JP4269436B2

JP4269436B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP4269436B2
Application number: JP28226099A
Authority: JP
Inventors: 宮男荒川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2019-10-04
Also published as: JP2001098932A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電エネルギで排気ガスの浄化を促進する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、放電エネルギを利用して排気ガスを浄化する新たな排気ガス浄化技術が研究されている。この技術は、例えば特開平５−５９９３４号公報に記載されているように、内燃機関の排気ガスを、少なくとも１対の放電電極間に形成された流路に流し、該放電電極間に交流高電圧電源から交流高電圧を印加して放電を発生させることで、排気ガスを浄化するようにしている。更に、この公報には、内燃機関の運転状態に応じて排気浄化装置の供給電力を制御することが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、排気浄化装置の放電発生領域の温度や煤等の汚れの付着によって放電の発生条件が変化するため、内燃機関の運転状態に基づいて供給電力を制御したのでは、放電発生領域の温度や煤等の汚れの付着の影響を受けて放電状態が変化してしまい、最適な放電状態を維持することができず、排気浄化効率が低下してしまう。
【０００４】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、放電発生領域の温度や煤等の汚れの付着の影響を受けない安定した放電制御を行うことができ、排気浄化効率を向上することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置は、放電電流を放電電流検出手段により検出し、この放電電流検出手段から出力される放電電流検出信号を所定のしきい値と比較して該しきい値を越えたパルスの数によって放電の発生状態を判断して放電電極への供給電力を制御する。この場合、放電の発生量が増えれば、放電電流が増加するという関係があるため、放電電流を検出すれば、その検出信号から放電の発生状態を精度良く判定することができる。これにより、実際の放電の発生状態を確認しながら供給電力を制御して放電の発生状態を適正化することができ、放電発生領域の温度や煤等の汚れの付着の影響を受けない安定した放電制御を行うことができて、排気浄化効率を向上することができる。
【０００６】
この場合、放電電流は、放電が発生する毎にパルス状に流れるため、請求項１のように、放電電流検出手段から出力される放電電流検出信号を所定のしきい値と比較して該しきい値を越えたパルスの数によって放電の発生状態を判断するようにすれば、放電の発生頻度を精度良く検出することができる。
【０００７】
また、放電電流検出手段から出力される放電電流検出信号には、低周波の容量成分や高周波のノイズ成分が含まれるため、請求項２のように、放電電流検出信号から低周波成分と高周波のノイズ成分を除去するフィルタ手段を設けた構成としても良い。このようにすれば、フィルタ手段によって放電電流検出信号から真の放電電流（パルス成分）のみを抽出して放電の発生状態を正確に判断することができる。
【０００８】
また、内燃機関の運転状態に応じて、浄化すべきエミッション量が変化することを考慮して、請求項３のように、内燃機関の運転状態と放電電流検出信号とに基づいて放電電極への供給電力を制御すると良い。このようにすれば、内燃機関の運転状態によって変化するエミッション量に応じた適正な放電状態を発生させるのに必要な供給電力を、放電発生領域の温度や煤等の汚れの付着の影響を受けないように制御することができ、内燃機関の全運転領域で安定した排気浄化効率を得ることができる。
【０００９】
この場合、請求項４のように、内燃機関の運転状態に応じて基準供給電力を設定し、この基準供給電力を放電電流検出信号に基づいて補正することで目標供給電力を設定して供給電力を制御するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の運転状態に応じて設定した基準供給電力を、放電発生領域の温度や煤等の汚れの付着量に応じて適正に補正することができ、比較的簡単な処理により内燃機関の全運転領域で安定した排気浄化効率を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をガソリンエンジンに適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。図２に示すように、内燃機関（エンジン）の排気管１１の途中に排気浄化装置１２が設けられている。この排気浄化装置１２は、複数枚の放電電極１３，１４を排気ガスの流れに沿って平行に配置し、放電電極１３，１４間には、多数の誘電体粒１５が収容され、この誘電体粒１５の隙間を排気ガスが通過するようになっている。この誘電体粒１５の表面には、排気ガスの浄化反応を促進する触媒がコーティングされている。尚、放電電極１３，１４間に誘電体粒１５を収容せずに空間としても良い。
【００１１】
対向する放電電極１３，１４間には、交流高電圧発生装置１６で発生した高周波数の交流高電圧が印加され、誘電体粒１５間で放電が発生する。これにより、誘電体粒１５の隙間を流れる排気ガスが放電場に晒されて、その放電エネルギと誘電体粒１５の表面の触媒とによって排気ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ等の浄化反応が促進される。尚、放電電極１３，１４間に誘電体粒１５を収容しない構成とした場合には、放電電極１３，１４間で発生する放電によって排気ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ等の浄化反応が促進される。
【００１２】
次に、交流高電圧発生装置１６の構成を図１に基づいて説明する。この交流高電圧発生装置１６は、車両に搭載された直流電源１７から供給される直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１８で昇圧し、その電圧をインバータ回路１９によって高周波の交流高電圧［図３（ａ）参照］に変換し、放電電極１３，１４間に印加して放電を発生させる。インバータ回路１９は、エンジン制御回路２０によって制御され、インバータ駆動回路２１でＨブリッジインバータ２２を駆動してトランス２３の二次側出力を制御する。
【００１３】
トランス２３の二次巻線のグランド側には、放電電流を検出する電流プローブ２４（放電電流検出手段）が設けられている。この電流プローブ２４から出力される放電電流検出信号［図３（ｂ）参照］は、フィルタ回路２５（フィルタ手段）に入力され、この放電電流検出信号から低周波の容量成分や高周波のノイズ成分が取り除かれる［図３（ｃ）参照］。これにより、フィルタ回路２５を通過した真の放電電流のパルス成分のみがＰＷＭ回路２６に入力される。
