JP6126068B2 - 排ガス浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、粒子状物質を含むガスが流れる通路において、その粒子状物質を処理する排ガス浄化装置に関する。
工場ガス、自動車、機械(内燃機関を含む)等の排ガスに含まれる粒子状物質(パティキュレート・マター(PM))を処理するための排ガス浄化装置の一例が特許文献1に開示されている。特許文献1の排ガス浄化装置は、筒形状をなす外殻と、外殻の内側に沿って配置される集塵極と集塵フィルタ層とから構成されている集塵フィルタ装置と、この集塵フィルタ装置の内側に設けられて粒子状物質を含む排ガスの流路の中央部に配置される放電極とを有する。放電極は、外殻の中心軸線に沿って延在する主部と、この主部から各々が外殻のその中心軸線に直交する方向に突き出る複数の突出部とを有している。また、集塵極は導電性であり、外殻を介してアースに接するように構成されている。特許文献1の記載によれば、放電極に高電圧を印加することで、放電極の突出部の周りにコロナ放電が生じ、このコロナ放電により排ガス中の粒子状物質は帯電される。帯電された粒子状物質はクーロン力により対向する電極である集塵極に向けて流れることができる。その結果、排ガスの流れ方向に直交する方向にイオン風が形成され、集塵フィルタ装置で粒子状物質が捕集される。なお、特許文献1の一実施形態では、集塵フィルタ装置を蛇腹形状とし、それにより、集塵極の表面積を増して粒子状物質の捕集率を高めている。
また、特許文献2も、排ガス中の粒子状物質を捕集して処理するための排ガス浄化装置を開示する。特許文献2の排ガス浄化装置は、集塵フィルタ装置が蛇腹形状ではないが特許文献1の排ガス浄化装置と同様の構成を備え、さらに酸化触媒が表面に塗布されたヒータを備える。特許文献2の排ガス浄化装置では、ヒータを加熱することにより、集塵フィルタ装置で捕集したPMを燃焼除去するようにしている。
特開2009−112916号公報 特開2009−127442号公報
上記特許文献1の排ガス浄化装置では、排ガス中の粒子状物質の捕集量がある程度以上にまで達すると、捕集した粒子状物質を外殻の外に取り除く必要がある。また、特許文献2の排ガス浄化装置では、粒子状物質の燃焼用にヒータを加熱する必要がある。
本発明は、新規な構成により、粒子状物質を処理することができる排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、
粒子状物質を含む排ガスの流路を形成する筒状の外殻の内側に配置される放電用電極を備え、該放電用電極は、電圧印加により、該放電用電極側から前記外殻側への流れを生じさせるように構成されている、流れ発生装置と、
該流れ発生装置の前記放電用電極と前記外殻との間に配置される放電部材を備えた処理装置であって、該放電部材は、誘電体に少なくとも一部が覆われた第1電極を備え、該処理装置は、前記第1電極に対する電圧印加により、前記外殻内の前記誘電体の外側で酸化促進成分を生じさせるように構成されている、処理装置と
を備えた排ガス浄化装置、
が提供される。
好ましくは、前記外殻の少なくとも一部は導電性である。この場合、前記流れ発生装置は、電圧印加により、前記放電用電極と前記外殻との間に電位差を生じさせるように構成されているとよい。また、外殻の少なくとも一部は導電性である場合、前記処理装置は、電圧印加により、前記第1電極と前記外殻との間に電位差を生じさせるように構成されているとよい。なお、このような場合、外殻はアースされているとよい。
前記処理装置は、複数の処理部を含み、各処理部は少なくとも1つの前記放電部材を含むとよい。この場合、該複数の処理部のうちの第1処理部における前記放電部材への電圧印加は、該複数の処理部のうちの第2処理部における前記放電部材に電圧印加が行われていないときに、実行されるとよい。
好ましくは、前記放電部材は、前記誘電体の外側に、水分保持機能を有する部材を含む。これに加えてあるいはこれに代えて、前記放電部材は、前記誘電体の外側に、PM捕捉機能を有する部材を有してもよい。前記放電部材は、前記誘電体の外面に設けられた繊維状体を含むとよい。この繊維状体は、水分保持機能およびPM捕捉機能の少なくとも一方を有するとよい。好ましくは、前記繊維状体は、前記処理装置における電圧印加により前記誘電体の外側で生じるイオン風を所定の方向に指向するように方向性を有している。
好ましくは、前記処理装置の前記放電部材は前記誘電体の外面に設けられた繊維状体を含み、前記繊維状体は、前記処理装置における電圧印加により前記誘電体の外側で生じるイオン風を所定の方向に指向するように方向性を有しているとき、前記第1処理部の前記繊維状体は、該第1処理部での電圧印加により、該第1処理部の隣りの前記第2処理部側にイオン風を少なくとも方向付けるように構成され、該第2処理部の前記繊維状体は、該第2処理部での電圧印加により、前記第1処理部側にイオン風を少なくとも方向付けるように構成されているとよい。
