(57)【要約】【課題】自動車のエンジン等の内燃機関から排出される排ガス等の浄化対象ガスをより良好な電源効率で浄化することが可能な排ガス浄化装置である。【解決手段】排ガス浄化装置２０は、トランス２７を有する高圧電源２２と、放電電極２３、２３を有する放電部２１とを備える。放電電極２３、２３間に浄化対象ガスＸを導くとともに、トランス２７の一次巻線２８からトランス２７の漏れインダクタンスと放電部２１の静電容量により形成される共振回路３０にステップ電圧を与えることにより放電部２１に共振電圧を印加し、放電電極２３、２３間に放電を発生させることにより浄化対象ガスＸを浄化するように構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスを有する高圧電源と、放電電極を有する放電部とを備え、放電電極間に浄化対象ガスを導くとともに、前記トランスの一次巻線から前記トランスの漏れインダクタンスと前記放電部の静電容量により形成される共振回路にステップ電圧を与えることにより前記放電部に共振電圧を印加し、放電電極間に放電を発生させることにより前記浄化対象ガスを浄化するように構成したことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記高圧電源は、直流電源、インバータおよびトランスを備え、前記直流電源から受けた直流電圧を前記インバータにより双極性のステップ電圧に変換して前記トランスの一次巻線に与えるように構成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記高圧電源は、直流電源、コンバータ、インバータおよびトランスを備え、前記直流電源から受けた直流電圧を前記コンバータにより昇圧し、昇圧された直流電圧を前記インバータにより双極性のステップ電圧に変換してトランスの一次巻線に与えるように構成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記高圧電源は、直流電源、コンバータ、インバータおよびトランスを備える一方、前記コンバータには電力制御装置が接続され、この電力制御装置は、前記コンバータから出力された直流電流および直流電圧を検出して積算することにより得られた出力電力が前記浄化対象ガスの温度等の条件に応じて設定された電力指令値となるように前記コンバータに電圧制御指令を与えて前記コンバータから出力される直流電圧をフィードバック制御する一方、前記コンバータは前記直流電源から受けた直流電圧を前記電圧制御指令に基づいて昇圧させ、昇圧された直流電圧は前記インバータにより双極性のステップ電圧に変換されてトランスの一次巻線に与えるように構成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄化対象ガスから粒子状物質等の有害物質を除去して浄化する排ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放電エネルギを利用して自動車の排ガス等の浄化対象ガスを浄化する装置として図１０に示す排気浄化装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の排気浄化装置１は、自動車のエンジン等の内燃機関から排出された排ガスＸ０の流路２に１対の放電電極３，４を対向して設け、放電電極３，４に交流高圧電源５からの交流高電圧を印加させる構成である。交流高圧電源５には、直流電源６から直流電圧が一次電源として加えられるようになっている。
【０００４】
また、エンジンを制御するためのエンジン制御回路７に、交流高圧電源５が接続され、さらに交流高圧電源５には、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路８、フィルタ回路９および電流プローブ１０が直列に接続される。
【０００５】
交流高圧電源５は、直流電圧を昇圧させるＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）／ＤＣコンバータ１１、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ１２およびトランス１３を直列に接続した構成であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に一次電源としての直流電源６が接続される。トランス１３の二次巻線１４の一方側は２枚の放電電極３，４のうち一方の放電電極３に接続され、二次巻線１４の他方側と他方の放電電極４はアース接続される。
【０００６】
また、インバータ１２にはインバータ駆動回路１５が接続され、インバータ駆動回路１５がエンジン制御回路７に接続される。インバータ駆動回路１５は、エンジン制御回路７により制御され、さらにインバータ１２は、インバータ駆動回路１５により制御される。
【０００７】
一方、ＰＷＭ回路８はＤＣ／ＤＣコンバータ１１に接続され、電流プローブ１０は、トランス１３の二次巻線１４のグランド側に設けられる。
【０００８】
そして、直流電源６から供給された直流電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ１１で昇圧され、インバータ１２に与えられる。インバータ１２は、エンジン制御回路７からインバータ駆動回路１５を介して受けた制御信号に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１から受けた直流電圧を高周波の交流電圧に変換し、トランス１３に与える。さらにトランス１３は、インバータ１２から受けた交流電圧を昇圧させて各放電電極３，４に印加する。
