JP7001504B2

JP7001504B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP7001504B2
Application number: JP2018045652A
Authority: JP
Inventors: 将人永田; 美咲藤本; 保成花木
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2018-03-13
Filing date: 2018-03-13
Publication date: 2022-01-19
Anticipated expiration: 2038-03-13
Also published as: JP2019157765A

Description

本発明は、内燃機関の排気経路内に放電電極を備える排気浄化装置に係り、更に詳細には、常時、放電を開始可能な排気浄化装置に関する。

自動車等において使用される内燃機関から排出される排気ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）、未燃焼炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害物質が含まれており、これら有害物質の排出を低減させる必要がある。

上記有害物質は排気浄化触媒により浄化されるが、上記排気浄化触媒の上流側でプラズマを発生させ、生成したラジカル種により排気ガスを活性化して浄化効率を向上させる方法が知られている。

特許文献１の特開２００１－２９１０９１号公報には、プラズマインジェクタによりプラズマ改質してもたらされた活性種を、排気浄化触媒の上流側に添加する排気浄化装置が開示されている。

そして、結露検知手段により上記プラズマインジェクタの結露を検知したときは、空気をプラズマ改質部に流通させて水分を除去することで、漏電によるプラズマインジェクタを故障や、漏電による消費電力の増加を防止できる旨が記載されている。

特開２００１－２９１０９１号公報

上記プラズマを用いた排気浄化装置において、効率よく排気ガスを浄化するには、内燃機関の稼動開始と同時にプラズマを発生させる必要がある。

しかしながら、特許文献１に記載の排気浄化装置にあっては、プラズマインジェクタの結露を検知した後に水分を除去するため、水分が除去されるまではプラズマを発生させることができない。
したがって、内燃機関の稼動開始と同時に排気ガスを充分に浄化することができず、内燃機関の始動性が低下してしまう。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、常時、放電を開始することができ、内燃機関の稼動開始と同時にプラズマを発生させることができる排気浄化装置を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、排気経路内で結露水が発生しないように、内燃機関が休止状態のときに排気経路内に大気を導入し、予め、次の内燃機関の稼動開始に備えることで、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の排気浄化装置は、放電電極と該放電電極の下流側に設けられた排気ガス浄化触媒とを、内燃機関の排気経路内に備える。
そして、上記内燃機関が休止状態のとき、上記放電電極の温度を逐次測定し、上記放電電極の温度が、予め設定した結露温度以下になったとき、
上記放電電極の上流側から上記排気経路内に大気を導入し、上記排気経路内の排気ガスを大気に置換することを特徴とする。

また、本発明の排気浄化装置の制御方法は、内燃機関の排気経路内に、放電電極と該放電電極の下流側に設けられた排気ガス浄化触媒とを備え、
上記放電電極の上流側から上記排気経路内に大気を導入し、排気経路内の排気ガスを大気に置換する排気浄化装置の制御方法である。
そして、上記内燃機関が休止状態か否かを判定するステップと、
上記結露により放電電極が濡れる可能性があるか否かを判定するステップと、
上記内燃機関の運転が停止したか否かを判定するステップと、
上記排気経路内の排気ガスが大気で置換されたか否かを判定するステップと、を有し、
上記内燃機関が休止状態と判定したとき、上記排気経路内に大気を導入し、
上記排気経路内の排気ガスが大気で置換されたと判定したときに大気の導入を停止することを特徴とする。

本発明によれば、内燃機関が休止状態のとき、放電電極の上流側から排気経路内に大気を導入し、上記排気経路内の排気ガスを大気で置換することとしたため、常時、放電を開始することができ、内燃機関の稼動開始と同時にプラズマを発生させることができる排気浄化装置を提供することができる。

本発明の排気浄化装置一例を示す概略図である。排気浄化装置の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。排気浄化装置の制御ルーチンの他の一例を示すフローチャートである。

本発明の排気浄化装置について詳細に説明する。
上記排気浄化装置１は、図１に示すように、内燃機関５の排気経路７内に、放電電極２と排気ガス浄化触媒３とを備え、上記排気ガス浄化触媒３が上記放電電極２の下流側に配置される。

本発明の排気浄化装置１は、さらに、上記放電電極間にプラズマが発生する電圧を印加する電源装置４、排気経路内に大気を導入する送気装置８、及び、これらの装置及び内燃機関を制御する制御装置６を備え、必要に応じて、温度センサ９、酸素濃度センサ１０、湿度センサ１１を備えることができる。

上記排気ガス浄化触媒としては、排ガスの浄化機能を有するものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、貴金属などの触媒成分をハニカム担体などの一体構造型担体に担持したものを適用することができる。
上記触媒成分としては、特に限定されるものではないが、自動車の排気ガスの浄化用には、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）などの貴金属が好適である。