前記処理装置における前記電圧印加を制御する制御部は、所望のときに、その電圧印加を実行するとよい。前記処理装置の前記制御部は、前記流れ発生装置の作用により前記外殻の内側に集まった粒子状物質の量を見積もる見積もり部と、該見積もり部により見積もられた粒子状物質の量が閾値を超えたとき、前記電圧印加を行う実行部とを含むことができる。前記排ガス浄化装置は内燃機関に適用されていて、前記制御部は、排ガスの流速が所定速より遅く、かつ、排ガス中の粒子状物質の濃度が所定濃度よりも低いとき、前記電圧印加を実行するとよい。
本発明の上記一態様によれば、流れ発生装置の作用により外殻側に粒子状物質を方向付けて集めることができ、処理装置において、放電部材の第1電極に対する電圧印加により、外殻内の誘電体の外側で酸化促進成分を生じさせることができる。したがって、本発明の上記一態様の排ガス浄化装置によれば、処理装置で、粒子状物質を、オゾン、活性酸素などの酸化促進成分の作用により、酸化処理することができる、という優れた効果が発揮される。
本発明の第1実施形態に係る排ガス浄化装置の概略構成図である。 図1の排ガス浄化装置のうちの処理装置の模式図である。 図2のIII−III線に沿った処理装置の一部の断面模式図である。 (a)は図3の1つの放電部材およびその周囲の断面模式図であり、(b)はその放電部材の周囲に水分が保持されているところを模式的に表した図である。 第1実施形態の処理装置の処理部の変形例を示す概念図であり、(a)は第1変形例を示し、(b)は第2変形例を示す。 本発明の第2実施形態に係る排ガス浄化装置の概略構成図であり、内燃機関に適用された図である。 PM堆積量の変化を概念的に表したグラフである。 第2実施形態における、処理装置の電圧印加制御用フローチャートである。 第2実施形態における、切替装置の切替制御用フローチャートである。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
まず、本発明の第1実施形態における排ガス浄化装置10に関して説明する。図1は本発明の第1実施形態に係る排ガス浄化装置10の模式的な断面図である。排ガス浄化装置10は、工場設備の排ガス処理に適用されている。図1中左側が排ガスの流れ方向において上流側であり、図1中右側が排ガス流れ方向において下流側である。排ガスの流れが図1において矢印F1、F2により表されている。
図1において、排ガス浄化装置10は、排ガスが流れる流路となる、筒状の外殻12によって区画形成されている排気通路14に対して適用されている。排気通路14には、排ガスが流れることができる。排ガスは、粒子状物質(以下、PM、という。)を含み得る。排気通路14には、流れ発生装置16と、処理装置18とが備えられている。
流れ発生装置16は、排ガスからPMを捕集するように設けられているので、捕集装置と称されてもよい。流れ発生装置16は、放電用電極20を備える。放電用電極20は、ここでは、排気通路14の長手方向に沿って延びるように配置された主部20aと、該主部20aから径方向(排気通路の長手方向に直交する方向)に延びるように各々が突き出る複数の放電突出部20bとを有する。複数の放電突出部20bは、図1に示すように、排ガスの流れ方向において上流側から下流側にかけて、主部20aの軸線方向に沿って略一定の間隔をおいて設けられている。また、主部20aの軸線方向に沿って同一位置では、突出部20bは複数(ここでは3つ)設けられ、略等間隔(ここでは略120°間隔)で設けられている。なお、主部20aの軸線方向に沿った同一位置での突出部20bの数は1つでも、2つでも、3つより多くても(例えば4つ)よい。例えば、主部20aの軸線方向に沿った同一位置での突出部20bの数が4つの場合、主部20aの周りに、略90°間隔で、突出部20bは略径方向に延在する。
流れ発生装置16は、放電用電極20と対になる電極22として、ここでは、排気管としての外殻12を含む。外殻12は導電性であり、電極22の機能を担う。ここでは、外殻12の全体が導電性であり、電極22として機能し得る。しかし、外殻12のうちの一部のみが導電性であってもよい。外殻12はその少なくとも一部が導電性であるとよく、導電性部分は放電用電極20の突出部20bの先端が方向付けられた位置に位置するとよい。なお、外殻12のうちの一部のみを導電性として電極22とする場合、電極22に相当する部分は外殻12の鉛直方向下方の部分に少なくとも位置するとよい。
流れ発生装置16は、放電用電極20と外殻12との間に電圧を印加するために、第1電圧発生装置24をさらに有する。第1電圧発生装置24は、ここでは、直流電圧を発生するように構成されている。なお、電圧の大きさは、実験により定められる。例えば、第1電圧発生装置24による電圧は、排ガス中のPMを負に帯電させるように設定され、その大きさは7.5kV以上であるとよい(つまり、好ましくは−7.5V以下)。しかし、本発明は、この範囲に限定されない。
第1電圧発生装置24は、導線24aおよび碍子24bを介して放電用電極20に接続され、一方で(図示しないが)アースされている。なお、図1では、シリコーン栓24cで碍子24bは外殻12に固定されている。しかし、シリコーン栓以外の種々の絶縁性部材によって碍子24bは固定されることができる。また、碍子24bはセラミックまたはガラス製であり、種々の絶縁材で構成されることができる。
