WO2006126720A1 - 排ガス浄化装置および排ガス浄化方法 - Google Patents

排ガス浄化装置および排ガス浄化方法 Download PDF

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Masaru Kakinohana
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus and an exhaust gas purification method for treating exhaust gas.
  • exhaust gases emitted from automobiles, factories, etc. contain harmful substances such as nitrogen oxides, and it is desired to purify them by using catalysts.
  • catalysts such as a three-way catalyst.
  • nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas are oxidized by discharge, and the oxidized nitrogen oxides are adsorbed by the adsorption part, and then the electric field is applied to the adsorption part. It has been proposed to purify nitrogen oxides by concentrating the adsorbed and ionized nitrate ions to the positive side, and finally reducing the concentrated nitrate ions. Disclosure of the invention
  • the present invention relates to nitrogen oxides contained in exhaust gas discharged from automobiles, factories, etc.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device and an exhaust gas purification method for appropriately purifying (NO x).
  • an exhaust gas purification apparatus includes a reactor that is provided in an exhaust passage and discharges to exhaust gas, and nitrogen oxides in the exhaust gas in the exhaust passage downstream of the reactor. Detection means for detecting the concentration, and control means for controlling the output of the reactor based on a comparison result between the concentration of nitrogen oxides detected by the detection means and a predetermined reference value.
  • the output of the reactor is controlled based on the comparison result between the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas downstream of the reactor and a predetermined reference value. Nitrogen oxide can be appropriately purified. .
  • an exhaust gas purification method is an exhaust gas that discharges exhaust gas flowing in an exhaust passage by a reactor provided in the exhaust passage and promotes purification of nitrogen oxides in the exhaust gas.
  • a purification method comprising the steps of detecting the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas in the exhaust passage downstream of the reactor, the concentration of nitrogen oxides detected in the detecting step, and a predetermined reference A step of comparing values, and a step of controlling the output of the reactor based on the result of the comparison. -As a result, the output of the reactor is controlled based on the comparison result between the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas downstream of the reactor and a predetermined reference value. It becomes possible to purify the object appropriately.
  • the predetermined reference value is a concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas upstream from the reactor.
  • the reactor output is controlled based on the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas before entering the reactor.
  • the controlling step includes a step of suppressing the operation of the reactor when the concentration of nitrogen oxides in the exhaust passage on the downstream side of the reactor exceeds the predetermined reference value.
  • Good to include. '' Nitrogen oxidation by using reactor As a result, the increase in the amount of materials is suppressed, and the operating power of the reactor can be saved.
  • Figure 1 is a graph showing an example of NO, N0 2, NQx concentration change with respect to the applied voltage in the reactor.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing that the exhaust gas purifying apparatus according to the embodiment of the present invention is applied to an exhaust system of a vehicle equipped with an engine.
  • FIG. 3 is an example of a control flowchart of the exhaust gas purifying apparatus in the embodiment of the present invention.
  • the applied voltage of the reactor is controlled to an appropriate applied voltage according to the NO X purification level, specifically, the NO X concentration.
  • the applied voltage of the reactor is controlled so that the applied voltage is within a predetermined range from 30 kV in the figure, more specifically, within a range between 20 kV and 30 kV.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a configuration applied to an exhaust system of a vehicle equipped with the exhaust gas purifying apparatus 10-power engine 60 in the embodiment of the present invention.
  • the exhaust gas purifying device 10 is installed in the exhaust system of the engine 60 mounted on the vehicle, that is, in the exhaust passage 70 on the downstream side of the exhaust port (not shown) of the engine 60.
  • the exhaust passage 70 is defined by an exhaust pipe 72.
  • the engine 60 of the present embodiment is a diesel engine.
  • the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention can be applied to various internal combustion engines, that is, an exhaust system of a spark ignition engine or a compression ignition engine, and particularly to a lean burn gasoline engine having a high oxygen concentration in the exhaust gas. May be applied.
  • the exhaust gas purification apparatus 10 of this embodiment includes a reactor 20, a catalyst 30, a NO X concentration meter (NO X sensor) 40 (40 u and 40 rri), and a control device (ECU) that controls them. And 50.
  • the reactor 20 is provided in the exhaust passage 70, and the catalyst 30 is provided in the portion of the exhaust passage 70 downstream of the reactor 20.
  • the NOX sensor 40 of the present embodiment the NOX sensor 40 u is located in the exhaust passage 70 upstream of the reactor 20, downstream of the reactor 20, and more than the catalyst 30.
  • An NO x sensor 40 m is provided in the upstream exhaust passage 7.0.
  • the reactor 20 installed in the exhaust pipe 2 to discharge toward the exhaust gas flowing through the exhaust passage 70 is of a coaxial cylindrical type.
  • the reactor 20 is incorporated in the exhaust pipe 72 so that its own axis substantially coincides with the axis of the exhaust passage 70.
  • the reactor 20 includes a case 22, a center electrode 24 extending on the axis of the case 22, a ground electrode 26 passing through the center of the center electrode 24 and enclosing the outer peripheral surface of the case 22 And a high-voltage power supply 28 that applies a pulse voltage to the center electrode 24.
  • the ground electrode 26 is electrically grounded 26a.
  • the central electrode 24 of the reactor 20 extends in the same direction as the flow direction of the exhaust gas.
  • the upstream end of the central electrode 24 is connected to the high voltage power source 2 via a metal connection 28a. 8 is connected.
