリアクタは、複数の電極パネルを備えている。電極パネルは、たとえば、誘電体に電極を内蔵した構成であり、複数の電極パネルは、排ガスの流れ方向と直交する方向に間隔を空けて対向配置される。プラズマリアクタ用電源装置から電極間に電圧が印加されると、誘電体バリア放電が生じて、電極パネル間に低温プラズマ(非平衡プラズマ)が発生し、電極パネル間を流れる排ガス中のPMが酸化により除去される。   As a technique for removing PM contained in exhaust gas, a technique for removing PM contained in exhaust gas using a plasma reactor has been proposed. The plasma reactor includes a plurality of electrode panels. The electrode panel has, for example, a configuration in which an electrode is built in a dielectric, and the plurality of electrode panels are arranged to face each other with a gap in a direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas. When a voltage is applied between the electrodes from the power supply device for the plasma reactor, dielectric barrier discharge occurs, low temperature plasma (non-equilibrium plasma) is generated between the electrode panels, and PM in the exhaust gas flowing between the electrode panels is oxidized. Is removed.

プラズマリアクタの電源装置には、フライバック型昇圧トランスが備えられている。フライバック型昇圧トランスの一次コイルには、スイッチング素子が直列に接続され、その一次コイルとスイッチング素子との直列回路には、直流電源が接続されている。フライバック型昇圧トランスの二次コイルは、プラズマリアクタの電極に接続されている。   The power supply device of the plasma reactor is provided with a flyback type step-up transformer. A switching element is connected in series to the primary coil of the flyback type step-up transformer, and a DC power source is connected to a series circuit of the primary coil and the switching element. The secondary coil of the flyback type step-up transformer is connected to the electrode of the plasma reactor.

スイッチング素子がオンされると、フライバック型昇圧トランスの一次コイルに電流が流れ、一次コイルにエネルギが蓄積される。その後、スイッチング素子がオフされると、一次コイルに蓄積されたエネルギが開放されて、一次コイルに起電力が生じ、フライバック型昇圧トランスの二次コイルに巻数比に応じた二次電圧が発生する。スイッチング素子のオン/オフが繰り返されることにより、二次電圧がパルス的に発生し、パルス波状に変化する二次電圧がプラズマリアクタの電極間に印加される。   When the switching element is turned on, a current flows through the primary coil of the flyback type step-up transformer, and energy is stored in the primary coil. After that, when the switching element is turned off, the energy accumulated in the primary coil is released, an electromotive force is generated in the primary coil, and a secondary voltage corresponding to the turn ratio is generated in the secondary coil of the flyback step-up transformer. To do. By repeatedly turning on / off the switching element, a secondary voltage is generated in a pulsed manner, and a secondary voltage that changes in a pulse waveform is applied between the electrodes of the plasma reactor.

特開2007−75778号公報JP 2007-75778 A 特開2010−203401号公報JP 2010-203401 A

プラズマリアクタでは、通常、プラズマリアクタ用電源装置からプラズマリアクタの電極間に印加されるリアクタ印加電圧(プラズマリアクタ用電源装置が出力する二次電圧)が一定の放電開始電圧に達すると、電極パネル間の全体で均一に放電し始める。   In the plasma reactor, when the reactor applied voltage (secondary voltage output from the plasma reactor power supply device) applied between the plasma reactor power supply device and the plasma reactor electrode reaches a certain discharge start voltage, Begin to discharge uniformly throughout.

ところが、電極パネルの表面にPMや異物が付着して、電極パネル間の間隔が局所的に狭まっていると、リアクタ印加電圧が通常の放電開始電圧よりも低いときから、その電極パネル間の間隔が狭まった部分で放電が開始する。リアクタ印加電圧が通常の放電開始電圧まで上昇すると、電極パネル間の全体で放電するが、電極パネル間で放電の強さに偏り(放電ばらつき)が生じる。放電ばらつきは、PM除去性能(PM除去率)の低下を招くため、プラズマリアクタでは、放電ばらつきの原因となる放電の異常が検出されることが望ましい。   However, if PM or foreign matter adheres to the surface of the electrode panel and the interval between the electrode panels is locally narrowed, the interval between the electrode panels starts when the reactor applied voltage is lower than the normal discharge start voltage. Discharge starts at the narrowed area. When the voltage applied to the reactor rises to the normal discharge start voltage, discharge is performed between the electrode panels as a whole, but the discharge intensity is uneven (discharge variation) between the electrode panels. Since the discharge variation causes a decrease in PM removal performance (PM removal rate), it is desirable for the plasma reactor to detect a discharge abnormality that causes the discharge variation.