第1電圧発生装置24がアースされている一方で、外殻12もアースされている。したがって、第1電圧発生装置24による高電圧印加で、放電用電極20と外殻12との間に電位差を確実に生じさせることができる。なお、放電用電極20と外殻12との間に、(外殻12の内面に接してあるいは外殻12から離れて)電極22が設けられてもよい。この場合、電極22に第1電圧発生装置24の一方の接続部が接続されてもよく、あるいは、第1電圧発生装置24の一方の接続部は上記のごとくアースされてもよい。
処理装置18は、処理装置18に至ったPMを処理するように構成されている。ここでは、処理装置18は、外殻12のうちの鉛直方向下方の部分に対して設けられている。処理装置18は、排気通路14の長手方向に沿った方向において、前述の複数の突出部20bが配置された領域を少なくともカバーするように設けられている。なお、処理装置18に至るPMは排ガスの流れの影響を受けて下流側に流される傾向を有し得るので、処理装置18は最下流側の突出部20b´よりもさらに下流側にまで延長されるとよい。
処理装置18は、放電部材30を有する。また、処理装置18は、2つの処理部32A、32Bを有する。2つの処理部のうちの第1処理部32Aは、もう1つの処理部である第2処理部32Bと隣り合うように配置されている。処理装置18の概略図を図2に示す。図2は、図1における処理装置18の処理部32を鉛直方向上側からみたところを模式的に表した図である。第1処理部32Aは、折れ曲がった1本の帯状部として図2において表されていて、第2処理部32Bも同様である。第1処理部32Aと第2処理部32Bとは互いに組み合うようにまたは入り込むように形付けられているが、互いに重ならない。
第1処理部32Aおよび第2処理部32Bの各々には、放電部材30が設けられている。ここでは、各処理部32A、32Bは、実質的に、排気通路14に配置された放電部材30と外殻12の部分からなる。第1処理部32Aの放電部材30は、本実施形態では、第2処理部32Bの放電部材30と同じ構成を有する。しかし、これらが異なってもよい。
放電部材30は、細長く、略円形断面を有し、本実施形態では折れ曲がったように配置または構成されている。放電部材30は、第1電極としての中心電極30dと、中心電極30dを覆う誘電体30eとを備える。中心電極30dは、放電部材30の中心軸線に沿って延び、導線部材であり、上記第1電圧発生装置24とは別に備えられた第2電圧発生装置34につながれている。誘電体30eはここではセラミックであり、後述する電圧が印加されていないとき絶縁体としてふるまう。ここでは、前述のごとく放電部材30は略円形断面を有し、誘電体30eの略中心に中心電極30dが延在する。なお、本第1実施形態では、放電部材30は、図2における折れ曲がり部を除いて、その中心電極30dの軸線方向が排気通路14の長手方向に概ね平行になるように配置されている。
ここで、処理装置18の断面模式図を図3に示す。図3は、図2のIII−III線に沿った第1処理部32Aおよび第2処理部32Bの断面模式図であり、図2における上側の第2処理部32Bの放電部材30Bの1つの断面と、第1処理部32Aの放電部材30Aの2つの断面とを含む。
放電部材30(30A、30B)は、上記中心電極30dおよび上記誘電体30eに加えて、さらに誘電体30eの外側の繊維状体30fを備える。繊維状体30fは、複数の繊維を有して構成され、各繊維はセラミック・ウィスカーからなり、ここでは、SiCウィスカーであるが、他の材料から構成されてもよい。繊維状体30fは、水分保持機能を有し、水分保持機能部として機能し得る。また、繊維状体30fは、そこに至ったPMを捕捉するPM捕捉機能を有し、PM捕捉機能部としても機能し得る。なお、繊維状体30fは、種々の繊維を材料に用いて形成されることができるが、外殻12内を流れ得る排ガスの温度、ガス成分に耐え得る材料から作られる。これは、放電部材30の他の構成要素および上記放電用電極20に関しても同様である。
繊維状体30fは、中心電極30dを有する誘電体30eの表面(外面)に、所謂静電植毛装置を用いて、方向付けられて取り付けられることができる。図示しないが、電極板上に付着させたい繊維をおき、対象物(つまり誘電体30e)と電極板との間に高電圧をかける。これにより繊維を静電吸引力により飛昇させ、接着剤を塗布した対象物上に付着させる。これにより、ある程度の方向性を有しつつ、繊維を、誘電体30eの表面に付着させることができ、繊維状体30fが形成される。なお、図3では、ある程度の方向性を有して繊維状体30fが設けられているところを模式的に示している。なお、繊維状体は他の方法で設けられてよく、例えば1本または複数本の繊維を一度に手であるいは機械で所定位置に埋設する方法が採用されてもよい。
上記構成を有する放電部材30は、その誘電体30eが、外殻12の内面に接して配置される。外殻12は上述のごとく導電性であり、処理装置18の(第1電極と対になる)第2電極として機能する。このように、処理装置18の第2電極としての外殻12は、誘電体30eを介して第1電極である中心電極30dに対して配置されている。本実施形態では、流れ発生装置16の電極22は、処理装置18の第2電極でもあるが、これら電極は互いに対して独立してもよい。
