JP7273584B2 - エンジンシステム - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンシステムに関する。
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。プラズマリアクターは、一対の電極パネルの間にプラズマを発生させ、そのプラズマによって有害成分を分解する。
このようなプラズマリアクターは、運転中に電極パネルが損傷する場合があり、電極パネルが損傷した状態でプラズマリアクターの運転を継続すると、電極パネル間で異常放電(局所放電)が生じ、回路内の電流値が増大して、電気部品(電源、回路など)が損傷する場合がある。
そのため、プラズマリアクターにおいては、異常放電を早期に検知して、プラズマリアクターの運転を停止させることが要求される。
プラズマリアクターの異常放電を検知する装置としては、例えば、プラズマリアクターの電極に印加される電流値を積算する電流積算手段と、印加電流のピーク値を取得するピーク値取得手段と、積算電流値または電流ピーク値が所定値以上であるときに、異常放電の発生を判定する異常放電判定手段とを備え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
しかるに、プラズマリアクターの電極パネルは、プラズマリアクターの運転中だけでなく停止中にも損傷する場合がある。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、プラズマリアクターの停止中に生じた損傷は、プラズマリアクターの運転時(有害成分の分解時)に検知される。つまり、損傷しているプラズマリアクターが、有害成分を分解可能な出力(比較的高い出力)で稼働される。
このような場合、比較的高電力の異常放電を生じて、電気部品(電源、回路など)に損傷を生じる場合がある。
本発明は、プラズマリアクターの停止中に生じた損傷を、プラズマリアクターの運転前に検知して、電気部品の損傷を防止できるエンジンシステムである。
本発明[1]は、エンジンと、バッテリーと、前記バッテリーから電力が供給され、前記エンジンから排出される排ガスに含まれる成分を分解するプラズマリアクターと、前記バッテリーから前記プラズマリアクターへの電力供給を制御する制御部と、前記プラズマリアクターに接続され、前記プラズマリアクターに印加される電流値から前記プラズマリアクターの損傷を検知する損傷検知装置とを備え、前記制御部は、前記プラズマリアクターを、ON状態とOFF状態とに切り替え可能であり、前記プラズマリアクターがON状態となる前のOFF状態であるときに、前記ON状態よりも低い電力で前記プラズマリアクターを損傷検知運転させて、前記プラズマリアクターの損傷を検知する、エンジンシステムを含んでいる。
このようなエンジンシステムでは、制御部によって、プラズマリアクターのON状態とOFF状態とが切り替えられる。そして、ON状態の前のOFF状態であるときに、プラズマリアクターは、ON状態よりも低い電力で運転(損傷検知運転)される。
これにより、上記のエンジンシステムは、プラズマリアクターがON状態となる前に、プラズマリアクターの損傷を検知することができる。
その結果、上記のエンジンシステムでは、プラズマリアクターの停止中にプラズマリアクターが損傷した場合にも、ON状態において高出力で異常放電を生じさせる前に、プラズマリアクターを停止することができ、その結果、エンジンシステム内の電気部品(電源、回路など)の損傷を防止できる。
本発明[2]は、さらに、前記バッテリーから電力が供給され、前記エンジンを始動させるスターターモーターを備え、前記制御部は、前記プラズマリアクターがON状態となる前のOFF状態であるときに、前記バッテリーから前記スターターモーターに電力を供給するとともに、前記プラズマリアクターを損傷検知運転させて、前記プラズマリアクターの損傷を検知し、前記バッテリーから前記スターターモーターへの電力の供給を停止した後、前記プラズマリアクターに損傷が検知されなかった場合に、前記プラズマリアクターをON状態とする、上記[1]に記載のエンジンシステムを含んでいる。
このようなエンジンシステムでは、スターターモーターの作動中(エンジンの定常運転前)に、プラズマリアクターが損傷検知運転され、損傷が検知されなかった場合に、プラズマリアクターがON状態とされる。また、プラズマリアクターがON状態とされるときには、スターターモーターの作動が停止される。