本発明の目的は、放電ばらつきの原因となる放電の異常が発生した場合に、その異常を検出できる、放電異常検出装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a discharge abnormality detecting device capable of detecting an abnormality when a discharge abnormality that causes discharge variation occurs.

前記の目的を達成するため、本発明に係るプラズマリアクタの放電異常検出装置は、フライバック型昇圧トランスの二次電圧の印加により電極間に放電を生じるプラズマリアクタの放電異常検出装置であって、フライバック型昇圧トランスの一次コイルへの電圧の印加を停止した後、フライバック型昇圧トランスの二次コイルからプラズマリアクタに印加される電流が最初のピーク値をとるピークタイミングを取得するピークタイミング取得手段と、一次コイルへの電圧の印加を停止したタイミングからピークタイミング取得手段によってピークタイミングが取得されるまでの時間を計測する計時手段と、計時手段によって計測された時間が所定時間以下である場合、前記プラズマリアクタにおける放電が異常であると判定する異常判定手段とを含む。   In order to achieve the above object, a discharge abnormality detection device for a plasma reactor according to the present invention is a discharge abnormality detection device for a plasma reactor that generates a discharge between electrodes by applying a secondary voltage of a flyback step-up transformer, After stopping the application of voltage to the primary coil of the flyback step-up transformer, obtain the peak timing to obtain the peak timing at which the current applied to the plasma reactor from the secondary coil of the flyback step-up transformer takes the first peak value Means, time measuring means for measuring the time from when the voltage application to the primary coil is stopped until the peak timing is acquired by the peak timing acquiring means, and when the time measured by the time measuring means is a predetermined time or less , An abnormality determining means for determining that the discharge in the plasma reactor is abnormal Including the.

この構成によれば、フライバック型昇圧トランスの一次コイルへの電圧の印加が停止されると、一次コイルに蓄積されたエネルギが開放されて、二次コイルに二次電圧が発生し、その二次電圧がプラズマリアクタの電極間に印加される。   According to this configuration, when the application of the voltage to the primary coil of the flyback type step-up transformer is stopped, the energy accumulated in the primary coil is released, and a secondary voltage is generated in the secondary coil. A secondary voltage is applied between the electrodes of the plasma reactor.

フライバック型昇圧トランスの一次コイルへの電圧の印加が停止されると、その停止からの経過時間の計測が開始される。その後、フライバック型昇圧トランスの二次コイルからプラズマリアクタに印加される電流が最初のピーク値をとるピークタイミングが取得される。そして、一次コイルへの電圧の印加の停止からピークタイミングが取得されるまでに経過した時間が所定時間以下である場合、プラズマリアクタにおける放電が異常であると判定される。   When the application of the voltage to the primary coil of the flyback type step-up transformer is stopped, measurement of the elapsed time from the stop is started. Thereafter, the peak timing at which the current applied to the plasma reactor from the secondary coil of the flyback type step-up transformer takes the first peak value is acquired. When the time elapsed from the stop of the voltage application to the primary coil until the peak timing is acquired is equal to or shorter than the predetermined time, it is determined that the discharge in the plasma reactor is abnormal.

本願発明者らによる実験の結果、電流のピーク値が目標ピーク値と一致するように制御を実施した場合、リアクタの温度やリアクタに流入するガス密度などが変化しても、一次コイルへの電圧の印加の停止からリアクタに印加される電流のピークタイミングが取得されるまでの時間の差に変化は無い。ただし、電極間の全体で均一に放電し始める放電開始電圧よりも低いときから放電が開始されうる場合、つまり電極間で局所的に放電し始める場合、一次コイルへの電圧の印加の停止からリアクタに印加される電流のピークタイミングが取得されるまでの時間が早くなることが判った。   As a result of experiments by the inventors of the present application, when control is performed so that the peak value of the current matches the target peak value, the voltage to the primary coil is changed even if the temperature of the reactor or the density of gas flowing into the reactor changes. There is no change in the time difference from the stop of the application until the peak timing of the current applied to the reactor is obtained. However, when the discharge can be started from a time lower than the discharge start voltage at which the discharge between the electrodes starts uniformly, that is, when the discharge starts locally between the electrodes, the reactor starts from the stop of the voltage application to the primary coil. It has been found that the time until the peak timing of the current applied to is acquired is shortened.