処理装置18は、第2電圧発生装置34を有する。図1および図2に示すように、第2電圧発生装置34は、導線34aおよび碍子34bを介して中心電極30dに接続されている。なお、図1では、シリコーン栓34cで碍子34bは外殻12に固定されている。しかし、シリコーン栓以外の種々の絶縁性部材によって碍子34bは固定されることができる。また、碍子34bはセラミックまたはガラス製であり、種々の絶縁材で構成されることができる。
第2電圧発生装置34は、ここでは、交流電圧を発生するように構成されている。なお、電圧の大きさは、実験により定められる。例えば、第2電圧発生装置34による電圧は、交流電圧の場合、約12kV、周波数1kHzであり得るが、本発明はこの範囲に限定されない。また、電圧発生装置34は、第1処理部32Aの放電部材30Aと、第2処理部32Bの放電部材30Bとに選択的に接続可能に構成されている。特に図2に模式的に示すように、切替装置36でその接続を切り替えることで、第1処理部32Aの放電部材30Aと、第2処理部32Bの放電部材30Bとは、選択的に、第2電圧発生装置34に接続される。第1処理部32Aの放電部材30Aと第2電圧発生装置34とが接続されているとき、放電部材30Aに電圧を印加することができる。同様に、第2処理部32Bの放電部材30Bと第2電圧発生装置34とが接続されているとき、放電部材30Bに電圧を印加することができる。なお、第2電圧発生装置34は、パルス直流電圧を発生するように構成されてもよい。
第2電圧発生装置34は、このように放電部材30の中心電極30dに接続される一方で、アースされている(図示しない)。また、上記のごとく、外殻12もアースされている。したがって、第2電圧発生装置34による電圧印加で、放電部材30の中心電極30dと外殻12との間に電位差を生じさせることができる。なお、放電部材30の誘電体30eと外殻12との間に、(外殻12の内面に接してあるいは外殻12から離れて)第2電極が設けられてもよい。この場合、第2電極に第2電圧発生装置34の一方の接続部が接続されてもよく、あるいは、第2電圧発生装置34の一方の接続部は上記のごとくアースされてもよい。
上記構成を有する排ガス浄化装置10の作用に関して以下説明する。
外殻12内の排気通路14にPMを含む排ガスが流れているとき、流れ発生装置16において、第1電圧発生装置24からの高電圧を、放電用電極20に印加する。これにより、放電用電極20、好ましくは突出部20bから外殻12に向けてイオンが飛び出し、PMが負に帯電する。そして、該イオンに誘起されたイオン風(不図示)が生じ、放電用電極20側から外殻12側への流れが生じる。これによって、排ガス中に含まれるPMの大部分は排気通路14において径方向外周側つまり外殻側に向けられて導かれ、好ましくはPMの大部分が排ガスから外殻12の内面に集められる。なお、この原理は、特許文献1および特許文献2に示される通りである。
このようにして集められたPMは、好ましくは処理装置18の処理部32A、32Bに至る。PMの一部は、重力の影響を受け、鉛直方向下側の処理部に導かれ得る。また、PMの一部は、上記繊維状体30fによって捕捉または保持される。
一方、排ガス中には、(燃料の燃焼などによる)水分が含まれ得る。この水分は、繊維状体30fに毛細管現象により保持され、誘電体30eの表面に広がり得る。ここで、図3の2つの放電部材30A、30Bの3つの断面のうちの1つ(特に第1処理部32Aの放電部材30Aに関する1つの断面)を表す図4を参照する。図4(a)は第1処理部32Aの放電部材30Aに関する1つの断面を表し、図4(b)は放電部材30Aの周囲に水分があるところを模式的に示す。図4(b)では、水分存在領域Wが概念的に示されている。
上で述べたように第1処理部32Aの放電部材30Aと第2処理部32Bの放電部材30Bとを第2電圧発生装置34に選択的に接続可能である。ここで、第1処理部32Aの放電部材30Aが第2電圧発生装置34に接続されているときを考える。この場合、第1処理部32Aの放電部材30Aに交流高電圧が印加され、放電部材30Aと外殻12との間で、特に誘電体30eと外殻12との接触部近傍において放電現象が生じる。ここで、上で述べたように誘電体30eの周囲には水分があるので、誘電体30eと外殻12との接触部近傍だけでなく、水分存在領域Wに沿ってより広い範囲で放電現象が生じ得るであろう。つまり、水分により、放電領域の拡大がもたらされるであろう。この放電作用により、外殻12内において誘電体30e周囲のより広い範囲でオゾンや活性酸素などを生じさせることができる。これらオゾンや活性酸素は酸化を促す酸化促進成分であり、それによりPMの酸化(燃焼を含む)が促される。したがって、PMを酸化処理(燃焼処理)することができる。
