JP2018156831A - イオン生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の放電電極の放電状態を個別に検知して、投入電力に対するイオン生成効率が向上されるイオン生成装置を提供すること。
【解決手段】イオン生成装置１は、放電電極２、電源３、放電判定部４、出力制御部５を有する。放電電極２は複数備えられ、電圧の印加により放電してイオンを生成させる。電源３は、複数の放電電極２に印加される電圧を出力する。放電判定部４は、複数の放電電極２のそれぞれが放電しているか否かを判定する。出力制御部５は、放電判定部４の判定結果に基づいて、複数の放電電極２のうちの所定割合以上の放電電極２が放電するように、電源３の出力電圧をフィードバック制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオン生成装置に関する。

従来、放電電極を有する装置において、放電不良や異常放電が発生していることを検知することが行われている。特許文献１には、放電電極とアース電極とを保持した電気絶縁性の電極ホルダに発光表示素子を取り付け、この発光表示素子を電流制御用抵抗を介してアース電極に接続し、この抵抗により発光表示素子を保護しながら、アース電極に流れる放電電流を使用して発光表示素子を点灯させる。特許文献１の構成では発光表示素子が発光することにより、放電不良や異常放電が報知される。

特許第２８１６６６７号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、放電電極に正常に放電が生じていることや、放電電極が開放状態となっていることは直接検知できない。また、複数の放電電極を有する構成では放電開始電圧は放電電極ごとに異なるため、一つの放電電極が放電していても他の放電電極が放電しているとは限らない。そのため、複数の放電電極を有するイオン生成装置に特許文献１に開示の構成を適用すると、すべての放電電極に放電が生じている全層放電状態であるか否かを判定ができない。その結果、全層放電状態ではない場合には、所望のイオン量を得るために多くの電力が必要となり、投入電力に対するイオン生成効率が低下する。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、複数の放電電極の放電状態を個別に検知して、投入電力に対するイオン生成効率が向上されるイオン生成装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、電圧の印加により放電してイオンを生成させる複数の放電電極（２）と、
該複数の放電電極に印加される電圧を出力する電源（３）と、
上記複数の放電電極のそれぞれが放電しているか否かを判定する放電判定部（４）と、
該放電判定部の判定結果に基づいて、上記複数の放電電極のうちの所定割合以上の上記放電電極が放電するように上記電源の出力電圧をフィードバック制御する出力制御部（５）と、
を備えるイオン生成装置（１）にある。

上記イオン生成装置においては、放電判定部が複数の放電電極が放電しているか否かを個別に判定し、出力制御部が複数の放電電極のうちの所定割合以上の放電電極が放電するように電源の出力電圧を制御する。これにより、所定割合以上の放電電極を放電させてイオンを発生させることができるため、投入電力に対するイオン生成効率を向上することができる。

以上のごとく、本発明によれば、複数の放電電極の放電状態を個別に検知して、投入電力に対するイオン生成効率が向上されるイオン生成装置を提供することができる。

なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、イオン生成装置の構成を示すブロック図。 実施形態１における、電流値の変化と放電フラグを示す概念図。 実施形態１における、イオン生成装置の制御態様を示すフロー図。 実施形態２における、イオン生成装置の構成を示すブロック図。 実施形態２における、イオン生成装置の制御態様を示すフロー図。 変形形態１における、イオン生成装置の制御態様を示す他のフロー図。 実施形態３における、イオン生成装置の構成を示すブロック図。 実施形態３における、イオン生成装置の制御態様を示すフロー図。 変形形態２における、電流値の変化、放電フラグ及び短絡フラグを示す概念図。

（実施形態１）
上述のイオン生成装置の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
図１に示すように、本実施形態のイオン生成装置１は、放電電極２、電源３、放電判定部４、出力制御部５を有する。
放電電極２は複数備えられ、電圧の印加により放電してイオンを生成させる。
電源３は、複数の放電電極２に印加される電圧を出力する。
放電判定部４は、複数の放電電極２のそれぞれが放電しているか否かを判定する。
出力制御部５は、放電判定部４の判定結果に基づいて、複数の放電電極２のうちの所定割合以上の放電電極２が放電するように、電源３の出力電圧をフィードバック制御する。