  • the center electrode 24 is made of chromium steel having excellent corrosion resistance (for example, 10 Cr 5 A 1), but is not limited thereto, and other metals having excellent corrosion resistance. It can be produced using other conductors.
  • Case 22 is made of ceramics, but may be made of other heat-resistant materials. In the case of an engine with a low exhaust system temperature because it is a diesel engine, Case 22 can be made of a material such as acrylic resin, which has a relatively low heat resistance compared to ceramics.
  • the ground electrode 26 is made of stainless steel, but may be made of a heat-resistant and corrosion-resistant conductor in addition to stainless steel.
  • the high voltage power supply 28 has a DC-DC converter and switching circuit so that it can boost the output of a DC power supply (not shown) (for example, an in-vehicle battery) and output a DC pulse wave of any voltage value and waveform. It is configured to include.
  • the high voltage power supply 28 is controlled by a control output from the ECU 50 described later in order to apply a desired high voltage to the center electrode 24.
  • the catalyst 30 of the present embodiment is an Nx storage reduction catalyst (NSR catalyst), and is provided to remove at least nitrogen oxides (NOx) from the exhaust gas discharged from the engine 60.
  • NSR catalyst Nx storage reduction catalyst
  • the catalyst 30 is a platinum Z-mouthed catalyst having an eighty-cam structure, and barium (Ba) is supported on the catalyst 30 to enhance the NOx occlusion function.
  • barium (Ba) is supported on the catalyst 30 to enhance the NOx occlusion function.
  • palladium, copper, manganese, etc. may be used as the catalyst component.
  • the catalyst 0 is not limited to the NS R catalyst as long as at least NOx can be purified, and may be a three-way catalyst.
  • a three-way catalyst there is a platinum-based catalyst that supports cerium (C e) force in order to enhance the oxygen storage function.
  • the NOx sensors 40 u and 40 m detect the NOx concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage 70.
  • the ECU 50 is configured as a microcomputer including a CPU, ROM, RAM, A / D converter, input interface, output interface, and the like.
  • NOx sensors 40 u and 40 m are connected to the ECU 50 entrance interface via electrical wiring.
  • a high voltage power supply 28 is connected to the output interface of the ECU 50. Then, the ECU 50 compares the detected NOx concentration with a predetermined reference value, and based on the comparison result, appropriately applies the applied voltage applied from the high voltage power supply 28 to the center electrode 24 in the reactor 20 to the NOx. Control to promote oxidation. By changing the voltage command signal to the high voltage power supply 28, the voltage applied to the center electrode 24 is adjusted.
  • NO is preferably oxidized to N0 2 before being introduced into the catalyst 30, and NO 0 2 ′ allows NO to be appropriately converted to N 2 and 0 2 by the catalyst 30. Will be reduced. Therefore, before the exhaust gas is introduced into the catalyst 30, NOx purification is efficiently performed by promoting the oxidation of NOx in the reactor 20 as described above. .
  • discharge to the exhaust gas by the reactor 20 is controlled in accordance with the NO X purification level.
  • step S301 the ECU 50 determines whether or not a control stop flag described later is “0”. Since the flag is reset in the initial state, the determination is affirmed here and the process proceeds to step S303.
  • step S 303 the NO X concentration upstream of the reactor 2 by the NO X sensor 40 u (hereinafter referred to as the first NO X concentration) Cu is also added to the reactor 20 by the NO X sensor 40 m.
  • NOx concentration downstream (hereinafter referred to as second NOx concentration) Cm is detected and stored in RAM.
  • step S305 it is determined whether or not the second NO X concentration Cm stored in the RAM is higher than a predetermined first reference value Co.
  • the predetermined first reference value Co is used to determine whether or not the NO X concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage 70 is so low that the reactor 20 does not need to promote NO X purification. This is the reference value, which is obtained in advance through experiments and stored in ROM.
  • the predetermined first reference value Co is determined based on the NOx purification performance of the catalyst 30. ' If it is determined that the second NOx concentration Cm is equal to or less than the first reference value Co and the result is negative, the process proceeds to step S307, and an evening counter value ⁇ described later is reset.
  • step S 309 the applied voltage s ⁇ from the high-voltage power supply 28 in the reactor 20 is set to “0”, that is, turned off so that the reactor 20 does not discharge toward the exhaust gas, and the routine ends. Is done.
  • step S305 if it is determined in step S305 that the second NOx concentration Cm is higher than the predetermined first reference value Co, the process proceeds to step S311, and the second NOx concentration Cm stored in the RAM is Similarly, it is determined whether or not the concentration is higher than the first NOX concentration Cu stored in the RAM. That is, in step S 311, the first NOx concentration Cu is used as the predetermined second reference value.
  • step S313 the timer counter value n is reset.
  • step S315 the applied voltage sp force sp1 is set, and the routine is terminated.
  • an output signal is generated from the ECU 50 so that the applied voltage sp force sp 1 in the reactor 20 is obtained.
  • sp 1 the acid of NOx in the exhaust gas is suitably carried out by the discharge in the reactor 20, a value, for example N0 2 is generated.
  • N0 2 a value, for example N0 2 is generated.
  • 30 'kV in Fig. 1 corresponds to this s1.
  • step S 311 determines whether the second Nx concentration Cm is higher than the first NOx concentration Cu.
  • the fact that the second Nx concentration Cm is higher than the first NOx concentration Cu means that the Nx concentration of the exhaust gas has become higher due to the discharge in the reactor 20.
