JP6927818B2 - プラズマリアクター用電源システム - Google Patents

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本発明は、プラズマリアクター用電源システムに関する。
従来、排ガスに含まれる粒子状物質(PM)などの有害成分を分解する装置として、プラズマリアクターが知られている。
また、プラズマリアクター用制御装置として、プラズマリアクターの放電電極に印加される印加電流を電流センサでモニターし、電流センサからの出力信号が正の値をとる期間に、プラズマリアクターに異常放電が生じたか否かを判定するプラズマリアクター用制御装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2017−152341号公報
しかし、特許文献1に記載のプラズマリアクター用制御装置では、漏電(異常放電)により、電流センサからの出力信号が負の値をとる場合、電流センサからの出力信号を読み取ることができず、漏電を検出できない。
そこで、本発明の目的は、漏電を確実に検出することができるプラズマリアクター用電源システムを提供することにある。
本発明は、バッテリーからプラズマリアクターに電力を供給する電源装置と、前記電源装置と前記プラズマリアクターとを電気的に接続するプラス配線およびマイナス配線と、前記プラス配線と前記マイナス配線とに電気的に接続され、前記プラス配線に流れる電流と前記マイナス配線に流れる電流との差に応じた電気信号を出力する電流センサと、前記電気信号が入力され、入力された前記電気信号を全波整流する全波整流回路と、全波整流された前記電気信号が入力され、入力された前記電気信号の最大値を、保持し、出力するピークホールド回路と、前記最大値が所定の閾値以上となったことを条件として漏電しているとして処理する制御装置とを備える、プラズマリアクター用電源システムを含む。
このような構成によれば、電流センサからの電気信号が入力される全波整流回路を備える。
そのため、電流センサが負の電気信号を出力する場合でも、負の電気信号を全波整流回路によって全波整流することにより、正の電気信号として、制御装置に入力することができる。
これにより、漏電が発生する箇所によらず、漏電を確実に検出し、処理することができる。
また、このような構成によれば、全波整流回路からの電気信号が入力されるピークホールド回路を備える。
そのため、漏電が発生して、ピークホールド回路が出力する最大値が所定の閾値以上となったタイミングと、制御装置がピークホールド回路が出力する最大値を読み込むタイミングとが異なる場合でも、制御装置は、ピークホールド回路によって保持された最大値を読み込むことができる。
これにより、任意のタイミングで、漏電を確実に検出することができる。
本発明によれば、漏電を確実に検出することができる。
図1は、本発明のプラズマリアクター用電源システムの一実施形態を備える車両の概略構成図である。 図2は、図1に示す電流センサと制御装置との間に介在される回路を示すブロック図である。 図3は、プラズマリアクター用電源システムの制御を示すフローチャートである。 図4は、電流センサが出力する電気信号の電圧、および、全波整流回路が出力する電気信号の電圧の経時変化を示すグラフであって、電流センサが出力する電気信号が正の電気信号である場合を示す。 図5は、電流センサが出力する電気信号の電圧、および、全波整流回路が出力する電気信号の電圧の経時変化を示すグラフであって、電流センサが出力する電気信号が負の電気信号である場合を示す。
1.プラズマリアクター用電源システムの概略
図1に示すように、プラズマリアクター用電源システム1は、例えば、車両100に搭載される。
車両100は、エンジン101と、バッテリー102およびプラズマリアクター用電源システム1を含む電気システムと、エンジン101に吸気するための図示しない吸気システムと、エンジン101に燃料を供給するための図示しない燃料噴射システムと、エンジン101から排気するための排気システム103とを備える。なお、バッテリー102としては、例えば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの公知の二次電池が挙げられる。
排気システム103は、排気管104と、プラズマリアクター105とを備える。
排気管104は、エンジン101から排出される排ガスを排気するための配管である。排気管104は、エンジン101に接続される。
プラズマリアクター105は、エンジン101から排出される排ガスに含まれる有害成分(例えば、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)、粒子状物質(PM)など)を分解する。プラズマリアクター105は、排気管104の途中に介在される。プラズマリアクター105は、少なくとも1対の図示しない正極パネルおよび負極パネルを有する。正極パネルおよび負極パネルは、互いに間隔を隔てて対向する。プラズマリアクター105に電力が供給されると、正極パネルおよび負極パネルとの間で放電が生じる。これにより、正極パネルおよび負極パネルとの間の気体が、プラズマ状態となる。すなわち、プラズマリアクター105内にプラズマが発生する。すると、排気管104を介してプラズマリアクター105内に流入した排ガスに含まれる有害成分は、プラズマリアクター105内のプラズマにより、分解される。プラズマリアクター105を通過した排ガスは、排気管104を介して、車外に排出される。
