(57)【要約】【課題】効率よく粒子状物質を除去できる排気システムを提供する。【解決手段】  エンジン１０１から排気するための排気システム１に、プラズマリアクター３と、電源装置５と、制御装置６とを設け、排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクター３を通過する時間あたりの放電回数が２以上となるように、プラズマリアクター３に印加される電圧の周波数を決定し、その周波数でプラズマリアクター３に電圧を印加する。【選択図】図２
2020084907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排気するための排気システムであって、
電極パネルを備えるプラズマリアクターと、
前記電極パネルに電圧を印加するオン状態、または、前記電極パネルに電圧を印加しないオフ状態に切り替え可能な電源装置と、
前記電源装置を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクターを通過する時間あたりの放電回数が２以上となるように、前記電極パネルに印加される電圧の周波数を決定する周波数決定処理と、
前記電源装置を制御して、前記周波数決定処理で決定した前記周波数で前記電極パネルに電圧を印加する電圧印加処理と
を実行することを特徴とする、排気システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記周波数決定処理において、前記放電回数が２以上、４以下となるように、前記周波数を決定することを特徴とする、請求項１に記載の排気システム。
【請求項３】
前記プラズマリアクターに入る排気ガスの温度を計測する温度計をさらに備え、
前記制御装置は、
前記周波数決定処理において、前記温度計によって計測された温度に基づいて、前記周波数を補正することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置として、プラズマ発生装置を備える排気ガス浄化装置が知られている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
この排気ガス浄化装置では、所定の基本波形が周期的に繰り返し存在する放電期間と、放電が行われない未放電期間とで構成されるバースト周期を含む波形を有する電圧をプラズマ発生装置に印加している。そして、基本波形の振幅、周期、連続繰り返し回数、およびバースト周期の長さを調整することにより、消費電力の上昇を抑えつつ、浄化効率を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１に記載されるような排気ガス浄化装置において、粒子状物質の除去効率をさらに向上させることが要求されている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、効率よく粒子状物質を除去できる排気システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明［１］は、エンジンから排気するための排気システムであって、電極パネルを備えるプラズマリアクターと、前記電極パネルに電圧を印加するオン状態、または、前記電極パネルに電圧を印加しないオフ状態に切り替え可能な電源装置と、前記電源装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクターを通過する時間あたりの放電回数が２以上となるように、前記電極パネルに印加される電圧の周波数を決定する周波数決定処理と、前記電源装置を制御して、前記周波数決定処理で決定した前記周波数で前記電極パネルに電圧を印加する電圧印加処理とを実行する、排気システムを含む。
【０００８】
このような構成によれば、排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクターを通過する時間あたりの放電回数が２以上となるように、電極パネルに印加される電圧の周波数を調節する。
【０００９】
そのため、排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクターを通過するまでの間に、プラズマリアクター内に、２回以上のパルス放電を生じさせることができる。
【００１０】
これにより、排気ガス中に含まれる粒子状物質の９０％以上を電極パネルの表面に吸着させて、電極パネルに吸着した状態で、粒子状物質を分解できる。
【００１１】
その結果、効率よく粒子状物質を除去できる。
【００１２】
また、本発明［２］は、前記制御装置が、前記周波数決定処理において、前記放電回数が２以上、４以下となるように、前記周波数を決定する、上記［１］の排気システムを含む。
【００１３】
このような構成によれば、好ましくは、排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクターを通過する時間あたりの放電回数が２以上、４以下となるように、電極パネルに印加される電圧の周波数を調節する。
【００１４】