つまり、このようなエンジンシステムによれば、スターターモーターの作動と、プラズマリアクターのON状態とが重複しないため、バッテリーの負荷を低減でき、エンジンストールを抑制できる。
一方、スターターモーターの作動と、プラズマリアクターの損傷検知運転とは重複するが、プラズマリアクターの損傷検知運転における電力は、ON状態よりも低い電力であるため、バッテリーの負荷を低減でき、エンジンストールを抑制できる。
本発明によれば、プラズマリアクターの停止中にプラズマリアクターが損傷した場合に、プラズマリアクターがON状態になる前に、その損傷を検知することができる。その結果、高出力で異常放電が生じることを抑制でき、電気部品の損傷を防止できる。
図1は、本発明のエンジンシステムの一実施形態の概略構成図である。 図2は、図1のエンジンシステムの一実施形態の制御を説明するためのフローチャートである。 図3は、図1のエンジンシステムの一実施形態の制御を説明するためのタイムチャートである。 図4は、図1のエンジンシステムの他の実施形態の制御を説明するためのタイムチャートである。
1.エンジンシステム1の構成
図1に示すように、エンジンシステム1は、例えば、車両100に搭載される。エンジンシステム1は、エンジン2と、バッテリー3と、スターターモーター4と、プラズマリアクター5と、制御部7と、損傷検知装置10とを備える。
(1)エンジン2
エンジン2は、例えば、車両100のエンジンルーム内に配置される。エンジン2には、図示しない吸気系、および、図示しない燃料噴射系が接続される。吸気系、および、燃料噴射系は、制御部7によって制御される。また、エンジン2には、エンジン2の回転数を計測するための図示しないセンサが取り付けられる。センサは、エンジン2の回転数に応じた電気信号を出力する。センサは、図示しない信号配線を介して、制御部7に電気的に接続される。これにより、制御部7は、センサからの電気信号に基づいて、エンジン2の回転数を判断する。また、エンジン2は、排気管11を有しており、エンジン2において生じる排ガスが、排気管11を介して排出される。
(2)バッテリー3
バッテリー3は、例えば、車両100のエンジンルーム内に配置される。バッテリー3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。
(3)スターターモーター4
スターターモーター4は、エンジン2を始動運転させる。スターターモーター4には、バッテリー3から電力が供給される。
詳しくは、スターターモーター4は、電源配線8を介して、バッテリー3に電気的に接続される。バッテリー3から電源配線8を介してスターターモーター4に電力が供給されると、スターターモーター4が回転し、スターターモーター4からの駆動力により、エンジン2が回転する。
なお、電源配線8の途中には、例えば、図示しないスイッチが介在される。スイッチは、図示しない信号配線を介して、制御部7に電気的に接続される。制御部7は、スイッチをオンすることにより、バッテリー3からスターターモーター4に電力を供給する(スターターモーターON)。また、制御部7は、スイッチをオフすることにより、バッテリー3からスターターモーター4への電力供給を停止する(スターターモーターOFF)。
(4)プラズマリアクター5
プラズマリアクター5は、エンジン2から排出される排ガスに含まれる有害成分を分解する。プラズマリアクター5には、バッテリー3から電力が供給される。
詳しくは、プラズマリアクター5は、排ガスが供給されるケース(図示せず)と、そのケース内に配置される少なくとも1対の電極パネル(図示せず)とを有する。1対の電極パネルは、互いに間隔を隔てて対向する金属電極と、金属電極を被覆する誘電体とを備えている。また、プラズマリアクター5の電極パネル(図示せず)は、電源配線9を介して、バッテリー3に電気的に接続されている。
このようなプラズマリアクター5は、排気管11の途中に介在される。つまり、プラズマリアクター5は、排気管11を介して、エンジン2に接続される。これにより、プラズマリアクター5には、エンジン2から排出された排ガスが、導入される。
そして、プラズマリアクター5は、後述する制御部7により、ON状態とOFF状態とが切り替えられる。
