WO2012131966A1 - 車両用大気浄化装置 - Google Patents

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和大 杉本
祥尚 篠田
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle air purification device, and more particularly to a vehicle air purification device capable of purifying ozone in the atmosphere.
  • Ozone which is the cause of photochemical smog
  • Ozone is generated by the photochemical reaction of HC and NOx contained in the exhaust gas of automobiles and factories. For this reason, suppressing the emission amount of HC and NOx from the automobile is an effective means for suppressing the generation of ozone and preventing the generation of photochemical smog.
  • Patent Document 1 discloses such a DOR system in which a metal oxide such as manganese dioxide is supported on a vehicle component such as a radiator.
  • the radiator is installed at a location where the vehicle comes into contact with the atmosphere when the vehicle travels.
  • Manganese dioxide has a function of converting ozone contained in the atmosphere into another substance such as oxygen and purifying it. Therefore, according to the DOR system of Patent Document 1, ozone in the atmosphere can be directly purified while the vehicle is traveling.
  • Patent Document 2 discloses that a shutter that is opened and closed by an actuator is provided on the front surface of a radiator, and the shutter is closed by controlling the actuator when the cooling water temperature of the internal combustion engine is low.
  • the atmospheric temperature is low, such as in a cold region, an increase in the cooling water temperature is hindered. Therefore, if the shutter is closed in such a case, the heating effect can be improved and the warm-up time can be shortened.
  • Activated carbon is promising as a substitute for metal oxides because it has an ozone purifying ability comparable to metal oxides and is available at low cost. Since activated carbon can purify ozone in a room temperature (25 ° C.) region, it is more advantageous than a metal oxide that requires a purification temperature higher than room temperature.
  • activated carbon is used as an ozone purifier, there is a problem that its ozone purifying function is likely to deteriorate.
  • FIG. 9 is a graph showing the change over time in the ozone purification rate (%) of the activated carbon.
  • the solid line in FIG. 9 corresponds to the ozone purification rate of the activated carbon, and the broken line in the figure corresponds to the ozone purification rate of the comparative manganese dioxide.
  • activated carbon in the initial stage, activated carbon exhibits an ozone purification rate comparable to that of manganese dioxide.
  • the ozone purification rate of the activated carbon begins to fall below the ozone purification rate of manganese dioxide with the lapse of the endurance time, and decreases to half that amount after a long time.
  • the ozone purification function of activated carbon is likely to deteriorate mainly due to its own ozone purification function. That is, when activated carbon decomposes ozone, active oxygen may be generated in addition to oxygen. Since this active oxygen has a stronger oxidizing power than ozone, it reacts easily with activated carbon and oxidizes them. Therefore, if the activated carbon is simply applied to the DOR system, the vehicle components carrying these activated carbons must be frequently replaced, so that the practicality is lacking.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a DOR system that suppresses deterioration of the purification function of an ozone purifier.
  • a first invention is a vehicle air purification apparatus, Vehicle components arranged at locations where an air flow path is formed when the vehicle is running; Provided in the vehicle component, an ozone purifier containing activated carbon; Inflowing air amount control means for controlling the amount of air flowing into the ozone purifier, When the environmental condition surrounding the traveling vehicle is in the deterioration progress determination area of the ozone purifier, the amount of air flowing into the ozone purifier is smaller than when the environmental condition is outside the deterioration progress determination area. Control means for controlling the inflow air amount control means, It is characterized by providing.
  • the second invention is the first invention, wherein
  • the deterioration progress determination area is a speed area where the speed of the atmosphere passing through the ozone purifier is lower than a set speed.
  • the third invention is the second invention, wherein
  • the vehicle component is a radiator;
  • the set speed is determined by an operating voltage of a radiator fan that cools the radiator and a vehicle speed.
  • the fourth invention is the invention according to any one of the first to third inventions,
  • the vehicle component is a radiator;
  • the inflowing air amount control means is a grille shutter that changes the air flowable area of the bumper grill by opening and closing.
  • the environmental condition surrounding the traveling vehicle when the environmental condition surrounding the traveling vehicle is in the ozone purification body deterioration progress determination area, it flows into the ozone purification body as compared to when the ozone purification body is outside the deterioration progress determination area. Since the inflowing air amount control means is controlled so as to reduce the amount of air, it is possible to avoid an environmental condition in which the ozone purification function of the ozone purifier tends to deteriorate. Therefore, since the progress of the deterioration of the ozone purification function of the ozone purification body can be suppressed, the life of the vehicle component can be extended.
  • the ozone purifier when the velocity of the atmosphere passing through the ozone purifier is in the speed region where the velocity is lower than the set speed, the ozone purifier is compared to the case where the ozone purifier is outside the deterioration progress determination region.
  • the inflowing air amount control means can be controlled so that the amount of air flowing into the airflow decreases.
  • the speed of the atmosphere that passes through the ozone purifier correlates with the deterioration of its ozone purifying function. Therefore, according to the present invention, it is possible to satisfactorily suppress the progress of deterioration of the ozone purification function of the ozone purifier.
  • the set speed can be determined based on the operating voltage of the radiator fan and the vehicle speed.
  • the amount of air flowing into the ozone purifier can be controlled by the grill shutter.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a vehicle 10 to which an air purification device of an embodiment is applied.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the grill shutter 22. It is data which shows the result of an ozone purification endurance test. It is the figure which showed the relationship between the wind speed of the gas which passes a radiator, and a gas contact probability. It is the figure which showed the change of the differential pore volume (cm ⁇ 3 > / g) of activated carbon before and behind an ozone purification durability test. It is the figure which showed the relationship between the deterioration coefficient of activated carbon, and a vehicle speed.