【０００９】
この結果、放電電極３，４間にはエンジンの運転状態に基づいて、エンジン制御回路７により設定された制御信号に応じたエネルギの放電が誘起され、誘起された放電の作用により放電電極３，４間を通過する排ガスＸ０が浄化される。
【００１０】
ここで、放電電極３，４間における放電エネルギは、温度や汚れの存在等の発生条件に依存して変化するため、実際にはエンジン制御回路７により制御された最適なエネルギの放電とはならない。このため、放電電極３、４間において最適な放電エネルギを維持することが必要となる。
【００１１】
そこで、放電電極３，４間における実際の放電エネルギを補正するため、電流プローブ１０により、トランス１３の二次巻線１４側の電流、すなわち放電電極３、４間の放電電流が検出されて放電電流検出信号としてフィルタ回路９に与えられる。フィルタ回路９は電流プローブ１０から受けた放電電流検出信号のノイズ成分を除去してＰＷＭ回路８に与え、ＰＷＭ回路８はフィルタ回路９から受けた放電電流検出信号に応じて制御信号をＤＣ／ＤＣコンバータ１１に与えることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が出力する直流電圧を制御する。
【００１２】
このため、電流プローブ１０により測定された二次巻線１４側の電流値に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が出力する直流電圧が制御され、放電電極３、４間に印加される交流電圧が調節される。これに伴い、放電電極３、４間に与えられる電力、すなわち放電エネルギが調節される。
【００１３】
すなわち、従来の排気浄化装置１は、エンジンの運転状態に応じて制御されたエネルギの放電により放電電極３、４間に導かれた排ガスＸ０を浄化し、かつ放電電極３、４近傍の電流値を測定して、適切なエネルギの放電となるように補正すべくフィードバック制御する構成である。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００１−０９８９３２号公報（第１頁−第４頁、図１参照）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の排ガス浄化装置１においては、直流低電圧から直流高電圧への変換、直流高電圧から高周波電圧への変換、さらに高周波電圧の昇圧という電圧の変換過程において損失が生じるため、電源効率の低下に繋がる。
【００１６】
しかし、自動車等の移動体に使用されるエンジン等の内燃機関に排ガス浄化装置を適用する場合には、自動車等の移動体の動力を内燃機関の出力でまかなう必要があるため、電源効率の向上が重要となる。
【００１７】
また、従来の排ガス浄化装置１は、放電電極３、４近傍の電流値を測定して、電流値に基づいて交流高圧電源５の出力が補正される構成であるが、正確な電流値の測定は困難であり、かつ実際の正確な電力が検出されているわけではない。このため、正確には交流高圧電源５の電源効率は必ずしも最適化されていない。
【００１８】
さらに、自動車等の移動体に排ガス浄化装置を搭載する場合には、装置の小型化が望まれる。
【００１９】
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、自動車のエンジン等の内燃機関から排出される排ガス等の浄化対象ガスをより良好な電源効率で浄化することが可能な排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る排ガス浄化装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、トランスを有する高圧電源と、放電電極を有する放電部とを備え、放電電極間に浄化対象ガスを導くとともに、前記トランスの一次巻線から前記トランスの漏れインダクタンスと前記放電部の静電容量により形成される共振回路にステップ電圧を与えることにより前記放電部に共振電圧を印加し、放電電極間に放電を発生させることにより前記浄化対象ガスを浄化するように構成したことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る排ガス浄化装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る排ガス浄化装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【００２３】
排ガス浄化装置２０は、放電部２１と、この放電部２１に接続される高圧電源２２とを備える。
【００２４】
放電部２１は、一対の放電電極２３、２３が対向配置された構成であり、各放電電極２３、２３に自動車等の移動体から排出された排ガス等の浄化対象ガスＸが導かれる。
【００２５】
一方、高圧電源２２は、直流電源２５、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ２６およびトランス２７を直列に接続した構成である。トランス２７の一次巻線２８はインバータ２６に接続され、トランス２７の二次巻線２９は放電部２１に接続される。
【００２６】
この結果、トランス２７および放電部２１により構成される回路は、トランス２７の一次巻線２８および二次巻線２９のうち一方の巻線、例えば二次巻線２９の両端を短絡した場合に、他方の巻線となる一次巻線２８の両端の間において残留するインダクタンス、すなわち漏れインダクタンスと放電部２１の静電容量とを直列に接続した回路と等価となる。
【００２７】
そして、漏れインダクタンスと放電部２１の静電容量とにより共振回路３０が構成される。
