(57)【要約】【課題】放電電極が結露していても早期に放電を開始することができ、内燃機関の稼動開始と同時にプラズマを発生させることができる排気浄化装置を提供すること。【解決手段】本発明の排気浄化装置は、少なくとも、一対の放電電極２と、上記放電電極を振動させる振動装置３と、を内燃機関の排気経路内に備える。  そして、上記放電電極２が垂直又は傾斜して設けられ、  内燃機関が停止状態のとき、上記放電電極２を振動させることとしており、放電電極２に付着した水滴を瞬時にて振るい落とすことができ、内燃機関の稼動開始と同時にプラズマを発生させることが可能な排気浄化装置を提供することができる。【選択図】図１
2019190436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の放電電極と、上記放電電極を振動させる振動装置と、を内燃機関の排気経路内に備え、
上記放電電極が垂直又は傾斜して設けられ、
内燃機関が停止状態のとき、上記放電電極を振動させることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記振動装置が超音波振動子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記振動装置が上記放電電極に当接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
水検知装置をさらに備え、
上記放電電極が濡れているときに、上記放電電極を振動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記水検知装置が、上記放電電極間に微少電圧をかけ、上記放電電極の昇温速度から上記放電電極の濡れを検知することを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
上記放電電極から振るい落とした水を、排気経路外に排出する排水装置を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
上記排水装置が、放電電極の下方に設けられた水受けであることを特徴とする請求項６に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
上記排水装置が、放電電極の下方に設けられた排水弁であることを特徴とする請求項６又は７に記載の排気浄化装置。
【請求項９】
垂直又は傾斜して設けられた少なくとも一対の放電電極と、上記放電電極を振動させる振動装置と、を内燃機関の排気経路内に備え、上記放電電極に付着した水滴を振動により振るい落とす排気浄化装置の制御方法であって、
上記内燃機関が停止状態であるとき、
上記振動装置により上記放電電極を振動させて付着した水滴を振るい落とすことを特徴とする排気浄化装置の制御方法。
【請求項１０】
上記内燃機関の始動直前であると判定したとき、
上記放電電極を振動させて付着した水滴を振るい落とすことを特徴とする請求項９に記載の排気浄化装置の制御方法。
【請求項１１】
上記排気浄化装置が水検知装置をさらに備え、
上記内燃機関の始動直前であると判定し、さらに上記放電電極が濡れていると判定したとき、
上記放電電極を振動させて付着した水滴を振るい落とすことを特徴とする請求項９又は１０に記載の排気浄化装置の制御方法。
【請求項１２】
上記排気浄化装置が排水弁をさらに備え、
上記振動装置を振動させながら、又は振動停止後に上記排水弁を開弁し、
放電開始前に閉弁することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つの項に記載の排気浄化装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気経路内に放電電極を備える排気浄化装置に係り、更に詳細には、早期に放電を開始可能な排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等において使用される内燃機関から排出される排気ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）、未燃焼炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害物質が含まれており、これら有害物質の排出を低減させる必要がある。
【０００３】
上記有害物質は排気浄化触媒により浄化されるが、上記排気浄化触媒の上流側でプラズマを発生させ、生成したラジカル種により排気ガスを活性化して浄化効率を向上させる方法が知られている。
【０００４】
特許文献１の特開２００１−２９１０９１号公報には、プラズマインジェクタによりプラズマ改質してもたらされた活性種を、排気浄化触媒の上流側に添加する排気浄化装置が開示されている。
【０００５】
そして、結露検知手段により上記プラズマインジェクタの結露を検知したときは、空気をプラズマ改質部に流通させて水分を除去することで、漏電によるプラズマインジェクタを故障や、漏電による消費電力の増加を防止できる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２９１０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記プラズマを用いた排気浄化装置において、効率よく排気ガスを浄化するには、内燃機関の稼動開始と同時にプラズマを発生させる必要がある。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の排気浄化装置にあっては、プラズマインジェクタの結露を検知した後に乾燥させるため、時間がかかり水分が除去されるまではプラズマを発生させることができない。
したがって、内燃機関の稼動開始と同時に排気ガスを充分に浄化することができず、内燃機関の始動性が低下してしまう。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、放電電極が結露していても早期に放電を開始することができ、内燃機関の稼動開始と同時にプラズマを発生させることができる排気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】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、放電電極を垂直又は傾斜して配置し、上記放電電極を振動させて水滴を振るい落とすことで、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明の排気浄化装置は、少なくとも、一対の放電電極と、上記放電電極を振動させる振動装置と、を内燃機関の排気経路内に備える。