  • 4 is a flowchart illustrating passing air amount control executed by the ECU 30 in the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a vehicle equipped with the air purification device of the present embodiment.
  • the vehicle 10 includes an engine 12 as a power device.
  • the exhaust gas discharged from the engine 12 includes HC and NOx.
  • Ozone is generated by a photochemical reaction using HC or NOx as a reactant. Therefore, by mounting the air purification device on the vehicle 10 including the engine 12 and purifying ozone in the air while the vehicle 10 is traveling, the influence of the vehicle 10 on the environment can be reduced.
  • a radiator 14 that cools cooling water circulated through the engine 12 is disposed in front of the engine 12.
  • the core of the radiator 14 is provided with fins (not shown), and the fins are coated with activated carbon as an ozone purifier.
  • a condenser 16 for an air conditioner is attached in front of the radiator 14.
  • a radiator fan 18 is attached to the back side of the radiator 14.
  • the air purification device of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 30 as a control device.
  • the radiator fan 18 and the grille shutter 22 described above are connected to the output side of the ECU 30.
  • a vehicle speed sensor 24 that detects the speed of the vehicle 10 (hereinafter simply referred to as “vehicle speed”)
  • a water temperature sensor 26 that detects the cooling water temperature of the engine 12, and the amount of air drawn into the engine 12.
  • An air flow meter 28 to be detected is connected.
  • the ECU 30 can control various actuators such as the radiator fan 18 and the grille shutter 22 based on sensor signals from the vehicle speed sensor 24 and the like.
  • FIG. 2 two drawings on the left side are front views of the bumper grill 20, and two drawings on the right side are side sectional views of the vehicle 10 corresponding to the respective front views.
  • the grill shutter 22 is opened when the engine 12 is stopped, and is closed by a command from the ECU 30 after the engine is started, thereby closing the opening of the bumper grill 20.
  • the opening 20a of the bumper grill 20 is almost fully closed. Therefore, the air taken in from the opening 20a flows into the inside only from the region 14a above the radiator 14.
  • the grill shutter 22 is closed as shown in FIG. 5B, the opening 20a is semi-closed. Therefore, the air taken in from the opening 20 a of the bumper grill 20 flows into the inside from the upper half region 14 b of the radiator 14. If the grille shutter 22 is closed in this manner, the amount of air flowing into the radiator 14 can be controlled while satisfying the cooling requirement of the radiator 14 to some extent.
  • FIG. 3 is data showing the results of an ozone purification endurance test.
  • the horizontal axis in FIG. 3 represents the endurance distance (kilomile), and the vertical axis represents the relative value based on the ozone purification rate in the initial state (when the endurance distance is 0 kilomile).
  • Each data shown in FIG. 3 is prepared by preparing two activated carbons having the same size and specific surface area, and moving ozone-containing gas at a constant concentration from the front to the rear of the two activated carbons at different speeds (wind speed 1 m / s and wind speed 10 m / s), and obtained by measuring the ozone concentration behind the activated carbon, respectively.
  • the ozone purification rate of the activated carbon decreases as the endurance distance increases. Further, as shown in FIG. 3, the degree of decrease in the ozone purification rate of the activated carbon varies depending on the wind speed of the ozone-containing gas to be passed. Specifically, when the ozone-containing gas is passed at a wind speed of 1 m / s, the ozone purification rate is reduced to about half of the initial state at about 30 km, but when the ozone-containing gas is passed at a wind speed of 10 m / s. Even about 30 km, it shows about 70% or more of the initial state, and finally decreases to about half of the initial state around 60 km. That is, the degree of decrease in the ozone purification rate is smaller when passing at a high speed (wind speed of 10 m / s) than when passing at a low speed (wind speed of 1 m / s).
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the wind speed of the gas passing through the radiator and the probability that the gas contacts the radiator (hereinafter referred to as “gas contact probability”). This graph was calculated by applying the Gormley-Kennedy diffusion theory formula to the aluminum honeycomb radiator model. As shown in FIG. 4, the gas contact probability is about 100% when the wind speed is around 1 m / s, and the gas contact probability is about 10% when the wind speed is around 10 m / s. That is, the gas contact probability is high when the wind speed is low, and gradually decreases as the wind speed increases.
  • the present inventors speculate that the above-described correlation between the ozone purification rate and the gas contact probability is due to the ozone decomposition mechanism of the activated carbon and the temporal change in the internal structure of the activated carbon.
  • the ozonolysis mechanism of activated carbon will be described.
  • Activated carbon has countless pores formed from the surface to the inside. When ozone molecules enter the pores, electrons are donated from the activated carbon, resulting in a decrease in the activation energy of the ozone decomposition reaction. , Ozone is converted to oxygen and active oxygen (O 3 ⁇ O 2 + O * ).
  • FIG. 5 is a graph showing changes in the differential pore volume (cm 3 / g) of activated carbon before and after the ozone purification durability test. As shown in FIG. 5, after the durability test, the differential pore volume is greatly reduced compared to before the durability test. This means that the abundance ratio of the pores is reduced in the activated carbon. This result supports that the deterioration of the ozone purification function of the activated carbon has progressed as a result of the various substances and active oxygen in the atmosphere entering the pores of the activated carbon.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the deterioration coefficient of activated carbon and the vehicle speed.
