(57)【要約】【課題】  排気ガス中のＰＭを効率よく酸化させることができながら、放電電力の消費を抑制することができる排気ガス浄化装置を提供すること。【解決手段】  排気ガスが通過するガス流路２８を有するプラズマ反応器７と、プラズマ反応器７に電力を投入し、投入電力の印加電圧および／または印加電圧の周波数が可変な電源８とを備える排気ガス浄化装置４において、ガス流路２８を通過中のＰＭ量および／またはガス流量の変化に応じて、印加電圧および／または印加電圧のパルス繰返し周波数を変化させる。【選択図】図４
2010216354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが通過できるように形成されたガス流路と、
電力の投入によって前記ガス流路にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段に電力を投入し、投入電力の印加電圧が可変な可変電圧電源と、
前記ガス流路を通過中のＰＭ量の変化に応じて、前記印加電圧を変化させる電圧制御手段と
を備えることを特徴とする、排気ガス浄化装置。
【請求項２】
排気ガスが通過できるように形成されたガス流路と、
電力の投入によって前記ガス流路にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段に電力を投入し、投入電力の印加電圧の周波数が可変な可変周波数電源と、
前記ガス流路を通過中のガス流量の変化に応じて、前記印加電圧の周波数を変化させる周波数制御手段と
を備えることを特徴とする、排気ガス浄化装置。
【請求項３】
排気ガスが通過できるように形成されたガス流路と、
電力の投入によって前記ガス流路にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段に電力を投入し、投入電力の印加電圧および前記印加電圧の周波数が可変な可変電圧可変周波数電源と、
前記ガス流路を通過中のＰＭ量の変化に応じて、前記印加電圧を変化させ、前記ガス流路を通過中のガス流量の変化に応じて、前記印加電圧の周波数を変化させる電圧・周波数制御手段と
を備えることを特徴とする、排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを発生させて排気ガスを浄化する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排気ガスには、煤、ＳＯＦ（Soluble Organic Fraction：可溶性炭化水素）、サルフェートなどが含まれるＰＭ（粒子状物質）が含有されている。その種の排気ガスを浄化する装置として、プラズマを利用して排気ガスを浄化する装置が知られている。
例えば、一方から他方へ排気ガスが通過可能なハニカム筒状のプラズマリアクタ本体と、プラズマリアクタ本体の一方側に配置された網目状の正電極と、プラズマリアクタ本体の他方側に配置され、負電極として用いられる導電性のハニカムフィルタ（ＤＰＦ）と、正電極およびハニカムフィルタに接続されたパルス電源とを備えるプラズマリアクタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このプラズマリアクタでは、正電極およびハニカムフィルタへの電力の投入によって、プラズマリアクタ本体内にプラズマが発生して、ハニカムフィルタで捕集されたＰＭを処理する。パルス電源によって投入されるパルス電力は、印加電圧およびパルス繰返し周波数が固定されることによって一定とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７０６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プラズマリアクタ本体内を通過する排気ガスのＰＭ量や流量は、内燃機関の運転中、運転状態に連動して経時的に変化する場合がある。
そして、プラズマの発生に際して印加電圧およびパルス繰返し周波数を固定する従来のやり方では、ＰＭ量やガス流量の経時的な変化に関係なく、プラズマの強さや単位時間当たりのプラズマ発生量が固定される。
【０００６】
そのため、プラズマの強さがＰＭ量に対して必要量を超える場合に放電電力が無駄に消費され、また、必要量未満の場合にＰＭの酸化効率が低下するといった不具合を生じる。さらに、プラズマ発生量とガス流量との関係においても同様の不具合がある。
本発明の目的は、排気ガス中のＰＭを効率よく酸化させることができながら、放電電力の消費を抑制することができる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、排気ガスが通過できるように形成されたガス流路と、電力の投入によって前記ガス流路にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記プラズマ発生手段に電力を投入し、投入電力の印加電圧が可変な可変電圧電源と、前記ガス流路を通過中のＰＭ量の変化に応じて、前記印加電圧を変化させる電圧制御手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