よって、フライバック型昇圧トランスの一次コイルへの電圧の印加の停止のタイミングからプラズマリアクタに印加される電流がピーク値をとるピークタイミングまでの時間が所定時間以下である場合に、プラズマリアクタにおける放電が異常であると判定されることにより、電極間での局所的な放電など、放電ばらつきの原因となる放電の異常が発生した場合に、その異常を検出することができる。   Therefore, when the time from the stop of the voltage application to the primary coil of the flyback step-up transformer to the peak timing at which the current applied to the plasma reactor takes a peak value is less than a predetermined time, the discharge in the plasma reactor Is determined to be abnormal, it is possible to detect the abnormality when a discharge abnormality that causes discharge variation, such as a local discharge between the electrodes, occurs.

本発明によれば、プラズマリアクタの電極間における局所的な放電など、放電ばらつきの原因となる放電の異常が発生した場合に、その異常を検出することができる。そのため、放電ばらつきによるPM除去性能の低下を未然に防ぐことができる。   According to the present invention, when a discharge abnormality that causes discharge variation, such as a local discharge between electrodes of a plasma reactor, occurs, the abnormality can be detected. Therefore, it is possible to prevent the PM removal performance from being deteriorated due to discharge variation.

プラズマリアクタの構成を図解的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a plasma reactor schematically. 本発明の一実施形態に係る放電異常検出装置が組み込まれるプラズマリアクタ用電源装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power supply device for plasma reactors in which the discharge abnormality detection apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is integrated. 電流ピークタイミング検出回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a current peak timing detection circuit. 放電異常検出処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a discharge abnormality detection process. リアクタ印加電圧、リアクタ印加電流、リアクタ印加電流の傾き、電流ピークタイミング信号およびタイマカウント値の時間変化の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the time change of a reactor application voltage, a reactor application current, the inclination of a reactor application current, a current peak timing signal, and a timer count value.

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<プラズマリアクタ>
図1は、プラズマリアクタ1の構成を図解的に示す断面図である。
<Plasma reactor>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the plasma reactor 1.

プラズマリアクタ1は、車両のエンジン(図示せず)から排出される排ガスからPMを除去するために、たとえば、エキゾーストパイプなどの排気管2の途中部に介装される。プラズマリアクタ1は、ケース(ボディ)3と、ケース3内に収容された複数の電極パネル4とを備えている。   The plasma reactor 1 is interposed in the middle of an exhaust pipe 2 such as an exhaust pipe, for example, in order to remove PM from exhaust gas discharged from a vehicle engine (not shown). The plasma reactor 1 includes a case (body) 3 and a plurality of electrode panels 4 accommodated in the case 3.

ケース3は、金属製であり、管状(筒状)に形成されている。ケース3の一方の開口は、排ガスを流入させる流入口であり、他方の開口は、排ガスを流出させる流出口である。エンジンから排気管2に排出される排ガスは、排気管2を流通する途中で、流入口からケース3内に流入して、ケース3内を流通し、流出口から流出する。   The case 3 is made of metal and is formed in a tubular shape (tubular shape). One opening of the case 3 is an inflow port through which exhaust gas flows in, and the other opening is an outflow port through which exhaust gas flows out. The exhaust gas discharged from the engine to the exhaust pipe 2 flows into the case 3 from the inlet while flowing through the exhaust pipe 2, flows through the case 3, and flows out from the outlet.

電極パネル4は、誘電体からなる平板状の誘電体平板5に電極6が厚さ方向に挟み込まれた構成を有している。誘電体平板5の材料である誘電体としては、Al(アルミナ)を例示することができる。電極6の材料としては、タングステンを例示することができる。 The electrode panel 4 has a configuration in which an electrode 6 is sandwiched between a flat dielectric plate 5 made of a dielectric in the thickness direction. Examples of the dielectric that is the material of the dielectric flat plate 5 include Al 2 O 3 (alumina). An example of the material of the electrode 6 is tungsten.

複数の電極パネル4は、たとえば、ケース3の中心線と直交する方向に間隔を空けて、互いに平行をなして(それぞれケース3の中心線方向に延びるように)配置されている。各電極パネル4の電極6は、積層方向と直交する平面に沿う方向で同じ位置に配置され、それらの周縁は、積層方向に互いに対向している(積層方向に重なり合っている)。   The plurality of electrode panels 4 are arranged, for example, in parallel to each other at intervals in a direction orthogonal to the center line of the case 3 (each extending in the direction of the center line of the case 3). The electrodes 6 of each electrode panel 4 are disposed at the same position in a direction along a plane orthogonal to the stacking direction, and their peripheral edges are opposed to each other in the stacking direction (overlapping in the stacking direction).