  • the deterioration coefficient of the activated carbon is a parameter representing the ease of deterioration of the ozone purification function of the activated carbon, and it means that the larger the deterioration coefficient is, the more environmental conditions are likely to deteriorate the ozone purification function of the activated carbon.
  • the grille shutter 22 is fully opened when the vehicle speed is higher than the speed A shown in FIG. 6, and the grille shutter 22 is shown in FIG.
  • the closed state shown is assumed.
  • the ozone purification rate of the activated carbon has a correlation with the gas contact probability, and the gas contact probability has a correlation with the wind speed of the gas passing through the radiator. Further, the wind speed of the gas passing through the radiator has a correlation with the vehicle speed. Therefore, the ozone purification rate of the activated carbon has a correlation with the vehicle speed, and the deterioration coefficient of the activated carbon basically increases as the vehicle speed decreases. In the region where the vehicle speed is slower than the speed B in FIG.
  • the possibility that the ozone purification function of the activated carbon is lost is very high, and the deterioration coefficient in this region is a constant value (upper limit value). If the inflowing air amount control with the speed A in FIG. 6 as a threshold value is executed, ozone purification that avoids a speed region in which the ozone purification function of the activated carbon is likely to deteriorate can be performed, and the progress of the deterioration can be satisfactorily suppressed.
  • FIG. 7 is a flowchart showing inflow air amount control executed by the ECU 30 in the present embodiment. Note that the routine shown in FIG. 7 is periodically and repeatedly executed after the engine 12 is started. Further, it is assumed that the grill shutter 22 is fully opened before the engine 12 is started.
  • the ECU 30 determines whether or not the coolant temperature of the engine 12 is lower than the threshold value a (step 100). Specifically, the ECU 30 acquires the detection value of the water temperature sensor 26 and compares the detection value with the threshold value a.
  • the threshold value a a value stored in advance in the ECU 30 as an upper limit value of the cooling water temperature of the engine 12 in consideration of the area of the grill shutter 22 is used. The reason for using such a threshold value a is to prevent the cooling of the engine 12 from becoming insufficient due to the execution of the inflow air amount control. Therefore, when it is determined in step 100 that the cooling water temperature is equal to or higher than the threshold value a, the ECU 30 ends this routine in order to give priority to the cooling request for the engine 12.
  • the ECU 30 determines whether or not the vehicle speed is between the threshold value b and the threshold value c (step 110). Specifically, the ECU 30 acquires the detection value of the vehicle speed sensor 24 and compares the detection value with the threshold values b and c.
  • the threshold value b a value corresponding to the speed A in FIG. 6 and stored in advance in the ECU 30 is used.
  • the threshold value c a value stored in advance in the ECU 30 as the upper limit value of the vehicle speed is used. The reason why such a threshold value c is used is that the gas contact probability is sufficiently small in a high speed range than the threshold value c.
  • step 110 If it is determined in step 110 that the vehicle speed is between the threshold value b and the threshold value c, the ECU 30 controls the grill shutter 22 so as to maintain the fully open state (step 120). On the other hand, when it is determined in step 110 that the vehicle speed is not between the threshold value b and the threshold value c, the ECU 30 closes the grill shutter 22 as shown in FIG. 2A (step 120). Thereby, when the vehicle speed is equal to or lower than the threshold value b, it is possible to reduce the amount of air flowing into the activated carbon and prevent the ozone purification function from being lost. Further, when the vehicle speed is equal to or higher than the threshold value c, it is possible to improve the fuel consumption of the engine 12 in addition to ozone purification.
  • the grill shutter 22 is closed when it is determined that the coolant temperature is lower than the threshold value a and the vehicle speed is determined to be equal to or lower than the threshold value b. Ozone purification that avoids a speed region in which the purification function tends to deteriorate can be achieved.
  • the routine process is terminated when the cooling water temperature is determined to be equal to or higher than the threshold value a, so that it is avoided that the cooling of the engine 12 becomes insufficient due to the execution of the inflow air amount control.
  • the above-described effects can be exhibited.
  • the fins of the radiator 14 are coated with activated carbon, but together with activated carbon, simple metals such as manganese, iron, cobalt, nickel, copper, ruthenium, rhodium, palladium, silver, platinum or gold, these
  • a metal complex or organometallic complex having a single metal as a central metal, or zeolite may be coated.
  • These single metals, metal complexes, organometallic complexes, and zeolites may be coated in two or more types at the same time.
  • the grille shutter 22 is in the closed state shown in FIG. 2A in a region slower than the speed A shown in FIG. 6, but this closed state can be changed.
  • the closed state shown in FIG. 2B can be set in a region slower than the speed A shown in FIG.
  • Such a change in the closed state can be appropriately changed in consideration of the area of the opening 20a and the area of the grille shutter 22.
  • the switching of the open / close state of the grill shutter 22 may not be uniform, and for example, the grill shutter 22 may be operated according to the vehicle speed. That is, as long as the opening / closing state of the grille shutter 22 is changed with the speed A shown in FIG. 6 as a boundary, it can be applied as a modification of the present embodiment.
  • the threshold value based on the vehicle speed (specifically, the speed A in FIG. 6) is set, but it is also possible to set a threshold value using a factor other than the vehicle speed.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the operating voltage (V) and vehicle speed (km / h) of the radiator fan and the gas passing wind speed (m / s). The characteristic curves in FIG. 8 are created from the detection values of the wind speed sensors installed in front of the condenser of the air conditioner and behind the radiator, respectively. As shown in FIG. 8, the faster the vehicle speed, the faster the gas passing wind speed.