この構成によれば、ガス流路の通過中のＰＭ量の変化に応じて、印加電圧が変化する。
そのため、例えば、排気ガス浄化処理プロセスにおいて、ＰＭ量が相対的に減少したときに印加電圧を小さくし、ＰＭ量が相対的に増加したときに印加電圧を大きくすることによって、ＰＭ量に対してプラズマの強さを適切に制御しつつ、プロセス終了に至るまでに印加される総電圧を抑制することができる。
【０００９】
その結果、ＰＭを効率よく酸化させることができながら、放電電力の消費を抑制することができる。
また、本発明の排気ガス浄化装置は、排気ガスが通過できるように形成されたガス流路と、電力の投入によって前記ガス流路にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記プラズマ発生手段に電力を投入し、投入電力の印加電圧の周波数が可変な可変周波数電源と、前記ガス流路を通過中のガス流量の変化に応じて、前記印加電圧の周波数を変化させる周波数制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
この構成によれば、ガス流路を通過中のガス流量に応じて、印加電圧の周波数が変化する。
そのため、例えば、排気ガス浄化処理プロセスにおいて、ガス流量が相対的に増加したときに周波数を高くし、ガス流量が相対的に減少したときに周波数を低くすることによって、ガス流量に対して適切な間隔で電圧を印加してプラズマを発生させつつ、プロセス終了に至るまでの電圧の総印加回数を抑制することができる。
【００１１】
その結果、ＰＭを効率よく酸化させることができながら、放電電力の消費を抑制することができる。
さらに、本発明の排気ガス浄化装置は、排気ガスが通過できるように形成されたガス流路と、電力の投入によって前記ガス流路にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記プラズマ発生手段に電力を投入し、投入電力の印加電圧および前記印加電圧の周波数が可変な可変電圧可変周波数電源と、前記ガス流路を通過中のＰＭ量の変化に応じて、前記印加電圧を変化させ、前記ガス流路を通過中のガス流量の変化に応じて、前記印加電圧の周波数を変化させる電圧・周波数制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
この構成によれば、ガス流路の通過中のＰＭ量の変化に応じて、印加電圧が変化し、ガス流路を通過中のガス流量に応じて、印加電圧の周波数が変化する。
そのため、例えば、排気ガス浄化処理プロセスにおいて、ＰＭ量が相対的に減少したときに印加電圧を小さくし、ＰＭ量が相対的に増加したときに印加電圧を大きくすることによって、ＰＭ量に対してプラズマの強さを適切に制御しつつ、プロセス終了に至るまでに印加される総電圧を抑制することができる。
【００１３】
また、例えば、ガス流量が相対的に増加したときに周波数を高くし、ガス流量が相対的に減少したときに周波数を低くすることによって、ガス流量に対して適切な間隔で電圧を印加してプラズマを発生させつつ、プロセス終了に至るまでの電圧の総印加回数を抑制することができる。
それらの結果、ＰＭを効率よく酸化させることができながら、放電電力の消費を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の排気ガス浄化装置によれば、ＰＭ量に対してプラズマの強さを適切に制御しつつ、プロセス終了に至るまでに印加される総電圧を抑制することができ、および／または、ガス流量に対して適切な間隔で電圧を印加してプラズマを発生させつつ、プロセス終了に至るまでの電圧の総印加回数を抑制することができる。
その結果、ＰＭを効率よく酸化させることができながら、放電電力の消費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態を示す排気ガス浄化装置が搭載されたディーゼル車両の要部構成図である。
【図２】図１に示すプラズマ反応器の概略構成図である。
【図３】図２に示す電極および誘電体の拡大斜視図である。
【図４】排気ガス浄化装置による（ａ）第１の電圧制御モードおよび（ｂ）第２の電圧制御モードの手順を示すフローチャートである。
【図５】アクセル開度とＰＭ個数濃度の相関関係を示すためのタイムチャートである。
【図６】排気ガス浄化装置による（ａ）第１の周波数制御モードおよび（ｂ）第２の周波数制御モードの手順を示すフローチャートである。
【図７】ＪＣ０８ホットモードにおけるアクセル開度および吸入空気量の経時的な変化状況を示すタイムチャートである。
【図８】実施例１における電圧制御モードの進行状況を示すタイムチャートである。
【図９】実施例１における周波数制御モードの進行状況を示すタイムチャートである。