【００２８】
ここで、放電部２１の静電容量をＣｒ、漏れインダクタンスをＬｓとすると、共振回路３０における共振周波数ｆｒは、式（１）により得られる。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
尚、共振回路３０における共振周波数を調整するために、トランス２７の一次巻線２８又は二次巻線２９に別途外部インダクタンスを直列に接続し、外部インダクタンス、漏れインダクタンスおよび放電部２１の静電容量の直列回路により共振回路３０を構成してもよい。
【００３１】
すなわち、他の要素が接続されても、漏れインダクタンスと放電部２１の静電容量とを含む回路が全体として共振回路３０を構成すればよい。
【００３２】
高圧電源２２のインバータ２６は、直流電源２５から受けた直流電圧を、正極性と負極性とを交互に繰り返す双極性のステップ電圧に変換して、トランス２７の一次巻線２８に印加する回路を構成する。
【００３３】
この結果、トランス２７の一次巻線２８に印加された共振周波数の双極性のステップ電圧により、放電部２１には双極性の共振電圧が印加される。
【００３４】
すなわち、高圧電源２２は、直流電源２５、インバータ２６およびトランス２７により双極性の共振電圧を放電部２１に印加する機能を有する。高圧電源２２の出力電圧は可変として、出力周波数は共振回路３０の共振周波数に依存して定まる最大周波数までの範囲で可変として交流電圧を出力できるように構成することができる。ただし、高圧電源２２の出力電圧又は出力周波数の一方は固定値としても良い。
【００３５】
図２は、図１に示す高圧電源２２におけるインバータ２６の回路構成の一例を示す図である。
【００３６】
高圧電源２２のインバータ２６は、例えばフルブリッジ回路で構成され、第１から第４のスイッチ回路４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄがそれぞれ４片に配置される。第１および第３のスイッチ回路４０ａ，４０ｃは、直流電源２５の正極側とそれぞれ接続される一方、第２および第４のスイッチ回路４０ｂ，４０ｄは直流電源２５の負極側にそれぞれ接続される。
【００３７】
さらに、各スイッチ回路４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは、トランス２７の一次巻線２８に接続される一方、図示しないゲート駆動パルス発生回路にそれぞれ接続される。
【００３８】
各スイッチ回路４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは、例えばそれぞれスイッチ素子の一例としてのＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄとダイオード４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄとが並列接続されて構成される。各ダイオード４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄにより、トランス２７により誘発されるサージ電圧が抑制され、各ＩＧＢＴ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが保護されるとともに第１から第４のスイッチ回路４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに誘発されて流れる電流がトランス２７に導かれてエネルギ効率が向上される。
【００３９】
インバータ２６は、ゲート駆動パルス発生回路により各ＩＧＢＴ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄのオンオフ動作を制御することにより、直流電源２５から受けた直流電圧を共振回路３０の共振周波数に相当する周波数のステップ電圧に変換し、トランス２７の一次巻線２８に印加することができる。
【００４０】
尚、インバータ２６は、直流電圧を共振回路３０の共振周波数に相当する周波数のステップ電圧に変換することができればフルブリッジ回路に限らず、ハーフブリッジ回路、プッシュプル回路であってもよい。
【００４１】
次に、排ガス浄化装置２０の作用について説明する。
【００４２】
まず、自動車等の移動体から排出された排ガス等の浄化対象ガスＸが放電部２１の各放電電極２３，２３間に導かれる。
【００４３】
次に、高圧電源２２により放電部２１に共振電圧が印加される。このため、放電部２１の放電電極２３，２３間には、共振電圧に応じた電力の放電が発生する。
【００４４】
図３は、図１に示す高圧電源２２において共振電圧および交流電流を発生させる手順を説明する図である。
【００４５】
図３において（ａ）は高圧電源２２の出力電流波形Ａ、Ｂを示す図、（ｂ）は高圧電源２２から出力された共振電圧波形Ｃ、Ｄを示す図、（ｃ）は高圧電源２２においてトランス２７の一次巻線２８に印加されるステップ電圧波形Ｅ、Ｆを示す図、（ｄ）は高圧電源２２のインバータ２６において、第１および第４のスイッチ回路４０ａ，４０ｄのＩＧＢＴ４１ａ，４１ｄに図示しないゲート駆動パルス発生回路からそれぞれ与えられるゲート信号Ｇを示す図、（ｅ）は高圧電源２２のインバータ２６において、第２および第３のスイッチ回路４０ｂ，４０ｃのＩＧＢＴ４１ｂ，４１ｃに図示しないゲート駆動パルス発生回路からそれぞれ与えられるゲート信号Ｈを示す図である。
【００４６】
まず、直流電源２５からインバータ２６に直流電圧が与えられる。インバータ２６では、ゲート駆動パルス発生回路により各ＩＧＢＴ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄのオンオフ動作が制御される。