  • the radiator fan 18 of this embodiment since the magnitude relationship of the operating voltage of the radiator fan is V 1 ⁇ V 2 ⁇ V 3 , the gas passing wind speed increases as the operating voltage of the radiator fan increases at the same vehicle speed. This is because, in general, the operating voltage of the radiator fan is determined separately in the ECU in response to a cooling request for the engine. Therefore, when the radiator fan 18 of this embodiment is such, a threshold value based on the wind speed (that is, the vehicle speed + the operating voltage of the radiator fan) can be set. For example, a threshold value (threshold value d) based on the wind speed in front of the capacitor 16 is set. Then, as shown in FIG. 8, the threshold value d corresponds to the case of the operating voltage V 1 and the vehicle speed A 2 and the case of the operating voltage V 2 and the vehicle speed A 1 . Therefore, in these cases, the open / close state of the grill shutter 22 may be switched.
  • a threshold value based on the wind speed that is, the vehicle speed + the operating voltage of the radiator fan
  • the concentration of SOx, NOx, COx, and PM in the atmosphere may be used as a factor other than the vehicle speed. These concentrations are factors that directly affect the progress of deterioration of the activated carbon's ozone purification function, so if taken into account when setting the threshold value, the progress of deterioration of the activated carbon's ozone purification function can be accurately controlled. It becomes. These concentrations may be obtained directly by providing a dedicated detection sensor in the vehicle 10 or may be estimated based on detection values of the vehicle speed sensor 24 and the air flow meter 28.

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Abstract

　この発明は、車両用大気浄化装置に関し、オゾン浄化体の浄化機能の劣化を抑制したＤＯＲ(Direct Ozone Reduction)システムを提供することを目的とする。　活性炭のオゾン浄化率はガスがラジエータに接触する確率と相関がある。また、ガスがラジエータに接触する確率は、ラジエータを通過させるガスの風速と相関がある。また、ラジエータを通過させるガスの風速は、車速と相関がある。従って、活性炭のオゾン浄化率は、車速と相関がある。そこで、車速が図６に示す速度Ａよりも速い領域においてはグリルシャッタ２２を全開状態とし、速度Ａよりも遅い領域においてはグリルシャッタ２２を図２（Ａ）に示した閉状態とする。

Description

車両用大気浄化装置
　本発明は、車両用大気浄化装置に関し、大気中のオゾンを浄化することのできる車両用大気浄化装置に関する。
　光化学スモッグの発生原因であるオゾンは、自動車や工場の排気ガスに含まれるＨＣとＮＯｘが光化学反応を起こすことによって生成される。このため、自動車からのＨＣやＮＯｘの排出量を抑えることは、オゾンの生成を抑えて光化学スモッグの発生を防ぐための有効な手段である。一方、光化学スモッグの発生を防ぐ手段としては、大気中のオゾンを直接浄化することも考えられる。反応物であるＨＣやＮＯｘの排出量の低減を目指すだけでなく、生成物であるオゾンの浄化も図ることで、光化学スモッグの発生をより効果的に防ぐことが可能となる。このような観点から、米国カリフォルニア州をはじめとする一部の地域では、大気中のオゾンを直接浄化することのできる車両用大気浄化装置を備えた自動車が実用されている。この車両用大気浄化装置は、特に、ＤＯＲ(Direct Ozone Reduction)システムと呼ばれている。