以下、本実施形態のイオン生成装置１について、詳述する。
本実施形態のイオン生成装置１は、内燃機関を有する自動車に備えられる排ガス清浄機に搭載される。そして、イオン生成装置１により生成されたイオンを利用して排ガスが清浄化される。図１に示すように、本実施形態におけるイオン生成装置１には、電源３が備えられている。電源３は放電電極２に高電圧を印加することができる高電圧電源である。イオン生成装置１では、一つの電源３から後述の複数の放電電極２に電圧が印加されるように構成されている。

図１に示すように、本実施形態では複数の放電電極２として、第１放電電極２１、第２放電電極２２、第３放電電極２３及び第４放電電極２４からなる。そして、第１〜第４放電電極２１〜２４は互いに並列に接続されている。各放電電極２は電極対を備え、放電電極２に電源３の出力電圧が印加されることにより当該電極対の間に放電を発生するように構成されている。

図１に示すように、放電電極２には放電電極２に流れる電流の電流値を取得する電流値取得部７が接続されている。本実施形態では、電流値取得部７は電流センサからなる。電流値取得部７が電流値を取得するタイミングは特に限定されないが、本実施形態では常時取得している。なお、本実施形態では、電流値取得部７は当該取得した放電電極２の電流値に応じた電圧値を有する電気信号を出力するように構成されている。電流値取得部７としては例えば、放電電極２に流れる電流値を電圧値に変換するために、抵抗器やコンデンサを用いることができる。

図１に示すように、イオン生成装置１は、電流値取得部７の出力値が格納される電流値格納部７１を備えている。電流値格納部７１は書き換え可能な揮発性メモリからなる。電流値格納部７１には、放電電極２ごとに電流値取得部７の出力値が格納される。

図１に示すように、イオン生成装置１は閾値記憶部５１を備える。閾値記憶部５１は、書き換え不能な不揮発性メモリからなり、放電電極２における放電開始時に生じる電流値に相当する値である第１閾値が予め記憶されている。

図１に示す放電判定部４は、電流値格納部７１に格納された電流値取得部７の出力値を抽出するとともに、閾値記憶部５１に格納された第１閾値を抽出し、両者を比較して各放電電極２１〜２４が放電しているか否かを判定する。放電電極２ごとに格納された電流値取得部７の出力値が第１閾値よりも大きい場合は、放電判定部４は、当該放電電極２は放電していると判定し、そうでない場合は当該放電電極２は放電していないと判定する。例えば、図２に示すように、放電判定部４は、電流値取得部７の出力値が第１閾値より大きくなったときに放電フラグをオンにして当該放電電極２が放電していると判定する。そして、かかる判定を放電電極２ごとに行う。

図１に示すように、出力制御部５は、放電判定部４の判定結果が入力される。さらに、放電判定部４において複数の放電電極２のうちの所定割合以上の放電電極２が放電していると判定されるように、電源３の出力電圧をフィードバック制御する。上記所定割合は、放電判定部４が放電していると判定する放電電極２の数が、全放電電極２の数の少なくとも７０％、好ましくは７５％以上、より好ましくは８０％以上、更に好ましくは９０％以上とすることができる。本実施形態では、上記所定割合を７５％以上としており、４個の放電電極２のうち３個以上が放電していると判定されるように、出力制御部５は電源３の出力電圧をフィードバック制御する。

次に、イオン生成装置１における制御態様について図３に示すフロー図に従って説明する。図３に示すように、まず、ステップＳ１において、電源３から４個の放電電極２への電圧の印加を開始する。印加開始時の印加電圧は０である。そして、ステップＳ２において、出力制御部４により印加電圧を０から上昇させる。これとともに、ステップＳ３において、電流値取得部７により、各放電電極２における電流値を取得する。電流値取得部７は取得した電流値に基づく出力値を出力値格納部７１に格納する。