そして、上記放電電極が垂直又は傾斜して設けられ、
内燃機関が停止状態のとき、上記放電電極を振動させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の制御方法は、上記排気浄化装置の制御方法である。
そして、上記内燃機関が停止状態のときに、上記放電電極を振動させて付着した水滴を振るい落とすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、放電電極を垂直又は傾斜させて配置し、上記放電電極を振動させることとしたため、放電電極に付着した水滴を瞬時にて振るい落とすことができ、内燃機関の稼動開始と同時にプラズマを発生させることが可能な排気浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の排気浄化装置の一例を示す概略図である。
【図２】振動装置を配置する位置の一例を示す図である。
【図３】振動装置を配置する位置の他の一例を示す図である。
【図４】放電電極の昇温状態を示す温度−時間昇温曲線である。
【図５】排気浄化装置の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】排気浄化装置の制御ルーチンの他の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜排気浄化装置＞
本発明の排気浄化装置について詳細に説明する。
上記排気浄化装置１は、図１に示すように、内燃機関９の排気経路１０内に、少なくとも一対の放電電極２と、該放電電極２を振動させる振動装置３とを備える。
【００１６】
また、上記排気浄化装置１は、上記放電電極２間にプラズマが発生する電圧を印加する電源装置６や上記放電電極２の下流側に配置された排気浄化触媒７を備え、必要に応じて、水検知装置４、排水装置５を備えることができる。
そして、これらの装置は、内燃機関及び上記装置を制御する制御装置８に接続されている。
【００１７】
内燃機関は、炭化水素などの石油系燃料を燃焼させるため、その排気ガス中には多くの水蒸気が含まれている。
内燃機関から排出直後の排気ガスは温度が高く飽和水蒸気量が多いため、凝縮水を含まないが、内燃機関の稼動が停止すると排気経路内に排気ガスが滞留して冷却され、排気ガスの飽和水蒸気量が少なくなって排気経路内で結露が生じる。
【００１８】
本発明の排気浄化装置１は、内燃機関９が停止状態のときに、垂直又は傾斜して設けられた放電電極２を振動させ、放電電極２に付着した水滴を流下又は飛散させて瞬時にふるい落とす。
【００１９】
したがって、水滴による漏電のおそれがないため、早期に放電電極２に電圧を印加して放電させることができるため、内燃機関９の稼動開始と同時に浄化能力を発揮することできる。
【００２０】
上記振動装置３としては、例えば、超音波振動子や該超音波振動子を用いた超音波モータを挙げることができる。
【００２１】
上記超音波振動子は、電圧を加えると変位や力が発生する圧電セラミックスであり、この圧電セラミックスに交流電界を加えると、セラミックスが伸縮を繰り返し、この振動により超音波を発生させる。
【００２２】
また、上記超音波モータは、上記圧電セラミクスを等間隔に並べて１個おきにつなぎ、正電位、負電位を交互に与えて圧電素子を上下に振動させ、その上下振動を利用して摩擦力を生み出し、それを回転運動や直線運動に変換するものである。
【００２３】
上記圧電セラミックスとしては、結露水が生じる温度、例えば、１００℃以下で圧電性を有すれは特に制限はないが、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）などは、耐熱性に優れるため好ましく使用できる。
【００２４】
上記振動装置による振動数は、例えば、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚである。
【００２５】
上記振動装置３を、図２に示すように、放電電極２を収容する筐体２２に接するように配置して筐体２２を介して放電電極２を振動させてもよいが、振動装置３は、放電電極２に直接当接して設けられていることが好ましい。
【００２６】
放電電極２の全体形状を、筐体２２の内径に合わせた形状の本体部と、該本体部から延びて先端が筐体外部に露出する電極保持部２１とを有する略団扇状に形成し、上記電極保持部２１を筐体で保持し放電電極２を筐体に固定する。
そして、図３に示すように、筐体２２外部に延びた放電電極２の電極保持部２１に、振動装置３を直接当接して設けることで、放電電極２を効率よく振動させることができる。
【００２７】
上記排気浄化装置１は、さらに水検知装置４を備えることが好ましい。
水検知装置４により放電電極２が濡れていることを検知したとき、または濡れている可能性が高いときのみに上記振動装置３を稼働させることで、不要な電力の消費を防止できる。
【００２８】
上記水検知装置４としては、例えば、温度センサ、光センサ、湿度センサ、画像センサなどを挙げることができる。
【００２９】
上記温度センサによれば、放電電極間に微少電圧をかけて放電電極の温度を測定し、その上昇速度から放電電極の濡れを検知することができる。
【００３０】
具体的には、上記放電電極２にプラズマが発生する電圧値よりも低い電圧値、例えば１ｋＶ〜３ｋＶ（ピーク値）を印加して放電電極間に僅かに電流を流して放電電極２の温度を上昇させる。
【００３１】
放電電極２が濡れていると、乾燥している放電電極２よりも熱容量が大きくなり、また、水の気化熱が奪われるため、昇温速度が遅くなる。
【００３２】
したがって、放電電極間に微少電圧をかけたときの放電電極２の昇温速度が、予め測定した乾燥している放電電極２の昇温速度よりも遅いか否かにより、放電電極２の濡れを検知できる。
図４に、乾燥状態の放電電極の昇温曲線を点線で、濡れた放電電極の昇温曲線を実線で示す。
【００３３】