【００４７】
第１および第４のスイッチ回路４０ａ，４０ｄのＩＧＢＴ４１ａ，４１ｄには、図示しないゲート駆動パルス発生回路から図３の（ｄ）に示すゲート信号Ｇが与えられる。
【００４８】
このため、直流電源２５から第１のスイッチ回路４０ａのＩＧＢＴ４１ａ、トランス２７の一次巻線２８、第４のスイッチ回路４０ｄのＩＧＢＴ４１ａおよび各ダイオード４２ａ，４２ｄに電流が流れるとともにトランス２７の一次巻線２８には、共振回路３０の共振周波数ｆｒに相当する幅で正極性の図３の（ｃ）に示すステップ電圧波形Ｅのステップ電圧が印加される。
【００４９】
トランス２７の一次巻線２８に印加するステップ電圧のステップ電圧波形Ｅの幅を共振周波数ｆｒとするためには、ＩＧＢＴ４１ａ，４１ｄに与えるゲート信号Ｇのパルス幅ｄを、共振回路３０の共振周波数ｆｒの１／２周期から１周期までの間の長さとすればよい。
【００５０】
トランス２７の一次巻線２８に印加された共振周波数ｆｒの正極性のステップ電圧により、トランス２７の二次巻線２９には図３の（ｂ）に示すような正極性の共振電圧波形Ｃの共振電圧に変換され、高圧電源２２から出力される共振電圧となって共振回路３０の放電部２１に印加される。
【００５１】
このため、共振回路３０には図３の（ａ）に示す出力電流波形Ａのような共振周波数ｆｒに相当する周波数の出力電流が流れ、放電部２１の各放電電極２３，２３間には、高圧電源２２の出力電力に応じたエネルギの放電が発生する。
【００５２】
さらに、放電部２１の各放電電極２３，２３間に発生した放電の作用により各放電電極２３，２３間に導かれた浄化対象ガスＸが浄化される。
【００５３】
次に、第２および第３のスイッチ回路４０ｂ，４０ｃのＩＧＢＴ４１ｂ，４１ｃには、図示しないゲート駆動パルス発生回路から図３の（ｅ）に示すゲート信号Ｈが与えられる。
【００５４】
このため、直流電源２５から第３のスイッチ回路４０ｃのＩＧＢＴ４１ｃ、トランス２７の一次巻線２８、第２のスイッチ回路４０ｂのＩＧＢＴ４１ｂおよび各ダイオード４２ｂ，４２ｃに電流が流れるとともにトランス２７の一次巻線２８には、図３の（ｃ）に示すような共振回路３０の共振周波数ｆｒに相当する幅で負極性のステップ電圧波形Ｆのステップ電圧が印加される。
【００５５】
トランス２７の一次巻線２８に印加された負極性のステップ電圧は、正極性のステップ電圧が印加された場合と同様に、トランス２７の二次巻線２９において図３の（ｂ）に示すような共振周波数ｆｒで負極性の共振電圧波形Ｄの共振電圧に変換され、高圧電源２２から出力される共振電圧となって放電部２１に印加される。
【００５６】
このため、共振回路３０には図３の（ａ）に示すような共振周波数ｆｒに相当する周波数の出力電流波形Ｂの出力電流が流れるとともに、放電部２１の各放電電極２３，２３間には、高圧電源２２の出力電力に応じたエネルギの放電が発生する。
【００５７】
さらに、放電部２１の各放電電極２３，２３間に発生した放電の作用により各放電電極２３，２３間に導かれた浄化対象ガスＸが浄化される。
【００５８】
そして、高圧電源２２のインバータ２６において、各スイッチ回路４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄのオンオフを交互に繰り返すことにより、トランス２７の一次巻線２８に正極性のステップ電圧と負極性のステップ電圧とが交互に印加され、さらに印加された正極性のステップ電圧および負極性のステップ電圧がそれぞれトランス２７の二次巻線２９から共振周波数の共振電圧として放電部２１に印加される。
【００５９】
この結果、継続的に放電部２１の各放電電極２３，２３間に高圧電源２２の出力電力に応じたエネルギの放電が発生し、発生した放電の作用により各放電電極２３，２３間に導かれた浄化対象ガスＸを浄化することができる。
【００６０】
尚、高圧電源２２の出力電力は、直流電源２５からインバータ２６に与えられる直流電圧および直流電流を検出して積算し、さらにインバータ２６やトランス２７その他高圧電源２２に接続される要素における電力損失を補正することにより求めることができる。
【００６１】
すなわち、排ガス浄化装置２０は、高圧電源２２のトランス２７の漏れインダクタンスと放電部２１の静電容量とにより共振回路３０を構成するとともに、放電部２１に共振電圧を印加し、放電部２１の各放電電極２３，２３間に発生した放電により、浄化対象ガスＸを浄化する構成である。
【００６２】
排ガス浄化装置２０では、放電部２１の静電容量が共振回路３０を形成するため、より良好な電源効率で放電を発生させることができる。
【００６３】
すなわち、トランス２７の一次巻線２８にステップ電圧を与えることにより放電部２１に印加される電圧を共振電圧としたため、放電部２１に印加される電圧は、トランス２７の一次巻線２８に正弦波形の交流電圧を与えて変換して得られた交流電圧を印加した場合の電圧の２倍とすることができる。
【００６４】
このため、トランス２７の二次巻線２９の巻数を、トランス２７の一次巻線２８に正弦波形の交流電圧を印加する場合の１／２程度とすることができる。これにともない、排ガス浄化装置２０では、トランス２７をより小型にすることが可能となる。
【００６５】
図４は本発明に係る排ガス浄化装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【００６６】
図４に示された、排ガス浄化装置２０Ａは、高圧電源２２Ａの構成が図１に示す排ガス浄化装置２０と相違する。他の構成および作用については図１に示す排ガス浄化装置２０と実質的に異ならないため同一の構成には同じ符号を付して高圧電源２２Ａの構成のみについて説明する。