上記放電電極としては、金属基板の表面に形成された誘電体層を有する板状電極を使用できる。
上記金属基板としては、導電性を有する材料であれば、特に制限はなく、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）や銅などを使用することができる。
また、上記誘電体としては、酸化物セラミックを使用することができ、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やジルコニア（ＺｒＯ_２）、シリカ（ＳｉＯ_２）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）等の単純酸化物や複合酸化物などの酸化物を挙げることができる。

内燃機関は、炭化水素などの石油系燃料を燃焼させるため、その排気ガス中には多くの水蒸気が含まれている。
内燃機関から排出直後の排気ガスは温度が高く飽和水蒸気量が多いため、凝縮水を含まないが、内燃機関の稼動が停止すると排気経路内に排気ガスが滞留して冷却され、排気ガスの飽和水蒸気量が少なくなって排気経路内で結露が生じる。

本発明の排気浄化装置は、内燃機関が休止状態のとき、すなわち、イグニッションスイッチがＯＮでアイドリングがストップしている状態のときに、排気経路内に大気を導入し、排気経路内の排気ガスを大気で置換する。

上記大気は、内燃機関から排出された排気ガスに比して温度が低く水蒸気の含有量が少ないため、排気経路内を大気で置換することで結露の発生を防止できる。

したがって、結露水によって放電電極が濡れることがなく、漏電のおそれがないため、いつでも放電電極に電圧を印加することができ、内燃機関の稼動開始と同時に浄化能力を発揮することができる。

上記排気浄化装置の制御ルーチンのフローチャートの一例を図２に示す。
図２に示す制御ルーチンでは、制御装置は、内燃機関が休止状態か否かを判定するステップＳ１０１で、内燃機関が稼動停止し休止状態となったと判定すると、置換が完了していないときは、送気装置を稼動させ、放電電極の上流側から排気経路内に大気を導入し、排気経路内に滞留している排気ガスを下流側に流す。

そして、排気経路内の排気ガスが大気で置換されたか否かを判定するステップＳ１０５で、排気経路内の排気ガスが大気で置換されたことを確認すると、上記送気装置を停止させ、置換完了フラグを立てて置換処理を終了する。

上記送気装置としては、送風機や内燃機関を回転させるセルモータなどを挙げることができる。

上記送風機としては、排気経路内に２次エアを導入する導入口から大気を導入し、排気経路内に送気できればよく、例えばファンやコンプレッサーなどを挙げることができる。

また、上記セルモータで内燃機関を回転させて大気を導入する場合は、燃料の供給を停止した状態で上記セルモータを回転させることで、内燃機関の回転により燃料を含まないガス（大気）が内燃機関を介して排気経路に送気され、排気経路内の排気ガスと置換することができる。

また、排気経路内の排気ガスが大気で置換されたことは、次の方法により検知できる。
例えば、上記送気装置の稼動開始時、すなわち大気導入開始時からの経過時間が排気経路内の排気ガスを導入した大気に充分に置換できる程度の予め設定した時間を超えたか否かにより検知する方法や、酸素濃度センサにより排気経路内の酸素濃度が大気と同程度になったか否かにより検知する方法、さらに、湿度センサと温度センサとを用いて排気経路内のガスに含まれる水分量が、大気中の水分量まで低下したか否かにより検知する方法が挙げられる。上記大気中の水分量は、排気経路内とは別に設けた湿度センサと温度センサとで大気の湿度及び温度を検知して測定できる。

上記排気浄化装置は、内燃機関の休止状態のときに必ず置換を行うのではなく、結露により放電電極が濡れる可能性があるか否かを判定するステップ１０２を設け、結露が生じる可能性があるときに排気ガスを大気に置換することが好ましい。
結露が生じる可能性がないときには、送気装置を稼動させないことで省電力化することができる。

図３に示す制御ルーチンでは、制御装置が、内燃機関が休止状態か否かを判定するステップＳ１０１で、内燃機関の稼動が停止し、休止状態（アイドリングストップ状態）であると判定すると、結露により放電電極が濡れる可能性があるか否かを判定するステップＳ１０２で結露が生じる可能性があるか否かを判定する。そして、結露が生じる可能性があるときは送気装置を稼動させる。

また、結露が生じる可能性がないときは送気装置を稼動させずに、内燃機関の運転が停止したか否かを判定するステップＳ１０３で、内燃機関の運転が停止したか否かを判定する。
そして、イグニッションスイッチがＯＮで内燃機関が運転中であるときは、スタートに戻り、制御ルーチンを繰り返し行う。

結露が生じる可能性があるか否かは、放電電極の温度を逐次測定し、放電電極の温度が、予め設定した結露温度以下になった否かにより、結露の可能性の有無を判定できる。

上記結露温度は、実験などにより内燃機関から排出された直後の排気ガスの露点を測定し、これに基づいて設定できる。

上記結露温度は、内燃機関の休止時からの経過時間に伴って低く設定されていることが好ましい。

排気ガス中に含まれる水分は、排気経路の排気口などから大気中に拡散して減少するため、排気ガスの露点は、内燃機関の休止時からの経過時間と共に低下し、大気の露点と同じ温度まで低下する。