電極パネル4の電極6には、電極パネル4の積層方向の一方側から順に、プラス配線7およびマイナス配線8が交互に接続されている。プラス配線7およびマイナス配線8は、それぞれプラズマリアクタ用電源装置9のプラス端子およびマイナス端子と電気的に接続されている。   The positive wiring 7 and the negative wiring 8 are alternately connected to the electrode 6 of the electrode panel 4 in order from one side in the stacking direction of the electrode panel 4. The plus wiring 7 and the minus wiring 8 are electrically connected to the plus terminal and the minus terminal of the plasma reactor power supply device 9, respectively.

積層方向に互いに隣り合う電極パネル4の電極6間には、プラズマリアクタ用電源装置9から出力されるパルス波状の高電圧が印加される。この高電圧が電極6間に印加されることにより、電極パネル4間に誘電体バリア放電が生じ、その誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。一方、電極パネル4間には、ケース3の流入口側の端部から排ガスが流入し、その排ガスが流出口側の端部に向けて流通する。電極パネル4間におけるプラズマの発生によって、電極パネル4間を流通する排ガスに含まれるPMが酸化(燃焼)されて除去される。   Between the electrodes 6 of the electrode panels 4 adjacent to each other in the stacking direction, a pulse-wave-like high voltage output from the plasma reactor power supply device 9 is applied. When this high voltage is applied between the electrodes 6, a dielectric barrier discharge is generated between the electrode panels 4, and plasma is generated by the dielectric barrier discharge. On the other hand, between the electrode panels 4, exhaust gas flows from the end portion on the inlet side of the case 3, and the exhaust gas flows toward the end portion on the outlet side. Due to the generation of plasma between the electrode panels 4, PM contained in the exhaust gas flowing between the electrode panels 4 is oxidized (burned) and removed.

<プラズマリアクタ用電源装置>
図2は、プラズマリアクタ用電源装置9の構成を示す回路図である。
<Power supply for plasma reactor>
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the plasma reactor power supply device 9.

プラズマリアクタ用電源装置9は、フライバック型昇圧トランス11、通電制御用MOSFET12、ゲートドライブ回路13および制御装置14を備えている。   The plasma reactor power supply device 9 includes a flyback step-up transformer 11, an energization control MOSFET 12, a gate drive circuit 13, and a control device 14.

フライバック型昇圧トランス11は、一次コイル21および二次コイル22を有している。一次コイル21の一端は、配線23に接続されている。一次コイル21の他端は、通電制御用MOSFET12を介して、グランドに接続(接地)されている。二次コイル22の一端および他端は、それぞれプラス端子およびマイナス端子を介して、プラズマリアクタ1において積層方向に互いに隣り合う電極パネル4の電極6に接続されている。   The flyback step-up transformer 11 has a primary coil 21 and a secondary coil 22. One end of the primary coil 21 is connected to the wiring 23. The other end of the primary coil 21 is connected (grounded) to the ground via the conduction control MOSFET 12. One end and the other end of the secondary coil 22 are connected to electrodes 6 of the electrode panel 4 adjacent to each other in the stacking direction in the plasma reactor 1 via a plus terminal and a minus terminal, respectively.

通電制御用MOSFET12は、たとえば、エンハンスメント型のnMOSFETであり、そのドレインがフライバック型昇圧トランス11の一次コイル21の他端に接続され、ソースがグランドに接続されている。   The conduction control MOSFET 12 is, for example, an enhancement type nMOSFET, and its drain is connected to the other end of the primary coil 21 of the flyback step-up transformer 11 and its source is connected to the ground.

配線23には、ヒューズ24を介して、直流電源であるバッテリ25のプラス端子が接続されている。バッテリ25は、たとえば、公称電圧が12Vの鉛電池である。   A positive terminal of a battery 25 that is a DC power source is connected to the wiring 23 via a fuse 24. The battery 25 is, for example, a lead battery having a nominal voltage of 12V.

ゲートドライブ回路13は、通電制御用MOSFET12のゲートにパルス電圧(ゲート電圧)を印加する回路である。   The gate drive circuit 13 is a circuit that applies a pulse voltage (gate voltage) to the gate of the conduction control MOSFET 12.

制御装置14は、CPUおよびメモリなどを含む構成であり、車両に搭載された複数のECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)のうちの1つであってもよいし、ECUの1つに組み込まれていてもよい。メモリには、たとえば、ROMおよびRAMのほか、フラッシュメモリなどの書換可能な不揮発性メモリが含まれる。   The control device 14 includes a CPU, a memory, and the like, and may be one of a plurality of ECUs (Electronic Control Units) mounted on the vehicle or may be incorporated in one of the ECUs. It may be. The memory includes, for example, a rewritable nonvolatile memory such as a flash memory in addition to a ROM and a RAM.