【図１０】実施例１における放電電力および車速の経時的な変化状況を示すタイムチャートである。
【図１１】（ａ）実施例１において排出されるＰＭ量および（ｂ）比較例１において排出されるＰＭ量の経時的な変化状況を示すタイムチャートである。
【図１２】実施例１および比較例１〜２のＰＭエミッションを示す棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１．ディーゼル車両の構成
図１は、本発明の一実施形態を示す排気ガス浄化装置４が搭載されたディーゼル車両の要部構成図である。
ディーゼル車両１は、ディーゼルエンジン２と、駆動部３と、排気ガス浄化装置４とを備えている。
【００１７】
ディーゼルエンジン２としては、２サイクルエンジン、４サイクルエンジンのいずれも適用できる。また、ディーゼルエンジン２の排気量は、用途に応じて適宜設計することができる。ディーゼルエンジン２の吸気ポート（図示せず）には、吸気パイプ５が接続されている。また、ディーゼルエンジン２の排気ポート（図示せず）には、排気パイプ６が接続されている。
【００１８】
駆動部３は、ディーゼル車両１を進退移動させるための車輪、ディーゼルエンジン２で発生する回転力を車輪に伝達するためのパワートレインなどを含んでいる。
排気ガス浄化装置４は、排気パイプ６の途中に設けられたプラズマ発生手段としてのプラズマ反応器７と、プラズマ反応器７に電力を供給する電源８と、ディーゼル車両１の各部位における物理量の変化を検出するセンサ類１１〜１５と、センサ類１１〜１５の検出情報に基づいてディーゼル車両１の電気的制御を実行する制御手段としてのＥＣＵ１０（Electronic Control Unit）とを備えている。
【００１９】
プラズマ反応器７は、排気パイプ６の一部をなしており、電力の投入によって排気パイプ６にプラズマを発生させる。なお、プラズマ反応器７の具体的な構成を図２および図３で詳述する。
電源８としては、例えば、いずれも印加電圧が可変な直流電源、交流電源、パルス電源などが挙げられ、好ましくは、印加電圧の周波数が可変な交流電源、パルス電源が挙げられ、さらに好ましくは、パルス電源が挙げられ、とりわけ好ましくは、交流パルス電源が挙げられる。以下では、特に断りがない限り、電源８を交流パルス電源として説明する。
【００２０】
センサ類１１〜１５は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されており、例えば、アクセルセンサ１１、エアフローメータ１２、車速センサ１３、クランクポジショニングセンサ１４、水温センサ１５などを含んでいる。
アクセルセンサ１１は、例えば、ディーゼル車両１のアクセルペダル１６を支持するアーム１７に設けられている。アクセルセンサ１１は、アクセルペダル１６の踏込み量（アクセル開度）を電気信号として検出してＥＣＵ１０に入力する。
【００２１】
エアフローメータ１２は、吸気パイプ５の途中に設けられている。エアフローメータ１２は、吸気パイプ５を通過する吸入空気量を電気信号として検出してＥＣＵ１０に入力する。なお、エアフローメータ１２の種類としては、例えば、ホットワイヤ式、バキュームセンサ式、カルマン渦式、ベーン式などが挙げられる。
車速センサ１３は、例えば、駆動部３において車輪の裏側に配置されたロータ機構（図示せず）に設けられている。車速センサ１３は、車輪の回転数を電気信号として検出してＥＣＵ１０に入力する。ＥＣＵ１０では、車輪の回転数に基づいて、ディーゼル車両１の車速を算出することができる。
【００２２】
クランクポジショニングセンサ１４は、例えば、ディーゼルエンジン２のクランクプーリ（図示せず）付近に設けられている。クランクポジショニングセンサ１４は、ディーゼルエンジン２の回転数を電気信号として検出してＥＣＵ１０に入力する。
水温センサ１５は、例えば、ディーゼルエンジン２のシリンダヘッド（図示せず）に設けられている。水温センサ１５は、ディーゼルエンジン２の冷却水の温度を電気信号として検出してＥＣＵ１０に入力する。ＥＣＵ１０では、冷却水の温度に基づいて、ディーゼルエンジン２の温度を算出する。
【００２３】
ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ１０は、電源８と電気的に接続されており、センサ類１１〜１５から入力された電気信号に基づいて、電源８からプラズマ反応器７に投入される電力の印加ピーク電圧および印加電圧のパルス繰返し周波数（以下、パルス周波数とする。）を制御する。また、ＥＣＵ１０は、例えば、ディーゼルエンジン２内のインジェクタ（図示せず）などに電気的に接続されており、インジェクタから燃焼室（図示せず）への燃料噴射量（燃料流量）を制御する。
２．プラズマ反応器の構成
図２は、図１に示すプラズマ反応器の概略構成図である。また、図３は、図２に示す電極および誘電体の拡大斜視図である。
【００２４】
プラズマ反応器７は、排気パイプ６の一部を形成する流路形成管２１と、流路形成管２１内にプラズマを発生させるプラズマ発生部２２とを備えている。また、プラズマ反応器７の容積は、例えば、０．５〜５Ｌである。