より具体的には、電源配線9の途中には、例えば、図示しないスイッチと、図示しない昇圧回路(例えば、フライバックコンバーターなど)とが介在される。スイッチは、図示しない信号配線を介して、制御部7に電気的に接続される。制御部7は、スイッチをオンすることにより、バッテリー3からプラズマリアクター5に電力を供給する(ON状態)。また、制御部7は、スイッチをオフすることにより、バッテリー3からプラズマリアクター5への電力供給を停止する(OFF状態)。
そして、プラズマリアクター5がON状態である場合、プラズマリアクター5の電極パネルに、バッテリー3から電源配線9を介して、電力が供給され、1対の電極パネルの間で放電が生じる。これにより、1対の電極パネルの間の気体が、プラズマ状態となる。すなわち、プラズマリアクター5内にプラズマが発生する。
このようにして、プラズマリアクター5(ON状態)が所定の電力で運転(定常運転)されると、プラズマリアクター5に導入された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)は、プラズマリアクター5内のプラズマにより、分解される。そして、プラズマリアクター5を通過した排ガスは、排気管11を介して、車外に排出される。
一方、プラズマリアクター5がOFF状態である場合には、上記の電力は供給されず、プラズマは発生しない。
(5)制御部7
制御部7は、バッテリー3からスターターモーター4への電力供給、および、バッテリー3からプラズマリアクター5への電力供給を制御する。制御部7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。制御部7は、電源配線13を介して、バッテリー3に接続される。制御部7は、車両100のイグニションスイッチがオンされたときに、バッテリー3から電源配線13を介して電力が供給されることにより、起動する。
このような制御部7は、詳しくは後述するように、エンジンシステム1の作動中において、プラズマリアクター5をON状態とOFF状態とに切り替え可能としている。
なお、プラズマリアクター5のON状態とは、プラズマリアクター5が所定の電力で運転され、排ガス中の有害物質を分解可能とする状態である。
一方、プラズマリアクター5のOFF状態とは、プラズマリアクター5が上記の所定の電力で運転されず、排ガス中の有害物質を分解しない状態である。なお、詳しくは後述するように、制御部7は、所定のタイミングで、OFF状態のプラズマリアクター5に、損傷検知運転(低出力運転)させる。
また、制御部7は、異常判定プログラム(図示せず)を備えている。異常判定プログラムは、プラズマリアクター5(電極パネルなど)に印加される電流値から、プラズマリアクター5の損傷を検知するためのプログラムである。より具体的には、詳しくは後述するが、異常判定プログラム(図示せず)では、後述する損傷検知装置10により検知される電流値が、閾値未満であるか閾値以上であるかが判断される。
そして、プラズマリアクター5(電極パネルなど)に印加される電流値が閾値以上(異常値)である場合、制御部7は、プラズマリアクター5に異常放電が生じていると判断して、プラズマリアクター5(電極パネルなど)に損傷を生じていると判断する。
一方、プラズマリアクター5(電極パネルなど)に印加される電流値が閾値未満(正常放電)である場合には、制御部7は、プラズマリアクター5に異常放電が生じていないと判断して、プラズマリアクター5(電極パネルなど)に損傷を生じていないと判断する。
(6)損傷検知装置10
損傷検知装置10は、プラズマリアクター5に接続され、プラズマリアクター5に印加される電流値から、プラズマリアクター5の損傷を検知する。
より具体的には、損傷検知装置10は、電流センサ(図示せず)を備えており、電気配線14を介して、プラズマリアクター5(電極パネルなど)に接続される。これにより、損傷検知装置10は、プラズマリアクター5(電極パネルなど)に印加される電流値(積算値、ピーク値など)を検知可能としている。
2.エンジンおよびプラズマリアクターの運転
図2および図3を参照して、エンジン2およびプラズマリアクター5の運転について、詳述する。
このエンジンシステム1の作動開始時には、まず、ユーザーが車両100のエンジン2を始動運転させる(スタート)。このとき、制御部7は、図2に示すように、ユーザーのキー操作やリモート操作に基づいて、バッテリー3からスターターモーター4に電力を供給する。すると、スターターモーター4がONされる(S1)。