制御装置14は、ゲートドライブ回路13を制御し、ゲートドライブ回路13からのパルス電圧(ゲート電圧)の出力/停止を切り替える。制御装置14からゲートドライブ回路13にオン指示信号が入力されると、ゲートドライブ回路13から出力されるパルス電圧が立ち上がり、そのパルス電圧が通電制御用MOSFET12のゲートに印加されることにより、通電制御用MOSFET12がオンになる。制御装置14からゲートドライブ回路13にオフ指示信号が入力されると、ゲートドライブ回路13から出力されるパルス電圧が立ち下がり、通電制御用MOSFET12のゲートへのパルス電圧の印加がなくなることにより、通電制御用MOSFET12がオフになる。   The control device 14 controls the gate drive circuit 13 to switch output / stop of the pulse voltage (gate voltage) from the gate drive circuit 13. When an ON instruction signal is input from the control device 14 to the gate drive circuit 13, the pulse voltage output from the gate drive circuit 13 rises, and the pulse voltage is applied to the gate of the conduction control MOSFET 12, thereby controlling energization. MOSFET 12 is turned on. When an off instruction signal is input from the control device 14 to the gate drive circuit 13, the pulse voltage output from the gate drive circuit 13 falls and the pulse voltage is not applied to the gate of the MOSFET 12 for energization control. The control MOSFET 12 is turned off.

通電制御用MOSFET12がオンになると、フライバック型昇圧トランス11の一次コイル21にバッテリ25の電圧が一次電圧として印加され、一次コイル21にエネルギが蓄積される。その後、通電制御用MOSFET12がオフになると、一次コイル21に蓄積されたエネルギが開放されて、一次コイル21に起電力が生じ、フライバック型昇圧トランス11の二次コイル22に巻数比に応じた二次電圧が発生する。通電制御用MOSFET12のオン/オフが繰り返されることにより、二次電圧がパルス的に発生し、パルス波状に変化する二次電圧がプラズマリアクタ1の電極6間に印加される。   When the energization control MOSFET 12 is turned on, the voltage of the battery 25 is applied to the primary coil 21 of the flyback step-up transformer 11 as the primary voltage, and energy is accumulated in the primary coil 21. Thereafter, when the energization control MOSFET 12 is turned off, the energy accumulated in the primary coil 21 is released, an electromotive force is generated in the primary coil 21, and the secondary coil 22 of the flyback step-up transformer 11 is in accordance with the turn ratio. A secondary voltage is generated. By repeatedly turning on / off the power supply control MOSFET 12, a secondary voltage is generated in a pulsed manner, and a secondary voltage that changes in a pulse waveform is applied between the electrodes 6 of the plasma reactor 1.

制御装置14には、電流センサ31が接続されている。電流センサ31は、プラズマリアクタ用電源装置9からプラズマリアクタ1に印加されるリアクタ印加電流を検出し、その電流値に応じた検出信号を出力する。   A current sensor 31 is connected to the control device 14. The current sensor 31 detects a reactor applied current applied to the plasma reactor 1 from the plasma reactor power supply device 9, and outputs a detection signal corresponding to the current value.

制御装置14は、電流センサ31が出力する検出信号から、プラズマリアクタ1に印加されるリアクタ印加電流の立ち上がり後における最初のピーク値(以下、単に「最初のピーク値」という。)を取得する。一方、制御装置14は、エンジン(図示せず)から排出される排ガスの空燃比を取得し、空燃比から排ガスの単位体積に含まれるPM量を求める。制御装置14の不揮発性メモリ(ROM、フラッシュメモリまたはEEPROMなど)には、PM量と目標ピーク値との関係が2次元マップの形態で記憶されている。制御装置14は、PM量と目標ピーク値との関係に基づいて、PM量に応じた目標ピーク値を設定し、リアクタ印加電流の最初のピーク値が目標ピーク値と一致するように、ゲートドライブ回路13を制御する。   The control device 14 acquires the first peak value (hereinafter simply referred to as “first peak value”) after the rise of the reactor applied current applied to the plasma reactor 1 from the detection signal output from the current sensor 31. On the other hand, the control device 14 acquires the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine (not shown), and obtains the PM amount contained in the unit volume of the exhaust gas from the air-fuel ratio. A non-volatile memory (ROM, flash memory, EEPROM, or the like) of the control device 14 stores the relationship between the PM amount and the target peak value in the form of a two-dimensional map. The control device 14 sets a target peak value corresponding to the PM amount based on the relationship between the PM amount and the target peak value, and gate drive so that the first peak value of the reactor applied current matches the target peak value. The circuit 13 is controlled.