流路形成管２１は、例えば、ステンレス鋼を用いて形成されている。流路形成管２１は、略四角筒状の角管２３と、角管２３の長手方向両端部に接続され、当該両端部から角管２３の長手方向外側に向かって窄む錐形の１対の錐管２４とを有している。
【００２５】
各錐管２４は、互いに対称に形成されている。各錐管２４における角管２３の反対側には、流路形成管２１を排気パイプ６に接続するための略円筒状の円管２５が接続されている。なお、各錐管２４は、互いに対称でなくてもよい。
流路形成管２１は、一方の円管２５が排気パイプ６における排気ガスの流れ方向上流側に接続され、他方の円管２５が排気パイプ６における同方向下流側に接続されることによって、上流側の排気パイプ６と下流側の排気パイプ６との間に介在される。したがって、排気ガスは、上流側の排気パイプ６から一方の円管２５に流入し、角管２３の長手方向に沿って一方の錐管２４、角管２３および他方の錐管２４を流れて、他方の円管２５を介して下流側の排気パイプ６に流出する。
【００２６】
プラズマ発生部２２は、流路形成管２１内に設けられており、略四角板状の誘電板２６と、誘電板２６に挟まれ、プラズマを発生させるための電圧が印加される電極２７と、電極２７への電圧の印加によってプラズマが発生するガス流路２８とを備えている。
誘電板２６は、排気ガスの流れ方向と直交する上下方向において、互いに間隔を空けて、例えば、５枚積層され、角管２３の互いに対向する１対の周壁間において、角管２３の周壁に対して各板の表面２９が平行に（角管２３の長手方向に沿って）延びるように形成されている。これによって、角管２３内には、互いに向き合う誘電板２６間にガス流路２８が形成されている。そのため、角管２３内では、排気ガスは誘電板２６の表面２９に沿って各ガス流路２８を流れることとなる。
【００２７】
誘電板２６を構成する材料としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）などの低誘電率材料、例えば、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）、ＳｒＴｉＯ３（チタン酸ストロンチウム）、Ｂａ（Ｓｒ）ＴｉＯ３（チタン酸バリウムストロンチウム）などの高誘電率材料が挙げられる。
電極２７は、平らな金属網からなり、仮想線３０を高さの基準として、一定の振幅および一定の波長で上下に起伏する三角波状に形成されている。三角波状の電極２７は、仮想線３０から上下方向に一定の距離を隔てた位置において、上下交互に等間隔で配置される稜線３１を有している。
【００２８】
このような電極２７を形成するには、例えば、まず、複数の金属製の線材を一方向に間隔を空けて整列させ、整列した線材に対して、他の複数の線材を一方向に直交する他方向に編み込む。これにより、多数の網目３２を全域にわたって有する略四角形の金属網を形成する。次いで、その金属網を、金属網の互いに対向する１対の辺に対して平行な稜線３１が形成されるように、一定の間隔で複数回折り曲げる。以上のようにして、電極２７を形成することができる。
【００２９】
電極２７において、仮想線３０よりも上側の稜線３１Ｕおよび下側の稜線３１Ｌ、ならびに電極２７の外郭を形成する線材によって囲まれる長方形は、排気ガスの通過を網目３２によって可能としつつ、排気ガス中のＰＭを捕集するための捕集部３３である。
なお、線材を構成する金属としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、ニッケル、銅、タングステンなどが挙げられる。また、金属網は、一方向に整列した線材上において、複数の線材を他方向に間隔を空けて整列させることにより一方向および他方向の線材を交差させ、各交点を溶接や接着剤などにより固定することにより形成されてもよい。さらに、網目３２の形状は、金属網の編み方を変えることにより、長方形、三角形、ひし形などであってもよい。
【００３０】
そして、電極２７は、稜線３１が排気ガスの流れ方向に直交するように、かつ、稜線３１が誘電板２６の表面２９に当接するように、各ガス流路２８に１つずつ合計４つ設けられる。各電極２７の捕集部３３が誘電板２６の表面２９に対して傾斜して立ち上がることとなるので、ガス流路２８を流れる排気ガスを捕集部３３に衝突させることができる。
電極２７には、積層方向下側から順に高電圧配線３４および接地配線３５が交互に接続されている。電極２７は、接続される配線の種類によって、高電圧極２７Ｈと、接地極２７Ｇとに区別される。
【００３１】
各高電圧配線３４は、その一端が高電圧極２７Ｈに電気的に接続され、その他端が１本に集約されて電源８に接続されている。一方、各接地配線３５は、その一端が接地極２７Ｇに電気的に接続され、その他端が１本に集約されて接地されている。
なお、図２では表れていないが、高電圧配線３４は、流路形成管２１を貫通する部分（流路形成管２１と接触する部分）において、例えば、Ａｌ２Ｏ３などの絶縁体により被覆されている。これにより、高電圧配線３４と流路形成管２１とは互いに絶縁されている。