さらに、このような放電では、イオン流が生じ、図4(b)に矢印で模式的に示すように、放電部材30Aから離れる方向にイオン流が生じ得る。本実施形態では、放電部材に繊維状体30fが設けられているので、その繊維状体に沿った方向にイオン流の流れが生じやすい。つまり、図4(b)に示すように、外殻12の内面に沿ってイオン流が生じやすく、一部のPMは充分に酸化せずに、そのようなイオン流に乗って再び浮遊し得る。図2に示すように、処理装置18では、第1処理部32Aに隣りあわせで第2処理部32Bが配置されている。そして、一方の処理部における放電部材の繊維状体30fの少なくとも一部の繊維は、隣りの処理部側に方向付けられている。よって、第1処理部32Aでの電圧印加で生じたイオン流に乗って飛散するPMは第2処理部32Bに至る可能性が高い。
そこで、第1処理部での電圧印加を所定時間行った後、切替装置36で、第1処理部の接続を切断し、第2処理部の放電部材を第2電圧発生装置34に接続するように接続切替を行う。これにより、第2処理部で上記のごとくPMの酸化処理を促すことができる。このときの第2処理部での処理は、直接的に排ガスから第2処理部に至ったPMと、一旦は第1処理部に至ったが第1処理部での処理で飛散して第2処理部に至ったPMとを処理対象に含むことができる。
本実施形態では、第2電圧発生装置34への第1処理部32Aの接続と、第2電圧発生装置34への第2処理部32Bの接続とを交互に切り替えて電圧印加を行うように切替装置の制御部の制御機構は設計されているので、捕集したPMを第1および第2処理部で段階的に処理していくことができる。加えて、処理装置18の処理部32A、32Bは鉛直方向下方側に位置付けられているので、上記流れ発生装置16(換言するとPM捕集装置)による捕集作用だけで処理装置18に至らなかったPMは、例えば排ガスの流れていない環境下で、重力の作用により処理部32A、32Bに至り得る。よって、その後の処理装置18の上記作動によりPMを酸化処理することができる。
また、このように複数の処理部を設けて作動する処理部を切り替えることで、作動状態にない処理部における外殻の一部を捕集側電極として、流れ発生装置16でPMの捕集を続けることができる。したがって、流れ発生装置16でのPMの捕集と、処理装置18でのPMの処理とを並行して行うことができる。
なお、本第1実施形態における切替装置36は、自動的に、所定時間おきに第1処理部への接続と第2処理部への接続とを切り替えるように構成されている。しかし、切替装置36の制御部は、所望のときにそれらの切り替えを可能に構成されてもよい。
さらに、本第1実施形態では、上記第1電圧発生装置24の作動は、排ガスが流れているときには絶えず行われる。しかし、所望のときのみに、第1電圧発生装置24の作動が生じるようにその制御部を備えることも可能である。これは、上記第2電圧発生装置34に関しても同様である。
以上、本発明の第1実施形態を説明したが、種々の変更が可能である。例えば、第1実施形態では、図3に示すように、繊維状体30fは、誘電体30eの周囲の一部において外殻12の内面に略平行な方向にのみその繊維が延びるように設けられたが、中心電極30dを概ね覆うように取り囲む誘電体30eのほぼ全周に亘って設けられてもよい。ただし、好ましくは、誘電体30eの一部は電極としての外殻12に直接的に接する。繊維状体30fは、好ましくは、図3に示すように、誘電体から略直立するように設けられる。しかし、例えば繊維状体30fは不織布のように所定の方向性を有さず、水分保持機能を発揮してもよい。また、繊維状体はメッシュ状部材で代替されてもよい。メッシュ状部材は、水分保持機能を発揮するように構成されてもよく、それに加えてあるいはそれに代えて、イオン流の流れを所定方向に指向するように構成されてもよい。
さらに、本発明の第1実施形態では、処理装置18は2つの処理部を有したが、1つのみあるいは3つ以上の処理部を有してもよい。複数の処理部を処理装置が有する場合、処理部間の電圧印加期間にはずれがあるとよい。換言すると、上記したように、複数の処理部のうちの第1処理部における放電部材への電圧印加は、該複数の処理部のうちの第2処理部における放電部材に電圧印加が行われていないときに、実行されることができる。これにより、いずれかの処理部で生じたイオン流によって飛ばされたPMをも好適に他の処理部で捕捉して処理することが可能になる。
さらに、上記処理装置では、第1処理部30Aと第2処理部30Bとは互いに組み合わさるように形作られたが、他の形態で配列されてもよい。例えば、図5(a)に示すように第1処理部32Aは複数の放電部材を備えて複数の部分から構成され、第2処理部32Bは複数の放電部材を備えて複数の部分から構成され、それらが外殻12の内面において周方向で交互に配置されてもよい。また、図5(b)に示すように、第1処理部32Aの複数の放電部材は一まとまりにして、第2処理部32Bの複数の放電部材に隣り合わせに配置されてもよい。なお、図5では、電圧印加実行中であることをハッチングで示している。