プラズマリアクター用電源システム1は、バッテリー102からプラズマリアクター105への電力供給を制御する。プラズマリアクター用電源システム1は、電源装置2と、プラス配線3およびマイナス配線4と、電流センサ5と、制御装置6とを備える。
(1)電源装置
電源装置2は、バッテリー102からプラズマリアクター105に電力を供給する。詳しくは、電源装置2は、昇圧回路(例えば、フライバックコンバーターなど)と、スイッチとを備える。電源装置2は、電源配線7を介して、バッテリー102に電気的に接続される。
なお、スイッチは、信号配線8を介して、制御装置6に電気的に接続される。制御装置6がスイッチをオンすることにより、電源装置2は、バッテリー102からプラズマリアクター105に電力を供給する。また、制御装置6がスイッチをオフすることにより、電源装置2は、バッテリー102からプラズマリアクター105への電力供給を停止する。
(2)プラス配線およびマイナス配線
プラス配線3およびマイナス配線4は、電源装置2とプラズマリアクター105とを電気的に接続する。詳しくは、プラス配線3は、電源装置2のプラス端子に電気的に接続されるとともに、プラズマリアクター105の正極パネルに電気的に接続される。また、マイナス配線4は、電源装置2のマイナス端子に電気的に接続されるとともに、プラズマリアクター105の負極パネルに電気的に接続される。
(3)電流センサ
電流センサ5は、プラス配線3の途中とマイナス配線4の途中とに電気的に接続される。電流センサ5は、プラス配線3に流れる電流とマイナス配線4に流れる電流との差に応じた電気信号を出力する。具体的には、電流センサ5は、プラス配線3に流れる電流とマイナス配線4に流れる電流との差に応じた電圧を出力する。電流センサ5は、信号配線9を介して、制御装置6に電気的に接続される。後で詳しく説明するが、電流センサ5が出力した電気信号は、信号配線9を介して、制御装置6に入力される。
(4)制御装置
制御装置6は、後で詳しく説明するが、電流センサ5が出力した電気信号に基づいて、電源装置2のスイッチを切り替える。制御装置6は、車両100における電気的な制御を実行するECU(Electronic Control Unit)であり、CPU、ROMおよびRAMなどを備える。
2.プラズマリアクター用電源システムの詳細
図2に示すように、プラズマリアクター用電源システム1は、信号配線9(図1参照)の途中において、ハイパスフィルタ回路11と、反転増幅回路12と、全波整流回路13(絶対値回路)と、ピークホールド回路14とを備える。
(1)ハイパスフィルタ回路
ハイパスフィルタ回路11は、電流センサ5と反転増幅回路12との間に介在される。ハイパスフィルタ回路11には、信号配線9を介して、電流センサ5が出力した電気信号が、入力される。ハイパスフィルタ回路11は、入力された電気信号のうち、カットオフ周波数よりも高い周波数の成分を、出力する。
(2)反転増幅回路
反転増幅回路12は、ハイパスフィルタ回路11と全波整流回路13との間に介在される。反転増幅回路12には、ハイパスフィルタ回路11が出力した電気信号が、入力される。反転増幅回路12は、入力された電気信号の位相を反転し、電圧を増幅する。
(3)全波整流回路
全波整流回路(絶対値回路)13は、反転増幅回路12とピークホールド回路14との間に介在される。全波整流回路13には、反転増幅回路12が出力した電気信号が、入力される。つまり、全波整流回路13には、電流センサ5が出力した電気信号が、ハイパスフィルタ回路11および反転増幅回路12を介して、入力される。全波整流回路13は、入力された電気信号を全波整流する。これにより、全波整流回路13は、入力された電気信号が、正負いずれの電気信号であっても、正の電気信号として出力する。なお、全波整流回路13は、入力された電気信号の電圧を増幅してもよい。
全波整流回路13が出力する電気信号の電圧は、電流センサ5が出力した電気信号の電圧に対して、例えば、70倍以上であり、例えば、90倍以下である。
(4)ピークホールド回路
ピークホールド回路14には、全波整流回路13が出力した電気信号が入力される。すなわち、ピークホールド回路14には、全波整流された電気信号が入力される。ピークホールド回路14は、入力された電気信号の最大値を、保持し、出力する。詳しくは、ピークホールド回路14に入力された電気信号の電圧がピークホールド回路14のホールドコンデンサの電圧よりも大きい場合、ホールドコンデンサが充電される。また、ピークホールド回路14に入力された電気信号の電圧がホールドコンデンサの電圧以下である場合、ホールドコンデンサの電圧が保持される。つまり、ピークホールド回路14は、入力された電気信号の電圧の最大値を保持する。そして、ピークホールド回路14は、ホールドコンデンサの電圧を出力する。これにより、ピークホールド回路14は、入力された電気信号の電圧の最大値を出力する。