<電流ピークタイミング検出回路>
図3は、電流ピークタイミング検出回路41の構成を示す回路図である。
<Current peak timing detection circuit>
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the current peak timing detection circuit 41.

電流ピークタイミング検出回路41は、プラズマリアクタ1に印加されるプラズマ印加電流が最初にピーク値をとるタイミングを検出するためのアナログ回路である。電流ピークタイミング検出回路41は、微分回路42、反転増幅回路43およびシュミット回路(ヒステリシスコンパレータ)44を備えている。   The current peak timing detection circuit 41 is an analog circuit for detecting the timing at which the plasma application current applied to the plasma reactor 1 first takes a peak value. The current peak timing detection circuit 41 includes a differentiation circuit 42, an inverting amplification circuit 43, and a Schmitt circuit (hysteresis comparator) 44.

微分回路42には、電流センサ31の検出信号(電圧)が入力され、微分回路42からは、その入力電圧の時間微分(傾き)に比例した電圧が出力される。   A detection signal (voltage) of the current sensor 31 is input to the differentiation circuit 42, and a voltage proportional to the time differentiation (slope) of the input voltage is output from the differentiation circuit 42.

反転増幅回路43には、微分回路42の出力電圧が入力され、反転増幅回路43からは、その入力電圧が反転および増幅されて出力される。   The output voltage of the differentiation circuit 42 is input to the inverting amplifier circuit 43, and the input voltage is inverted and amplified and output from the inverting amplifier circuit 43.

シュミット回路44には、反転増幅回路43の出力電圧が入力される。その入力電圧が所定の基準電圧を超えると、シュミット回路44からハイレベルの電圧が出力される。シュミット回路44からハイレベルの電圧が出力されると、その後、シュミット回路44に入力される電圧が0に低下するまでハイレベルの電圧が出力され続ける。シュミット回路44に入力される電圧が0に低下すると、シュミット回路44からローレベルの電圧が出力される。   The Schmitt circuit 44 is supplied with the output voltage of the inverting amplifier circuit 43. When the input voltage exceeds a predetermined reference voltage, a high level voltage is output from the Schmitt circuit 44. When the high-level voltage is output from the Schmitt circuit 44, the high-level voltage continues to be output until the voltage input to the Schmitt circuit 44 drops to zero. When the voltage input to the Schmitt circuit 44 drops to 0, a low level voltage is output from the Schmitt circuit 44.

<放電異常検出処理>
図4は、放電異常検出処理の流れを示すフローチャートである。図5は、リアクタ印加電圧、リアクタ印加電流、リアクタ印加電流の傾き、電流ピークタイミング信号およびタイマカウント値の時間変化の概略を示す図である。
<Discharge abnormality detection processing>
FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the discharge abnormality detection process. FIG. 5 is a diagram showing an outline of the time variation of the reactor applied voltage, the reactor applied current, the slope of the reactor applied current, the current peak timing signal, and the timer count value.

プラズマリアクタ1の作動中、制御装置14は、プラズマリアクタ1における放電の異常を検出するため、フライバック型昇圧トランス11の一次コイル21にパルス波状に変化する電圧(パルス印加電圧)の1パルスが入力される度に、図4に示される放電異常検出処理を実行する。   During the operation of the plasma reactor 1, the control device 14 detects one pulse of a voltage (pulse applied voltage) that changes in a pulse waveform in the primary coil 21 of the flyback type step-up transformer 11 in order to detect an abnormality in the discharge in the plasma reactor 1. Each time it is input, the discharge abnormality detection process shown in FIG. 4 is executed.

放電異常検出処理では、パルス印加電圧の立ち下がりエッジが検出される(ステップS1)。パルス印加電圧の立ち下がりエッジは、通電制御用MOSFET12のゲートに印加されるパルス電圧(ゲート電圧)の立ち下がりエッジとほぼ一致するので、パルス印加電圧の立ち下がりエッジの検出に代えて、そのパルス電圧(ゲート電圧)の立ち下がりエッジが検出されてもよい。   In the discharge abnormality detection process, the falling edge of the pulse application voltage is detected (step S1). Since the falling edge of the pulse application voltage substantially coincides with the falling edge of the pulse voltage (gate voltage) applied to the gate of the MOSFET 12 for energization control, the pulse is replaced with the detection of the falling edge of the pulse application voltage. A falling edge of the voltage (gate voltage) may be detected.