  • This phenomenon for example, as described above with reference to FIG. 1, N 2 and ⁇ 2 in the exhaust gas react, generating undesirable so-called Thermal NOX occurs by induced, be considered as it can. Therefore, it is necessary to suppress the operation of the reactor 20, that is, the applied voltage s in the reactor 20 in this embodiment so that such thermal NOx is not generated. Therefore, the applied voltage s is suppressed at step S317 and below.
  • step S317 the applied voltage sp is suppressed, that is, reduced. Specifically, the applied voltage s 1 force during normal operation, and the predetermined decrease amount As p are reduced, and the reduced value (sp 1 ⁇ ⁇ sp) is set as the applied voltage sp, so that the applied voltage sp is Updated. Then, a voltage command signal is issued from the ECU 50 to the high voltage power supply 28 so that the applied voltage sp becomes the updated one. In this way, when the second NOx concentration Cm in the exhaust passage downstream of the reactor 20 exceeds the first NOx concentration Cu, which is the predetermined second reference value, the operation of the reactor 20 Is suppressed. In step S 319 following step S 317, the evening ima count evening value n is incremented. Note that this evening ima count evening value n is used as a value reflecting the application time of the suppressed applied voltage in a step described later.
  • the application of the applied voltage sp thus suppressed is repeated until the second NO X concentration Cm becomes equal to or lower than the first NOx concentration Cu (step S 311).
  • the predetermined decrease ⁇ s p for obtaining the suppressed applied voltage sp is, for example, 5 kV. This is because, when the applied voltage sp 1 during normal operation is 3 O kV in Fig. 1 as described above, the applied voltage sp is suppressed to a voltage in the range up to 20 kV. This is because the amount of decrease ⁇ sp is determined.
  • the evening immager counter value n is compared with the threshold value X stored in advance in the ROM.
  • the evening ima count evening n is a value that increases by “1” as it continues to step S 319 above, so it is a value corresponding to the time of the routine repeated continuously. is there.
  • the evening counter value n is a value reflecting the application time of the suppressed applied voltage sp.
  • step S321 it is affirmed that the timer counter value n is less than the threshold value X, and the routine is terminated. And in the next and subsequent routines When step S 3 1 9 is reached continuously, the evening ima counter value n is over the threshold value X and negated in step S 3 2 1. In the present embodiment, this case is determined as a failure of the reactor 20. If the result in step S 3 2 1 is negative, the process proceeds to step S 3 2 3, where an abnormal alarm is issued, for example, to the driver, and a predetermined control stop flag is set so that the control of the reactor 20 is stopped. Set to “1”.
  • This control stop flag is a flag indicating that the voltage application at the reactor 20 is stopped, and that “1” indicates that the voltage application at the reactor 20 is stopped. Yes.
  • the control of this embodiment promotes the purification of N O X while suppressing the generation of thermal N O X and saves the power supplied to the reactor 20.
  • this invention is an internal combustion engine. It can be applied to various exhaust systems such as those from factories.
  • the reactor 20 may be of any other type, such as a parallel plate type, not limited to a coaxial cylindrical type, as long as it can purify exhaust gas by the action of electric power.
  • the catalyst 30 is disposed in the exhaust passage 70 on the downstream side of the reactor 20.
  • the arrangement is not limited to the catalyst. Instead of the catalyst, other devices that absorb and store gas, or devices that directly decompose NOX in the exhaust gas using electricity, etc. may be provided.
  • the NO x sensor 40 is connected upstream of the reactor 20, that is, between the exhaust gas generation source and the reactor 20, and between the reactor 20 and the catalyst 30.
  • at least one is disposed in the exhaust passage 70 on the downstream side of the reactor 20.
  • any number of exhaust passages 70 may be provided as long as at least one NOX sensor is provided there.
  • the voltage value sp 1 is a fixed value. However, since the optimum applied voltage also varies depending on the NOX concentration contained in the exhaust gas, a predetermined map is referred to according to the first NOX concentration Cu. For example, the applied voltage sp 1 may be changed. The voltage value sp 1 is determined not only according to the first NOX concentration Cu upstream from the reactor 20 but also from the N0x concentration downstream from the reactor 20, for example, the second NOX concentration C m. It may be done. Further, the voltage value s 1 may be changed depending on the operating state of the engine, and the voltage value spi is one of the temperature of exhaust gas, the temperature of the catalyst, the amount of exhaust gas, the engine speed, and the engine load. It may be decided according to the combination of two or more of them. In such a case, corresponding sensors such as a temperature sensor, a rotation speed sensor, and a load sensor are appropriately provided, or detection values of these sensors already provided in the engine 60 are used.
  • the NOx concentration Cm on the downstream side of the reactor 20 detected by the NOX sensor 40 m is used as the upstream side of the reactor 20 detected by the NOx sensor 40 u. It was decided to compare with Nx concentration Cu (step S3 1 1). However, as the predetermined second reference value to be compared, the measured upstream NOX concentration A fixed value may be used instead of the degree Cu.
  • step S 3 17 the applied voltage s 1 is reduced by a predetermined reduction amount ⁇ s p.
  • the amount to be reduced may be increased step by step as the number of times reaching the routine following step S 3 17 increases.
  • the present invention has been described with a certain degree of concreteness, but various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims. It must be understood that it is possible. In other words, the present invention includes modifications and changes that fall within the scope and spirit of the appended claims and their equivalents.