これにより、排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクターを通過するまでの間に、プラズマリアクター内に、２回以上、４回以下のパルス放電を生じさせることができる。
【００１５】
パルス放電の回数が２回以上、４回以下であれば、排気ガス中に含まれる粒子状物質を、電極パネルの表面の広い範囲に吸着させることができる。
【００１６】
粒子状物質が電極パネルの表面の広い範囲に吸着していることにより、電極パネルの表面に吸着した粒子状物質を、効率よく分解することができる。
【００１７】
また、本発明［３］は、前記プラズマリアクターに入る排気ガスの温度を計測する温度計をさらに備え、前記制御装置が、前記周波数決定処理において、前記温度計によって計測された温度に基づいて、前記周波数を補正する、上記［１］または［２］の排気システムを含む。
【００１８】
このような構成によれば、制御装置は、排気ガスの温度に基づいて、周波数を補正している。
【００１９】
そのため、排気ガスの温度が変動することによって排気ガスの流量が変動した場合でも、確実に、粒子状物質を電極パネルで捕捉できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、効率よく粒子状物質を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の排気システムの一実施形態を備える車両の概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す排気システムの制御を説明するためのフロー図である。
【図３】図３は、図２に示す周波数決定処理のフロー図である。
【図４】図４は、各実施例および比較例において、粒子状物質の吸着率を示すグラフである。
【図５】図５は、各実施例において、電極パネルに対する粒子状物質の吸着状態を示す写真である。図５Ａは、実施例１の電極パネルであり、図５Ｂは、実施例２の電極パネルであり、図５Ｃは、実施例３の電極パネルである。
【図６】図６は、各実施例において、粒子状物質の分解性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
１．排気システムの構成
図１に示すように、排気システム１は、例えば、車両１００に搭載される。
【００２３】
車両１００は、エンジン１０１と、バッテリー１０２を含む電気システムと、エンジン１０１に吸気するための図示しない吸気システムと、エンジン１０１に燃料を供給するための図示しない燃料噴射システムと、エンジン１０１から排気するための排気システム１とを備える。
【００２４】
排気システム１は、排気管２と、プラズマリアクター３と、温度計４と、電源装置５と、制御装置６とを備える。
【００２５】
（１）排気管
排気管２は、エンジン１０１に接続される。エンジン１０１から排出される排気ガスは、排気管２を通って車外に排出される。
【００２６】
（２）プラズマリアクター
プラズマリアクター３は、排気管２の途中に介在される。プラズマリアクター３は、排気ガスに含まれる有害成分（炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、粒子状物質（ＰＭ））を分解する。
【００２７】
プラズマリアクター３は、入口３Ａと、出口３Ｂとを有する。エンジン１０１から排出された排気ガスは、排気管２を通って、入口３Ａから、プラズマリアクター３の内部に流入する。プラズマリアクター３の内部を通過した排気ガスは、出口３Ｂから流出する。
【００２８】
プラズマリアクター３は、複数の電極パネル７を有する。複数の電極パネル７は、プラズマリアクター３の内部に設けられる。各電極パネル７は、入口３Ａから出口３Ｂに向かって延びる。各電極パネル７は、平板形状を有する。複数の電極パネル７は、入口３Ａから出口３Ｂに向かう方向と直交する方向において、互いに間隔を隔てて並ぶ。
【００２９】
各電極パネル７は、導体層と、導体層を覆う誘電体層とを有する。導体層は、例えば、タングステンなどの金属（導体）から作られる。誘電体層は、例えば、酸化アルミニウムなどのセラミックス（誘電体）から作られる。
【００３０】
各電極パネル７に電圧が印加されると、各電極パネル７の間で放電が生じる。これにより、各電極パネル７の間の気体が、プラズマ状態となる。すなわち、プラズマリアクター３内にプラズマが発生する。
【００３１】
すると、プラズマリアクター３に流入した排気ガスに含まれる有害成分は、プラズマリアクター３内のプラズマにより、分解される。プラズマリアクター３を通過した排気ガスは、排気管２を介して、車外に排出される。
【００３２】
（３）温度計
温度計４は、プラズマリアクター３に入る排気ガスの温度を計測する。温度計４は、信号配線９Ａを介して、制御装置６に電気的に接続される。温度計４は、排気ガスの温度に応じた電気信号を発信する。温度計４からの電気信号は、信号配線９Ａにより制御装置６に伝わる。
【００３３】
（４）電源装置