３．排気ガス浄化装置による浄化処理
上記したディーゼル車両１では、ディーゼルエンジン２の運転中、排気ガス浄化装置４によって排気ガスが浄化される。
【００３２】
具体的には、プラズマ反応器７の高電圧極２７Ｈにパルス電圧が印加されることによって、ガス流路２８（排気パイプ６）内に荷電粒子（イオンや電子）や遊離基（ラジカル）などの活性種を含むプラズマが発生する。そして、その活性種によって、ガス流路２８を通過する排気ガス中のＰＭを酸化させて、排気ガスが浄化される。
浄化処理に際して、排気ガス浄化装置４では、ディーゼルエンジン２の運転状況に合わせて印加ピーク電圧を制御する電圧制御モードと、印加電圧のパルス周波数を制御する周波数制御モードとを実行する。これらは、ディーゼルエンジン２の運転中、交互に実行してもよいし、並行して同時に実行することもできる。
ａ．電圧制御モード
図４は、排気ガス浄化装置による（ａ）第１の電圧制御モードおよび（ｂ）第２の電圧制御モードの手順を示すフローチャートである。
【００３３】
電圧制御モードとしては、例えば、図４（ａ）に制御フローが示される第１の電圧制御モード、図４（ｂ）に制御フローが示される第２の電圧制御モードなどを実行することができる。
第１の電圧制御モードでは、ＥＣＵ１０に入力されるアクセル開度を常時監視し、アクセル開度の変化に応じて、ピーク電圧を無段変化させる制御フローを反復して実行する。
【００３４】
具体的には、アクセルペダル１６が踏込まれていない状態をアクセル開度０（％）、アクセルペダル１６が最後まで踏込まれた状態をアクセル開度１００（％）とする条件下において、アクセル開度が相対的に増加したとき（ステップＳ１のＹＥＳ）に、例えば、その増加割合でピーク電圧を増加させる（ステップＳ２）。つまり、例えば、アクセル開度の増加割合＝ピーク電圧の増加割合となるように、ピーク電圧を増加させる。
【００３５】
一方、アクセル開度が相対的に減少したとき（ステップＳ１のＮＯ）に、例えば、その減少割合でピーク電圧を減少させる（ステップＳ３）。つまり、例えば、アクセル開度の減少割合＝ピーク電圧の減少割合となるように、ピーク電圧を減少させる。
ピーク電圧を特定の値に固定せずに無段階に変化させる上記のような制御フローが、ディーゼルエンジン２の運転開始から終了に至るまで、例えば、留まることなく連続して実行される。
【００３６】
アクセル開度は、ディーゼルエンジン２のインジェクタ（図示せず）から燃焼室（図示せず）に噴射される燃料の噴射量を決める要素の一つである。すなわち、アクセル開度および必要によりその他の要素（例えば、エンジン温度など）に基づいて、燃料噴射量が決定される。そして、例えば、吸入空気量を調節するスロットルバルブが吸気パイプ５に設けられていない場合には顕著であるが、燃料噴射量が多いほど、燃焼時の酸素が不足して不完全燃焼が発生し易い。不完全燃焼の結果、排気ガスには、完全燃焼時よりも多くのＰＭが含まれることとなる。
【００３７】
したがって、排気ガス中のＰＭ量は、アクセル開度と相関している。例えば、アクセル開度が増加したときには、その増加した割合でＰＭ個数濃度が増加すると推測される。一方、アクセル開度が減少したときには、その減少した割合でＰＭ個数濃度が減少すると推測される。このような相関関係は、例えば、図５によって証明される。
すなわち、アクセル開度の変化に応じてピーク電圧を変化させる第１の電圧制御モードでは、ＰＭ個数濃度が増加すると推測されるときに、その増加割合でピーク電圧を増加させる制御が実行され、ＰＭ個数濃度が減少すると推測されるときに、その減少割合でピーク電圧を減少させる制御が実行される。
【００３８】
なお、電圧制御モードにおけるＰＭ個数濃度とは、排気ガス単位体積（ｃｍ３）当たりのＰＭの個数である。
第２の電圧制御モードでは、例えば、ＥＣＵ１０に入力されるアクセル開度を常時監視し、アクセル開度の変化に応じて、ピーク電圧を一定割合で段階変化させる制御フローを反復して実行する（第２の電圧制御モード）。
【００３９】
具体的には、アクセル開度＞０％となったとき（ステップＴ１のＹＥＳ）に、ピーク電圧を、例えば、０．５〜２ｋＶ／ｓで増加させる（ステップＴ２）。
一方、アクセル開度が０％となったとき（ステップＴ１のＮＯ）に、ピーク電圧を、例えば、１〜５ｋＶ／ｓで減少させる（ステップＴ３）。ピーク電圧を段階的に変化させる上記のような制御フローが、ディーゼルエンジン２の運転開始から終了に至るまで、例えば、留まることなく連続して実行される。
【００４０】
排気ガス中のＰＭ量は、上記のようにアクセル開度と相関している。すなわち、第２の電圧制御モードでは、排気ガス中のＰＭ個数濃度が、アクセル開度０（％）のときに対応するＰＭ個数濃度を超えるまで増加すると推測されるときに、一定の割合（０．５〜２ｋＶ／ｓ）でピーク電圧を増加させる。
