WO2013161423A1 - 排ガス処理装置、排ガス処理システム、排ガス処理システムの制御方法、制御プログラム、及び筒状管 - Google Patents

排ガス処理装置、排ガス処理システム、排ガス処理システムの制御方法、制御プログラム、及び筒状管 Download PDF

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小川　雲龍
竹永　浩太郎
克己 高橋
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株式会社日立国際電気
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas treatment device, an exhaust gas treatment system, a control method for an exhaust gas treatment system, a control program, and a cylindrical tube for purifying exhaust gas discharged from an engine.
  • urea SCR Selective A Catalytic Reduction
  • the urea SCR system injects urea water (ammonia, NH3) into the generated NOx, and reduces NOx emission by reducing NOx to nitrogen (N2) and water (H2O) by the reaction.
  • urea water ammonia, NH3
  • a diesel particulate filter (DPF) system As a method for reducing PM, a diesel particulate filter (DPF) system is known.
  • the DPF system is composed of a porous filter having a catalyst, and collects PM with a filter when exhaust gas passes, thereby reducing the amount of PM discharged.
  • Patent Document 1 describes a purification device using barrier discharge plasma.
  • a capacitive coupling method represented by parallel plate electrodes and a microwave method in which plasma is excited by irradiating a gas to a gas are conceivable. Is difficult and is not suitable for exhaust gas treatment of engines.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust gas treatment device, an exhaust gas treatment system, a control method for an exhaust gas treatment system, a control program, and a cylindrical tube that can stably maintain high purification performance.
  • an exhaust gas treatment apparatus of the present invention includes a cylindrical tube through which exhaust gas from an engine passes, and a coil antenna provided on the outer periphery of the cylindrical tube and connected to a high-frequency power source. A device is provided.
  • the exhaust gas treatment system of the present invention is provided on a cylindrical tube through which the exhaust gas of the engine passes, a high frequency power source, and an outer periphery of the cylindrical tube, and the high frequency power source is connected thereto.
  • an exhaust gas treatment system having a coil antenna, a sensor for detecting information on exhaust gas discharged from the engine, and a control unit for controlling output power of the high-frequency power source based on the detected information.
  • the gas processing system control method of the present invention is provided with a cylindrical tube through which exhaust gas from the engine passes, a high-frequency power source, an outer periphery of the cylindrical tube, and the high-frequency power source
  • the present invention provides a control method for an exhaust gas treatment system, comprising a step of detecting, and a step of controlling the output power of the high frequency power source based on the detected information by the control unit.
  • a control program for executing the control method of the exhaust gas treatment system of the present invention includes a cylindrical tube through which engine exhaust gas passes, a high-frequency power source, and an outer periphery of the cylindrical tube.
  • a control program for an exhaust gas treatment system comprising: a coil antenna that is provided and connected to the high-frequency power source; a sensor that detects information relating to exhaust gas discharged from the engine; and a control unit, wherein the sensor is from the engine
  • the present invention provides a control program that executes a step of detecting information about exhaust gas to be discharged and a step of controlling the output power of the high-frequency power source based on the detected information.
  • the cylindrical tube of the present invention is a cylindrical tube provided with a coil antenna on the outer periphery, and the cylindrical tube has an exhaust gas passage through which engine exhaust gas passes. And a cylindrical tube having a coolant channel provided on the outer periphery of the exhaust gas passage.
  • an exhaust gas treatment device an exhaust gas treatment system, a control method for an exhaust gas treatment system, a control program, and a cylindrical tube that can maintain high purification performance more stably.
  • FIG. 1 is used to explain an exhaust gas treatment system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically illustrating an exhaust gas treatment system.
  • the exhaust gas treatment system 100 is connected to an engine 101 mounted on an automobile.
  • the engine 101 is a diesel engine.
  • the engine 101 discharges exhaust gas containing NOx and PM during operation.
  • An exhaust gas treatment device 103 that purifies exhaust gas is connected to the downstream of the engine 101 via a first pipe 102.
  • An exhaust port 106 is provided downstream of the exhaust gas treatment apparatus 103, that is, downstream of the first pipe via a second pipe 104 and a DPF 105.
  • the exhaust gas treatment device 103 is provided between the first pipe 102 and the second pipe 104. Details of the exhaust gas treatment device 103 will be described later.
  • the exhaust gas treatment system 100 includes an exhaust gas treatment device 103, a control unit 107, and a sensor 108.
  • the control unit 107 receives information detected by the sensor 108 and controls the exhaust gas treatment device 103 based on the information.
  • the control unit 107 includes a memory 202, and the memory 202 stores a program for controlling the exhaust gas treatment device 103.
  • the memory 202 has a function of storing data received from the sensor 108.
  • the control unit 107 has a CPU (Central (Processing Unit) 201 is built-in.
  • the CPU 201 controls the exhaust gas treatment device 103 according to data received from the sensor 108 and a program in the memory 202.
  • the program is configured to be rewritable, and may be changed according to the operating state of the engine 101 or the automobile, the external environment, or the like. Further, it may be updated using a terminal such as a personal computer at the time of software version upgrade or control initialization.
  • the control unit 107 may be an automobile control unit or a dedicated control unit for an exhaust gas treatment system.
  • the sensor 108 detects various information of the automobile, and particularly detects information related to exhaust gas discharged from the engine 101.
  • the sensor 108 has the following sensors, for example. That is, an air suction amount sensor 301 that detects the amount of air sucked into the engine 101, a temperature detection sensor 302 that detects the temperature of a cylindrical body 401 included in an exhaust gas treatment device 103 described later, and the NOx concentration of exhaust gas discharged from the engine 101 A NOx concentration detection sensor 303 for detecting (or amount) and a PM concentration detection sensor 304 for detecting PM concentration (or amount) of exhaust gas discharged from the engine 101 are provided. Data detected by the sensor 108 is stored in the memory 202 of the control unit 107. Each sensor may use what was previously mounted in the car, or may be newly mounted.