本発明の第1実施形態の排ガス浄化装置10は、工場の排ガス浄化に適用されていたが、種々の自動車、機械、トンネルなどの排ガス浄化に用いられることもできる。特に、排ガス浄化装置10は、内燃機関の排ガス処理に用いられることができる。排ガス浄化装置10を内燃機関に適用した例を、以下、第2実施形態として説明する。なお、上で述べたような第1実施形態の排ガス浄化装置10に対する変更は、同様に、第2実施形態の排ガス浄化装置にも適用可能である。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本第2実施形態の排ガス浄化装置110は、上記第1実施形態の排ガス浄化装置10と概ね同じ構成を有するが、第1および第2電圧発生装置24、34の各々による電圧印加を制御する制御部をさらに備える。そこで、以下では、第2実施形態における第1実施形態に対する相違点を主に説明し、既に説明した構成要素と同じ(または同等の)構成要素に関しては上で既に用いた符号を用い、それらのさらなる詳細な説明を省略する。
図6に示すように、排ガス浄化装置110は、内燃機関(以下、エンジン)150の本体150Aに接続された排気通路14に適用されている。排気通路14は、外殻12としての排気管によって区画形成されていて、排気管12は導電性材料で形成されている。エンジン150は火花点火式内燃機関であってもよいが、ここでは圧縮着火式内燃機関(つまりディーゼルエンジン)である。なお、第2実施形態の排ガス浄化装置110では、流れ発生装置16の放電用電極20の突起部は、流れ方向の同一箇所において、90°間隔で4つ配置されているが、上記第1実施形態で説明したように変更可能である。
エンジン150は、制御装置152を有する。制御装置152は、所謂電子制御ユニット(ECU)であり、種々のセンサが接続されている。制御装置152は、演算処理装置(例えばCPU)、記憶装置(例えばROM、RAM)、A/D変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むコンピュータで実質的に構成されている。入力インタフェースには、種々のセンサが電気的に接続されている。これら各種センサからの信号に基づき、予め設定されたプログラム等にしたがって円滑なエンジン150の運転ないし作動がなされるように、制御装置152は出力インタフェースから電気的に作動信号または駆動信号を出力する。こうして、図示しない燃料噴射弁の作動、第1電圧発生装置24の作動、第2電圧発生装置34の作動、切替装置36の作動などが制御される。
ここで、センサの内のいくつかを具体的に説明する。エンジン回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ154が備えられている。また、エンジン負荷を検出するためのエンジン負荷センサ156が備えられている。なお、エンジン負荷センサ156として、スロットル開度センサ、アクセル開度センサ、エアフローメーター、吸気圧センサ等が使用可能である。さらに、排気通路14における排ガスの流量、つまり流速を検出するための流量センサ158が設けられている。流量センサ158として、吸気通路に設けられたエアフローメーターが使用可能である。
エンジン150では、エンジン150が始動されてから停止されるまで、原則、絶えず、流れ発生装置16において、放電用電極20に電圧が印加され続ける。この電圧印加は、制御装置152の制御部152aが第1電圧発生装置24を制御することで実行される。これにより、排ガス中のPMは排気管12の内面側に方向付けられ、例えば直接的にまたは排気管12の内面に沿って処理装置18に至ることができる。
一方、排気通路14には、排ガス浄化装置110の下流側に酸化装置(酸化触媒を含む)160が配置されている。酸化装置160は、排ガスが所定温度以上のとき、PMを酸化燃焼させることができる。そこで、エンジン回転速度センサ154およびエンジン負荷センサ156の各出力に基づいて検出される運転状態が高温の排ガスを生じ得る状態であるとき、流れ発生装置16の制御部152aは、放電用電極20への電圧印加を停止する。なお、所定の運転状態のとき、制御部152aは、放電用電極20への電圧印加を停止してもよい。例えば、燃料カット状態が所定時間を越えたとき、放電用電極への電圧印加は停止され得る。
処理装置18は、PM堆積量が所定量aを超えたとき、PMを酸化処理するように作動する。なお、ここでいうPM堆積量は、流れ発生装置16の作用により排気管12の内側に集まった粒子状物質の量に相当する。図7に概念的に示すように、時間の経過とともに、PMの堆積量は通常増す。そして、見積もられるPM堆積量が所定量aを超えたとき、制御装置152の制御部152bは第2電圧発生装置34を作動させ、放電部材30の中心電極30dに電圧を印加する。これにより、PMを酸化処理することができる。図7では、このPM酸化処理によるPM堆積量の増減が表されている。
このPM酸化処理を図8に基づいてさらに説明する。図8のフローチャートは所定時間周期で繰り返される。
ステップS801では、PM堆積量が所定量aを超えているか否かが判定される。PM堆積量は、エンジン回転速度センサ154およびエンジン負荷センサ156の各出力に基づいて検出される運転状態の履歴に基づいて見積もられる(検出される)。この見積もりは、制御装置152の制御部152bの見積もり部に相当する部分により実行される。制御部152bは、図7に示したような傾向に基づいてPM堆積量を見積もる。より具体的には、制御部152bは、図7に示したような傾向を示すデータまたは演算式を有していて、それらの少なくとも一方と、エンジン回転速度センサ154およびエンジン負荷センサ156の各出力に基づきPM堆積量を見積もることができる。そして、後述するステップS809での電圧印加によるPM量の減量をも考慮してPM堆積量は見積もられる。なお、他の方法により、PM堆積量は見積もられてもよい。ステップS801でPM堆積量が所定量aを超えているので肯定判定されると、ステップS803に進む。一方、ステップS801で否定判定されると、ステップS805に進み、処理装置18でのPM酸化用の電圧印加は行われない。