また、排気ガス中のＰＭ個数濃度が、アクセル開度０（％）のときに対応するＰＭ個数濃度以下にまで減少すると推測されるときに、一定の割合（１〜５ｋＶ／ｓ）でピーク電圧を減少させる。
ｂ．周波数制御モード
図５は、排気ガス浄化装置による（ａ）第１の周波数制御モードおよび（ｂ）第２の周波数制御モードの手順を示すフローチャートである。
【００４１】
第１周波数制御モードでは、例えば、ＥＣＵ１０に入力される吸入空気量を常時監視しておく。そして、プラズマ反応器７を通過する排気ガスの流量を、吸入空気量に合わせてパルス周波数を無段変化させる制御フローを反復して実行する。
具体的には、まず、吸入空気量および必要によりその他の要素（例えば、燃料噴射量など）に基づいて、ディーゼルエンジン２から排出されるガス流量が算出される（ステップＳ１）。
【００４２】
次いで、算出された流量の排気ガスがプラズマ反応器７を通過する場合において、排気ガスがプラズマ反応器７に流入して流出するまでの間にカウントされるパルス数（排気ガス一定体積当たりのパルス数）が、常時１〜１０となるように、パルス周波数が制御される（ステップＳ２）。このように、排気ガス一定体積当たりパルス数が、常時固定されるような制御フローが実行される。そして、この制御フローは、ディーゼルエンジン２の運転開始から終了に至るまで、例えば、留まることなく連続して実行される。
【００４３】
第２の周波数制御モードでは、例えば、ＥＣＵ１０に入力される吸入空気量を常時監視し、吸入空気量の変化に応じて、印加電圧のパルス周波数を一定割合で段階変化させる制御フローを反復して実行する。
具体的には、吸入空気量信号＞基準値となったとき（ステップＴ１のＹＥＳ）に、パルス周波数を、例えば、５〜５０Ｈｚ／ｓで増加させる（ステップＴ２）。
【００４４】
一方、吸入空気量信号が基準値となったとき（ステップＴ１のＮＯ）に、パルス周波数を、例えば、１０〜１００Ｈｚ／ｓで減少させる（ステップＴ３）。パルス周波数を段階的に変化させる上記のような制御フローが、ディーゼルエンジン２の運転開始から終了に至るまで、例えば、留まることなく連続して実行される。
第２の周波数制御モードにおける吸入空気量の基準値とは、例えば、吸入空気量が比較的少ないアイドリング時などにおける吸入空気量であって、具体的には、ディーゼルエンジン２の排気量などによって異なるが、例えば、２〜１０ｇ／ｓである。
【００４５】
ディーゼルエンジン２の排気ガスの流量は、吸入空気量の変化に応じて変化する。そして、吸入空気量が多いほどガス流量が多くなる。ガス流量が多くなる結果、プラズマ反応器７が単位時間当たりに浄化処理すべき排気ガスの量が増えることとなる。
すなわち、吸入空気量の変化に応じてパルス周波数を変化させる第２の周波数制御モードでは、排気ガスの流量が、吸入空気量が基準値のときに対応する流量を超えるまで増加すると推測されるときに、一定の増加割合（５〜５０Ｈｚ／ｓ）でパルス周波数を増加させる。
【００４６】
また、排気ガスの流量が、吸入空気量が基準値のときに対応する流量以下にまで減少すると推測されるときに、一定の減少割合（１０〜１００Ｈｚ／ｓ）でパルス周波数を減少させる。
４．作用・効果
以上のように、排気ガス浄化装置４によれば、第１の電圧制御モードを実行することによって、アクセル開度が増加して排気ガス中のＰＭ個数濃度が増加すると推測されるときに、ピーク電圧がその増加割合で増加する。そのため、ガス流路２８内のＰＭ個数濃度が増加して高くなった場合でも、その個数濃度のＰＭを十分酸化させる程度の強いプラズマを、ガス流路２８に発生させることができる。
【００４７】
一方、アクセル開度が減少して排気ガス中のＰＭ個数濃度が減少すると推測される場合に、ピーク電圧がその減少割合で減少する。そのため、ガス流路２８に発生するプラズマの強さを、ガス流路２８を通過中の少量のＰＭを酸化可能な程度に保持しつつ、印加ピーク電圧を抑制することができる。
これらの結果、第１の電圧制御モードを実行することによって、ＰＭを効率よく酸化させることができながら、ディーゼルエンジン２の運転終了に至るまでの印加総電圧を抑制することができる。よって、放電電力の消費を抑制することができる。
【００４８】
さらに、第１の電圧制御モードによれば、ピーク電圧を無段階変化させる制御であるため、ＰＭ個数濃度の増減に合わせて、精密にピーク電圧を制御することができる。
また、第２の電圧制御モードを実行することによって、排気ガス中のＰＭ個数濃度が所定の量を超えるまで増加すると推測される場合（アクセル開度＞０％の場合）に、ピーク電圧が一定の割合で増加する。そのため、ガス流路２８のＰＭ個数濃度が増加して高くなった場合でも、その個数濃度のＰＭを十分酸化させる程度の強いプラズマを、ガス流路２８に発生させることができる。
【００４９】
一方、排気ガス中のＰＭ個数濃度が所定の量以下にまで減少すると推測される場合（アクセル開度＝０％の場合）に、ピーク電圧が一定の割合で減少する。そのため、ガス流路２８に発生するプラズマの強さを、ガス流路２８を通過中の少量のＰＭを酸化可能な程度に保持しつつ、印加ピーク電圧を抑制することができる。