なお、ピークホールド回路14は、リセット回路と組み合わされて、ピークホールド・リセット回路として構成されてもよい。この場合、リセット回路は、ホールドコンデンサと並列に設けられる。リセット回路は、リセット信号が入力されることにより、ホールドコンデンサに蓄積された電荷を開放(放電)する。
3.プラズマリアクター用電源システム1の制御
図3に示すように、制御装置6は、所定の経過時間ごとに、ピークホールド回路14が出力した電圧(出力電圧V)を読み込む(S1)。
次いで、制御装置6は、出力電圧Vが所定の閾値V以上となったことを条件として(S2:YES)、漏電しているとして処理する(S3、S4)。
詳しくは、制御装置6は、出力電圧Vが所定の閾値V以上である場合(S2:YES)、電源装置2のスイッチをオフする(S3)。これにより、バッテリー102からプラズマリアクター105への電力供給が停止する。
閾値Vは、例えば、2800mVである。
次いで、制御装置6は、例えば、車両100のインストルメントパネルに設けられるランプを点灯させるなどして、ユーザーに、プラズマリアクター105がオフされていることを報知する(S4)。
なお、制御装置6は、出力電圧Vが所定の閾値V未満である場合(S2:NO)、電源装置2のスイッチをオフすることなく、所定の時間経過後に、再度、ピークホールド回路14が出力した電圧(出力電圧V)を読み込む(S1)。
4.作用効果
図1に示すように、プラス配線3の途中とマイナス配線4の途中とに電流センサ5を電気的に接続した構成では、漏電が発生する箇所によって、電流センサ5が出力する電気信号の極性が異なる。
具体的には、プラス配線3の部分3B、マイナス配線4の部分4A、または、マイナス配線4の部分4Bにおいて漏電が発生した場合、電流センサ5は、正の電気信号(図4に示す電流センサ出力電圧)を出力する。部分3Bは、プラス配線3と電流センサ5との接続部分C1と、プラズマリアクター105との間に介在される。部分4Aは、マイナス配線4と電流センサ5との接続部分C2と、電源装置2との間に介在される。部分4Bは、マイナス配線4と電流センサ5との接続部分C2と、プラズマリアクター105との間に介在される。なお、図4では、時点t1において、漏電が発生している。
一方、プラス配線3の部分3Aにおいて漏電が発生した場合、電流センサ5は、負の電気信号(図5に示す電流センサ出力電圧)を出力する。部分3Aは、プラス配線3と電流センサ5との接続部分C1と、電源装置2との間に介在される。なお、図5では、時点t2において、漏電が発生している。
ここで、図2に示すように、このプラズマリアクター用電源システム1によれば、電流センサ5と制御装置6との間において、全波整流回路13を備える。
そのため、電流センサ5が負の電気信号を出力する場合でも、負の電気信号を全波整流回路13によって全波整流することにより、正の電気信号(図5に示す全波整流回路出力電圧)として、制御装置6に入力することができる。
これにより、漏電が発生する箇所によらず、漏電を確実に検出し、処理することができる。
また、このプラズマリアクター用電源システム1によれば、全波整流回路13と制御装置6との間において、ピークホールド回路14を備える。
そのため、漏電が発生して出力電圧Vが所定の閾値V以上となったタイミングと、制御装置6が出力電圧Vを読み込むタイミングとが異なる場合でも、制御装置6は、ピークホールド回路14によって保持された出力電圧Vを読み込むことができる。
これにより、任意のタイミングで、漏電を確実に検出することができる。
1 プラズマリアクター用電源システム
2 電源装置
3 プラス配線
4 マイナス配線
5 電流センサ
6 制御装置
13 全波整流回路
14 ピークホールド回路

Claims (1)

  1. バッテリーからプラズマリアクターに電力を供給する電源装置と、
    前記電源装置と前記プラズマリアクターとを電気的に接続するプラス配線およびマイナス配線と、
    前記プラス配線と前記マイナス配線とに電気的に接続され、前記プラス配線に流れる電流と前記マイナス配線に流れる電流との差に応じた電気信号を出力する電流センサと、
    前記電気信号が入力され、入力された前記電気信号を全波整流する全波整流回路と、
    全波整流された前記電気信号が入力され、入力された前記電気信号の最大値を、保持し、出力するピークホールド回路と、
    前記最大値が所定の閾値以上となったことを条件として漏電しているとして処理する制御装置と
    を備えることを特徴とする、プラズマリアクター用電源システム。
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