【００６７】
排ガス浄化装置２０Ａの高圧電源２２Ａでは、直流電源２５とインバータ２６との間に直流電圧を昇圧させるコンバータ５０が接続される。直流電源２５はコンバータ５０に直流電圧を与え、コンバータ５０は、直流電源２５から受けた直流電圧を所要の直流電圧に昇圧する。コンバータ５０により昇圧された直流電圧がインバータ２６に与えられる。
【００６８】
すなわち、直流電源２５が、例えばバッテリ等の低電圧の電源である場合には、直流電源２５の出力電圧をコンバータ５０により所要の直流電圧に昇圧してからインバータ２６に与える構成とすることができる。
【００６９】
図５は図４に示す排ガス浄化装置２０Ａにおける高圧電源２２Ａの回路構成の一例を示す図である。
【００７０】
排ガス浄化装置２０Ａの高圧電源２２Ａの回路構成は例えば図５に示す回路構成とされる。
【００７１】
高圧電源２２Ａのコンバータ５０は、例えばトランス６０と、トランス６０の一次巻線６１ａ、６１ｂにそれぞれ接続されたスイッチ素子としてのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）６２ａ，６２ｂ並びにトランス６０の二次巻線６３ａ、６３ｂにそれぞれ接続されたダイオード６４、６４、６４、インダクタンス６５等の要素により構成される。ただし、コンバータ５０において、ダイオード６４、６４、６４、インダクタンス６５等の要素を必要に応じて追加あるいは削除してもよい。
【００７２】
コンバータ５０、トランス６０にそれぞれ接続された各ＦＥＴ６２ａ，６２ｂのオンオフ制御により直流電源２５から昇圧された所要の直流電圧を制御することができる。
【００７３】
このため、例えば自動車のエンジン制御状態に応じて電圧制御指令を設定する電圧制御回路をコンバータ５０の各ＦＥＴ６２ａ，６２ｂに接続し、電圧制御回路により電圧制御指令を各ＦＥＴ６２ａ，６２ｂに与えることにより、コンバータ５０において昇圧される直流電圧、すなわちインバータ２６に与えられる直流電圧を制御することができる。
【００７４】
一方、高圧電源２２Ａのインバータ２６は、図２に示すインバータ２６の回路構成と同様であるため説明を省略する。
【００７５】
また、高圧電源２２Ａのコンバータ５０の出力側の端子間には、出力される直流電圧を安定化させるためにコンデンサ６６が設けられる。
【００７６】
排ガス浄化装置２０Ａでは、排ガス浄化装置２０と同様の効果に加え、直流電源２５が、例えばバッテリ等の低電圧の直流電源２５であってもコンバータ５０により所要の直流電圧に昇圧できる。このため、例えば自動車等の移動体のように、バッテリ等の低電圧の直流電源２５を備えている対象に対しては、別途大型の直流電源２５を備えることなく排ガス浄化装置２０Ａを用させることができる。
【００７７】
さらに、例えば自動車のエンジンの運転状態等の条件に応じてコンバータ５０により昇圧される直流電圧を調節し、放電部２１の各放電電極２３，２３間に発生させる放電のエネルギを制御することができる。このため、排ガス浄化装置２０Ａでは、浄化対象ガスＸの量や温度等の条件に応じてより最適なエネルギの放電を発生させて、良好な電源効率で浄化対象ガスＸを浄化することができる。
【００７８】
図６は本発明に係る排ガス浄化装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【００７９】
図６に示された、排ガス浄化装置２０Ｂは、図４に示す排ガス浄化装置２０Ａに対し、コンバータ５０に電力制御装置７０を接続した構成が相違する。他の構成および作用については図４に示す排ガス浄化装置２０Ａと実質的に異ならないため同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。
【００８０】
排ガス浄化装置２０Ｂのコンバータ５０には、電力制御装置７０が接続される。
【００８１】
電力制御装置７０は、電力指令回路７１、電力制御回路７２、電圧制御回路７３およびＰＷＭ回路７４を直列に接続した構成であり、ＰＷＭ回路７４がコンバータ５０と接続される。
【００８２】
また、コンバータ５０の出力側には電流検出手段７５と電圧検出手段７６とが設けられる。電流検出手段７５はフィルタ回路７７を介して電力制御装置７０の電力制御回路７２と接続される一方、電圧検出手段７６はフィルタ回路７７を介して電力制御装置７０の電力制御回路７２および電圧制御回路７３と接続される。
【００８３】
電流検出手段７５は、コンバータ５０からインバータ２６に出力された直流電流を検出して、検出した直流電流値をフィルタ回路７７を介して電力制御装置７０の電力制御回路７２に与える機能を有する。
【００８４】
電圧検出手段７６は、コンバータ５０からインバータ２６に出力された直流電圧を検出して、検出した直流電圧値をフィルタ回路７７を介して電力制御装置７０の電力制御回路７２および電圧制御回路７３に与える機能を有する。
【００８５】
一方、電力制御装置７０の電力指令回路７１は、浄化対象ガスＸの温度等の条件に応じて放電部２１の各放電電極２３，２３間に最適なエネルギの放電を発生させる場合にインバータ２６に与えるべき電力、すなわちコンバータ５０の出力電力を電力指令値として電力制御回路７２に与える機能とを有する。
【００８６】
電力制御装置７０の電力制御回路７２は、実際にコンバータ５０からインバータ２６に出力された電力と電力指令回路７１から受けた電力指令値とに基づいてコンバータ５０の出力電圧指令値を設定し、電圧制御回路７３に与える機能とを有する。
【００８７】