すると、図3に示すように、時点t0において、スターターモーター4が回転し、エンジン2が回転する。なお、スターターモーター4の回転開始時には、エンジン2の回転数Rは、閾値R1よりも低い状態である。
なお、図3に示すように、スターターモーター4がON状態である間、プラズマリアクター5はOFF状態とされる。
すなわち、バッテリー3からスターターモーター4に電力を供給するとともに、バッテリー3からプラズマリアクター5にも電力を供給して(ON状態)、プラズマリアクター5を定常運転させると、バッテリー3の電圧が過度に低下し、制御部7がダウンして、エンジンストールを生じる場合がある。
そのため、このエンジンシステム1において、スターターモーター4に電力が供給されているときには、プラズマリアクター5は定常運転されることなく、OFF状態とされる。
これにより、バッテリー3の電圧が、制御部7がダウンしない程度の電圧に、維持される。具体的には、バッテリー3の電圧は、例えば、6V以上である。
次いで、制御部7は、図2に示すように、バッテリー3からプラズマリアクター5に、通常の運転(ON状態)よりも低い電力を供給して、プラズマリアクター5を、ON状態よりも低い電力で、損傷検知運転させる(S2)。
なお、プラズマリアクター5の損傷検知運転における運転条件は、エンジンストールを惹起しない程度に設定される。損傷検知運転では、つまり、バッテリー3の電圧が、制御部7がダウンしない程度の電圧に維持される。
より具体的には、損傷検知運転時における電圧は、ON状態であるとき(定常運転時)にプラズマリアクター5に印加する電圧に対して、例えば、0.01~0.5倍程度である。また、プラズマリアクター5の損傷検知運転の継続時間は、例えば、1ミリ秒間~1000ミリ秒間である。
そして、このエンジンシステム1では、損傷検知運転(パルス放電)において異常放電が検知されるかを、損傷検知装置10によって検知し、異常放電の有無を、制御部7に記録する(S3)。
つまり、上記のエンジンシステム1では、プラズマリアクター5の損傷検知運転中において、プラズマリアクター5(電極パネルなど)に印加される電流値が、損傷検知装置10によって検知される。このとき、プラズマリアクター5が損傷している場合には、損傷検知運転中に、プラズマリアクター5内に異常放電が生じ、プラズマリアクター5に印加される電流値が増大する。
換言すれば、プラズマリアクター5に印加される電流値が閾値以上である場合、制御部7の異常判定プログラム(図示せず)により、プラズマリアクター5に異常放電が生じていると判断され、プラズマリアクター5が損傷していると判断される。
そのため、このエンジンシステム1では、以下の方法で、エンジン2の駆動中において、プラズマリアクター5の作動の可否を判断する。
すなわち、この制御において、制御部7は、図2に示すように、吸気系および燃料噴射系を制御して、エンジン2を点火する(S4)。これにより、図3に示すように、時点t1において、エンジン2の回転数Rが上昇する。なお、バッテリー3の電圧は、徐々に、スターターモーター4がONされる前の電圧(初期電圧)に向かって回複する。
次いで、制御部7は、図2に示すように、エンジン2の回転数Rが閾値R1以上となったことを条件として(S5:YES)、バッテリー3からスターターモーター4への電力供給を停止する(S6)。このようにして、エンジン2が、定常運転される。このとき、エンジン2の回転数の閾値R1は、例えば、600rpmである。
その後、このエンジンシステム1では、図3に示すように、エンジン2の回転数Rが、スターターモーター4がOFFされた時点t2の後、さらに上昇する。
このように、スターターモーター4がOFFされた時点t2において、制御部7は、上記の損傷検知運転(S2)における異常放電の有無を、参照する(S7)。
そして、参照の結果、上記の損傷検知運転(S2)において、異常放電が生じなかったと判断される場合(S7:NO)には、制御部7は、プラズマリアクター5が損傷していないと判断する。
このように、バッテリー3からスターターモーター4への電力の供給を停止した後、プラズマリアクター5に損傷が検知されなかった場合には、制御部7は、プラズマリアクター5をON状態として、バッテリー3からプラズマリアクター5への電力供給を開始し、プラズマリアクター5を所定の電力で運転(定常運転)させる(S8)。