その後、ステップＳ４において、放電判定部４により、各放電電極２が放電しているか否かを判定する。放電判定部４は、出力値格納部７１から電流値取得部７の出力値を抽出し、閾値記憶部５１から第１閾値を抽出し、両者を比較する。そして、電流値取得部７の出力値が第１閾値よりも大きい場合は、放電電極２が放電していると判定し、そうでない場合は放電電極２が放電していないと判定する。

そして、ステップＳ５において、出力制御部５に放電判定部４の判定結果が入力され、出力制御部５により、複数の放電電極２のうちの所定割合以上の放電電極２が放電しているか否かを判定する。所定割合以上が放電していないと判定された場合は、ステップＳ５のＮｏに進み、再度ステップＳ２に戻る。

一方、ステップＳ５において、出力制御部５により、所定割合以上の放電電極２が放電していると判定された場合は、ステップＳ５のＹｅｓに進み、ステップＳ６において、出力制御部５により、電源３の出力電圧の周波数、デューティー及びバーストの少なくともいずれかを調整して、放電を維持しつつ電源３の出力電圧が過剰とならないように制御する。これにより、出力制御部５により、複数の放電電極２のうちの所定割合以上の放電電極２が放電するように制御されて、全層放電若しくはこれに近い状態が維持される。

次に、本実施形態のイオン生成装置１における作用効果について、詳述する。
本実施形態のイオン生成装置１によれば、放電判定部４が複数の放電電極２が放電しているか否かを個別に判定し、出力制御部５が複数の放電電極２のうちの所定割合以上の放電電極２が放電するように電源の出力電圧を制御する。これにより、所定割合以上の放電電極２を放電させてイオンを発生させることができるため、投入電力に対するイオン生成効率を向上することができる。

また、本実施形態では、複数の放電電極２に流れる電流値をそれぞれ取得する電流値取得部７と、放電電極２における放電開始時に生じる電流値の極大値に相当する値である第１閾値が予め記憶された閾値記憶部５１と、を備え、放電判定部４は、電流値取得部７が取得した電流値が第１閾値よりも大きいときに放電電極２が放電していると判定するように構成されている。これにより、放電判定部４は高い精度で放電電極２の放電を判定することができる。

また、本実施形態では、出力制御部５は、電流値取得部７が取得した電流値が第１閾値以上の範囲内で第１閾値に近づくようにフィードバック制御するように構成されている。これにより、イオン生成装置１における投入電力に対するイオン生成効率を一層向上させることができる。

以上のごとく、本発明によれば、複数の放電電極２の放電状態を個別に検知して、投入電力に対するイオン生成効率が向上されるイオン生成装置１を提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態のイオン生成装置１では、実施形態１の場合と同様の構成を有するとともに、図４に示すように、電源出力値取得部７２、電源出力値格納部７３、電源出力値判定部４１、異常判定部８を有する。
電源出力値取得部７２は電源３の出力電圧値を取得する。
電源出力値格納部７３は、電源出力値取得部７２が取得した電源３の出力電圧値を格納する。
電源出力値判定部４１は、電源出力格納部７３に格納された電源３の出力電圧値と、予め記憶された出力基準値とを比較し、電源３の出力電圧値が当該電源出力基準値よりも大きいか否かを判定する。
異常判定部８は、放電電極２に異常が発生したか否かを判定する。
そして、出力制御部５は、異常判定部８の判定結果に基づいて、電源３の出力電圧を制御する。本実施形態では、出力基準値は基準値記憶部５２に予め記憶されており、イオン生成装置１の駆動許容範囲における電源３の最大出力電圧値に相当する値となっている。その他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