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Abstract

自動車、工場等から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物を適切に浄化する、本発明に係る排ガス浄化装置は、排気通路(70)に設けられ、排ガスに放電する反応器(20)と、反応器(20)の下流側の排気通路(70)における排ガス中の窒素酸化物の濃度を検出する検出手段(40m)と、検出手段(40m)によって検出された窒素酸化物の濃度と所定の基準値との比較結果に基づいて、反応器(20)の出力を制御する制御手段(50)と、を備える。この排ガス浄化装置では、反応器(20)の下流側の排気通路(70)における排ガス中の窒素酸化物の濃度を検出し、検出された窒素酸化物の濃度と所定の基準値とを比較し、その比較の結果に基づいて、反応器(20)の出力を制御するステップに基づいて制御が行われることで、排ガス中の窒素酸化物の浄化が図られる。

Description

明細書 排ガス浄化装置および排ガス浄化方法 技術分野
本発明は、 排ガスを処理する排ガス浄化装置および排ガス浄化方法に関する。 背景技術
一般に自動車、工場等から排出される排ガスには窒素酸化物等の有害物質が含ま れていて、 これらを触媒等の使用により浄化することが望まれている。 しかしなが ら、 排ガス中の酸素濃度が高い場合には、三元触媒等の触媒では窒素酸化物の浄化 が困難になるという問題がある。
そこで、 例えば、 日本国特開 2004-68797号公報によれば、 排ガス中の 窒素酸化物 (NOx) を放電により酸化し、 酸化された窒素酸化物を吸着部で吸着 し、 その後吸着部に電界を加えて、 吸着してイオン化した硝酸イオンを正極性側に 濃縮し、最後に濃縮した硝酸イオンを還元することで窒素酸化物を浄化することが 提案されている。 発明の開示
しかしながら、上記日本国特開 2004- 68797号公報に記載の如く排ガス に放電させると、 窒素酸化物の浄化に適する反応、 例えば NOが酸化されて N02 になる反応が生じる場合もあるが、放電の条件によっては雰囲気温度が上昇して排 ガス中の N2に酸化が生じ、 例えば NOが生じる可能性もある。 これでは窒素酸化 物の浄化を促すどころ力、 それを増加させることになり、 窒素酸化物の浄化が適切, に行われない可能性がある。
そこで、 本発明は、 自動車、 工場等から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物 (N O x )を適切に浄化する排ガス浄化装置および排ガス浄化方法を提供すること を目的とする。
上記課題を解決するために、 本発明による排ガス浄化装置は、 排気通路に設けら れ、 排ガスに放電する反応器と、 前記反応器の下流側の前記排気通路における前記 排ガス中の窒素酸化物の濃度を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出さ れた窒素酸化物の濃度と所定の基準値との比較結果に基づいて、前記反応器の出力 を制御する制御手段と、 を備えることを特徴とする。
上記構成により、 反応器の出力が、 反応器の下流側の排ガス中 窒素酸化物の濃 度と所定の基準値との比較結果に基づいて制御されることとなるので、反応器を用 いての窒素酸化物の浄化が適切に行われることが可能となる。 .
また、 上記課題を解決するために、 本発明による排ガス浄化方法は、 排気通路を 流れる排ガスに、 該排気通路に設けられる反応器によって放電し、 前記排ガス中の 窒素酸化物の浄化を促進させる排ガス浄化方法であって、前記反応器の下流側の前 記排気通路における前記排ガス中の窒素酸化物の濃度を検出するステップと、前記 検出するステップにおいて検出された窒素酸化物の濃度と所定の基準値とを比較 するステップと、 前記比較の結果に基づいて、 前記反応器の出力を制御するステツ プと、 を備えることを特徴とする。 - これにより、 反応器の出力が、 反応器の下流側の排ガス中の窒素酸化物の濃度と 所定の基準値との比較結果に基づいて制御されるので、.反応器を用いての窒素酸化 物の浄化が適切に行われることが可能となる。
望ましくは、 前記所定の基準値は、 前記反応器よりも上流の前記排ガスにおける 窒素酸化物の濃度である。 これにより、 ^応器に入る前の排ガス中の窒素酸化物の 濃度を基準として、 反応器の出力が制御されることになる。
また、 この場合、 前記制御するステップは、 前記反応器の下流側の前記排気通路 における窒素酸化物の濃度が、 前記所定の基準値を上回った場合に、 前記反応器の 動作を抑制するステップを含むと良い。' これにより、 反応器の使用による窒素酸化 物の増加が抑制されることになり、ひいては反応器の作動動力を節約することが可 能となる。
上記した本発明によれば、 自動車、 工場等から排出される排ガスに含まれる窒素 酸化物が適切に浄化される。 図面の簡単な説明
図 1は、 反応器での印加電圧に対する NO、 N02、 NQxの濃度の変化の一例 を表したグラフである。
図 2は、本発明の実施形態における排ガス浄化装置がエンジンを搭載した車両の 排気系に適用されたところを示す概略構成図である。