すなわち、電力制御回路７２は、電流検出手段７５により検出された直流電流値と電圧検出手段７６により検出された直流電圧値とを積算することにより得られた電力すなわち電力フィードバックと電力指令回路７１から受けた電力指令値との差分を入力することによりコンバータ５０の出力電圧指令値を設定し、電圧制御回路７３に与える機能を有する。
【００８８】
電力制御装置７０の電圧制御回路７３は、電圧検出手段７６からフィルタ回路７７を介して受けた直流電圧値すなわち出力電圧フィードバックと電力制御回路７２から受けた出力電圧指令値との差分に基づいてＰＷＭ回路制御信号を設定する機能と、設定したＰＷＭ回路制御信号をＰＷＭ回路７４に与える機能とを有する。
【００８９】
電力制御装置７０のＰＷＭ回路７４は、電圧制御回路７３から受けたＰＷＭ回路制御信号に基づいてコンバータ５０に制御信号を与えることによりＰＷＭ制御する機能を有する。
【００９０】
図７は図６に示す排ガス浄化装置２０Ｂの電力制御装置７０の一例を示すブロック線図であり、図８は図７に示す電力制御装置７０と接続される高圧電源２２Ａの回路構成の一例を示す図である。
【００９１】
図７に示すように電力制御装置７０は、電力指令回路７１、電力制御回路７２、電圧制御回路７３およびＰＷＭ回路７４を直列に接続した構成である。
【００９２】
電力指令回路７１は、例えば電力パターン発生回路８０で構成される。
【００９３】
電力指令回路７１の電力パターン発生回路８０は、浄化対象ガスＸの条件に応じてコンバータ５０の出力電力を設定する機能を有する。例えば、浄化対象ガスＸの温度Ｔｇとコンバータ５０の適切な出力電力Ｐとが予め関連付けられ、電力パターン発生回路８０に浄化対象ガスＸの温度Ｔｇが入力されるとコンバータ５０の適切な出力電力Ｐを設定する機能を有する。
【００９４】
一方、電流検出手段７５および電圧検出手段７６にそれぞれ接続されるフィルタ回路７７としてローパスフィルタ８１が設けられる。各ローパスフィルタ８１は電流検出手段７５により検出された直流電流値Ｉｄｃ２あるいは電圧検出手段７６により検出された直流電圧値Ｖｄｃ２を入力してコンバータ５０の動作周波数、高周波やノイズ成分を除去する機能を有する。
【００９５】
各ローパスフィルタ８１により高周波成分を除去された直流電流値Ｉｄｃ２と直流電圧値Ｖｄｃ２とは積算されて電力フィードバックＰｆとされ、直流電圧値Ｖｄｃ２は出力電圧フィードバックＶｄｃ２ｆとされる。
【００９６】
また、電力制御回路７２は、例えば、電力調整器８２と出力電圧リミッタ８３とを接続した構成である。
【００９７】
電力制御回路７２の電力調整器８２は、各ローパスフィルタ８１から受けた電力フィードバックＰｆと電力指令回路７１から受けた電力指令値Ｐ＊との差分に基づいてコンバータ５０の出力電圧指令値を設定し、出力電圧リミッタ８３に与える機能を有する。
【００９８】
電力制御回路７２の出力電圧リミッタ８３には、コンバータ５０の出力電圧の上限Ｖｄｃ２ｍａｘおよび下限Ｖｄｃ２ｍｉｎが予め記憶される。
【００９９】
ここで、放電部２１の各放電電極２３，２３間に与えられるエネルギが一定値を超えないと各放電電極２３，２３間に放電を発生させることができない。このため、放電部２１の各放電電極２３，２３間に放電を発生させるために必要なエネルギを与えることができるようなコンバータ５０の出力電圧が出力電圧の下限Ｖｄｃ２ｍｉｎとして出力電圧リミッタ８３に設定される。
【０１００】
出力電圧リミッタ８３は、電力制御回路７２から出力する電圧指令値がＶｄｃ２ｍａｘとＶｄｃ２ｍｉｎの間の値となるように電圧指令値Ｖｄｃ２＊を設定して電圧制御回路７３に与える機能を有する。
【０１０１】
このとき、電力調整器８２が設定した信号に、出力電圧調整値Ｖｄｃ２ｒ＊が加算されることにより、放電部２１の各放電電極２３，２３間に放電を発生させるために必要なエネルギを与えることができるようなコンバータ５０の出力電圧指令値Ｖｄｃ２＊に調整される。
【０１０２】
電圧制御回路７３は、例えば、電圧調整器８４により構成される。電圧調整器８４は、ローパスフィルタ８１から受けた出力電圧フィードバックＶｄｃ２ｆと電力制御回路７２において設定された出力電圧指令値Ｖｄｃ２＊との差分に基づいてＰＷＭ回路制御信号Ｅｃを設定する機能と、設定したＰＷＭ回路制御信号ＥｃをＰＷＭ回路７４に与える機能とを有する。
【０１０３】
また、ＰＷＭ回路７４にはアンプ８５が接続される。ＰＷＭ回路７４は電圧制御回路７３から受けたＰＷＭ回路制御信号Ｅｃに基づいて制御信号を設定し、設定した制御信号をアンプ８５を介して増幅した後、コンバータ５０に設けられた複数の、例えば２つのＦＥＴ６２ａ，６２ｂに与えることによりコンバータ５０をＰＷＭ制御する機能を有する。
【０１０４】
一方、図８に示すように、電力制御装置７０と接続される高圧電源２２Ａは、図４に示す排ガス浄化装置２０Ａと同様に、直流電源２５、コンバータ５０およびインバータ２６を直列に接続した構成である。
【０１０５】
高圧電源２２Ａの直流電源２５およびコンバータ５０は、図４に示す排ガス浄化装置２０Ａの直流電源２５およびコンバータ５０と同様の回路構成である。
【０１０６】
図７に示す電力制御装置７０は高圧電源２２Ａのコンバータ５０の２つのＦＥＴ６２ａ，６２ｂと接続される。すなわち、電力制御装置７０のＰＷＭ回路７４はアンプ８５を介してコンバータ５０の２つのＦＥＴ６２ａ，６２ｂと接続され、コンバータ５０をＰＷＭ制御することができるように構成される。
【０１０７】
一方、高圧電源２２Ａのインバータ２６は例えばプッシュプル回路を構成し、２つのＩＧＢＴ９０ａ，９０ｂにそれぞれトランス２７の一次巻線２８が接続される。２つのＩＧＢＴ９０ａ，９０ｂは、ゲート駆動パルス発生回路９１と接続される。