電源装置５は、バッテリー１０２からの電力をプラズマリアクター３の各電極パネル７に供給可能である。電源装置５は、電源配線８Ａを介して、バッテリー１０２に電気的に接続される。また、電源装置５は、電源配線８Ｂを介して、各電極パネル７に電気的に接続される。電源装置５は、オン状態またはオフ状態に切り替え可能である。電源装置５がオン状態である場合、電源装置５は、電極パネル７に電圧を印加する。また、電源装置５がオフ状態である場合、電源装置５は、電極パネル７に電圧を印加しない。
【００３４】
（５）制御装置
制御装置６は、車両１００における電気的な制御を実行するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備える。制御装置６は、電源配線１０を介して、バッテリー１０２に接続される。制御装置６は、車両１００のイグニッションスイッチがオンされたときに、バッテリー１０２から電源配線１０を介して電力が供給されることにより、起動する。
【００３５】
制御装置６は、信号配線９Ｂを介して、電源装置５に電気的に接続される。制御装置６は、信号配線９Ｂを介して電源装置５に所定の電気信号を送ることにより、電源装置５をオン状態またはオフ状態に切り替える。すなわち、制御装置６は、電源装置５を制御する。
【００３６】
２．排気システムの制御
次に、排気システム１の制御について説明する。
【００３７】
制御装置６は、図２に示すように、周波数決定処理（Ｓ１）と、電圧印加処理（Ｓ２）とを実行する。
【００３８】
（１）周波数決定処理
制御装置６は、周波数決定処理（Ｓ１）において、排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクター３を通過する時間あたりの放電回数が２以上となるように、電極パネル７に印加される電圧の周波数を決定する。放電回数は、好ましくは、２以上、４以下、より好ましくは、２である。
【００３９】
詳しくは、制御装置６は、図３に示すように、周波数決定処理（Ｓ１）において、まず、排気ガスの流量Ｇａを取得する（Ｓ１１）。
【００４０】
排気ガスの流量Ｇａは、例えば、図示しない吸気システムに設けられるエアフローメーターで測定される吸気流量Ｇｗから計算できる。具体的には、まず、吸気流量Ｇｗ（ｇ／ｓ）を下記式（１）で換算して、補正前の排気ガスの流量Ｇａ（ｍ３／ｓ）を得る。
【００４１】
式（１）：Ｇａ＝Ｇｗ／ρ
式（１）中、ρは、空気の密度であり、０℃、１ａｔｍにおいて、１．２９３ｋｇ／ｍ３である。
【００４２】
次に、制御装置６は、プラズマリアクター３に入る排気ガスの温度Ｔ（℃）を取得し（Ｓ１２）、取得した排気ガスの温度Ｔによって、式（１）で得られた排気ガスの流量Ｇａを、下記式（２）で補正する（Ｓ１３）。プラズマリアクター３に入る排気ガスの温度Ｔ（℃）は、温度計４によって計測される。
【００４３】
式（２）：Ｇａ’＝（２７３．１５＋Ｔ）／２７３．１５×Ｇａ
次に、制御装置６は、電極パネル７に印加される電圧の周波数ｆを計算する（Ｓ１４）。
【００４４】
このとき、制御装置６は、排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクター３を通過する時間ｔあたりの放電回数ｎが所望の値になるように、周波数ｆを決定する。なお、以下の説明において、排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクター３を通過する時間を、ＰＭ通過時間と定義する。
【００４５】
具体的には、周波数ｆは、下記式（３）で計算される。
【００４６】
式（３）：ｆ＝ｎ／ｔ
例えば、所望の放電回数ｎが２であり、ＰＭ通過時間ｔが０．０２秒である場合、周波数ｆは、１００Ｈｚである。
【００４７】
なお、ＰＭ通過時間ｔは、補正後の排気ガスの流量Ｇａ’と、プラズマリアクター３のうちの排気ガスが通る部分の容積Ｖとから、下記式（４）で計算される。
【００４８】
式（４）：ｔ＝Ｖ／Ｇａ’
式（４）を式（３）に代入すると、周波数ｆは、補正後の排気ガスの流量Ｇａ’と、プラズマリアクター３のうちの排気ガスが通る部分の容積Ｖと、所望の放電回数ｎとから、下記式（５）で計算される。
【００４９】
式（５）：ｆ＝ｎ×Ｇａ’／Ｖ
つまり、制御装置６は、温度計４によって計測された温度Ｔに基づいて排気ガスの流量Ｇａを補正することにより、周波数ｆを補正している。
【００５０】
（２）電圧印加処理
次に、制御装置６は、図２に示す電圧印加処理（Ｓ２）において、電源装置５を制御して、周波数決定処理（Ｓ１）で決定した周波数ｆで電極パネル７に電圧を印加する。
【００５１】
すると、排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクター３を通過するまでの間に、プラズマリアクター３内の各電極パネル７の間で、所望の放電回数ｎのパルス放電が生じる。つまり、所望の放電回数ｎが２以上である場合、排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクター３を通過するまでの間に、プラズマリアクター３内の各電極パネル７の間で、２回以上のパルス放電が生じる。
【００５２】
これにより、後述する実施例で示すように、排気ガス中に含まれる粒子状物質の９０％以上を、電極パネル７の表面に吸着させて、電極パネル７に吸着した粒子状物質を分解する。