  • FIG. 4A is a schematic view of an exhaust gas treatment apparatus
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of (A)-(A ′) in FIG.
  • a coil 411 described later is omitted.
  • the exhaust gas treatment device 103 has a cylindrical tube 401 made of quartz. As shown in FIG. 4B, the tubular tube 401 has an exhaust gas passage 403 through which the exhaust gas of the engine 101 passes and a coolant channel 405 provided on the outer periphery of the exhaust gas passage 403. Specifically, the exhaust gas passage 403 surrounded by the inner wall 402 and a coolant channel 405 as a temperature control unit provided between the inner wall 402 and the outer wall 404 are mainly configured.
  • the coolant channel 405 is configured on a surface facing a coil 411 described later.
  • the coolant channel 405 is provided with a coolant supply hole 406 for supplying the coolant and a coolant discharge hole 407 for discharging the coolant.
  • the coolant 420 is supplied to the coolant channel 405 from the coolant supply hole 406, and the coolant 420 supplied to the coolant channel 405 is discharged from the discharge hole 407.
  • the coolant discharge hole 407 is connected to a coolant supply source described later via a pipe (not shown).
  • the coolant 420 is supplied from a coolant supply source (for example, an electric pump) 421 to the coolant supply hole 406 via a coolant supply pipe 422.
  • the coolant supply pipe 422 is provided with a coolant supply source 421, a flow rate controller (mass flow controller) 423, and a valve 424 from the upstream.
  • the control unit 107 controls the flow rate control unit 423 and the valve 424 to control the amount of coolant supplied to the coolant supply hole 406.
  • a refrigerant typified by Galden or the like is used as a chiller.
  • the coolant channel 405, the coolant supply hole 406, and the coolant discharge hole 407 are mainly referred to as a temperature control unit, but the coolant supply source 421, the coolant supply pipe 422, the flow rate control unit 423, All or any of the valves 424 may be included as the temperature control unit.
  • the inside of the tubular tube 401 that is, the exhaust gas passage 403 is formed in a cylindrical shape by the inner wall 402.
  • resistance at the contact surface between the inner wall 402 and the exhaust gas 430 becomes uniform, so that it is possible to prevent stagnation in the exhaust gas passage 403 when the exhaust gas 430 is supplied. This suppresses NOx and PM contained in the exhaust gas 430 from remaining in the exhaust gas passage 403.
  • the exhaust gas passage 403 is configured to communicate the first pipe 102 and the second pipe 104. In this way, the exhaust gas 430 can be reliably supplied from the engine 101 to the exhaust gas treatment device 103, and further, the gas purified by the exhaust gas treatment device 103 can be supplied to the exhaust port 106 via the second pipe 104. Can be reliably supplied.
  • a coil (coil antenna) 411 to which a high frequency power source 412 is connected is provided on the outer periphery of the outer wall 404 of the tubular tube 401.
  • the coil 411 is provided on the side surface (outer periphery) of the tubular tube 401 so as to surround the outer wall 404.
  • the high frequency power supply 412 is connected to the control unit 107 and a battery (not shown) mounted on the automobile.
  • the high frequency power supply 412 converts the direct current supplied from the battery into a predetermined high frequency, amplifies it, and outputs it.
  • the high-frequency power source 412 includes a variable amplifier and can adjust output power.
  • the control unit 107 performs control so that a high frequency is applied from the high frequency power source 412 to the coil 411.
  • so-called inductively coupled plasma is generated.
  • Inductively coupled plasma can be stably generated even at atmospheric pressure. Therefore, stable plasma can be generated even in a traveling automobile.
  • the exhaust gas 430 is in a plasma state due to a high voltage applied by the coil 411 to which a high frequency is applied. Furthermore, an eddy current is generated inside the plasma by a high-frequency fluctuating magnetic field, generating Joule heat. In this way, high-temperature exhaust gas plasma is generated in the exhaust gas passage 403. NOx contained in the exhaust gas in the plasma state is decomposed into N (nitrogen) and O (oxygen) and recombined with oxygen and nitrogen as shown in Equation 1. The decomposed nitrogen and oxygen are exhausted from the exhaust port 106. (Formula 1) 2NOx ⁇ xO2 + N2 On the other hand, PM contained in the exhaust gas 430 is burned by high-temperature plasma. In this way, the exhaust gas 430 is purified.
  • a cylindrical body temperature sensor 302 is provided on the surface of the outer wall 404 of the cylindrical tube 401 and in a region that receives the magnetic field of the coil 411. As described above, when plasma is generated, eddy current is generated by the magnetic field of the coil 411, and Joule heat is generated. Therefore, the region affected by the magnetic field of the coil 411 has the highest temperature. Therefore, a coolant channel 405 is provided on the surface facing the coil 411.
  • a cylindrical body temperature sensor 302 for determining whether or not the temperature inside the cylindrical body is appropriately controlled by the coolant channel 405 is provided on the outer wall 404.
  • the cylindrical body temperature sensor 302 is provided between the coil end 411a and the coil end 411b of the coil 411.
  • the coil end portion 411 a and the coil end portion 411 b refer to portions that are separated from the outer wall 404 of the cylindrical body 401.
  • N and O recombine when the mixed atmosphere becomes 550 ° C. or higher. Therefore, when the temperature of the exhaust gas 430 passing through the cylindrical tube 401 becomes 550 ° C. or higher, there is a concern that the decomposed N and O are recombined and restored to NOx again. On the other hand, it is known that PM is burned at 350 ° C. or higher.
  • the temperature of the exhaust gas 430 is controlled so that the exhaust gas 430 becomes 350 ° C. or higher and lower than 550 ° C.
  • the exhaust gas 430 may be controlled to be 350 ° C. or higher and 650 ° C. or lower.