【０１０８】
図９は図８に示す高圧電源２２Ａのインバータ２６に接続されるゲート駆動パルス発生回路９１の一例を示すブロック線図である。
【０１０９】
ゲート駆動パルス発生回路９１は、例えば、発振回路１００、分周器１０１およびアンプ１０２を直列に接続した構成である。ゲート駆動パルス発生回路９１は、発振回路１００により発生させた所要の周波数のパルス信号を分周器１０１により各ＩＧＢＴ９０ａ，９０ｂへの信号に分配するとともに、各ＩＧＢＴ９０ａ，９０ｂに接続されるアンプ１０２により増幅させて、所要のパルス幅のゲート信号を設定することができるように構成される。
【０１１０】
次に、排ガス浄化装置２０Ｂの作用について説明する。
【０１１１】
まず、自動車等の移動体から排出された排ガス等の浄化対象ガスＸが放電部２１の各放電電極２３，２３間に導かれるとともに、浄化対象ガスＸの条件、例えば温度Ｔｇが継続的に電力指令回路７１に入力される。
【０１１２】
電力指令回路７１の電力パターン発生回路８０は、浄化対象ガスＸの時系列の温度Ｔｇが入力されると、浄化対象ガスＸの温度がＴｇの場合におけるコンバータ５０の適切な電力指令値Ｐ＊を設定し、電力制御回路７２の電力調整器８２に継続的に与える。
【０１１３】
電力制御回路７２の電力調整器８２は、電力指令回路７１から受けた電力指令値Ｐ＊に基づいてコンバータ５０の出力電圧指令値を設定し、出力電圧リミッタ８３に与える。
【０１１４】
出力電圧リミッタ８３は、電力調整器８２から受けた出力電圧指令値に必要に応じて出力電圧調整値Ｖｄｃ２ｒ＊を加算し、Ｖｄｃ２ｍａｘとＶｄｃ２ｍｉｎの間の値となるように出力電圧指令値Ｖｄｃ２＊を設定して電圧制御回路７３の電圧調整器８４に与える。
【０１１５】
電圧制御回路７３の電圧調整器８４は、出力電圧リミッタ８３から受けた出力電圧指令値Ｖｄｃ２＊とローパスフィルタ８１を介した出力電圧フィードバックＶｄｃ２ｆに基づいてＰＷＭ回路制御信号Ｅｃを設定し、設定したＰＷＭ回路制御信号ＥｃをＰＷＭ回路７４に与える。
【０１１６】
ＰＷＭ回路７４は、電圧調整器８４から受けたＰＷＭ回路制御信号Ｅｃに基づいて制御信号を設定し、設定した制御信号をアンプ８５を介して増幅した後、コンバータ５０の各ＦＥＴ６２ａ，６２ｂに与えることによりコンバータ５０をＰＷＭ制御する。
【０１１７】
ＰＷＭ回路７４により制御されてコンバータ５０のＦＥＴ６２ａ，６２ｂがオン状態となると、オン状態のＦＥＴ６２ａ，６２ｂに接続されたトランス６０の一次巻線６１ａ，６１ｂには、直流電源２５からパルス電圧が印加され、印加されたパルス電圧はトランス６０の二次巻線６３ａ，６３ｂにおいて昇圧されたパルス電圧となる。
【０１１８】
すなわち、ＰＷＭ回路７４の制御信号に応じてＦＥＴ６２ａ，６２ｂが制御されることにより、コンバータ５０から出力される直流電圧が調節される。
【０１１９】
コンバータ５０において昇圧された直流電圧は、インバータ２６に出力され、コンバータ５０およびインバータ２６には電流が流れる。このとき、インバータ２６に出力された直流電圧値Ｖｄｃ２は、電圧検出手段７６により検出される一方、コンバータ５０からインバータ２６に出力された直流電流値Ｉｄｃ２は電流検出手段７５により検出される。
【０１２０】
さらに、電流検出手段７５は、検出した直流電流値Ｉｄｃ２をローパスフィルタ８１に与える。同様に、電圧検出手段７６は、検出した直流電圧値Ｖｄｃ２をローパスフィルタ８１に与える。
【０１２１】
このため、各ローパスフィルタ８１において電流検出手段７５により検出された直流電流値Ｉｄｃ２あるいは電圧検出手段７６により検出された直流電圧値Ｖｄｃ２の高周波成分が除去される。
【０１２２】
各ローパスフィルタ８１により高周波成分を除去された直流電流値Ｉｄｃ２と直流電圧値Ｖｄｃ２とは積算されて電力フィードバックＰｆとされ、電力制御回路７２の電力調整器８２に与えられる一方、直流電圧値Ｖｄｃ２は出力電圧フィードバックＶｄｃ２ｆとされ、電圧制御回路７３の電圧調整器８４に与えられる。
【０１２３】
電力制御回路７２の電力調整器８２は、各ローパスフィルタ８１から受けた電力フィードバックＰｆと電力指令回路７１から受けた電力指令値Ｐ＊との差分に基づいて再びコンバータ５０の出力電圧指令値を設定し、出力電圧リミッタ８３に与える。出力電圧リミッタ８３は再び電力調整器８２から受けた出力電圧指令値に必要に応じて出力電圧調整値Ｖｄｃ２ｒ＊を加算し、Ｖｄｃ２ｍａｘとＶｄｃ２ｍｉｎの間の値となるように出力電圧指令値Ｖｄｃ２＊を設定して電圧制御回路７３の電圧調整器８４に与える。
【０１２４】
すなわち、出力電圧指令値Ｖｄｃ２＊は、電力制御回路７２においてフィードバック制御される。
【０１２５】
さらに、電圧制御回路７３の電圧調整器８４は、ローパスフィルタ８１から受けた出力電圧フィードバックＶｄｃ２ｆと出力電圧リミッタ８３から受けた出力電圧指令値Ｖｄｃ２＊との差分に基づいてＰＷＭ回路制御信号Ｅｃを設定し、設定したＰＷＭ回路制御信号ＥｃをＰＷＭ回路７４に与える。
【０１２６】
すなわち、ＰＷＭ回路制御信号Ｅｃは、電圧調整器８４においてフィードバック制御される。
【０１２７】
このため、フィードバック制御されたＰＷＭ回路制御信号ＥｃによりＰＷＭ回路７４は、コンバータ５０から出力される直流電圧Ｖｄｃ２をＰＷＭ制御する。すなわち、電力制御装置７０によりコンバータ５０の出力電力は、電力指令回路７１において設定された電力指令値Ｐ＊となるように制御される。
【０１２８】
電力制御装置７０により制御され、コンバータ５０において所要の直流電圧に昇圧された直流電圧Ｖｄｃ２は、インバータ２６に出力される。
【０１２９】