ステップS803では、排ガスの流速が所定速度b未満か否かが判定される。排ガスの流速は、流量センサ158の出力に基づいて検出される。この流速検出は、制御装置152の制御部152bの流速検出部に相当する部分により実行される。排ガスの流速が所定速度b未満であるのでステップS803で肯定判定されるとステップS807へ進み、そうでなければステップS805へ進む。
ステップS807では、排ガス中のPMの濃度(PM排出濃度)が所定濃度c未満か否かが判定される。PM排出濃度は、エンジン回転速度センサ154およびエンジン負荷センサ156の各出力に基づいて検出される運転状態に基づいて検出される。このPM濃度検出は、制御装置152の制御部152bのPM濃度検出部に相当する部分により実行される。PM排出濃度が所定濃度c未満であるのでステップS807で肯定判定されるとステップS809へ進み、そうでなければステップS805へ進む。
ステップS809では、処理装置18でのPM酸化用の電圧印加が実行される。これにより、堆積したPMを処理することができる。なお、電圧印加実行は、制御装置152の制御部152bの実行部に相当する部分により実行される。このように、本実施形態では、ステップS803およびステップS807の両方で肯定判定される所望の運転状態のとき(例えばアイドル運転時)、PMの処理が実行される。なお、ステップS803およびステップS807の両方で肯定判定されるとき、処理装置18の放電部材30の中心電極30dに電圧を印加してイオン流が生じても、排ガスの流速が低いので、処理部から飛散したPMがより下流側に流れるのを概ね回避することができる。さらに、そのようにイオン流が生じても、PM排出濃度が低いので、電圧印加が実行されていない残りの処理部における集塵によって、より下流側へのPM排出量を十分に少なくすることができる。なお、ステップS809に至ったときの処理装置18での電圧印加は、所定時間続けて実行される。図7のPM酸化処理の期間は、この所定時間に対応する。例えばこの所定時間は印加される電圧およびPM堆積量(あるいは所定量a)に基づいて設定されることができる。処理装置18での電圧印加時間は一定であっても、可変であってもよい。
ここで、処理装置18のうちの2つの処理部の切替制御について図9に基づいて説明する。図9のフローチャートは、図8のフローでステップS809に至って電圧印加が実行されている間、繰り返される。
ステップS901では、処理フラグがOFFであるか否かが判定される。処理フラグは、初期状態ではOFFに設定されていて、そのONまたはOFF状態はエンジン停止後、エンジン始動時まで変わらず保持される。処理フラグがOFFであるので肯定判定されるときステップS903へ進み、そうでなければステップS905へ進む。
ステップS903では、第1処理部32Aが選択される。これにより、制御装置152の選択部としての制御部152cは、第1処理部32Aを第2電圧発生装置34に接続するように切替装置36を作動させる。そして、次ぐステップS907で所定時間が経過したか否かが判定される。所定時間は、ここでは予め一定の時間として定められているが、可変とされてもよい。なお、ステップS907での所定時間は、ステップS809での電圧印加時間よりも短く、当該電圧印加時間の半分以下であるとよい。ステップS907で所定時間が経過したと判断されると、ステップS909で処理フラグがONにされて、これにより当該ルーチンは終了する。
ステップS901で処理フラグがONであるので否定判定されると、ステップS905で、第2処理部32Bが選択される。これにより、制御装置152の選択部は、第2処理部32Bを第2電圧発生装置34に接続するように切替装置36を作動させる。そして、次ぐステップS911で所定時間が経過したか否かが判定される。ステップS911での所定時間は、ステップS907の所定時間と同じであるが、異なってもよい。ステップS911で所定時間が経過したと判断されると、ステップS913で処理フラグがOFFにされて、これにより当該ルーチンは終了する。
このように、処理部は順次切り替えられる。したがって、処理装置18での電圧印加が実行されるとき、一方の処理部へのPMの集積、および他方の処理部でのPMの酸化処理を同時並行して行うことができる。
なお、上記第1および第2実施形態では、第1処理部での電圧印加は第2処理部で電圧印加が実行されていないとき実行され、第2処理部での電圧印加は第1処理部で電圧印加が実行されていないとき実行されるように、切替装置36を作動させた。しかし、第1処理部での電圧印加が、第2処理部での電圧印加が実行されていないときに実行されるような、他の切替制御パターンを本発明は許容する。例えば、第1処理部での電圧印加時間と第2処理部での電圧印加時間とは部分的に重なってもよい。この場合、このような電圧印加が可能なように第2電圧発生装置34および切替装置36は構成される。