　このようなＤＯＲシステムとして、例えば特許文献１には、二酸化マンガン等の金属酸化物をラジエータ等の車両構成部品に担持させたものが開示されている。ラジエータは、車両走行時に大気に触れる箇所に設置されるものであり、二酸化マンガンは、大気中に含まれるオゾンを酸素等の他の物質に変換して浄化する機能を有するものである。従って、特許文献１のＤＯＲシステムによれば、車両走行中に大気中のオゾンを直接浄化できる。
　また、例えば特許文献２には、ラジエータの前面に、アクチュエータにより開閉するシャッタを設けて、内燃機関の冷却水温が低い場合に該アクチュエータを制御して該シャッタを閉じるものが開示されている。寒冷地などにおいて大気温度が低い場合は、冷却水温の温度上昇が妨げられる。そのため、このような場合にシャッタを閉じれば、暖房効果の向上や暖機時間の短縮を図ることができる。
日本特表２００２－５１４９６６号公報 日本特開昭５９－１０１５３１号公報
　ところで、オゾンを浄化する機能は、二酸化マンガン等の金属酸化物だけでなく、活性炭にも備えられていることが知られている。活性炭は、金属酸化物に匹敵するオゾン浄化能を有し、かつ、安価に入手が可能であるため、金属酸化物の代替品として有望視されている。活性炭は、常温（２５℃）域にてオゾンを浄化できるので、常温よりも高い浄化温度を必要とする金属酸化物に比して有利である。しかしながら、活性炭をオゾン浄化体として用いる場合、そのオゾン浄化機能が劣化し易いという問題がある。
　図９は、活性炭のオゾン浄化率（％）の経時変化を示した図である。図９の実線が活性炭のオゾン浄化率に、同図の破線が比較用の二酸化マンガンのオゾン浄化率にそれぞれ相当している。図９に示すように、初期段階においては、活性炭は二酸化マンガンに匹敵するオゾン浄化率を示す。しかしながら、活性炭のオゾン浄化率は、耐久時間の経過に伴い二酸化マンガンのオゾン浄化率を下回り始め、長時間経過後にはその半分まで低下してしまう。
　活性炭のオゾン浄化機能が劣化し易いのは、主として自らのオゾン浄化機能に起因する。即ち、活性炭がオゾンを分解すると、酸素の他に、活性酸素が生成される場合がある。この活性酸素はオゾンに比べて酸化力が強いので、活性炭と容易に反応してこれらを酸化してしまう。従って、活性炭を単にＤＯＲシステムに適用しようとすると、これらを担持させた車両構成物品を頻繁に交換しなければならず実用性に欠けるので、更なる改良を行う必要があった。
　本発明は、上述の課題に鑑みなされたもので、オゾン浄化体の浄化機能の劣化を抑制したＤＯＲシステムを提供することを目的とする。
　第１の発明は、上記の目的を達成するため、車両用大気浄化装置であって、
　車両の走行時に大気の流路が形成される箇所に配置された車両構成部品と、
　前記車両構成部品に設けられ、活性炭を含むオゾン浄化体と、
　前記オゾン浄化体に流入する大気量を制御する流入大気量制御手段と、
　走行車両を取り巻く環境条件が前記オゾン浄化体の劣化進行判定域にある場合は、前記環境条件が前記劣化進行判定域外にある場合に比して、前記オゾン浄化体に流入する大気量が少なくなるように前記流入大気量制御手段を制御する制御手段と、
　を備えることを特徴とする。
　また、第２の発明は、第１の発明において、
　前記劣化進行判定域は、前記オゾン浄化体を通過する大気の速度が設定速度よりも低くなる速度領域であることを特徴とする。
　また、第３の発明は、第２の発明において、
　前記車両構成部品はラジエータであり、
　前記設定速度は、前記ラジエータを冷却するラジエータファンの作動電圧と、車両速度とにより決定されることを特徴とする。
　また、第４の発明は、第１乃至第３何れか１つの発明において、
　前記車両構成部品はラジエータであり、
　前記流入大気量制御手段は、開閉によりバンパーグリルの通風可能面積を変更するグリルシャッタであることを特徴とする。
　第１の発明によれば、走行車両を取り巻く環境条件がオゾン浄化体の劣化進行判定域にある場合は、オゾン浄化体の劣化進行判定域外にある場合に比して、オゾン浄化体に流入する大気量が少なくなるように流入大気量制御手段を制御するので、オゾン浄化体のオゾン浄化機能が劣化し易い環境条件を回避可能となる。従って、オゾン浄化体のオゾン浄化機能の劣化の進行を抑制できるので、車両構成部品を長寿命化できる。
　第２の発明によれば、オゾン浄化体を通過する大気の速度が設定速度よりも低くなる速度領域にある場合は、オゾン浄化体の劣化進行判定域外にある場合に比して、オゾン浄化体に流入する大気量が少なくなるように流入大気量制御手段を制御できる。オゾン浄化体を通過する大気の速度は、そのオゾン浄化機能の劣化と相関がある。従って、本発明によれば、オゾン浄化体のオゾン浄化機能の劣化の進行を良好に抑制できる。
　第３の発明によれば、好適な実施形態として、上記設定速度を、ラジエータファンの作動電圧と車両速度とによって決定できる。また、第４の発明によれば、好適な実施形態として、グリルシャッタによって、オゾン浄化体に流入する大気量を制御できる。
実施の形態の大気浄化装置が適用される車両１０の構成を示す概略図である。 グリルシャッタ２２の動作を説明するための図である。 オゾン浄化耐久試験の結果を示すデータである。 ラジエータを通過させるガスの風速と、ガス接触確率との関係を示した図である。 オゾン浄化耐久試験前後における活性炭の微分細孔容積（ｃｍ３／ｇ）の変化を示した図である。 活性炭の劣化係数と、車速との関係を示した図である。 実施の形態において、ＥＣＵ３０により実行される通過大気量制御を示すフローチャートである。 ラジエータファンの作動電圧（V）および車速（ｋｍ／ｈ）と、ガスの通過風速（ｍ／ｓ）との関係を示した図である。 活性炭のオゾン浄化率（％）の経時変化を示した図である。