次に、本実施形態２におけるイオン生成装置１の制御態様について、図５に示すフロー図を用いて説明する。まず、図３に示す実施形態１の場合と同様に、図５に示すように、ステップＳ１〜Ｓ５を実施する。そして、ステップＳ５において、放電判定部４が所定割合以上の放電電極２が放電していないと判定した場合は、ステップＳ５のＮｏに進み、ステップＳ７において、電源出力値取得部７２により、電源３の出力電圧値を取得して電源出力値格納部７３に格納する。

そして、ステップＳ８において、電源出力値判定部４１により、電源出力値格納部７３から電源３の出力電圧値を抽出し、基準値記憶部５２に記憶された出力基準値を抽出して両者を比較し、電源３の出力電圧値が出力基準値としての最大出力電圧値に達しているか否かを判定する。

ステップＳ８において、電源３の出力電圧値が最大出力電圧値に達していると判定された場合、すなわち、電源３の出力電圧値が最大出力電圧値に達していると判定され、且つ、放電判定部４が所定割合以上の放電電極２が放電していないと判定した場合、ステップＳ９において、異常判定部８により、放電電極２の少なくとも一つに異常が発生していると判定する。

その後、ステップＳ１０において、異常判定部８の判定結果に基づいて、出力制御部５により、電源３の出力を停止する。この場合は、異常判定部８により、電源３の出力電圧値が最大出力電圧値に達しているが放電電極２に放電が発生していないことから、放電電極２に溶接部や接合部に欠落や破損等が生じて当該放電電極２が開放状態になったと判定して、電源３の出力を停止することとなる。一方、ステップＳ８において、電源３の出力電圧値が最大出力電圧値に達していないと判定された場合は、ステップＳ８のＮｏに進み、再度ステップＳ２において電源３の出力電圧を上昇させて、以降のステップを実施する。

本実施形態２におけるイオン生成装置１によれば、電源３の出力電圧値が予め記憶された出力基準値に達したか否かを判定する電源出力値判定部４１を備え、異常判定部８が異常の発生の有無を判定する。そして、出力制御部５は、異常判定部８の判定結果に基づいて、電源３の出力電圧を制御するように構成されている。これにより、放電電極２に異常が生じたときに電源３の出力電圧値が過度に大きくなることを抑制でき、イオン生成効率の向上に寄与する。

また、本実施形態では、出力基準値は電源３の最大出力電圧値に相当する値である。これにより、放電電極２が開放状態となったことを検出できるようになるため、無駄な電力投入を回避してイオン生成効率の向上を図ることができる。なお、本実施形態のイオン生成装置１においても、上述の実施形態１と同等の作用効果を奏する。

上述の実施形態２では、図５に示すように、ステップＳ１において、印加開始時の印加電圧を０Ｖとしたが、これに替えて、図６に示す変形形態１では、まず、ステップＳ３０において、初期印加電圧を０ではない所定の値Ｐとして電源３から放電電極２への電圧の印加を開始する。その後、実施形態１、２と同様にステップＳ３〜Ｓ５を実施する。ステップＳ５において、放電判定部４が、所定割合以上の放電電極２が放電していると判定した場合は、ステップＳ５のＹｅｓに進み、ステップＳ３６において、出力制御部５により、電源３の出力電圧値である印加電圧を低下させる。そして、ステップＳ３に戻る。

一方、ステップＳ５において、放電判定部４が、所定割合以上の放電電極２が放電していないと判定した場合は、ステップＳ５のＮｏに進み、ステップＳ３７に進み、出力制御部５により、電源３の出力電圧を上げて印加電圧を上昇させる。そして、ステップＳ３８〜Ｓ４０において、ステップＳ３〜Ｓ５と同様に、放電電極２における放電の判定を行う。そして、ステップＳ４０において、所定割合以上の放電電極２が放電していると判定された場合は、ステップＳ４０のＹｅｓに進み、ステップＳ４１において、図３に示す実施形態１におけるステップＳ６と同様に、電源３の出力電圧を制御し、終了する。