  • control unit 107 controls the flow rate control unit 423 and the valve 424 to control the supply amount of the coolant supplied to the coolant supply hole 406.
  • the temperature of the exhaust gas 430 is controlled within the aforementioned range.
  • ⁇ Plasma excitation step> When the engine 101 is started, the control unit 107 introduces electric power into the coil 411 and applies a high frequency. As a result, the exhaust gas 430 supplied to the exhaust gas passage 403 is excited into a plasma state.
  • the introduction of electric power to the coil 411 may be started before the engine 101 is started (for example, when the ignition switch is operated to a predetermined position).
  • ⁇ Supply power adjustment step> When the plasma is excited, the air suction amount sensor 301 detects the amount of air sucked into the engine 101. The detected information is temporarily stored in the memory 202 of the control unit 107. Here, since the air suction amount and the exhaust gas amount are in a proportional relationship, the exhaust gas amount can be calculated by detecting the air suction amount with the air suction amount sensor 301. The control unit 107 determines the output power of the high frequency power source 412 based on the calculated exhaust gas amount.
  • the detection values of the NOx concentration detection sensor 303 and the PM concentration detection sensor 304 may be taken into consideration to calculate the high frequency power.
  • the throttle opening or the flow rate of the exhaust gas itself may be detected. That is, the sensor 108 is not limited to the sensor shown in FIG. 3 as long as it detects information regarding the exhaust gas discharged from the engine 101. Then, the control unit 107 determines the output power of the high-frequency power source 412 based on information (one information or a combination of a plurality of information) detected by the sensor 108.
  • the CPU 201 of the control unit 107 determines the high-frequency power applied to the coil 411 according to the detection value stored in the memory 202.
  • the start of the supply power adjustment step is not limited to when the plasma is excited, and may be executed at an appropriate timing before and after the introduction of power to the coil 411.
  • the output power of the high-frequency power source 412 is controlled according to the air suction amount, that is, according to the amount of the exhaust gas 430. In this way, even if the amount of the exhaust gas 430 increases, high-density plasma can be generated. That is, the exhaust gas 430 can be decomposed with high efficiency.
  • the output power of the high frequency power source corresponding to the amount is calculated, and the high frequency power is applied to the coil. Specifically, the output power of the high-frequency power source 412 is increased as the amount of exhaust gas increases.
  • the air suction amount (exhaust gas amount) and the high frequency power have an appropriate relationship in advance through experiments or the like, and the output power of the high frequency power source 412 is controlled based on the relationship.
  • An appropriate relationship is a relationship in which exhaust gas is decomposed with high efficiency. If the detected air suction amount (exhaust gas amount) has an appropriate relationship with the current high-frequency power, the power supply level is maintained. Thus, since the high frequency power is applied according to the amount of the exhaust gas, the exhaust gas can be always decomposed with high efficiency.
  • ⁇ Coolant supply step> The coolant is supplied to the coolant passage 405 through the coolant supply hole 406 by controlling the flow rate control unit 423 and the valve 424. In this way, the plasma of the exhaust gas 430 is maintained in a predetermined temperature range. Specifically, the temperature is controlled to 350 ° C. or higher at which PM is burned and 550 ° C. or lower which is lower than the temperature at which NOx is recombined.
  • the temperature sensor 302 detects the temperature of the exhaust gas 430 (the outer wall 404 (plasma decomposition unit wall) of the tubular tube 401), and determines whether the temperature value is equal to or lower than a predetermined value.
  • the temperature is not less than the predetermined value, that is, when a temperature value higher than the predetermined value is detected, the flow rate control unit 423 and the valve 424 are controlled to increase the coolant supply amount in order to reduce the temperature of the exhaust gas 430. If the detected temperature is equal to or lower than a predetermined value, the coolant supply amount is maintained.
  • the PM is burned and maintained at a temperature at which the decomposed N and O are not recombined, the amounts of NOx and PM can be reduced.
  • the present invention is not limited to this, and any material that can pass an electric field and can withstand a high temperature state may be used.
  • the electric power introduced into the coil is controlled according to the air suction amount.
  • the present invention is not limited to this, and it is controlled according to information indicating the engine load such as exhaust gas concentration, temperature, and acceleration. You may do it.
  • it is desirable to measure the amount of exhaust gas more accurately and control according to the measured value, and information that is proportional to the amount of exhaust gas, such as the air suction amount, is more desirable. .
  • the engine 101 is a diesel engine. However, a gasoline engine or an engine using LP gas or the like as fuel may be used. Moreover, although the engine 101 was mounted in the motor vehicle, it is not restricted to it, The engine used as power sources other than motor vehicles, such as a ship, a construction machine, a generator, may be sufficient. Further, the engine 101, the DPF 105, and the like can be configured as a part of the exhaust gas processing system 100 to constitute an integrated exhaust gas purification processing system including control of the engine 101 and PM collection by the PDF 105.
  • An exhaust gas treatment apparatus comprising a cylindrical tube through which exhaust gas from an engine passes, and a coil antenna provided on an outer periphery of the cylindrical tube and connected to a high frequency power source.
  • the cylindrical pipe has a first pipe connected upstream thereof, a second pipe connected downstream thereof, and communicated with the first pipe and the second pipe.
  • the exhaust gas treatment apparatus according to any one of the above. Thereby, exhaust gas can be reliably supplied from the engine to the exhaust gas treatment device, and further, gas purified by the exhaust gas treatment device can be reliably supplied to the exhaust port via the second pipe.
  • the exhaust gas treatment apparatus according to any one of appendices 1 to 4, comprising: the high-frequency power source; and a control unit that controls an output of the high-frequency power source based on information related to the exhaust gas discharged from the engine.
  • An exhaust gas treatment system comprising: a control unit that controls output power of the high-frequency power source based on the detected information.