［車両用大気浄化装置の構成］
　以下、図１乃至図８を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態の大気浄化装置を搭載した車両の構成を示す概略図である。車両１０は、動力装置としてのエンジン１２を備えている。エンジン１２から排出される排気ガスには、ＨＣやＮＯｘが含まれている。オゾンはＨＣやＮＯｘを反応物として光化学反応により生成される。そのため、エンジン１２を備える車両１０に大気浄化装置を搭載し、車両１０の走行中に大気中のオゾンを浄化することで、車両１０が環境に与える影響を低減することができる。
　車両１０において、エンジン１２の前方には、エンジン１２に循環させる冷却水を冷却するラジエータ１４が配置されている。ラジエータ１４のコアには、フィン（図示せず）が備えられ、このフィンには、オゾン浄化体としての活性炭がコーティングされている。ラジエータ１４の前方には、エアコンのコンデンサ１６が取り付けられている。ラジエータ１４の裏側にはラジエータファン１８が取り付けられている。
　図１に矢印で示すように、車両１０の走行時には、車両１０のフロント面のバンパーグリル２０の開口部から大気が取り込まれ、取り込まれた大気が、コンデンサ１６、ラジエータ１４をこの順に通過して後方へ排出される。また、ラジエータファン１８が回転することで、車両１０の停止時にもバンパーグリル２０の開口部からコンデンサ１６を経てラジエータ１４へと流れる大気の流路が形成される。また、車両１０において、コンデンサ１６とバンパーグリル２０との間には、電動式のグリルシャッタ２２が配置されている。
　また、本実施の形態の大気浄化装置は、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０の出力側には、上述したラジエータファン１８、グリルシャッタ２２等が接続されている。ＥＣＵ３０の入力側には、車両１０の速度（以下、単に「車速」と称す。）を検出する車速センサ２４、エンジン１２の冷却水温を検出する水温センサ２６、エンジン１２に吸入される空気量を検出するエアフロメータ２８等が接続されている。ＥＣＵ３０は、車速センサ２４等のセンサ信号に基づいて、ラジエータファン１８、グリルシャッタ２２等の各種アクチュエータを制御することができる。
［グリルシャッタ２２の動作］
　次に、図２を参照しながら、グリルシャッタ２２の動作を説明する。図２において、左側の２つの図はバンパーグリル２０の正面図であり、右側の２つの図は該正面図のそれぞれに対応する車両１０の側面断面図である。グリルシャッタ２２は、エンジン１２の停止時は開状態とされ、機関始動後のＥＣＵ３０からの指令により閉状態とされることでバンパーグリル２０の開口部を閉じる。
　即ち、グリルシャッタ２２を図２（Ａ）に示すような閉状態とすれば、バンパーグリル２０の開口部２０ａがほぼ全閉状態となる。そのため、開口部２０ａから取り込まれた大気は、ラジエータ１４の上方の領域１４ａのみからその内部に流入していくことになる。一方、グリルシャッタ２２を同図（Ｂ）に示すような閉状態とすれば、開口部２０ａが半閉状態となる。そのため、バンパーグリル２０の開口部２０ａから取り込まれた大気は、ラジエータ１４の上半分の領域１４ｂからその内部に流入していくことになる。このようにグリルシャッタ２２を閉じれば、ラジエータ１４の冷却要求をある程度満たしつつ、ラジエータ１４の内部に流入する大気量を制御できる。
［本実施形態の特徴］
　図３は、オゾン浄化耐久試験の結果を示すデータである。図３の横軸は耐久距離（キロマイル）を、縦軸は初期状態（耐久距離０キロマイル時）におけるオゾン浄化率を基準とした相対値を、それぞれ示す。図３中に示す各データは、サイズおよび比表面積が同等の２つの活性炭を準備し、この２つの活性炭の前方から後方に向けて一定濃度のオゾン含有ガスを異なる速度（風速１ｍ／ｓおよび風速１０ｍ／ｓ）で通過させた際に、活性炭後方のオゾン濃度をそれぞれ測定することにより得たものである。
　図３に示すように、活性炭のオゾン浄化率は、耐久距離が長くなるに連れて低下する。また、図３に示すように、活性炭のオゾン浄化率の低下度合いは、通過させるオゾン含有ガスの風速によって変化する。具体的に、オゾン含有ガスを風速１ｍ／ｓで通過させた場合は、オゾン浄化率が約３０キロマイルで初期状態の半分まで低下するが、オゾン含有ガスを風速１０ｍ／ｓで通過させた場合は、約３０キロマイルでも初期状態の約７割以上を示し、約６０キロマイル付近でようやく初期状態の半分程度まで低下する。つまり、高速（風速１０ｍ／ｓ）で通過させた場合の方が、低速（風速１ｍ／ｓ）で通過させた場合に比して、オゾン浄化率の低下度合いが小さくなる。
　図４は、ラジエータを通過させるガスの風速と、そのガスがラジエータに接触する確率（以下、「ガス接触確率」と称す。）との関係を示したグラフである。このグラフは、アルミハニカム式のラジエータのモデルに対して、Ｇｏｒｍｌｅｙ－Ｋｅｎｎｅｄｙの拡散理論式を適用することにより算出したものである。図４に示すように、風速が１ｍ／ｓ付近ではガス接触確率が約１００％であり、風速が１０ｍ／ｓ付近ではガス接触確率が約１０％となる。つまり、ガス接触確率は、風速が遅い場合は高く、風速が速くなるにつれて緩やかに低下する。