図 3は、本発明の実施形態における排ガス浄化装置の制御フローチャートの一例 である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の実施形態について説明する前に、一実験結果について図 1に基づいて説 明する。 図 1に表されているのは、 1対の電極からなる反応器を用いて排ガスに放 電することで、 排ガス中の NO濃度と、 N02濃度と、 NO X濃度とがどのように 変動するかを調べた一実験結果である。 この実験では、 一定組成の排ガスを排気通 路に流し、この排気通路に設けられた反応器に種々の値の電圧を印加させることで、 その排ガスに向けて放電を起させて、反応器から出てきた排ガスにおける NO濃度 (曲線 t l)、 N02濃度 (曲線 t 2)、 および NO濃度と N〇2濃度との和である NOx濃度 (曲線 T) を測定した。 図 1の印加電圧 「0 kV」、 すなわち反応器か ら排ガスに向けて放電されていない状態から、 印加電圧を徐々に高くしていくと、 NOx濃度は 30 kV付近まで概ね変化しなかった。 しかしながら、 それ以上の高 電圧が作用されると、 NOx濃度は増加した (曲 ί泉 T参照)。 これは、 曲線 t lお よび曲線 t 2から明らかなように、主として減少傾向にあった N O濃度が増加傾向 に変化したことに起因する。 すなわち、 まず、 印加電圧が 0 kVから徐々に高くさ れると、 およそ 20 kVから NO濃度は、 NOが酸化されて N〇2になることによ り減少し始め、 これに伴い N02濃度が増加する。 この傾向はおよそ 30 kVまで 続く。 しかしながら、 およそ 30 kVになると、 排ガス中の N2に高電圧が作用さ れてそれと〇2との反応が生じるなどして N〇 (いわゆるサーマル NO X) が生じ るために、 NOの濃度が増加傾向に転じる。 一方で、 放電に る熱の発生に伴い、 N02の分解が促進されるため、 N02は減少傾向に転じる。 しかしながら、 NO 濃度の増加量が、 ^^ひ2濃度の減少量を上回るため、 トータルの: NO X濃度は増加 傾向に転じるのである。 これより、 反応器への印加電圧を適切に制御しなければ、 反応器を介すことで却って N〇 Xの浄化が行われ難くなる可能性があることが理 解される。 そこで、 本実施形態では、 NO Xの浄化のレベル、 具体的には NO X濃 度に応じて反応器の印加電圧を、 適切な印加電圧に制御する。例えば図 1によると ころの 30 kVから所定の範囲内、より具体的には 20 k Vと 30 k Vとの間の範 囲内の印加電圧になるように、 反応器の印加電圧を制御する。
以下、 本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置および排ガス浄化方法について、 添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図 2は、 本発明の実施形態における排ガス浄化装置 10力 エンジン 60を搭載 した車両の排気系に適用されたところを示す概略構成図である。排ガス浄化装置 1 0は、 車両に搭載されたエンジン 60の排気系、 すなわちエンジン 60の排気ポー ト (不図示)よりも下流側の排気通路 70に設置されている。 この排気通路 70は排 気管 72により区画形成されている。 なお、本実施形態のエンジン 60はディーゼ ルエンジンである。 しかしながら、 本発明に係る排ガス浄化装置は、 各種の内燃機 関、 すなわち火花点火機関や圧縮点火機関の排気系などに適用され得、 特に排ガス 中の酸素濃度の高いリ一ンバーンガソリンェンジンなどに適用されても良い。 本実施形態の排ガス浄化装置 10は、 反応器 20と.、 触媒 30と、 NO X濃度計 (NO Xセンサ) 40 (40 uと 40rri) と、 それらを制御する制御装置(E C U) 5 0とを含んで構成されている。反応器 2 0は排気通路 7 0に設けられ、 反応器 2 0よりも下流側の排気通路 7 0の部分に触媒 3 0が設けられている。本実施形態の N O Xセンサ 4 0としては、反応器 2 0よりも上流側の排気通路 7 0の部分に N O Xセンサ 4 0 uが、反応器 2 0よりも下流側であつて触媒 3 0よりも上流側の排気 通路 7. 0の部分に N O xセンサ 4 0 mが設けられている。
排気通路 7 0を流れる排ガスに向けて放電するべく排気管 2に設置されてい る反応器 2 0は、 同軸円筒型のものである。 反応器 2 0はそれ自体の軸線が排気通 .路 7 0の軸線とほぼ一致するように、 排気管 7 2に組み込まれている。 反応器 2 0 は、 ケース 2 2と、 ケース 2 2の軸線上に延在する中心電極 2 4と、 この中心電極 2 4が中心を通り且つケース 2 2の外周面を包む接地電極 2 6と、中心電極 2 4に パルス電圧を印加する高電圧電源 2 8とにより構成されている。 なお、 接地電極 2 6は、 電気的に接地 2 6 aされている。
反応器 2 0の中心電極 2 4は、 排ガスの流れ方向と同方向に延びており、 その中 心電極 2 4の上流側の端部には、金属結線 2 8 aを介して高電圧電源 2 8が接続さ れている。 中心電極 2 4は、耐腐食性に優れたクロム鋼(例えば、 1 0 C r 5 A 1 ) で作製されているが、 それにのみ限定されるものではなく、他の耐腐食性に優れた 金属その他の導電体を用いて作製され得る。ケース 2 2はセラミックスで作製され ているが、 その他の耐熱性に優れた材料で作製されても良い。 ディーゼルエンジン であるので排気系の温度が低いエンジン 6 0の場合には、 ケース 2 2は、 セラミツ クス等に比べて耐熱性の比較的低いァクリル樹脂などの材料から作製されても良 レ^一方、接地電極 2 6は、ステンレス鋼で形成されているが、ステンレス鋼の他、 耐熱性および耐腐食性のある導電体で形成されても良い。 高電圧電源 2 8は、 不図 示の直流電源 (例えば、 車載バッテリ) の出力を昇圧して任意の電圧値および波形 の直流パルス波を出力できるように、 D C— D Cコンバータおよびスイッチング回 路を含んで構成されている。