  • ⁇ Appendix 7> A cylindrical tube through which the exhaust gas of the engine passes, a high-frequency power source, a coil antenna provided on the outer periphery of the cylindrical tube and connected to the high-frequency power source, and a sensor for detecting information on the exhaust gas discharged from the engine
  • a control method for an exhaust gas treatment system wherein the sensor detects information about exhaust gas discharged from the engine, and the control unit detects the information on the high-frequency power source based on the detected information.
  • a control method for an exhaust gas treatment system As a result, it is possible to control the exhaust gas treatment according to the information on the exhaust gas discharged from the engine, so that an efficient exhaust gas treatment system that can operate with high efficiency and stably maintain high purification performance is provided. Is possible.
  • ⁇ Appendix 8> A cylindrical tube through which the exhaust gas of the engine passes, a high-frequency power source, a coil antenna provided on the outer periphery of the cylindrical tube and connected to the high-frequency power source, and a sensor for detecting information on the exhaust gas discharged from the engine
  • a control program for an exhaust gas treatment system having a control unit, wherein the sensor detects information about the exhaust gas discharged from the engine, and the control unit detects the information on the high-frequency power source based on the detected information.
  • a control program for executing the step of controlling the output power As a result, it is possible to control the exhaust gas treatment according to the information related to the exhaust gas discharged from the engine, so that a highly efficient operation is possible and a control program that stably maintains high purification performance is provided. It is possible.
  • a cylindrical tube provided with a coil antenna on the outer periphery, the cylindrical tube having an exhaust gas passage through which exhaust gas from an engine passes and a coolant channel provided on the outer periphery of the exhaust gas passage Tube.

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Abstract

エンジンの排ガスが通過する筒状管と、エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するセンサと、筒状管の外周に設けられると共に高周波電源が接続されたコイルアンテナと、高周波電源の電力を制御する制御部とを備え、制御部は、センサによって検知された情報に基づいて、高周波電源の電力を制御する。

Description

[規則26に基づく補充 19.04.2013]　排ガス処理装置、排ガス処理システム、排ガス処理システムの制御方法、制御プログラム、及び筒状管
本発明は、エンジンから排出される排ガスを浄化するための排ガス処理装置、排ガス処理システム、排ガス処理システムの制御方法、制御プログラム、及び筒状管に関する。
　ディーゼルエンジンは、構造上の問題から、排気ガスに窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ
Ｍａｔｔｅｒ、ＰＭ）が含まれることが知られている。
　ＮＯｘの排出を低減する方法として、尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ
Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムが知られている。
 　尿素ＳＣＲシステムは、発生したＮＯｘに尿素水（アンモニア、ＮＨ３）を噴射し、その反応によってＮＯｘを窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に還元することで、ＮＯｘの排出量を低減する。
　ＰＭを低減する方法として、ディーゼル微粒子捕集フィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ, ＤＰＦ）システムが知られている。
　ＤＰＦシステムは触媒を有する多孔性フィルタで構成され、排ガスが通過する際にＰＭをフィルタで捕集することでＰＭの排出量を低減する。