　図３、４のグラフから、オゾン浄化率とガス接触確率との間には相関があることが分かる。即ち、図４のグラフから、風速が遅いほどガス接触確率が高く、風速が速いほどガス接触確率が低くなることが分かる。また、図３のグラフから、風速が遅いほどオゾン浄化率の低下度合いが大きく、風速が速いほどオゾン浄化率の低下度合いが小さくなることが分かる。従って、図３、４のグラフから、ガス接触確率が高ければオゾン浄化率の低下度合いが大きくなり、ガス接触確率が低ければオゾン浄化率の低下度合いが小さくなることが分かる。
　本発明者らは、オゾン浄化率とガス接触確率との間に上述した相関があるのは、活性炭のオゾン分解メカニズムと、活性炭の内部構造の経時変化とに起因すると推察している。先ず、活性炭のオゾン分解メカニズムについて説明する。活性炭は、表面から内部に向かって無数に形成された細孔を有し、この細孔内にオゾン分子が入り込んだ際に活性炭から電子を供与され、オゾン分解反応の活性化エネルギーが下がった結果、オゾンが酸素及び活性酸素に変換される（O３→O２＋O*）。
　次に、活性炭の内部構造の経時変化について説明する。大気中にはオゾン以外の各種物質が存在し、その内には、活性炭の細孔内に入り込むことで活性炭のオゾン浄化機能を失わせる物質も存在する。例えばＳＯｘ、ＮＯｘ、ＣＯｘやＰＭが活性炭の細孔内に吸着した場合には、その細孔内にオゾンが入り込むスペースが減少することになる。そのため、活性炭のオゾン浄化機能の劣化が進行する可能性がある。また、活性炭のオゾン分解反応により生じた活性酸素は、活性炭の酸化剤として作用する。この活性酸素は強力な酸化力を有しているため、活性酸素が活性炭の細孔内に入り込んだ場合には、活性炭が酸化されてしまう。そのため、オゾン浄化機能が消失する可能性がある。
　図５は、オゾン浄化耐久試験前後における活性炭の微分細孔容積（ｃｍ３／ｇ）の変化を示した図である。図５に示すように、耐久試験後では、耐久試験前に比べて微分細孔容積が大きく減少する。これは、活性炭において、細孔の存在比率が減少したことを意味する。この結果は、上述した大気中の各種物質や活性酸素が活性炭の細孔に入り込んだ結果、活性炭のオゾン浄化機能の劣化が進行したことを裏付けするものであるといえる。
　そこで、本実施の形態では、車両１０の走行中、活性炭のオゾン浄化機能が劣化し易い環境条件にある場合は、グリルシャッタ２２を閉状態とする制御を実行することとした（流入大気量制御）。この流入大気量制御について、図６を参照しながら説明する。図６は、活性炭の劣化係数と、車速との関係を示した図である。ここで、活性炭の劣化係数とは、活性炭のオゾン浄化機能の劣化し易さを表すパラメータであり、劣化係数が大きいほど活性炭のオゾン浄化機能が劣化し易い環境条件にあることを意味する。
　流入大気量制御は、具体的に、車速が図６に示す速度Ａよりも速い領域においてはグリルシャッタ２２を全開状態とし、速度Ａよりも遅い領域においてはグリルシャッタ２２を図２（Ａ）に示した閉状態とする。上述したように、活性炭のオゾン浄化率はガス接触確率と相関があり、ガス接触確率はラジエータを通過させるガスの風速と相関がある。また、ラジエータを通過させるガスの風速は、車速と相関がある。従って、活性炭のオゾン浄化率は、車速と相関があり、活性炭の劣化係数は基本的に、車速が遅くなるほど大きくなる。なお、車速が図６の速度Ｂよりも遅い領域では、活性炭のオゾン浄化機能が消失する可能性が極めて高く、この領域における劣化係数は一定値（上限値）となる。図６の速度Ａを閾値とした流入大気量制御を実行すれば、活性炭のオゾン浄化機能が劣化し易い速度領域を回避したオゾン浄化が可能となるので、その劣化の進行を良好に抑制できる。
［本実施形態における具体的処理］
　次に、図７を参照して、上述した流入大気量制御を実現するための具体的な処理について説明する。図７は、本実施の形態において、ＥＣＵ３０により実行される流入大気量制御を示すフローチャートである。なお、図７に示すルーチンは、エンジン１２の始動後に定期的に繰り返して実行されるものとする。また、エンジン１２の始動前において、グリルシャッタ２２は全開状態となっているものとする。
　図７に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ３０は、エンジン１２の冷却水温が閾値ａよりも低いか否かを判定する（ステップ１００）。具体的に、ＥＣＵ３０は、水温センサ２６の検出値を取得し、この検出値と閾値ａとを比較する。ここで、閾値ａには、グリルシャッタ２２の面積を加味したエンジン１２の冷却水温の上限値としてＥＣＵ３０内に予め記憶しておいた値が用いられる。このような閾値ａを用いるのは、流入大気量制御の実行によりエンジン１２の冷却が不十分となることを回避するためである。そのため、ステップ１００において、冷却水温が閾値ａ以上と判定された場合、ＥＣＵ３０は、エンジン１２の冷却要求を優先すべく、本ルーチンを終了する。
　一方、ステップ１００において、冷却水温が閾値ａよりも低いと判定された場合、ＥＣＵ３０は、車速が閾値ｂと閾値ｃとの間にあるか否かを判定する（ステップ１１０）。具体的に、ＥＣＵ３０は、車速センサ２４の検出値を取得し、この検出値と、閾値ｂ、ｃとをそれぞれ比較する。ここで、閾値ｂには、図６の速度Ａに対応する値であって、ＥＣＵ３０内に予め記憶しておいた値が用いられる。また、閾値ｃには、車速の上限値としてＥＣＵ３０内に予め記憶しておいた値が用いられる。このような閾値ｃを用いるのは、閾値ｃよりも高速域においては、ガス接触確率が十分に小さくなるからである。