一方、ゲート駆動パルス発生回路９１の発振回路１００は所要の周波数のパルス信号を発生させる。発振回路１００において発生したパルス信号は分周器１０１により各ＩＧＢＴ９０ａ，９０ｂに分配されるように分周され、さらにアンプ１０２により増幅されてゲート信号としてインバータ２６の各ＩＧＢＴ９０ａ，９０ｂに入力される。
【０１３０】
ゲート信号のパルス幅は、共振回路３０の共振周波数の１／２周期から１周期までの間の長さとされる。
【０１３１】
インバータ２６の各ＩＧＢＴ９０ａ，９０ｂは、ゲート駆動パルス発生回路９１から受けたゲート信号により交互にオンオフ制御される。このため、コンバータ５０からインバータ２６に与えられた直流電圧は共振回路３０の共振周波数の周期に相当する幅のステップ電圧に変換されてトランス２７の一次巻線２８に交互に印加される。
【０１３２】
トランス２７の一次巻線２８に印加されたステップ電圧は、トランス２７の二次巻線２９において共振周波数の共振電圧に変換され、放電部２１に印加される。このため、共振回路３０には共振周波数の出力電流が流れるとともに、放電部２１の各放電電極２３，２３間には、高圧電源２２Ａの出力電力に応じたエネルギの放電が発生する。
【０１３３】
さらに、放電部２１の各放電電極２３，２３間に発生した放電の作用により浄化対象ガスＸが浄化される。
【０１３４】
すなわち、排ガス浄化装置２０Ｂは、浄化対象ガスＸの温度等の条件に応じて電力制御装置７０によりコンバータ５０の出力電力をフィードバック制御し、放電部２１の各放電電極２３，２３間に適切なエネルギの放電を発生させることにより浄化対象ガスＸを浄化する構成である。
【０１３５】
排ガス浄化装置２０Ｂによれば、排ガス浄化装置２０Ａの効果に加え、浄化対象ガスＸの温度等の条件に応じてコンバータ５０の出力電力が適切な出力電力となるようにフィードバック制御できるため、より良好な電源効率で効率的に浄化対象ガスＸを浄化させることができる。
【０１３６】
また、排ガス浄化装置２０Ｂでは、電流検出手段７５により検出された直流電流値と電圧検出手段７６により検出された直流電圧値とを積算することにより得られた出力電力に基づいてコンバータ５０の出力電力を制御する構成であるため、より正確に放電部２１の各放電電極２３，２３間に発生させる放電のエネルギを制御することができる。
【０１３７】
また、排ガス浄化装置２０Ｂでは、コンバータ５０の入力電流と入力電圧から求めた入力電力に基づいて放電部２１の各放電電極２３，２３間に発生させる放電のエネルギを制御することができる。
【０１３８】
【発明の効果】
本発明に係る排ガス浄化装置においては、自動車のエンジン等の内燃機関から排出される排ガス等の浄化対象ガスをより良好な電源効率で浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排ガス浄化装置の第１の実施形態を示す構成図。
【図２】図１に示す高圧電源におけるインバータの回路構成の一例を示す図。
【図３】図１に示す高圧電源において共振電圧および交流電流を発生させる手順を説明する図。
【図４】本発明に係る排ガス浄化装置の第２の実施形態を示す構成図。
【図５】図４に示す排ガス浄化装置における高圧電源の回路構成の一例を示す図。
【図６】本発明に係る排ガス浄化装置の第３の実施形態を示す構成図。
【図７】図６に示す排ガス浄化装置の電力制御装置の一例を示すブロック線図。
【図８】図７に示す電力制御装置と接続される高圧電源の回路構成の一例を示す図。
【図９】図８に示す高圧電源のインバータに接続されるゲート駆動パルス発生回路の一例を示すブロック線図。
【図１０】従来の排排ガス浄化装置を示す構成図。
【符号の説明】
２０，２０Ａ，２０Ｂ  排ガス浄化装置
２１  放電部
２２、２２Ａ  高圧電源
２３  放電電極
２４  ガス流路
２５  直流電源
２６  インバータ
２７  トランス
２８  一次巻線
２９  二次巻線
３０  共振回路
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ  スイッチ回路
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ  ＩＧＢＴ
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ  ダイオード
５０  コンバータ
６０  トランス
６１ａ，６１ｂ  一次巻線
６２ａ，６２ｂ  ＩＧＢＴ
６３ａ，６３ｂ  二次巻線
６４  ダイオード
６５  インダクタンス
６６  コンデンサ
７０  電力制御装置
７１  電力指令回路
７２  電力制御回路
７３  電圧制御回路
７４  ＰＷＭ回路
７５  電流検出手段
７６  電圧検出手段
７７  フィルタ回路
８０  電力パターン発生回路
８１  ローパスフィルタ
８２  電力調整器
８３  出力電圧リミッタ
８４  電圧調整器
８５  アンプ
９０ａ，９０ｂ  ＩＧＢＴ
９１  ゲート駆動パルス発生回路
１００  発振回路
１０１  分周器
１０２  アンプ
Ａ  出力電流波形
Ｂ  出力電流波形
Ｃ  出力電圧波形
Ｄ  出力電圧波形
Ｅ  ステップ電圧波形
Ｆ  ステップ電圧波形
Ｇ  ゲート信号
Ｈ  ゲート信号
Ｘ  浄化対象ガス
【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】
2004278369.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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