　しかしながら、高い浄化性能を維持するために、尿素ＳＣＲシステムでは一定容量の尿素水を維持する必要がある。また、ＤＰＦシステムではフィルタの定期的なクリーニングが必要である。そのため、従来の排ガス処理システムでは定期的なメンテナンスが必要となる。
　また、ＮＯｘやＰＭを低減するために、バリア放電プラズマを用いた浄化装置も検討されている。バリア放電プラズマは、例えば一定の間隔をおいた平板の片方、もしくは両方の電極を絶縁体で覆い、交流電圧をかけることで生成される。
しかしながら、バリア放電により生成されるプラズマは局所的で不安定な状態であり、プラズマを生成する電極間に排ガスが流れても、排ガスを均一なプラズマ状態とすることが困難である。従って、高い浄化性能を得ることは困難である。
特許文献１には、バリア放電プラズマを用いた浄化装置が記載されている。
特開２００６－１７００４９号公報
前述のように、尿素ＳＣＲシステムやＤＰＦシステムでは高い浄化性能をメンテナンス無しで維持することは困難である。また、バリア放電プラズマ方式では、安定して、且つ高い浄化性能を得ることは困難である。
また、別のプラズマ生成方式として、平行平板電極に代表される容量結合方式やマイクロ波をガスに照射することでプラズマ励起するマイクロ波方式が考えられるが、それらは真空雰囲気でないと安定したプラズマ生成は困難であり、エンジンの排ガス処理には不向きである。
本発明の目的は、安定して高い浄化性能を維持することが可能な排ガス処理装置、排ガス処理システム、排ガス処理システムの制御方法、制御プログラム、及び筒状管を提供するものである。
本発明の排ガス処理装置は、上記課題を解決するために、エンジンの排ガスが通過する筒状管と、前記筒状管の外周に設けられると共に高周波電源が接続されたコイルアンテナとを有する排ガス処理装置を提供するものである。
　また、本発明の排ガス処理システムは、上記課題を解決するために、エンジンの排ガスが通過する筒状管と、高周波電源と、前記筒状管の外周に設けられると共に前記高周波電源が接続されたコイルアンテナと、前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するセンサと、前記検知された情報に基づいて前記高周波電源の出力電力を制御する制御部とを有する排ガス処理システムを提供するものである。
　また、本発明のガス処理システムの制御方法は、上記課題を解決するために、エンジンの排ガスが通過する筒状管と、高周波電源と、前記筒状管の外周に設けられると共に前記高周波電源が接続されたコイルアンテナと、前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するセンサと、制御部とを有する排ガス処理システムの制御方法であって、前記センサが前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するステップと、前記制御部が前記検知された情報に基づいて前記高周波電源の出力電力を制御するステップとを有する排ガス処理システムの制御方法を提供するものである。
　また、本発明の排ガス処理システムの制御方法を実行させるための制御プログラムは、上記課題を解決するために、エンジンの排ガスが通過する筒状管と、高周波電源と、前記筒状管の外周に設けられると共に前記高周波電源が接続されたコイルアンテナと、前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するセンサと、制御部とを有する排ガス処理システムの制御プログラムであって、前記センサが前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するステップと、前記制御部が前記検知された情報に基づいて前記高周波電源の出力電力を制御するステップとを実行させる制御プログラムを提供するものである。
　更には、本発明の筒状管は、上記課題を解決するために、外周にコイルアンテナが設けられる筒状管であって、前記筒状管は、内部に、エンジンの排ガスが通過する排ガス通路と、前記排ガス通路の外周に設けられた冷却剤流路とを有する筒状管を提供するものである。
　本発明によれば、より安定して高い浄化性能を維持することが可能な排ガス処理装置、排ガス処理システム、排ガス処理システムの制御方法、制御プログラム、及び筒状管を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る排ガス処理システムの構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る制御部を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に係るセンサを説明する概略図である。 本発明の一実施形態に係る排ガス処理装置である。
　図１を用いて、本発明の一実施形態に係る排ガス処理システム１００を説明する。図１は排ガス処理システムを概略的に説明した説明図である。
　本発明の一実施形態に係る排ガス処理システム１００は、自動車に搭載されるエンジン１０１に接続される。本実施形態では、エンジン１０１はディーゼルエンジンであるものとする。エンジン１０１は、運転中にＮＯｘやＰＭを含む排ガスを排出する。
エンジン１０１の下流には、第一の配管１０２を介して、排ガスを浄化する排ガス処理装置１０３が接続される。排ガス処理装置１０３の下流、即ち第一の配管の下流には、第二の配管１０４、ＤＰＦ１０５を介して排気口１０６が設けられている。言い換えれば、排ガス処理装置１０３は第一の配管１０２と第二の配管１０４の間に設けられている。排ガス処理装置１０３の詳細は後述する。
　排ガス処理システム１００は排ガス処理装置１０３と制御部１０７とセンサ１０８を有する。制御部１０７はセンサ１０８で検知した情報を受信し、それに基づき排ガス処理装置１０３を制御するものである。
　制御部１０７は図２に記載のようにメモリ２０２を含み、メモリ２０２には排ガス処理装置１０３を制御するためのプログラムが格納されている。また、メモリ２０２はセンサ１０８から受信したデータなどを保存する機能を有する。更には、制御部１０７にはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１が内蔵されている。ＣＰＵ２０１は、センサ１０８から受信したデータやメモリ２０２内のプログラムに従って、排ガス処理装置１０３を制御する。
　プログラムは、書き換え可能に構成されており、エンジン１０１や自動車の運転状態、外部環境などに応じて変更しても良い。また、ソフトのバージョンアップ時や制御の初期化時に、パソコンなどの端末を使用して更新しても良い。
制御部１０７は、自動車の制御部でも良いし、排ガス処理システム専用の制御部としても良い。
　続いて、図３を用いて、センサ１０８の詳細を説明する。
　センサ１０８は、自動車の様々な情報を検知するものであり、特に、エンジン１０１から排出される排ガスに関する情報を検知するものである。センサ１０８は、例えば次のセンサを有している。