これらの結果、第２の電圧制御モードを実行することによって、ＰＭを効率よく酸化させることができながら、ディーゼルエンジン２の運転終了に至るまでの印加総電圧を抑制することができる。よって、放電電力の消費を抑制することができる。
【００５０】
さらに、第２の電圧制御モードによれば、ピーク電圧を一定の割合で段階変化させる制御であるため、制御フローを簡素化することができる。その結果、ピーク電圧の制御実行からプラズマの強さが制御されるまでのレスポンス時間を短縮することができる。
また、排気ガス浄化装置４によれば、第１の周波数制御モードを実行することによって、排気ガスがプラズマ反応器７に流入して流出するまでの間（排気ガス通過時間）にカウントされるパルス数が、常時固定される。すなわち、排気ガスの流量が大きい場合には排気ガス通過時間が短くなるので、パルス周波数が相対的に高くされる。一方、排気ガスの流量が小さい場合には排気ガス通過時間が長くなるので、パルス周波数が相対的に低くされる。
【００５１】
そのため、排気ガスの流量が変化しても、プラズマ反応器７を通過する各流量の排気ガスに対して、同じパルス数のプラズマを発生させつつ、ディーゼルエンジン２の運転終了に至るまでのピーク電圧の総印加回数を抑制することができる。その結果、ＰＭを効率よく酸化させることができながら、放電電力の消費を抑制することができる。
また、第２の周波数制御モードを実行することによって、ガス流量が基準値を超えるまで増加すると推測される場合に、パルス周波数が一定の割合で増加する。一方、ガス流量が基準値以下にまで減少すると推測される場合に、パルス周波数が一定の割合で減少する。
【００５２】
そのため、相対的にガス流量が小さく、相対的に排気ガス通過時間が長いときのピーク電圧の印加回数を低減することができる。したがって、運転終了に至るまでのピーク電圧の総印加回数を抑制することができる。その結果、ＰＭを効率よく酸化させることができながら、放電電力の消費を抑制することができる。
そして、排気ガス浄化装置４によれば、例えば、ピーク電圧６．５〜１０ｋＶおよびパルス周波数３０〜２５０Ｈｚに常時固定して浄化処理を実行する場合に比べて、プラズマ反応器７通過後のＰＭ排出量を、例えば、４２〜６２％低減でき、しかも放電電力をほぼ同じ大きさに維持することができる。
【００５３】
本発明は、以上の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲において、種々の設計変更を施すことが可能である。
例えば、前述の実施形態では、電圧制御モードにおいて、ピーク電圧は、アクセルセンサ１１で検出されるアクセル開度の変化のみに基づいて制御されたが、他のセンサによって検出される情報に基づいて制御することもできる。例えば、クランクポジショニングセンサ１４で検出されるエンジン回転数、水温センサ１５で検出されるエンジン温度、また、ディーゼルエンジン２の種類（例えば、排気量など）などに基づいて制御することもできる。さらに、ピーク電圧は、これらの情報（アクセル開度を含む）の組み合わせに基づいて制御してもよい。
【００５４】
また、電圧制御モードおよび周波数制御モードは、ディーゼルエンジン２の運転中、各制御フローを連続して実行する必要はない。例えば、各制御フローを断続的に実行してもよい。
また、前述の実施形態では、アクセル開度および吸入空気量の信号は、直接ＥＣＵ１０に入力されたが、これらの入力方法は、上記の方法に限られない。
本発明の排気ガス浄化装置の用途としては、例えば、ディーゼル機関から排出される排気ガスの浄化、化学プラントから排出される排気ガスの浄化などが挙げられる。
【実施例】
【００５５】
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。
実施例１
試験用エンジンベンチ（種類：２サイクルディーゼルエンジン  排気量：１２００ｃｃ）を用意した。次いで、試験用エンジンベンチの排気パイプに、図２に示す構成のプラズマ反応器（容積１．２Ｌ）、ＰＭ個数濃度計測装置（ＣＰＣ  ＴＳＩ社製）、マイクロダイリューショントンネル（堀場製作所社製）を上流側から順に取り付けた。プラズマ反応器の高電圧極には、交流パルス電源（ピーク電圧およびパルス周波数可変）を接続した。また、プラズマ反応器の接地極を接地した。マイクロダイリューショントンネルには、ＰＭ捕集用フィルタが取り付けられており、そのフィルタを秤量することによって、ＰＭエミッションを算出できる。
【００５６】
また、試験用エンジンベンチのＥＣＵに、電圧制御モードおよび周波数制御モードの各フローを記憶させた。フローの具体的な条件は、下記の通りである。
ａ．電圧制御モード（ピーク電圧段階制御）
アクセル開度＝０（％）のときに、ピーク電圧を６．５ｋＶに固定。
アクセル開度＞０（％）のときに、ピーク電圧を０．５ｋＶ／ｓで増加（最大８．０ｋＶ）。
ｂ．周波数制御モード（パルス周波数無段階制御）