パルス印加電圧の立ち下がりエッジが検出されると(ステップS1のYES)。制御装置14に設けられたタイマカウンタのカウントアップが開始される(ステップS2)。   When the falling edge of the pulse application voltage is detected (YES in step S1). The timer counter provided in the control device 14 starts counting up (step S2).

パルス印加電圧が立ち下がると、つまりフライバック型昇圧トランス11の一次コイル21への電圧の印加が停止されると、二次コイル22に二次電圧が発生し、プラズマリアクタ1の電極6間にリアクタ印加電圧が印加され、電極6に電流(リアクタ印加電流)が流れる。電極6に流れる電流の値が上昇し、電流ピークタイミング検出回路41のシュミット回路44に入力される電圧、つまりリアクタ印加電流の傾き(微分値)に比例した電圧が基準電圧を超えると、電流ピークタイミング信号としてシュミット回路44から出力される電圧がローレベルからハイレベルに切り替わる。その後、リアクタ印加電流がピーク値をとり、リアクタ印加電流の傾きが0になると、電流ピークタイミング信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる。   When the pulse application voltage falls, that is, when the application of the voltage to the primary coil 21 of the flyback type step-up transformer 11 is stopped, a secondary voltage is generated in the secondary coil 22, and between the electrodes 6 of the plasma reactor 1. A reactor applied voltage is applied, and a current (reactor applied current) flows through the electrode 6. When the value of the current flowing through the electrode 6 rises and the voltage input to the Schmitt circuit 44 of the current peak timing detection circuit 41, that is, the voltage proportional to the slope (differential value) of the reactor applied current exceeds the reference voltage, the current peak The voltage output from the Schmitt circuit 44 as the timing signal is switched from the low level to the high level. Thereafter, when the reactor applied current takes a peak value and the slope of the reactor applied current becomes zero, the current peak timing signal falls from the high level to the low level.

電流ピークタイミング信号の立ち下がりエッジが検出されるまで、タイマカウンタのカウントアップが継続される(ステップS2)。電流ピークタイミング信号の立ち下がりエッジが検出されると(ステップS3のYES)、タイマカウンタのカウント値(タイマカウント値)が取得される(ステップS4)。   The timer counter continues to count up until the falling edge of the current peak timing signal is detected (step S2). When the falling edge of the current peak timing signal is detected (YES in step S3), the count value (timer count value) of the timer counter is acquired (step S4).

そして、その取得されたタイマカウント値が所定の判定値以下であるか否かが判定される(ステップS5)。   Then, it is determined whether or not the acquired timer count value is equal to or smaller than a predetermined determination value (step S5).

プラズマリアクタ1の電極パネル4の表面にPMや異物が付着して、電極パネル4間の間隔が局所的に狭まっている場合、リアクタ印加電圧が通常の放電開始電圧よりも低いときから、その電極パネル4間の間隔が狭まった部分で放電し始め、電極パネル4間の全体で均一に放電が開始する正常時と比較して、電流ピークタイミング信号の立ち下がりエッジが早く検出される。   When PM or foreign matter adheres to the surface of the electrode panel 4 of the plasma reactor 1 and the interval between the electrode panels 4 is locally narrowed, the electrode is applied from when the reactor applied voltage is lower than the normal discharge start voltage. The discharge starts at a portion where the interval between the panels 4 is narrow, and the falling edge of the current peak timing signal is detected earlier than in the normal state where the discharge between the electrode panels 4 starts uniformly.

プラズマリアクタ1における放電が正常なタイミングで開始した場合にタイマカウント値が判定値を超え、その放電が異常に早いタイミングで開始した場合にタイマカウント値が判定値以下となるように、判定値が設定されている。   When the discharge in the plasma reactor 1 starts at a normal timing, the determination value is such that the timer count value exceeds the determination value, and when the discharge starts at an abnormally early timing, the timer count value is equal to or less than the determination value. Is set.

電流ピークタイミング信号の立ち下がりエッジの検出時におけるタイマカウント値が判定値以下である場合(ステップS5のYES)、プラズマリアクタ1における放電が異常であると判定される(ステップS6)。   When the timer count value at the time of detecting the falling edge of the current peak timing signal is equal to or smaller than the determination value (YES in step S5), it is determined that the discharge in the plasma reactor 1 is abnormal (step S6).

電流ピークタイミング信号の立ち下がりエッジの検出時におけるタイマカウント値が判定値を超えている場合(ステップS5のNO)、プラズマリアクタ1における放電が正常であると判定される(ステップS6のスキップ)。   When the timer count value at the time of detecting the falling edge of the current peak timing signal exceeds the determination value (NO in step S5), it is determined that the discharge in the plasma reactor 1 is normal (skip in step S6).