これにより、プラズマリアクター5が、所定の電力で定常運転され、電極パネル間にプラズマを生じさせる。これにより、排ガスに含まれる有害成分(特に、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)、粒子状物質(PM)など)が、プラズマ分解される。
一方、参照の結果、上記の損傷検知運転(S2)において、異常放電が生じたと判断される場合(S7:YES)には、制御部7は、プラズマリアクター5が損傷していると判断する。
このような場合、制御部7は、プラズマリアクター5をOFF状態で継続する。また、必要により、異常放電が検知されたことをユーザーに対して表示する(S9)。
そして、エンジン2が停止されると、制御部7によって、プラズマリアクター5も停止される(エンド)。なお、エンジン2の再始動時には、上記の操作が繰り返される。
以上のように、上記のエンジンシステム1では、制御部7は、プラズマリアクター5を、ON状態とOFF状態とに切り替え可能としている。そして、プラズマリアクター5がON状態となる前のOFF状態であるときに、ON状態よりも低い電力でプラズマリアクター5を損傷検知運転させることにより、損傷検知装置10を介して、プラズマリアクター5の損傷を検知可能としている。さらに、プラズマリアクター5がOFF状態であるときに、スターターモーター4を作動させている。
換言すれば、上記のエンジンシステム1では、制御部7は、プラズマリアクター5がON状態となる前のOFF状態であるときに、バッテリー3からスターターモーター4に電力を供給するとともに、プラズマリアクター5を損傷検知運転させることにより、プラズマリアクター5の損傷を検知している。
そして、上記のエンジンシステム1では、プラズマリアクター5に損傷が検知されなかった場合に、バッテリー3からスターターモーター4への電力の供給を停止した後、プラズマリアクター5を定常運転させている。
3.作用効果
以上のように、上記のエンジンシステム1では、制御部7によって、プラズマリアクター5のON状態とOFF状態とが切り替えられる。そして、ON状態となる前のOFF状態であるときに、プラズマリアクター5は、ON状態よりも低い電力で運転(損傷検知運転)される。
これにより、上記のエンジンシステム1は、プラズマリアクター5がON状態となる前に、プラズマリアクター5の損傷を検知することができる。
その結果、上記のエンジンシステム1では、プラズマリアクター5の停止中にプラズマリアクター5が損傷した場合にも、ON状態において高出力で異常放電を生じさせる前に、プラズマリアクター5を停止することができ、その結果、エンジンシステム1内の電気部品(電源、回路など)の損傷を防止できる。
さらに、上記のエンジンシステム1では、スターターモーター4の作動中(エンジンの定常運転前)に、プラズマリアクター5が損傷検知運転され、損傷が検知されなかった場合に、プラズマリアクター5がON状態とされる。また、プラズマリアクター5がON状態となるときには、スターターモーター4の作動が停止される。
このようなエンジンシステム1によれば、スターターモーター4への電力供給と、プラズマリアクター5への電力供給(ON状態)との重複を防止できるため、バッテリー3の負荷を低減でき、エンジンストールを抑制できる。
つまり、このようなエンジンシステム1によれば、スターターモーター4の作動と、プラズマリアクター5のON状態とが重複しないため、バッテリー3の負荷を低減でき、エンジンストールを抑制できる。
一方、スターターモーター4の作動と、プラズマリアクター5の損傷検知運転とは重複するが、プラズマリアクター4の損傷検知運転における電力は、ON状態よりも低い電力であるため、バッテリー3の負荷を低減でき、エンジンストールを抑制できる。
以上のように、上記のエンジンシステム1によれば、プラズマリアクター5の停止中にプラズマリアクター5が損傷した場合にも、プラズマリアクター5がON状態となる前に、その損傷を検知することができる。その結果、高出力で異常放電が生じることを抑制でき、電気部品の損傷を防止できる。
4.変形例
上記のエンジンシステム1では、図3が参照されるように、エンジン2の駆動中において、プラズマリアクター5が連続的(継続的)にON状態とされているが、例えば、図4が参照されるように、エンジン2の駆動中において、プラズマリアクター5が、断続的にON状態とされてもよい。