高電圧電源 2 8は、 中心電極 2 4に所望の高電圧を印 加するべく、 後述する E C U 5 0からの制御出力により制御される。 本実施形態の触媒 30は、 N〇x吸蔵還元型触媒 (NSR触媒) であり、 ェンジ ン 60から排出された排ガスから少なくとも窒素酸化物(NOx) を除去するべく 設けられている。 具体的には、 触媒 30は、 八二カム構造体を有するプラチナ Z口 ジゥム系触媒であり、 そこに NOx吸蔵機能を高めるためにバリウム (Ba) が担 持されだものである。 触媒成分として、 それら以外にパラジウム、 銅、 マンガンな どが用いられても良い。触媒 0は、 少なくとも NOxを浄化可能であれば NS R 触媒に限定されず、 三元触媒であっても良い。 例えば、 三元触媒としては、 酸素吸 蔵機能を高めるためにセリウム (C e) 力担持されたプラチナ系触媒がある。
NOxセンサ 40 u、 40mは、排気通路 70を流れる排ガスにおける NOxの 濃度を検出する。
ECU50は、 CPU、 ROM, RAM, A/D変換器、 入力インタフェース、 出力イン夕フェース等を含むマイクロコンピュータとして構成されている。 ECU 50の入カイン夕フェースには NOxセンサ 40 u、 40mが電気配線を介して接 続されている。 ECU 50の出力インタフェースには、 高電圧電源 28が接続され ている。 そして、 ECU50は、 検出した NOx濃度と所定の基準値とを比較し、 その比較結果に基づいて、反応器 20において高電圧電源 28から中心電極 24に 印加される印加電圧を、 適切に NOxの酸化が促進されるように制御する。 高電圧 電源 28への電圧指令信号を変えることで、中心電極 24への印加電圧が調整され る。
このような構成において、 排気通路 70を流れる排ガスに向けて、 反応器 20に よる放電が生じると、 ある条件下ではプラズマが発生し、 排ガス中の酸素分子〇2 に電子が衝突して酸素原子が生じる。 この酸素原子が酸素分子と結合することで、 オゾン〇3が生成されることになる。 このオゾンは酸化力が強いので、 排ガスに含 まれる NOx、 特に NOが酸化されて、 N〇2が生成される。 そして、 この N02 が触媒 30へ導入されることになる。 なお、 酸素分子から生じた上記酸素原子が、 例えば N 0と反応することでも N 02が生成される。 一般に N〇xは、 NS R触媒である触媒 30上で、 還元されて N2や 02にされ ることで浄化される。 しかしながら、 その反応がより迅速に且つ効率よく行われる ためには、 その前段階で NO Xの酸化が行われるのが好適である。 すなわち、 例え ば NOは、 触媒 30への導入より前に酸化されて N02とされるのが好ましく、 N 02 'とされていることで NOは触媒 30により N2や 02に適切に還元されること になる。 したがって、 触媒 30に排ガスが導入される前に、 上記の如く反応器 20 で NO Xの酸化を促進することにより、 NO Xの浄化が効率よく行われることとな る。 .
しかしながら、 上述の通りに、 反応器 20による排ガスへの放電の程度によって は、 適切に NO Xの浄化が行われない場合が生じ得る。 そこで、 本実施形態では、 NO Xの浄化レベルに応じて、反応器 20による排ガスへの放電を制御することに. している。
以下に、 反応器 20への供給電力、 すなわち中心電極 24への印加電圧の制御に ついて図 3のフローチャートに基づいて説明する。..
まず、 ECU 50は、ステップ S 301において、後述する制御停止フラグが「0」 であるが否かを判定する。初期状態では同フラグはリセットされているためここで は肯定されてステップ S 303に進む。 次に、 ステップ S 303で、 NO Xセンサ 40 uによる反応器 2ひの上流側の NO X濃度(以下、 第一 NO X濃度と称する。) Cuが、 また NO Xセンサ 40 mによる反応器 20の下流側の NO X濃度 (以下、 第二 NO X濃度と称する。) Cmがそれぞれ検出されて、 RAMに記憶される。 次 に、 ステップ S 305で、 RAMに記憶されている第二 NO X濃度 Cmが所定の第 一基準値 Coより高いか否かが判定される。 ただし、 所定の第一基準値 Coは、 反 応器 20により NO X浄化を促進する必要がないほど、排気通路 70を流れる排ガ ス中の NO X濃度が低いか否かを判定するための基準値であり、予め実験により求 めて ROMに記憶されている。 なお、 所定の第一基準値 Coは、 触媒 30の NOx 浄化の性能に基づいて決定されている。' 第二 NOx濃度 Cmが第一基準値 C o以下と判断されて否定されると、ステップ S 307へ進み、 後述する夕イマカウンタ値 ηがリセットされる。 そして、 ステツ プ S 309において、 排ガスに向けて反応器 20から放電されないように、 反応器 20における高電圧電源 28からの印加電圧 s ρが 「0」、 すなわち OFFにされ て、 該ルーチンは終了される。