また、光センサによる水検知法としては、放電電極２の表面に沿って送光した光を受光してその強度に基づいて放電電極の濡れを検知する方法。また、放電電極２間に光を照射して光の屈折率を検出し、所定の屈折率よりも高い場合は放電電極間の水分が多く、放電電極２が濡れている可能性の有無を検知する方法が挙げられる。
【００３４】
また、湿度センサによる水検知法としては、放電電極間の湿度が所定の湿度よりも高い場合は放電電極間の水分が多く、放電電極２が濡れている可能性の有無を検知する方法が挙げられる。
【００３５】
また、画像センサによる水検知法としては、放電電極２の表面を撮像し、その画像から放電電極表面に水滴が付着しているか否かを検知する方法が挙げられる。
【００３６】
上記排気浄化装置１は、放電電極２から振るい落とした水を、排気経路１０外に排出する排水装置５をさらに備えることが好ましい。
放電電極２から振るい落とした水を排気経路１０外に排出することで、振るい落とした水が排気経路１０内に滞留することによる短絡や、部品の劣化などを防止できる。
【００３７】
上記排水装置１０としては、放電電極２の下方に設けられた水受けや排水弁を挙げることができ、上記排水弁は水受けの底部に設けられていてもよい。
【００３８】
放電電極２の下方に設けられた水受けにより、水を放電電極２から引き離し、内燃機関稼働時の熱により水を蒸発させて排気経路１０から排出したり、上記排水弁により直ちに排出したりすることができる。
【００３９】
上記放電電極２としては、金属基板の表面に形成された誘電体層を有する板状電極を使用できる。
上記金属基板としては、導電性を有する材料であれば、特に制限はなく、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）や銅などを使用することができる。
また、上記誘電体としては、酸化物セラミックを使用することができ、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やジルコニア（ＺｒＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等の単純酸化物や複合酸化物などの酸化物を挙げることができる。
【００４０】
上記排気浄化触媒７としては、排気ガスの浄化機能を有するものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、貴金属などの触媒成分をハニカム担体などの一体構造型担体に担持したものを適用することができる。
上記触媒成分としては、特に限定されるものではないが、自動車の排気ガスの浄化用には、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）などの貴金属が好適である。
【００４１】
＜制御方法＞
次に、上記排気浄化装置の制御方法について説明する。
上記排気浄化装置１は、制御装置８によって制御される。上記制御装置８による制御ルーチンのフローチャートの一例を図５に示す。
【００４２】
上記制御装置８は、内燃機関の停止中、かつ内燃機関の始動直前に、上記振動装置３によって上記放電電極２を振動させ、上記放電電極２に付着した水滴を流下又は飛散させて振るい落とす。
【００４３】
内燃機関９の始動直前に水滴を振るい落とすことで、水滴を振るい落とした後に、結露などによって、再度、放電電極２が濡れる恐れがなく、短絡、漏電を防止した放電が可能である。
【００４４】
内燃機関９の始動直前であるか否かは、例えば、内燃機関９が停止状態のときに、運転席に乗員が着座し、かつ運転席のドアが開状態から閉状態に変化したことや、イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮ又はＡＣＣなど、ＯＦＦ以外に変化したことなどにより検知できる。
【００４５】
そして、放電電極２の水滴除去が完了したと判定したとき、振動を停止して電源装置６により電圧を印加し、放電を開始して内燃機関９を始動させる。水滴除去が完了したか否かは、所定時間以上振動させることや、上記水検知装置４によって検知することができる。
【００４６】
また、上記制御装置８は、放電電極が濡れているときのみ、または放電電極が濡れている可能性が高いときのみ、上記振動装置３を振動させ、上記放電電極２に付着した水を振るい落とすことが好ましい。制御ルーチンのフローチャートの他の一例を図６に示す。
【００４７】
内燃機関９の始動直前であると判定したら、上記制御装置８は、水検知装置４によって放電電極２が濡れているか否かを判定する。放電電極２が濡れていなければ、放電を開始して内燃機関９を始動させる。
【００４８】
放電電極２が濡れているときは、振動装置３を振動させて放電電極２に付着した水滴を振るい落とす。このとき、放電電極２の下方に設けられた排水弁を開弁し、振動装置３を振動させながら振るい落とした水を排気経路１０外に排出する。
【００４９】
なお、振るい落とした水は、水受けに溜めて排気ガスの熱によって蒸発させてもよく、また、上記水受けに一度溜めて、振動停止後に開弁して放電開始前にまとめて排出してもよい。
【００５０】
そして、放電電極２からの水滴除去が完了したと判定して振動を停止し、さらに、振るい落とした水の排気経路１０外への排出が完了したら、上記排水弁を閉弁して放電を開始し内燃機関９を始動させる。
【００５１】
水の排出が完了したか否かは、排出弁を開いて水を確実に排出できる時間を予め実験により定め、排出弁を開いた時からの経過時間が所定時間経過したか否かにより判定できる。
【００５２】
このように、内燃機関が始動直前であることを検知し、放電電極を振動させることで、放電電極に付着した水滴を瞬時に振るい落とすことができ、内燃機関の稼動開始と同時にプラズマを発生させることが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
１    排気浄化装置
２    放電電極
２１    電極保持部
２２    筐体
３    振動装置
４    水検知装置
５    排水装置
６    電源装置
７    排気浄化触媒
８    制御装置
９    内燃機関
１０    排気経路
【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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