一方、ステップＳ４０において、所定割合以上の放電電極２が放電していないと判定された場合は、ステップＳ４０のＮｏに進み、ステップＳ４２〜Ｓ４５において、実施形態２におけるステップＳ７〜Ｓ１０と同様に、電源３の出力電圧値を取得し、取得した出力電圧値が出力基準値となる電源３の最大出力電圧値であるか否かを判定する。ステップＳ４３において、取得した出力値が最大出力電圧値であると判定された場合には、放電電極２に異常が発生していると判定し、電源３の出力を停止して終了する。一方、ステップＳ４３において、取得した出力電圧値が最大出力電圧値でないと判定された場合には、ステップＳ３７に戻り、電源３の出力電圧値である印加電圧を上昇させ、以降のステップを実施する。

図６に示すように、かかる変形形態１のように、放電電極２への初期印加電圧を所定の値とした場合であっても、実施形態１、２と同等の作用効果を奏する。

（実施形態３）
本実施形態のイオン生成装置１では、実施形態１の場合と同様の構成を有するとともに、図７に示すように、異常判定部８を備える。また、閾値記憶部５１には、上記第１閾値とともに、第２閾値が予め記憶されている。
異常判定部８は、放電電極２に異常が発生したか否かを判定する。
出力制御部５は、異常判定部８の判定結果に基づいて電源３の出力電圧を制御する。
本実施形態では、第２閾値は、放電電極３が短絡したときに放電電極２に流れる電流値に相当する値である。その他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

本実施形態では、異常判定部８は、電流値取得部７が取得した電流値が第２閾値に達したと判定されたときに放電電極２に異常が発生していると判定する。そして、出力制御部５は、異常判定部８が放電電極２に異常が発生していると判定したときに、電源３の出力を停止するように構成されている。

次に、実施形態３におけるイオン生成装置１の使用態様について、図８に示すフロー図を用いて説明する。まず、図３に示す実施形態１の場合と同様に、図８に示すように、ステップＳ１〜Ｓ６を実施する。そして、ステップＳ６の後、ステップＳ１１において、異常判定部８により、電流値取得部７が取得した電流値が第２閾値以上であるか否かを判定する。当該電流値が第２閾値以上である場合は、ステップＳ１１のＹｅｓに進み、ステップＳ１２において、異常判定部８が放電電極に異常が発生していると判定する。その後、ステップＳ１３において、出力制御部５により電源３の出力を停止して、この制御を終了する。一方、ステップＳ１１において、電流値取得部７が取得した電流値が第２閾値以上でない場合は、ステップＳ１１のＮｏに進み、この制御を終了する。

本実施形態のイオン生成装置１によれば、放電電極２が短絡したときに放電電極２に流れる電流値に相当する第２閾値に基づいて、放電電極２の異常を判定している。これにより、放電電極２の少なくとも一つに短絡が生じているときには、出力制御部５がこれに応じて電源３の出力電圧を制御することができる。その結果、複数の放電電極２を有するイオン生成装置１において投入電力に対するイオン生成効率を向上させつつ、放電電極２の異常が発生した場合でも適切な対応を行うことを可能にしている。

また、本実施形態では、出力制御部５は、異常判定部８が複数の放電電極２の少なくとも一つに異常が発生していると判定したときに、電源３の出力を停止するように構成されている。これにより、放電電極２に異常が発生した場合に電源３の出力を停止することにより、イオン生成効率の低い状態での動作を停止させて、投入電力に対するイオン生成効率を一層向上させることができる。なお、本実施形態においても実施形態１と同等の作用効果を奏する。

なお、上述の実施形態１〜３において、放電電極２における電流値が脈動しており、図２に示すように、電流値取得部７の出力値が脈動する場合、本実施形態では、放電判定部４は、電流値取得部７の出力値が最初に第１閾値以上となるタイミングＴ１において放電電極２が放電していると判定することとなる。これに替えて、電流値取得部７の出力値が第１閾値を予め設定した回数超えたときに放電電極２が放電していると判定してもよい。例えば、図９に示す変形形態２のように、電流値取得部７の出力値が第１閾値を３回超えたときに放電電極２が放電していると判定してもよい。また、同様に、上述の実施形態３では異常判定部８は、電流値取得部７の出力値が最初に第２閾値以上となるタイミングＴ４において放電電極２に異常が発生していると判定することとなるが、これに替えて、電流値取得部７の出力値が第２閾値を予め設定した回数超えたときに放電電極２に異常が発生していると判定してもよい。例えば、図９に示す変形形態２のように、第２閾値以上となるタイミングＴ５において放電電極２に異常が発生していると判定してもよい。