即ち、エンジン１０１への空気吸引量を検知する空気吸引量センサ３０１、後述する排ガス処理装置１０３が有する筒状体４０１の温度を検知する温度検知センサ３０２、エンジン１０１から排出される排ガスのＮＯｘ濃度（あるいは量）を検知するＮＯｘ濃度検知センサ３０３、エンジン１０１から排出される排ガスのＰＭ濃度（あるいは量）を検知するＰＭ濃度検知センサ３０４を有する。
　センサ１０８で検知されたデータは、制御部１０７のメモリ２０２に格納される。
　それぞれのセンサは、予め自動車に搭載されているものを利用しても良いし、新たに搭載しても良い。
　続いて、図４（ａ）（ｂ）を用いて、排ガス処理装置１０３を説明する。図４（ａ）は排ガス処理装置の概略図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の（Ａ）-（Ａ’）の断面図である。図４（ｂ）においては、説明の便宜上、後述するコイル４１１を省略した記載としている。
　排ガス処理装置１０３は、石英で形成される筒状管４０１を有する。図４（ｂ）に示すように、筒状管４０１は、その内部に、エンジン１０１の排ガスが通過する排ガス通路４０３と、排ガス通路４０３の外周に設けられた冷却剤流路４０５とを有し、具体的には、内壁４０２に囲まれた排ガス通路４０３と、内壁４０２と外壁４０４間に設けられた温度制御部としての冷却剤流路４０５で主に構成される。冷却剤流路４０５は、後述するコイル４１１と対向する面に構成される。
冷却剤流路４０５には、冷却剤を供給するための冷却剤供給孔４０６、冷却剤を排出するための冷却剤排出孔４０７が設けられる。冷却剤４２０は、冷却剤供給孔４０６から冷却剤流路４０５に供給され、冷却剤流路４０５に供給された冷却剤４２０は排出孔４０７から排出される。冷却剤排出孔４０７は配管（図示せず）を介し、後述する冷却剤供給源に接続される。
　図４（ａ）に示すように、冷却剤４２０は、冷却剤供給管４２２を経由して、冷却剤供給源（例えば電動ポンプ）４２１から冷却剤供給孔４０６へ供給される。冷却剤供給管４２２には、上流から冷却剤供給源４２１、流量制御部（マスフローコントローラ）４２３、バルブ４２４が設けられている。制御部１０７が流量制御部４２３やバルブ４２４を制御することで、冷却剤供給孔４０６に供給される冷却剤の供給量を制御する。冷却剤４２０として、ガルデン等に代表される冷媒をチラーとして用いる。
　本実施例においては、冷却剤流路４０５、冷却剤供給孔４０６、冷却剤排出孔４０７を主に温度制御部と呼ぶが、冷却材供給源４２１、冷却剤供給管４２２、流量制御部４２３、バルブ４２４の全て、もしくはいずれかを温度制御部として含めても良い。
筒状管４０１の内部、即ち排ガス通路４０３は内壁４０２によって円柱状に構成される。円柱状に構成されることで、内壁４０２と排ガス４３０の接触面における抵抗が均一になるので、排ガス４３０が供給された際、排ガス通路４０３内に淀みができるのを防ぐ。これにより、排ガス４３０に含まれるＮＯｘやＰＭが排ガス通路４０３内に残留することを抑制する。
排ガス通路４０３は第一の配管１０２と第二の配管１０４とを連通するよう構成される。このようにすることで、排ガス４３０をエンジン１０１から排ガス処理装置１０３へ確実に供給することができ、更には排ガス処理装置１０３で浄化されたガスを第二の配管１０４を介して、排気口１０６へ確実に供給することができる。
　筒状管４０１の外壁４０４の外周には、高周波電源４１２が接続されたコイル（コイルアンテナ）４１１が設けられている。言い換えれば、筒状管４０１の側面（外周）であって、外壁４０４を囲むように、コイル４１１が設けられる。高周波電源４１２は、制御部１０７と、自動車に搭載されたバッテリ（図示せず）に接続されている。高周波電源４１２は、バッテリから供給された直流電流を所定の高周波に変換し、増幅して出力する。高周波電源４１２は可変増幅器を備えており、出力電力を調整することができる。
排ガス通路４０３に排ガス４３０が流れている状態においては、制御部１０７が高周波電源４１２からコイル４１１に高周波を印加する様制御する。このような構造により、所謂誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）を生成する。誘導結合プラズマは、大気圧でも安定して生成可能である。従って、走行中の自動車においても安定したプラズマが生成可能である。
排ガス４３０は、高周波が印加されたコイル４１１によって高電圧が掛かりプラズマ状態となる。更に、高周波の変動磁場によってプラズマ内部に渦電流が発生し、ジュール熱が発生する。このようにして、排ガス通路４０３に高温状態の排ガスプラズマが生成される。
プラズマ状態となった排ガスに含まれるＮＯｘは、Ｎ（窒素）とＯ（酸素）に分解され、式１のように酸素と窒素に再結合される。分解された窒素と酸素は、排気口１０６から排気される。
（式１）２ＮＯｘ　→　ｘＯ２　+　Ｎ２
　一方、排ガス４３０に含まれるＰＭは、高温状態のプラズマによって燃焼される。
　このようにして、排ガス４３０が浄化される。
　筒状管４０１の外壁４０４の表面であって、コイル４１１の磁場を受ける領域には、筒状体温度センサ３０２が設けられる。
　前述のように、プラズマを生成する際、コイル４１１の磁場により渦電流が発生し、ジュール熱が発生する。そのため、コイル４１１の磁場の影響を受ける領域が最も高い温度となる。そのため、コイル４１１と対向する面に冷却剤流路４０５が設けられている。
そこで、冷却剤流路４０５によって筒状体内部が適切に温度制御されているか否かを判断するための筒状体温度センサ３０２を外壁４０４に設ける。
　具体的には、コイル４１１のコイル端部４１１ａとコイル端部４１１ｂの間に筒状体温度センサ３０２を設ける。ここで、コイル端部４１１ａ、コイル端部４１１ｂとは、筒状体４０１の外壁４０４から離間する部分を言う。
　筒状体温度センサ３０２で外壁４０４の温度を検出することで、排ガス通路４０３の温度、即ち排ガス４３０の温度を間接的に検出する。
　なお、筒状体温度センサ３０２を排ガス通路４０３や内壁４０２に設け、排ガス４３０の温度を直接的に検出してもよい。
　ところで、ＮとＯは、その混合雰囲気が５５０℃以上になると再結合することが知られている。従って、筒状管４０１を通過する排ガス４３０の温度が５５０℃以上になると、分解されたＮとＯが再結合し、再びＮＯｘに復元されることが懸念される。
一方、ＰＭは３５０℃以上で燃焼されることが知られている。
　そこで本実施例においては、望ましくは、排ガス４３０を３５０℃以上５５０℃より低くなるよう、排ガス４３０の温度を制御する。
　排ガス４３０に含まれるＮＯｘやＰＭの濃度によっては、３５０℃以上６５０℃以下となるように制御しても良い。
筒状体温度センサ３０２で検出した温度情報に基づいて、制御部１０７が流量制御部４２３やバルブ４２４を制御し、冷却剤供給孔４０６に供給される冷却剤の供給量を制御することで、排ガス４３０の温度を前述の範囲内に制御する。
　続いて、本排ガス処理システムを用いた排ガスの浄化方法について説明する。以下の動作は、自動車の制御部、もしくは制御部１０７で制御するが、ここでは、制御部１０７が主に制御するものとして説明する。