プラズマリアクタ1における放電の正常/異常が判定されると、タイマカウンタのカウント値が0にリセットされて(ステップS7)、放電異常検出処理が終了される。   When it is determined whether the discharge in the plasma reactor 1 is normal or abnormal, the count value of the timer counter is reset to 0 (step S7), and the discharge abnormality detection process is terminated.

<作用効果>
以上のように、フライバック型昇圧トランス11の一次コイル21への電圧の印加の停止からタイマカウンタのカウントアップが開始される。リアクタ印加電流が最初のピーク値をとると、タイマカウンタのカウントアップが停止され、そのタイマカウンタのカウント値が所定の判定値以下であるか否かが判定される。そして、タイマカウンタのカウント値が判定値以下である場合、プラズマリアクタ1における放電が異常であると判定される。これにより、電極パネル4間での局所的な放電など、放電ばらつきの原因となる放電の異常が発生した場合に、その異常を検出することができる。そのため、プラズマリアクタ1における放電ばらつきによるPM除去性能の低下を未然に防止することができる。
<Effect>
As described above, the timer counter starts counting up from the stop of the application of voltage to the primary coil 21 of the flyback type step-up transformer 11. When the reactor applied current takes the first peak value, the count-up of the timer counter is stopped, and it is determined whether or not the count value of the timer counter is equal to or smaller than a predetermined determination value. When the count value of the timer counter is equal to or smaller than the determination value, it is determined that the discharge in the plasma reactor 1 is abnormal. Thereby, when the abnormality of discharge which causes discharge variation, such as local discharge between electrode panels 4, has occurred, the abnormality can be detected. Therefore, it is possible to prevent the PM removal performance from being deteriorated due to discharge variations in the plasma reactor 1.

<変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
<Modification>
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.

たとえば、通電制御用MOSFET12に代えて、IGBTなど、他のスイッチング素子が採用されてもよい。   For example, instead of the energization control MOSFET 12, another switching element such as an IGBT may be employed.

また、前述の実施形態では、タイマカウンタのカウンタ値を異常判定に用いる構成を取り上げたが、たとえば、時間経過に伴って一定の割合で増加するアナログ電圧を異常判定に用いてもよい。   In the above-described embodiment, the configuration in which the counter value of the timer counter is used for abnormality determination is taken up. However, for example, an analog voltage that increases at a constant rate as time elapses may be used for abnormality determination.

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。   In addition, various design changes can be made to the above-described configuration within the scope of the matters described in the claims.

1 :プラズマリアクタ
6 :電極
11 :フライバック型昇圧トランス
14 :制御装置(放電異常検出装置、計時手段、異常判定手段)
21 :一次コイル
41 :電流ピークタイミング検出回路(ピークタイミング取得手段)
1: Plasma reactor 6: Electrode 11: Flyback type step-up transformer 14: Control device (discharge abnormality detection device, time measuring means, abnormality determination means)
21: Primary coil 41: Current peak timing detection circuit (peak timing acquisition means)

Claims (1)

フライバック型昇圧トランスの二次電圧の印加により電極間に放電を生じるプラズマリアクタの放電異常検出装置であって、
前記フライバック型昇圧トランスの一次コイルへの電圧の印加を停止した後、前記フライバック型昇圧トランスの二次コイルから前記プラズマリアクタに印加される電流が最初のピーク値をとるピークタイミングを取得するピークタイミング取得手段と、
前記一次コイルへの電圧の印加を停止したタイミングから前記ピークタイミング取得手段によってピークタイミングが取得されるまでの時間を計測する計時手段と、
前記計時手段によって計測された時間が所定時間以下である場合、前記プラズマリアクタにおける放電が異常であると判定する異常判定手段とを含む、放電異常検出装置。
A discharge abnormality detection device for a plasma reactor that generates a discharge between electrodes by applying a secondary voltage of a flyback step-up transformer,
After stopping the application of voltage to the primary coil of the flyback type step-up transformer, the peak timing at which the current applied to the plasma reactor takes the first peak value from the secondary coil of the flyback type step-up transformer is acquired. Peak timing acquisition means;
Time measuring means for measuring the time from when the application of the voltage to the primary coil is stopped until the peak timing is acquired by the peak timing acquiring means;
A discharge abnormality detection device comprising: an abnormality determination unit that determines that the discharge in the plasma reactor is abnormal when the time measured by the time measuring unit is equal to or shorter than a predetermined time.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102020108438B4 (en) 2019-03-29 2024-10-02 Niterra Co., Ltd. discharge control device and method

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