また、電流値取得部７の出力値が第１閾値及び第２閾値を超えたか否かの検出方法は限定されないが、ピークディテクタを用いて検出することができる。ピークディテクタを使用する場合は、検出したピーク値が第１閾値を超えて、予め設定した時間を経過したときに放電がしていると判定するようにしてもよい。この場合には、検出精度が安定するとともに、検出タイミングの自由度が高くなる。なお、ピークディテクタを構成する整流回路として、理想ダイオード回路を使用することが好ましい。この場合は、ピーク値の検出精度が一層高まる。

本発明は上記各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能であり、実施形態１〜３及び変形形態の構成のいずれかを任意に組み合わせた構成とすることもできる。

１ イオン生成装置
２ 放電電極
３ 電源
４ 放電判定部
５ 出力制御部
５１ 閾値記憶部
７ 電流取得部
７２ 電源出力値判定部
８ 異常判定部

Claims (8)

1. 電圧の印加により放電してイオンを生成させる複数の放電電極（２）と、
   該複数の放電電極に印加される電圧を出力する電源（３）と、
   上記複数の放電電極のそれぞれが放電しているか否かを判定する放電判定部（４）と、
   該放電判定部の判定結果に基づいて、上記複数の放電電極のうちの所定割合以上の上記放電電極が放電するように上記電源の出力電圧をフィードバック制御する出力制御部（５）と、
   を備えるイオン生成装置（１）。
2. 上記複数の放電電極に流れる電流値をそれぞれ取得する電流値取得部（７）と、
   上記放電電極における放電開始時に生じる電流値に相当する第１閾値が予め記憶された閾値記憶部（５１）と、を備え、
   上記放電判定部は、上記電流値取得部が取得した上記電流値が、上記第１閾値よりも大きいときに上記放電電極が放電していると判定する、
   請求項１に記載のイオン生成装置。
3. 上記出力制御部は、上記電流値取得部が取得した上記電流値が上記第１閾値以上の範囲内で上記第１閾値に近づくように上記フィードバック制御する、請求項２に記載のイオン生成装置。
4. 上記放電電極に異常が発生しているか否かを判定する異常判定部（８）を備え、
   上記出力制御部は、上記異常判定部の判定結果に基づいて、上記電源の出力電圧を制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオン生成装置。
5. 上記電源の出力電圧値が予め記憶された出力基準値に達したか否かを判定する電源出力値判定部（７２）を備え、
   上記異常判定部は、上記電源出力値判定部において上記電源の出力電圧値が上記出力基準値に達したと判定され、かつ、上記放電判定部において上記複数の放電電極のうち所定割合以上の放電電極が放電していないと判定されたときに、上記放電電極に異常が発生していると判定する、請求項４に記載のイオン生成装置。
6. 上記出力基準値は上記電源の最大出力電圧値に相当する値である、請求項５に記載のイオン生成装置。
7. 上記閾値記憶部には、上記放電電極が短絡したときに上記放電電極に流れる電流値に相当する第２閾値が予め記憶されており、
   上記異常判定部は、上記電流値取得部が取得した上記電流値が上記第２閾値よりも大きいときに上記放電電極に異常が発生していると判定する、請求項４〜６のいずれか一項に記載のイオン生成装置。
8. 上記出力制御部は、上記異常判定部が上記複数の放電電極の少なくとも一つに異常が発生していると判定したときに、上記電源の出力を停止する、請求項４〜７のいずれか一項に記載のイオン生成装置。

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