＜エンジン起動ステップ＞
　自動車の使用者の指示により、自動車の制御部はエンジン１０１を起動する。
＜プラズマ励起ステップ＞
　エンジン１０１が起動したら、制御部１０７はコイル４１１に電力を導入し、高周波を印加する。これにより、排ガス通路４０３に供給された排ガス４３０をプラズマ状態に励起する。なお、コイル４１１への電力の導入は、エンジン１０１の起動前（例えばイグニッションスイッチが所定の位置まで操作されたとき）から開始してもよい。
＜供給電力調整ステップ＞
プラズマが励起されると、空気吸引量センサ３０１はエンジン１０１に吸引される空気量を検出する。検出した情報は制御部１０７のメモリ２０２に一旦格納する。
ここで、空気吸引量と排ガス量は比例関係にあるので、空気吸引量センサ３０１で空気吸入量を検知することで、排ガス量を算出することができる。制御部１０７は、この算出した排ガス量に基づき、高周波電源４１２の出力電力を決定する。
なお、空気吸引量センサ３０１の検出値に加え、ＮＯｘ濃度検知センサ３０３やＰＭ濃度検知センサ３０４の検出値、エンジン１０１や自動車のその他の運転状態（燃料噴射量、空燃比、速度、加速度（負荷）、エンジン回転数等）も勘案して高周波電力を算出するようにしてもよい。また、空気吸引量の検知に代え、スロットル開度や排ガスそのものの流量を検知するようにしてもよい。
すなわち、センサ１０８は、エンジン１０１から排出される排ガスに関する情報を検知するものであれば、図３に示したセンサに限られるものではない。そして、制御部１０７は、センサ１０８によって検知された情報（１つの情報、あるいは、複数の情報の組合せ）に基づき、高周波電源４１２の出力電力を決定する。
　次に、制御部１０７のＣＰＵ２０１が、メモリ２０２に格納された検出値に応じ、コイル４１１に印加する高周波電力を判断する。
なお、この供給電力調整ステップの開始は、プラズマが励起されたときに限られるものではなく、コイル４１１への電力の導入前後の適宜なタイミングで実行してもよい。
ところで、ＩＣＰ方式では、コイルへ印加した電力と、プラズマの電子密度が比例することが知られている。
そこで、本実施例においては、空気吸引量に応じて、即ち排ガス４３０の量に応じて高周波電源４１２の出力電力を制御する。このようにすることで、排ガス４３０の量が増えたとしても、高密度のプラズマを生成することができる。即ち、排ガス４３０を高い効率で分解することができる。
本ステップの場合、排ガス４３０の量が多いと判断されたら、それに応じた高周波電源の出力電力を算出し、その高周波電力をコイルへ印加する。具体的には、排ガス量が多くなるに従い、高周波電源４１２の出力電力を増加させる。
　空気吸引量（排ガス量）と高周波電力は、予め実験等で適切な関係を導き出し、それを元に高周波電源４１２の出力電力が制御される。適切な関係とは、排ガスが高効率に分解される関係を示す。
検出された空気吸引量（排ガス量）が、現在の高周波電力と適切な関係であれば電力供給レベルを維持する。
このように、排ガスの量に応じて高周波電力を印加するので、常に高い効率で排ガスを分解することができる。
＜冷却剤供給ステップ＞
流量制御部４２３、バルブ４２４を制御して、冷却剤供給孔４０６を介して冷却剤通路４０５に冷却材を供給する。このようにして、排ガス４３０のプラズマを所定の温度範囲に維持する。具体的には、ＰＭが燃焼される３５０℃以上であって、ＮＯｘが再結合する温度より低い５５０℃以下に制御する。
　次に、温度センサ３０２で排ガス４３０（筒状管４０１の外壁４０４（プラズマ分解ユニット壁））の温度を検出し、その温度値が所定の値以下か否かを判断する。所定の値以下でない場合、即ち所定の値より高い温度値を検出した場合、排ガス４３０の温度を低減するために、流量制御部４２３、バルブ４２４を制御して冷却剤の供給量を増加する。
検出温度が所定の値以下であれば、冷却材供給量を維持する。
このように、ＰＭが燃焼し、更に分解されたＮとＯが再結合することの無い温度に維持しているので、ＮＯｘとＰＭの量を低減することが可能である。
　その後、使用者の指示でエンジン１０１を停止したら、コイル４１１への電力供給及び冷却剤の供給を停止する。
以上のように、本実施例によれば、排出される排ガスに対して、安定して高い浄化性能を維持すること排ガス処理装置を提供することができる。
更には、自動車の置かれた状況に応じて電力や冷媒量を調整するので、効率的な電力運用が可能となる。従って、自動車のような限られた蓄電容量を有する場合において特に有効である。
　なお、上記実施例においては石英製の筒状管を用いて説明したが、それに限るものではなく、電界が通り、且つ高温状態に耐えられる材質であれば良い。例えば、セラミックスやカーボンで構成しても良い。
　また、上記実施例においては空気吸引量に応じてコイルへ導入する電力を制御するようにしたが、それに限るものではなく、排ガスの濃度や温度、加速度といったエンジン負荷を示す情報などに応じて制御しても良い。ただし、本実施例では排気ガスの量をより正確に計測し、その計測値に応じて制御することが望ましく、空気吸引量等のように排ガス量との間に比例関係のある情報がより望ましい。
　また、上記実施例においては、エンジン１０１をディーゼルエンジンとしたが、ガソリンエンジンや、ＬＰガス等を燃料としたエンジンであってもよい。
　また、エンジン１０１は自動車に搭載されるようにしたが、それに限られるものではなく、船舶や建設機械、発電機等、自動車以外の動力源として使用されるエンジンであってもよい。
　また、エンジン１０１やＤＰＦ１０５等も排ガス処理システム１００の一部として、エンジン１０１の制御やＰＤＦ１０５によるＰＭ捕集も含めた統合的な排ガス浄化処理システムを構成することもできる。
　次に、本発明の好ましい他の実施形態を付記するが、本発明が以下の記載に限定されないことはいうまでもない。
＜付記１＞
　エンジンの排ガスが通過する筒状管と、前記筒状管の外周に設けられると共に高周波電源が接続されたコイルアンテナとを有する排ガス処理装置。
　これにより、安定して高い浄化性能を維持する排ガス処理装置を提供することが可能である。
＜付記２＞
　前記筒状管には、前記筒状管内の雰囲気温度を制御する温度制御部が設けられた付記１記載の排ガス処理装置。
　これにより、ＰＭが燃焼し、更に分解されたＮとＯが再結合することの無い温度により維持することができるので、ＮＯｘとＰＭの量を低減することが可能である。
＜付記３＞
　前記排ガスは少なくとも粒子状物質とＮＯｘを含み、前記温度制御部は、前記筒状管内の排ガスの温度を３５０℃以上６５０℃以下となるよう制御する付記２記載の排ガス処理装置。
　これにより、ＰＭが燃焼し、更に分解されたＮとＯが再結合することの無い温度により確実に維持することができるので、ＮＯｘとＰＭの量をより確実に低減することが可能である。
＜付記４＞
　前記筒状管は、その上流に第一の配管が接続されると共に、その下流に第二の配管が接続され、前記第一の配管と前記第二の配管と連通される付記１から３のいずれかに記載の排ガス処理装置。