より具体的には、エンジン2の駆動中において、プラズマリアクター5をON状態としたとき、排ガス中の粒子状物質(PM)は、酸素濃度が低い場合には、電極パネルに吸着され、また、酸素濃度が高い場合には、酸化および分解する。このようなエンジンシステム1において、例えば、排ガス中のPMが少ないときなどの電極パネルに対するPMの吸着が不要なタイミングや、吸着したPMの分解が完了したタイミングで、プラズマリアクター5を、一時的にOFF状態としてもよい。そして、このような場合において、プラズマリアクター5がOFF状態であるときに、上記と同様にして、損傷検知運転することができる。
なお、粒子状物質(PM)の吸着および分解だけでなく、例えば、エンジン2の排ガス量、排ガス中の有害成分(例えば、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)など)の量、さらには、車両100の走行状態などに応じて、適宜のタイミングで、エンジン2の駆動中にプラズマリアクター5をOFF状態とすることができ、また、そのプラズマリアクター5がOFF状態であるときに、上記と同様にして、損傷検知運転することができる。
さらに、上記のエンジンシステム1では、プラズマリアクター5がOFF状態であるときだけでなく、プラズマリアクター5がON状態であるときにも、プラズマリアクター5(電極パネルなど)の損傷を、上記の損傷検知装置10によって検知することができる。
より具体的には、上記のエンジンシステム1では、プラズマリアクター5のON状態中に、プラズマリアクター5に印加される電流値が、このとき、プラズマリアクター5が損傷している場合には、ON状態中に、プラズマリアクター5内に異常放電が生じ、プラズマリアクター5に印加される電流値が増大する。
換言すれば、プラズマリアクター5に印加される電流値が閾値以上である場合、プラズマリアクター5に異常放電が生じていると判断され、プラズマリアクター5がON状態中に損傷したと判断される。
そして、ON状態において、プラズマリアクター5(電極パネルなど)に印加される電流値が閾値以上であり、異常放電が検知された場合には、プラズマリアクター5をOFF状態として、運転を停止する。また、必要により、異常放電が検知されたことをユーザーに対して表示する。
一方、ON状態において、プラズマリアクター5(電極パネルなど)に印加される電流値が閾値未満であり、異常放電が検知されない場合には、プラズマリアクター5のON状態を継続する。
なお、プラズマリアクター5の損傷を判断するための電流値の閾値は、特に制限されず、プラズマリアクター5のON状態における出力などに応じて、適宜設定される。
また、必要に応じて、プラズマリアクター5の電極パネルの表面に、有害物質を吸着する吸着担体(例えば、ゼオライトなど)を、備えることができる。
1 エンジンシステム
2 エンジン
3 バッテリー
4 スターターモーター
5 プラズマリアクター
7 制御部
10 損傷検知装置

Claims (1)

  1. エンジンと、
    バッテリーと、
    前記バッテリーから電力が供給され、前記エンジンから排出される排ガスに含まれる成分を分解するプラズマリアクターと、
    前記バッテリーから前記プラズマリアクターへの電力供給を制御する制御部と、
    前記プラズマリアクターに接続され、前記プラズマリアクターに印加される電流値から前記プラズマリアクターの損傷を検知する損傷検知装置と
    前記バッテリーから電力が供給され、前記エンジンを始動させるスターターモーターと
    を備え、
    前記制御部は、
    前記プラズマリアクターを、ON状態とOFF状態とに切り替え可能であり、
    前記プラズマリアクターがON状態となる前のOFF状態であるときに、前記バッテリーから前記スターターモーターに電力を供給するとともに、前記ON状態よりも低い電力で前記プラズマリアクターを損傷検知運転させて、前記プラズマリアクターの損傷を検知し、
    前記バッテリーから前記スターターモーターへの電力の供給を停止した後、前記プラズマリアクターに損傷が検知されなかった場合に、前記プラズマリアクターをON状態とする
    ことを特徴とする、エンジンシステム。
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