内燃機関の休止により放電電極の温度が低下しても、そのときの排気ガスの露点以下にならなければ結露しないため、時間の経過に伴う排気ガスの露点の低下を考慮し、上記結露温度を時間の経過に伴って低く設定することで、送気装置の稼動回数をさらに減少させることができる。

上記結露温度は、内燃機関の休止直前の空燃比や、内燃機関の休止時の外気温度及び外気湿度（大気の温度・湿度）などで補正することが好ましい。

具体的には、内燃機関の休止直前の空燃比がリッチのときは、排気ガスが燃料由来の水分を多く含むため、上記結露温度を高く補正し、内燃機関の休止直前の空燃比がリーンのときは、上記結露温度を低く補正する。

また、大気中の水分量が多いとき、すなわち、外気の露点が高いときは、上記結露温度を高く補正することで、省電力化しつつ結露水による放電電極の濡れを確実に防止できる。

また、上記制御装置は、結露が生じる可能性がないときであっても、内燃機関の運転を停止したとき、すなわち、イグニッションスイッチがオンからオフになったと判定したときは、送気装置を稼動させて放電電極の上流側から排気経路内に大気を導入し、排気経路内に滞留している排気ガスを下流側に流す。

内燃機関の運転が完全に停止したときに排気経路内の排気ガスを大気に置換しておくことで、放電電極の濡れが防止され、次回の内燃機関の運転開始と同時に放電を開始することができる。

１排気浄化装置
２放電電極
３排気ガス浄化触媒
４電源装置
５内燃機関
６制御装置
７排気経路
８送気装置
９温度センサ
１０酸素センサ
１１湿度センサ

Claims

放電電極と該放電電極の下流側に設けられた排気ガス浄化触媒とを、内燃機関の排気経路内に備える排気浄化装置であって、
上記内燃機関が休止状態のとき、上記放電電極の温度を逐次測定し、
上記放電電極の温度が、予め設定した結露温度以下になったとき、
上記放電電極の上流側から上記排気経路内に大気を導入し、
上記排気経路内の排気ガスを大気に置換することを特徴とする排気浄化装置。
上記予め設定した結露温度が、内燃機関の休止時からの経過時間に伴って低く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
上記予め設定した結露温度を、内燃機関の休止直前の空燃比に基づいて補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
上記予め設定した結露温度を、上記内燃機関の休止時の外気温度及び外気湿度に基づいて補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
上記内燃機関の運転停止時に、
排気経路内の排気ガスを大気で置換することを特徴とする請求項１～４のいずれか１つの項に記載の排気浄化装置。
モータを用いて燃料の供給を停止した状態で上記内燃機関を回転させ、上記排気経路内に大気を導入することを特徴とする請求項１～５のいずれか１つの項に記載の排気浄化装置。
送風機を用いて、上記排気経路内に大気を導入することを特徴とする請求項１～５のいずれか１つの項に記載の排気浄化装置。
上記排気経路内への大気導入開始時からの経過時間により置換完了を検知し、大気の導入を停止することを特徴とする請求項１～７のいずれか１つの項に記載の排気浄化装置。
さらに酸素濃度センサを備え、
上記排気経路内の酸素濃度により置換完了を検知し、大気の導入を停止することを特徴とする請求項１～７のいずれか１つの項に記載の排気浄化装置。
さらに湿度センサ及び温度センサを備え、
上記排気経路内のガスの水分量により置換完了を検知し、大気の導入を停止することを特徴とする請求項１～７のいずれか１つの項に記載の排気浄化装置。
内燃機関の排気経路内に、放電電極と該放電電極の下流側に設けられた排気ガス浄化触媒とを備え、
上記放電電極の上流側から上記排気経路内に大気を導入し、排気経路内の排気ガスを大気に置換する排気浄化装置の制御方法であって、
上記内燃機関が休止状態か否かを判定するステップと、
結露により放電電極が濡れる可能性があるか否かを判定するステップと、
上記内燃機関の運転が停止したか否かを判定するステップと、
上記排気経路内の排気ガスが大気で置換されたか否かを判定するステップと、を有し、
上記内燃機関が休止状態と判定したとき、上記排気経路内に大気を導入し、
上記排気経路内の排気ガスが大気で置換されたと判定したときに大気の導入を停止することを特徴とする排気浄化装置制御方法。
上記結露により放電電極が濡れる可能性があるか否かを判定するステップが、
上記放電電極の温度を逐次測定し、
上記放電電極の温度が、予め設定した結露温度以下になったか否かによって、放電電極が濡れる可能性があるか否かを判定するステップであり、
放電電極が濡れる可能性があると判定したとき、排気経路内の排気ガスを大気に置換することを特徴とする請求項１１に記載の排気浄化装置の制御方法。
上記内燃機関の運転が停止したと判定したとき、排気経路内の排気ガスを大気に置換することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の排気浄化装置の制御方法。