一方、ステップ S 305で第二 NOx濃度 Cmが所定の第一基準値 C oより高い と判断されると、 ステップ S 31 1へ進み、 RAMに記憶されている第二 NOx濃 度 C mが、同様に R A Mに記憶されている第一 N O X濃度 C uより高いか否かが判 定される。 すなわち、 ステップ S 31 1では、 第一 NOx濃度 Cuが所定の第二基 準値として用いられる。 そして、 笋ニ NOx濃度 Cmが、 第一 N〇x濃度 Cu以下 と判断されて否定されるとステップ S 313へ進み、タイマカウンタ値 nがリセッ トされる。 そして、 ステップ S 315で印加電圧 s p力 s p 1に設定され、 該ルー チンは終了される。 このステップ S 315での印加電圧 s pの設定によって、 反応 器 20における印加電圧 s p力 s p 1となるように、出力信号が ECU 50から発 せられる。 ここでいう s p 1は、 反応器 20での放電により排ガス中の NOxの酸 化が好適に行われ、 例えば N02が生成される値である。 例えば図 1における 30 ' k Vはこの s 1に相当する。
一方、 ステップ S 31 1で、 第二 N〇x濃度 Cmが第一 NOx濃度 Cuより高い と判断されて肯定されると、 ステップ S 317へ進む。 ここで、 第二 N〇x濃度 C mが第一 NOx濃度 Cuより高いということは、反応器 20での放電によって排ガ スの N〇x濃度が高くなつたことを意味する。 この現象は、 例えば、 図 1に基づい た上記説明の如く、 排ガス中の N2と〇2が反応して、 望ましくないいわゆるサー マル N O Xの生成が誘発されたことにより生じた、と考えることができる。それ故、 そのようなサ一マル NOxが生成されないように、 反応器 20の動作、 すなわち本 実施形態では反応器 20での印加電圧 s を抑制することが必要とされる。そこで、 ステップ S 317以下で、 印加電圧 s が抑制される。 ステップ S 317では、印加電圧 s pが抑制、すなわち低減される。具体的には、 通常運転時の印加電圧 s 1力、ら、 所定の減少量 As pが減じられ、 その減じられ た値 (s p 1— Δ s p) が印加電圧 s pとされて印加電圧 s pが更新される。 そし て印加電圧 s pがその更新されたものとなるように電圧指示信号が ECU 50か ら高電圧電源 28へ発せられる。 このようにして、 反応器 20の下流側の排気通路 における第二 N〇 X濃度 C mが、所定の第二基準値である第一 NOx濃度 Cuを上 回った場合に、 反応器 20の動作が抑制されるのである。 そして、 ステップ S 31 7の次のステップ S 319では、 夕イマカウン夕値 nがインクリメントされる。 な お、 この夕イマカウン夕値 nは、 後述するステップで、 抑制された印加電圧 の 印加時間を反映した値として用いられる。
このようにして抑制された印加電圧 s pの印加は、第二 NO X濃度 Cmが第一 N Ox濃度 Cu以下になるまで (ステップ S 31 1)、 繰り返し行われる。 ただし、 抑制された印加電圧 s pを求めるための上記所定の減少量 Δ s pは、例えば 5 k V である。 これは、 通常運転時の印加電圧 s p 1が上記の如く、 図 1での 3 O k Vで ある場合には、印加電圧 s pが抑制されて 20 kVまでの範囲の電圧になるように 上記所定の減少量 Δ s pが定められているからである。
しかしながら、 反応器 20の動作を所定時間抑制しても、 第二 NOx濃度 Cmが 第一 NOx濃度 Cu以下にならない場合がある。 そのような場合には、 反応器 20 によって NOxの浄化が適切に促進されていないことが明らかであり、ひいては反 応器 20の故障が疑われる。 そこで、 ステップ S 321において、 夕イマカウンタ 値 nを、 予め ROMに記憶されている閾値 Xと比較することにしている。 ここで、 夕イマカウン夕値 nは、 上記ステップ S 319に連続して至れば至るほど 「1」 づ つ増えていく値であるので、連続して繰り返されたルーチン分の時間に対応した値 である。 すなわち、 夕イマカウンタ値 nは、 抑制された印加電圧 s pの印加時間を 反映した値である。当初はステップ S 321でタイマカウンタ値 nが閾値 X未満で あるとして肯定されてそのルーチンは終了される。そして、 次回以降のルーチンで 連続してステップ S 3 1 9に至るようになると、ステップ S 3 2 1で夕イマカウン タ値 nが閾値 X以上となって否定されることになる。本実施形態では、 この場合を 反応器 2 0の故障と判断する。ステップ S 3 2 1で否定されるとステップ S 3 2 3 へ進み、 異常アラームが例えば運転者に向けて発せられると共に、 反応器 2 0の制 御が停止ざれるべく、 所定の制御停止フラグが 「1」 にセッ卜される。 この制御停 止フラグは、 反応器 2 0での電圧の印加を ί拳止することを示すフラグであり、 それ が 「1」 ということは反応器 2 0での電圧の印加の停止を表している。 その結果、 次のルーチンのステップ S 3 0 1で制御停止フラグが参照され、 同フラグが 「1」 にセットされているため、 ステップ S 3 0 9の処理が実行されることになる。 こう して、 反応器 2 0への電力供給が O F F (印加電圧 s p = 0 ) にされる。
以上の構成を有する本実施形態の効果を確かめるために実験を行った。実験では 上記装置をディーゼルエンジンを搭載した車両に適用し、 1 0 _ 1 5モードにおけ る N O xセンサ 4 0によって計測される N〇x浄化率と、反応器 2 0への投入電力 を計測した。 なお、 N O X浄化率を測定するため、 反応器 2 0よりも上流側の N O X濃度を上記 N O xセンサ 4 0 uで測定すると共に、触媒 3 0よりも下流側の排気 通路 7 0の部分に追加の N O xセンサ 4 0 d (不図示) を設けて、 そこでの N O x 濃度をも計測した。そして、 上記実施形態に即して制御したときの実験結果を求め て、 この実験結果を、 電源の最大投入エネルギーである 5 0 0 W, 5 0 k Vを反応 器 2 0に投入し続けたときの実験結果と比較した。