排気ガスがプラズマ反応器に流入して流出するまでの間にカウントされるパルス数が、常時３．５となるように、排気ガス流量＝（吸入空気量＋燃料流量）に合わせてパルス周波数を制御。
【００５７】
そして、試験用エンジンベンチをＪＣ０８ホットモード（道路運送車両の保安基準の細目を定める告示（平成１４年国土交通省告示第６１９号）別添４２に規定）で運転し、運転中、電圧制御モードおよび周波数制御モードを並行して同時に実行した。
ＪＣ０８ホットモードにおけるアクセル開度および吸入空気量信号の経時的な変化状況を図７に示す。また、電圧制御モードの進行状況を図８に示し、周波数制御モードの進行状況を図９に示す。
【００５８】
図８によると、アクセル開度＝０（％）とアクセル開度＞０（％）との判別によってピーク電圧を段階制御する電圧制御モードの実行によって、ＰＭ個数濃度の相対的な減少（アクセル開度＝０）に応じてピーク電圧が６．５ｋＶに制御され、ＰＭ個数濃度の相対的な増加（アクセル開度＞０）に応じてピーク電圧が段階的に増加して最大８．０ｋＶに制御されていることが確認された。すなわち、ピーク電圧を固定するのではなく、ＰＭ個数濃度の変化に応じてピーク電圧を変化させていることが確認された。
【００５９】
一方、図９によると、プラズマ反応器への排気ガスの流入から流出までのパルス数が常時３．５となるように、パルス周波数を制御する周波数制御モードの実行によって、吸入空気量の相対的な減少（つまり、排気ガス流量の相対的な減少）に合わせてパルス周波数が低くなるように制御され、吸入空気量の相対的な増加（つまり、排気ガス流量の相対的な増加）に合わせてパルス周波数が高くなるように制御されていることが確認された。すなわち、パルス周波数を固定するのではなく、排気ガス流量の変化に応じてパルス周波数を変化させていることが確認された。
【００６０】
運転終了後、ピーク電圧およびパルス周波数に基づいて、運転中の各時点における放電電力を算出してチャート化した。放電電力の経時的な変化状況を、車速の変化状況とともに図１０に示す。
図１０によると、電圧制御モードおよび周波数制御モードの実行の結果、車速の相対的な減少に合わせて放電電力が減少し、車速の相対的な増加に合わせて放電電力が増加していることが確認された。また、アクセル開度および吸入空気量に基づいてピーク電圧およびパルス周波数を制御したことによって、放電電力の増減の開始点が、車速の増減の開始点よりも先行することが確認された。
【００６１】
そして、運転中の各時点における放電電力の和を運転時間で除することによって、平均放電電力を算出したところ、１００Ｗであった。
比較例１
電圧制御モードおよび周波数制御モードを実行せずに、ピーク電圧を８ｋＶに固定し、パルス周波数を７０Ｈｚに固定したこと以外は、実施例１と同じ条件（ＪＣ０８ホットモード）によって、試験用エンジンベンチを運転した。実施例１と同様の方法によって、平均放電電力を算出したところ、１００Ｗであった。
比較例２
プラズマ反応器およびパルス電源を設けなかったこと以外は、実施例１と同じ条件（ＪＣ０８ホットモード）によって、試験用エンジンベンチを運転した。
ＰＭ排出量評価試験
ａ．試験方法
試験用エンジンベンチの運転中、実施例１および比較例１〜２の試験用エンジンベンチの排気パイプから排出され、マイクロダイリューショントンネルを通過するＰＭ排出量を測定した。なお、希釈器での空気による排気ガスの希釈率は、５０とした。実施例１および比較例１のＰＭ排出量の経時的な変化状況を図１１に示す。
【００６２】
また、ＰＭ捕集後のＰＭ捕集用フィルタを秤量することによって、ＪＣ０８ホットモードにおける単位走行距離当たりのＰＭエミッションを算出した。結果を図１２に示す。
ｂ．評価
図１１によると、運転中のいずれの時点においても、実施例１のＰＭ排出量が比較例１のＰＭ排出量よりも少ないことが確認された。とりわけ、車速が急峻に増加する加速領域におけるＰＭ排出量の差が顕著であった。例えば、３００ｓにおける実施例１のＰＭ排出量が８．４×１０１１個／ｓであったのに対し、比較例１のＰＭ排出量は１．４×１０１２個／ｓであった。また、１１００ｓにおける実施例１のＰＭ排出量が９．８×１０１１個／ｓであったのに対し、比較例１のＰＭ排出量は１．５×１０１２個／ｓであった。
【００６３】
また、図１２によると、比較例２のＰＭエミッションが最も多く、０．０２２ｇ／ｋｍであり、比較例１のＰＭエミッションが２番目に多く、０．００７ｇ／ｋｍであった。そして、実施例１のＰＭエミッションが最も少なく、０．００３ｇ／ｋｍであった。
これらの結果、実施例１では、比較例１と同じ平均放電電力を維持しながら、比較例１よりもＰＭを効果的に酸化できることが確認できた。
【符号の説明】
【００６４】
４    排気ガス浄化装置
８    電源
１０  ＥＣＵ
２２  プラズマ発生部
２８  ガス流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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