【００１４】
このＰＷＭ回路２６は、フィルタ後の放電電流検出信号を所定のしきい値［図３（ｃ）参照］と比較して放電電流検出信号がしきい値を越える毎に放電検出パルス［図３（ｄ）参照］を発生する比較回路（図示せず）が内蔵されている。これにより、プラス電圧の放電が発生する毎に放電検出パルスが発生し、この放電検出パルスの発生頻度から放電の発生頻度が検出される。ＰＷＭ回路２６は、特許請求の範囲でいう制御手段として機能し、図４に示すように、放電検出パルスの発生頻度に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧を変化させるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１８に制御信号を送る。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧が変化すれば、それに応じてインバータ回路１９の出力電圧も変化し、放電電極１３，１４への供給電力が変化する。
【００１５】
一方、エンジン制御回路２０は、ＰＷＭ回路２６と共に特許請求の範囲でいう制御手段として機能し、エンジン運転状態（例えば吸入空気量、エンジン回転数、負荷等）に応じてインバータ回路１９の出力周波数を変化させることで、エンジン運転状態に応じて放電電極１３，１４への供給電力（基準供給電力）を制御する。
【００１６】
この際、ＰＷＭ回路２６は、フィルタ後の放電電流検出信号から得られた放電検出パルスの発生頻度が目標値よりも少ない時は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧を上昇させ、放電電極１３，１４への供給電力を増加させて放電の発生頻度を増加させる。一方、放電検出パルスの発生頻度が目標値よりも多い時は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧を低下させ、放電電極１３，１４への供給電力を減少させて放電の発生頻度を減少させる。
【００１７】
以上説明した本実施形態では、フィルタ後の放電電流検出信号をしきい値と比較して得られた放電検出パルスの発生頻度から放電の発生頻度を検出し、その発生頻度に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧を制御して放電電極１３，１４への供給電力を制御するようにしているので、実際の放電の発生頻度を確認しながら、放電電極１３，１４への供給電力を制御して放電の発生頻度を適正化することができ、放電発生領域の温度や煤等の汚れの付着の影響を受けない安定した放電制御を行うことができて、排気浄化効率を向上することができる。
【００１８】
しかも、本実施形態では、エンジン運転状態に応じてインバータ回路１９の出力周波数を変化させることで、エンジン運転状態に応じて放電電極１３，１４への供給電力（基準供給電力）を制御するようにしたので、エンジン運転状態によって変化するエミッション量に応じた適正な放電状態を発生させることができ、全運転領域で安定した排気浄化効率を得ることができる。
【００１９】
尚、エンジン運転状態に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧を変化させても良く、また、放電検出パルスの発生頻度に応じてインバータ回路１９の出力周波数を変化させるようにしても良い。
【００２０】
ところで、図３（ｂ）に示すように、放電電流はプラス側、マイナス側のいずれでも発生するが、本実施形態では、ＰＷＭ回路２６の入力信号処理部の回路構成を簡単化するために、図３（ｃ）に示すように、放電電流検出信号をプラス電圧のしきい値と比較してプラス電圧の放電が発生する毎に放電検出パルスを出力するようにしたが、マイナス電圧の放電も発生するため、放電電流検出信号をマイナス電圧のしきい値と比較してマイナス電圧の放電が発生する毎に放電検出パルスを出力するようにしても良い。勿論、プラス電圧のしきい値とマイナス電圧のしきい値の両方を設定して、プラス電圧、マイナス電圧を問わず、全ての放電が発生する毎に放電検出パルスを出力するようにしても良く、これにより、放電の発生状態をより精度良く検出することができる。
【００２１】
また、ＰＷＭ回路２６の機能をエンジン制御回路２０に組み込んでも良く、更に、ＰＷＭ回路２６の機能をエンジン制御回路２０でソフトウエアにより実現するようにしても良い。
その他、本発明は、放電電極１３，１４の枚数や配置形態、流路の構造等を変更したり、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に適用しても良い等、種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における排気浄化装置の電気的構成を示すブロック図
【図２】排気浄化装置の機械的構成を示す縦断面図
【図３】各部の信号波形を示すタイムチャート
【図４】放電検出パルスの発生頻度、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧、インバータ回路の出力との関係を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…排気管、１３，１４…放電電極、１５…誘電体粒、１６…交流高電圧発生装置、１７…直流電源、１８…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１９…インバータ回路、２０…エンジン制御回路（制御手段）、２３…トランス、２４…電流プローブ（放電電流検出手段）、２５…フィルタ回路（フィルタ手段）、２６…ＰＷＭ回路（制御手段）。

Claims

内燃機関の排気ガスを、少なくとも１対の放電電極間に形成された流路に流し、該放電電極間に交流高電圧を印加して放電を発生させることで、排気ガスを浄化する排気浄化装置において、
放電電流を検出する放電電流検出手段と、
前記放電電流検出手段から出力される放電電流検出信号に基づいて放電の発生状態を判断して前記放電電極への供給電力を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記放電の発生状態を判断する際に、前記放電電流検出手段から出力される放電電流検出信号を所定のしきい値と比較して該しきい値を越えたパルスの数によって放電の発生状態を判断することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記放電電流検出手段から出力される放電電流検出信号から低周波成分と高周波のノイズ成分を除去するフィルタ手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記制御手段は、内燃機関の運転状態と前記放電電流検出信号とに基づいて前記放電電極への供給電力を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記制御手段は、内燃機関の運転状態に応じて基準供給電力を設定し、この基準供給電力を前記放電電流検出信号に基づいて補正することで目標供給電力を設定して前記放電電極への供給電力を制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。