　ステップ１１０において、車速が閾値ｂと閾値ｃとの間にあると判定された場合、ＥＣＵ３０は、全開状態を維持するようにグリルシャッタ２２を制御する（ステップ１２０）。一方、ステップ１１０において、車速が閾値ｂと閾値ｃとの間にないと判定された場合、ＥＣＵ３０は、グリルシャッタ２２を図２（Ａ）に示した閉状態とする（ステップ１２０）。これにより、車速が閾値ｂ以下の場合に、活性炭への大気流入量を低減してそのオゾン浄化機能の消失を未然に防止できる。また、車速が閾値ｃ以上の場合に、オゾン浄化に加え、エンジン１２の燃費向上を図ることが可能となる。
　以上、図７に示したルーチンによれば、冷却水温が閾値ａよりも低いと判定され、かつ、車速が閾値ｂ以下と判定された場合にグリルシャッタ２２を閉状態とするので、活性炭のオゾン浄化機能が劣化し易い速度領域を回避したオゾン浄化が可能となる。また、図７に示したルーチンによれば、冷却水温が閾値ａ以上と判定された場合にルーチン処理を終了するので、流入大気量制御の実行によりエンジン１２の冷却が不十分となることを回避しつつ、上述の効果を発揮できる。
　ところで、本実施の形態においては、ラジエータ１４のフィンに活性炭をコーティングしたが、活性炭と共に、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、白金若しくは金といった単体金属、これらの単体金属を中心金属とする金属錯体や有機金属錯体、またはゼオライトをコーティングしてもよい。また、これらの単体金属、金属錯体、有機金属錯体やゼオライトは、同時に二種類以上をコーティングしてもよい。
　また、本実施の形態においては、図６に示す速度Ａよりも遅い領域で、グリルシャッタ２２を図２（Ａ）に示した閉状態としたが、この閉状態は変更が可能である。例えば、図６に示す速度Ａよりも遅い領域で、図２（Ｂ）に示した閉状態とすることもできる。このような閉状態の変更は、開口部２０ａの面積やグリルシャッタ２２の面積を加味して適宜変更が可能である。また、グリルシャッタ２２の開閉状態の切り換えは一律でなくてもよく、例えば車速に応じてグリルシャッタ２２を作動させてもよい。即ち、図６に示す速度Ａを境界としてグリルシャッタ２２の開閉状態が変更される限りにおいて、本実施の形態の変形例として適用が可能である。
　また、本実施の形態においては、車速（具体的には図６の速度Ａ）に基づく閾値を設定したが、車速以外の因子を用いた閾値を設定することも可能である。図８は、ラジエータファンの作動電圧（Ｖ）および車速（ｋｍ／ｈ）と、ガスの通過風速（ｍ／ｓ）との関係を示した図である。図８の特性曲線は、エアコンのコンデンサの前方およびラジエータの後方にそれぞれ設置した風速センサの検出値から作成したものである。図８に示すように、車速が速くなるほどガスの通過風速が速くなる。一方、ラジエータファンの作動電圧の大小関係はＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３であるため、同一車速の場合は、ラジエータファンの作動電圧が高くなるほどガスの通過風速が速くなる。これは、一般に、ラジエータファンの作動電圧が、エンジンに対する冷却要求に応じ、別途ＥＣＵにおいて決定されるためである。そのため、本実施の形態のラジエータファン１８がこのようなものである場合、風速（即ち、車速＋ラジエータファンの作動電圧）に基づく閾値を設定できる。例えば、コンデンサ１６の前方における風速に基づく閾値（閾値ｄ）を設定する。そうすると、図８に示すように、閾値ｄには、作動電圧Ｖ１かつ車速Ａ２の場合と、作動電圧Ｖ２かつ車速Ａ１の場合とが該当することになる。従って、これらの場合に、グリルシャッタ２２の開閉状態を切り換えればよいことになる。
　また、車速以外の因子として、大気中のＳＯｘ、ＮＯｘ、ＣＯｘやＰＭの濃度を用いてもよい。これらの濃度は、活性炭のオゾン浄化機能の劣化の進行に直接的に影響を及ぼす因子であるので、閾値の設定の際に加味すれば、活性炭のオゾン浄化機能の劣化の進行を精度高く抑制可能となる。なお、これらの濃度は、車両１０に専用の検出センサを設けて直接取得してもよいし、車速センサ２４やエアフロメータ２８の検出値に基づいて推定してもよい。
　１０　車両
　１２　エンジン
　１４　ラジエータ
　１６　コンデンサ
　１８　ラジエータファン
　２０　バンパーグリル
　２０ａ　開口部
　２２　グリルシャッタ
　２４　車速センサ
　２６　水温センサ
　２８　エアフロメータ
　３０　ＥＣＵ

Claims (4)

  1. 　車両の走行時に大気の流路が形成される箇所に配置された車両構成部品と、
    　前記車両構成部品に設けられ、活性炭を含むオゾン浄化体と、
    　前記オゾン浄化体に流入する大気量を制御する流入大気量制御手段と、
    　走行車両を取り巻く環境条件が前記オゾン浄化体の劣化進行判定域にある場合は、前記環境条件が前記劣化進行判定域外にある場合に比して、前記オゾン浄化体に流入する大気量が少なくなるように前記流入大気量制御手段を制御する制御手段と、
    　を備えることを特徴とする車両用大気浄化装置。
  2. 　前記劣化進行判定域は、前記オゾン浄化体を通過する大気の速度が設定速度よりも低くなる速度領域であることを特徴とする請求項１に記載の車両用大気浄化装置。
  3. 　前記車両構成部品はラジエータであり、
    　前記設定速度は、前記ラジエータを冷却するラジエータファンの作動電圧と、車両速度とにより決定されることを特徴とする請求項２に記載の車両用大気浄化装置。
  4. 　前記車両構成部品はラジエータであり、
    　前記流入大気量制御手段は、開閉によりバンパーグリルの通風可能面積を変更するグリルシャッタであることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の車両用大気浄化装置。
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