これにより、排ガスをエンジンから排ガス処理装置へ確実に供給することができ、更には排ガス処理装置で浄化されたガスを第二の配管を介して、排気口へ確実に供給することができる。
＜付記５＞
前記高周波電源と、前記エンジンから排出される排ガスに関する情報に基づいて前記高周波電源の出力を制御する制御部とを有する付記１から４のいずれかに記載の排ガス処理装置。
これにより、エンジンから排出される排ガスに関する情報に応じて排ガス処理を制御することが可能であるため、高効率な運用が可能であり、且つ安定して高い浄化性能を維持する排ガス処理システムを提供することが可能である。
＜付記６＞
　エンジンの排ガスが通過する筒状管と、高周波電源と、前記筒状管の外周に設けられると共に前記高周波電源が接続されたコイルアンテナと、前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するセンサと、前記検知された情報に基づいて前記高周波電源の出力電力を制御する制御部とを有する排ガス処理システム。
　これにより、エンジンから排出される排ガスに関する情報に応じて排ガス処理を制御することが可能であるため、高効率な運用が可能であり、且つ安定して高い浄化性能を維持する排ガス処理システムを提供することが可能である。
＜付記７＞
エンジンの排ガスが通過する筒状管と、高周波電源と、前記筒状管の外周に設けられると共に前記高周波電源が接続されたコイルアンテナと、前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するセンサと、制御部とを有する排ガス処理システムの制御方法であって、前記センサが前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するステップと、前記制御部が前記検知された情報に基づいて前記高周波電源の出力電力を制御するステップとを有する排ガス処理システムの制御方法。
　これにより、エンジンから排出される排ガスに関する情報に応じて排ガス処理を制御することが可能であるため、高効率な運用が可能であり、且つ安定して高い浄化性能を維持する排ガス処理システムを提供することが可能である。
＜付記８＞
　エンジンの排ガスが通過する筒状管と、高周波電源と、前記筒状管の外周に設けられると共に前記高周波電源が接続されたコイルアンテナと、前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するセンサと、制御部とを有する排ガス処理システムの制御プログラムであって、前記センサが前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するステップと、前記制御部が前記検知された情報に基づいて前記高周波電源の出力電力を制御するステップとを実行させる制御プログラム。
これにより、エンジンから排出される排ガスに関する情報に応じて排ガス処理を制御することが可能であるため、高効率な運用が可能であり、且つ安定して高い浄化性能を維持する制御プログラムを提供することが可能である。
＜付記９＞
　外周にコイルアンテナが設けられる筒状管であって、前記筒状管は、内部に、エンジンの排ガスが通過する排ガス通路と、前記排ガス通路の外周に設けられた冷却剤流路とを有する筒状管。
　これにより、安定して高い浄化性能を維持する排ガス処理装置に用いられる筒状管を提供することが可能である。
１００　　排ガス処理システム
１０３　　排ガス処理装置
１０７　　制御部
１０８　　センサ
４０１　　筒状管
４０３　　排ガス通路
４０５　　冷却剤流路
４１１　　コイル（コイルアンテナ）
４１２　　高周波電源
 

Claims (9)

  1. 　エンジンの排ガスが通過する筒状管と、
    前記筒状管の外周に設けられると共に高周波電源が接続されたコイルアンテナと
    を有することを特徴とする排ガス処理装置。
  2. 　前記筒状管に前記筒状管内の雰囲気温度を制御する温度制御部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
  3. 　前記排ガスは少なくとも粒子状物質とＮＯｘを含み、前記温度制御部は、前記筒状管内の排ガスの温度を３５０℃以上６５０℃以下となるよう制御することを特徴とする請求項２記載の排ガス処理装置。
  4. 　前記筒状管は、その上流に第一の配管が接続されると共に、その下流に第二の配管が接続され、前記第一の配管と前記第二の配管と連通されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排ガス処理装置。
  5. 　前記高周波電源と、
    前記エンジンから排出される排ガスに関する情報に基づいて前記高周波電源の出力を制御する制御部と
    を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の排ガス処理装置。
  6. 　エンジンの排ガスが通過する筒状管と、
    　高周波電源と、
    前記筒状管の外周に設けられると共に前記高周波電源が接続されたコイルアンテナと、
    前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するセンサと、
    前記検知された情報に基づいて前記高周波電源の出力電力を制御する制御部と
    を有する排ガス処理システム。
  7. エンジンの排ガスが通過する筒状管と、高周波電源と、前記筒状管の外周に設けられると共に前記高周波電源が接続されたコイルアンテナと、前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するセンサと、制御部とを有する排ガス処理システムの制御方法であって、
    前記センサが前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するステップと、
    　前記制御部が前記検知された情報に基づいて前記高周波電源の出力電力を制御するステップと
    を有する排ガス処理システムの制御方法。
  8. 　エンジンの排ガスが通過する筒状管と、高周波電源と、前記筒状管の外周に設けられると共に前記高周波電源が接続されたコイルアンテナと、前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するセンサと、制御部とを有する排ガス処理システムの制御プログラムであって、
    前記センサが前記エンジンから排出される排ガスに関する情報を検知するステップと、
    　前記制御部が前記検知された情報に基づいて前記高周波電源の出力電力を制御するステップと
    を実行させる制御プログラム。
  9. 　外周にコイルアンテナが設けられる筒状管であって、前記筒状管は、内部に、
    エンジンの排ガスが通過する排ガス通路と、
    前記排ガス通路の外周に設けられた冷却剤流路とを有することを特徴とする筒状管。
     
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