この結果、反応器 2 0への電力、すなわち印加電圧を調整しなかった比較例では、 浄化率が 7 0 %、 投入エネルギーが 5 0 0 Wであった。 これに対して、 上記本実施 形態の制御に基づいて印加電圧を調整した例では、 浄化率が 8 5 %、 投入エネルギ 一が 3 0 0 Wであった。 これにより、 本実施形態の制御を行うことにより、 サーマ ル N O Xの発生を抑えつつ N O Xの浄化が促進されると共に、反応器 2 0への供給 電力が節約できることが明らかとなった。
以上、 本発明を好適な実施形態に基づいて説明したけれども、 本発明は内燃機関 の排気系ばかりでなく、 工場等からの排気系など種々の排気系に適用可能である。 また、 反応器 2 0は、 電力の作用により排ガスを浄化することが可能であればブラ ズマ生成の有無を問わず、また同軸円筒型に限らず平行平板型のものなど他の形式 のものであっても良い。 また、 上記実施形態では反応器 2 0の下流側の排気通路 7 0の部分に触媒 3 0を配置したが、 配置されるのは触媒に限定されない。触媒の代 わりに、 その他ガスを吸収、 貯蔵するような装置や、 電気等の により排ガス中の N O Xを直接分解する装置を設けても良い。 さらに、 上記実施形態では、 N O xセ 'ンサ 4 0を反応器 2 0め上流側、 すなわち排ガス発生源と反応器 2 0との間と、.反 応器 2 0と触媒 3 0との間に設けたが、反応器 2 0の下流側の排気通路 7 0に少な くとも一つ配置されれば良い。もちろん N O Xセンサが少なくとも一つそこに設け られるのであれば、 他にいくつ排気通路 7 0に設けられても良い。
また、 上記実施形態では電圧値 s p 1を固定値としたが、 排ガスに含まれる N O X濃度に応じて最適な印加電圧も変動するので、第一 N O X濃度 C uに応じて所定 のマップを参照すること等により、印加電圧 s p 1を変化させることとしてもよい。 また、電圧値 s p 1は、反応器 2 0より上流側の第一 N O X濃度 C uばかりでなく、 反応器 2 0より下流側の N〇x濃度、例えば第二 N O X濃度 C mに応じて決定され ても良い。 さらには、 電圧値 s 1はエンジンの運転状態によって変動されても良 く、 電圧値 s p iは排ガスの温度、 触媒の温度、 排ガス量、 エンジン回転数、 およ びェンジン負荷のいずれかまたはそれらの内の 2以上のものの組合せに応じて決 定されても良い。なお、そのような場合には、対応するセンサ、例えば温度センサ、 回転数センサ、 負荷センサが適宜設けられ、 あるいはエンジン 6 0に既に設けられ ているこれらのセンサの検出値が利用される。
また、 上記実施形態では、 N O Xセンサ 4 0 mにより検出された反応器 2 0の下 流側の N O x濃度 C mを、 N O xセンサ 4 0 uにより検出された反応器 2 0の上流 側の N〇x濃度 C uと比較することとした (ステップ S 3 1 1 )。 しかしながら、 この比較の対象である上記所定の第二基準値として、実測された上流側の N O X濃 度 C uでなく、 固定値を用いても良い。
また、 上記実施形態では、 ステップ S 3 1 7で、 印加電圧 s 1を所定の減少量 Δ s pだけ低減することとした。 しかしながら、その低減する量はステップ S 3 1 7に連続したルーチンで至る回数が増すほど段階的に増えるようにしても良い。 なお、 上記実施形態では、 本発明をある程度の具体性をもって説明したが、 本発 明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなし に、 さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわ ち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正お よび変更を包含するものである。

Claims

請求の範囲
1 . 排気通路に設けられ、 排ガスに放電する反応器と、
前記反応器の下流側の前記排気通路における前記排ガス中の窒素酸化物の濃度 を検出する検出手段と、
前記検出手段によつて検出された窒素酸化物の濃度と所定 基準値との比較結 果に基づいて、 前記反応器の出力を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
2 . 排気通路を流れる排ガスに、該排気通路に設けられる反応器によって放電し、 前記排ガス中の窒素酸化物の浄化を促進させる排ガス浄化方法であって、
前記反応器の下流側の前記排気通路における前記排ガス中の窒素酸化物の濃度 を検出するステップと、
前記検出するステップにおいて検出された窒素酸化物の濃度と所定の基準値と を比較するステップと、
前記比較の結果に基づいて、 前記反応器の出力を制御するステップと、 を備えることを特徴とする排ガス浄化方法。
3 . 前記所定の基準値は、 前記反応器よりも上流の前記排ガスにおける窒素酸化 物の濃度であることを特徴とする請求項 2に記載の排ガス浄化方法。
4 . 前記制御するステップは、 前記反応器の下流側の前記排気通路における窒素 酸化物の濃度が、 前記所定の基準値を上回った場合に、 前記反応器の動作を抑制す るステップを含むことを特徴とする請求項 3に記載の排ガス浄化方法。
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