【００５３】
３．作用効果
この排気システム１によれば、ＰＭ通過時間ｔあたりの放電回数ｎが２以上となるように、電極パネル７に印加される電圧の周波数ｆを調節する。
【００５４】
そのため、排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクター３を通過するまでの間に、プラズマリアクター３内の各電極パネル７の間に、２回以上のパルス放電を生じさせることができる。
【００５５】
これにより、排気ガス中に含まれる粒子状物質の９０％以上を、電極パネル７の表面に吸着させて、電極パネル７に吸着した状態で、粒子状物質を分解できる。
【００５６】
その結果、効率よく粒子状物質を除去できる。
【００５７】
また、この排気システム１によれば、好ましくは、ＰＭ通過時間ｔあたりの放電回数ｎが２以上、４以下となるように、電極パネル７に印加される電圧の周波数ｆを調節する。
【００５８】
これにより、排気ガス中の粒子状物質がプラズマリアクター３を通過するまでの間に、プラズマリアクター３内の各電極パネル７の間に、２回以上、４回以下のパルス放電を生じさせることができる。
【００５９】
パルス放電の回数が２回以上、４回以下であれば、排気ガス中に含まれる粒子状物質を、電極パネル７の表面の広い範囲に吸着させることができる。
【００６０】
粒子状物質が電極パネル７の表面の広い範囲に吸着していることにより、電極パネル７の表面に吸着した粒子状物質を、効率よく分解することができる。
【００６１】
また、この排気システム１によれば、制御装置６は、排気ガスの温度Ｔに基づいて、周波数ｆを補正している。
【００６２】
そのため、エアフローメーターで測定される吸気流量Ｇｗが一定であるにもかかわらず、排気ガスの温度Ｔが変動することによって排気ガスの流量Ｇａが変動した場合でも、確実に、粒子状物質を電極パネル７で捕捉できる。
【実施例】
【００６３】
次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。
【００６４】
＜実施例および比較例＞
実施例１
プラズマリアクターで排気ガスを浄化する実験を実施した。
【００６５】
プラズマリアクターのうちの排気ガスが通る部分の容積は、０．００２５ｍ３であり、エアフローメーターで測定される吸気流量から計算できる排気ガスの流量は、０．１２５ｍ３／ｓであり、排気ガスの温度は、２５℃であった。また、ＰＭ通過時間あたりのパルス放電の回数が２回になるように、プラズマリアクターに印加される電圧の周波数を、１００Ｈｚに調節した。
【００６６】
実施例２
ＰＭ通過時間あたりのパルス放電の回数が４回になるように、周波数を２５０Ｈｚに調節した以外は、実施例１と同様にした。
【００６７】
実施例３
ＰＭ通過時間あたりのパルス放電の回数が１７回になるように、周波数を１０００Ｈｚに調節した以外は、実施例１と同様にした。
【００６８】
比較例
ＰＭ通過時間あたりのパルス放電の回数が１回になるように、周波数を５０Ｈｚに調節した以外は、実施例１と同様にした。
【００６９】
＜評価＞
（１）ＰＭ吸着率測定
各実施例および比較例について、ＰＭ吸着率を下記式で計算した。
【００７０】
ＰＭ吸着率＝（１−放電時のＰＭ量÷未放電時のＰＭ量）×１００
結果を図４に示す。
【００７１】
各実施例と比較例とを比較することにより、ＰＭ通過時間あたりのパルス放電の回数が２回以上であれば、排気ガス中に含まれる粒子状物質の９０％以上を、電極パネルの表面に吸着させることができると理解できる。
【００７２】
（２）ＰＭ分解性能測定
各実施例について、ＰＭ分解性能を計算した。詳しくは、ＰＭを分解するときに発生した二酸化炭素の質量（二酸化炭素の積算質量）から、下記式により、単位時間あたりに分解されたＰＭの質量（ＰＭ分解性能）を計算した。
【００７３】
ＰＭ分解性能（ｍｇ／分）＝二酸化炭素の積算質量（ｍｇ）÷４４（二酸化炭素の分子量）×１２（炭素の原子量）÷積算時間（分）
各実施例について、ＰＭの吸着状態を図５に示し、ＰＭ分解性能を図６に示す。図５Ａは、実施例１の電極パネルであり、図５Ｂは、実施例２の電極パネルであり、図５Ｃは、実施例３の電極パネルである。
【００７４】
各実施例を比較することにより、パルス放電の回数が少ないほど、排気ガス中に含まれる粒子状物質を、電極パネルの表面の広い範囲に吸着させることができ、効率よく分解できると理解できる。
【符号の説明】
【００７５】
１        排気システム
３        プラズマリアクター
４        温度計
５        電源装置
６        制御装置
７        電極パネル
１０１    エンジン
Ｓ１      周波数決定処理
Ｓ２      電圧印加処理
【図１】
2020084907.tif 000003
【図２】
2020084907.tif 000004
【図３】
2020084907.tif 000005
【図４】
2020084907.tif 000006
【図５】
2020084907.tif 000007
【図６】
2020084907.tif 000008