なお、第2実施形態では、エンジン150の停止時に処理装置18の作動も停止された。しかし、エンジン150の停止後、所定時間の間、処理装置18は作動されてもよい。これにより、排気通路のPMをよりしっかりと処理することができる。例えば、エンジン停止後のこのような処理装置18の作動時間は、可変とされ、エンジンのバッテリ残量に応じて決定されることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はさらなる他の実施形態も可能である。例えば、第1処理部用の電圧発生装置と第2処理部用の電圧発生装置とを独立して備えてもよい。さらに、上で述べたように、処理装置の作動により生じる酸化促進成分でPMを処理することに加えて、PM処理のために特許文献2の装置のようにヒータがさらに用いられてもよい。
上記の各実施形態および各構成は、矛盾が生じない限り任意に組み合わせることが可能である。本発明の実施形態には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
10、110 排ガス処理装置
12 外殻(または排気管)
14 排気通路
16 流れ発生装置
18 処理装置
20 放電用電極
22 捕集側電極
24 第1電圧発生装置
30、30A、30B 放電部材
30d 中心電極
30e 誘電体
30f 繊維状体
32、32A、32B 処理部
34 第2電圧発生装置
36 切替装置

Claims (8)

  1. 粒子状物質を含む排ガスの流路を形成する筒状の外殻の内側に配置される放電用電極を備え、該放電用電極は、電圧印加により、該放電用電極側から前記外殻側への流れを生じさせるように構成されている、流れ発生装置と、
    該流れ発生装置の前記放電用電極と前記外殻との間に配置される放電部材を備えた処理装置であって、該放電部材は、誘電体に少なくとも一部が覆われた第1電極を備え、該処理装置は、前記第1電極に対する電圧印加により、前記外殻内の前記誘電体の外側でオゾンあるいは活性酸素を生じさせるように構成されている、処理装置とを備え
    前記処理装置は、複数の処理部を含み、各処理部は少なくとも1つの前記放電部材を含み、
    該複数の処理部のうちの第1処理部における前記放電部材への電圧印加は、該複数の処理部のうちの第2処理部における前記放電部材に電圧印加が行われていないときに、実行される、排ガス浄化装置。
  2. 前記外殻の少なくとも一部は導電性であり、
    前記流れ発生装置は、電圧印加により、前記放電用電極と前記外殻との間に電位差を生じさせるように構成されていて、
    前記処理装置は、電圧印加により、前記第1電極と前記外殻との間に電位差を生じさせるように構成されている、
    請求項1に記載の排ガス浄化装置。
  3. 前記放電部材は、前記誘電体の外側に、水分保持機能およびPM捕捉機能の少なくとも一方を有する部材を含む、請求項1または2に記載の排ガス浄化装置。
  4. 前記放電部材は、前記誘電体の外面に設けられた繊維状体を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
  5. 前記繊維状体は、前記処理装置における電圧印加により前記誘電体の外側で生じるイオン風を所定の方向に指向するように方向性を有している、請求項4に記載の排ガス浄化装置。
  6. 前記処理装置の前記放電部材は、前記誘電体の外面に設けられた繊維状体を含み、
    前記繊維状体は、前記処理装置における電圧印加により前記誘電体の外側で生じるイオン風を所定の方向に指向するように方向性を有していて、
    前記第1処理部の前記繊維状体は、該第1処理部での電圧印加により、該第1処理部の隣りの前記第2処理部側にイオン風を少なくとも方向付けるように構成され、
    該第2処理部の前記繊維状体は、該第2処理部での電圧印加により、前記第1処理部側にイオン風を少なくとも方向付けるように構成されている、
    請求項1から5のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
  7. 前記処理装置における電圧印加を制御する制御部は、
    前記流れ発生装置の作用により前記外殻の内側に集まった粒子状物質の量を見積もる見積もり部と、
    該見積もり部により見積もられた粒子状物質の量が閾値を超えたとき、前記電圧印加を行う実行部と
    を含む、
    請求項1から6のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
  8. 前記排ガス浄化装置は内燃機関に適用されていて、
    前記制御部は、排ガスの流速が所定速度より遅く、かつ、排ガス中の粒子状物質の濃度が所定濃度よりも低いとき、前記電圧印加を実行する、
    請求項7に記載の排ガス浄化装置。
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