(57)【要約】【課題】還元作用のみで二酸化窒素（ＮＯ２）を窒素（Ｎ２）に浄化すると共に、触媒にかかるコストを低減することにある。【解決手段】排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する排ガス浄化装置において、排気ガスが排出される排気管１に設置され、酸素（Ｏ２）をプラズマ放電して得られたオゾン（Ｏ３）と排気ガスに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）とを反応させて二酸化窒素（ＮＯ２）とする放電装置３と、放電装置３の後方であって排気管１に設置され、放電装置３で得られた二酸化窒素（ＮＯ２）を還元して窒素（Ｎ２）とする二酸化窒素（ＮＯ２）触媒５とを備えた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化する排ガス浄化装置において、
前記排気ガスが排出される排ガス流路に設置され、酸素をプラズマ放電して得られたオゾンと前記排気ガスに含まれる一酸化窒素とを反応させて二酸化窒素とする放電部と、前記放電部の後方であって前記排ガス流路に設置され、前記放電部で得られた二酸化窒素を還元して窒素とする二酸化窒素触媒とを備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記放電部の前方で前記排ガス流路から分岐させた水抜き通路と、前記放電部の前方であって前記排ガス流路に設けられ、前記排気ガスに含まれた水を水切りして前記水抜き通路へと流通させる水切り部材とを有したことを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記放電部は、プラズマを放射する金属からなる第１の電極と、この第１の電極と所定距離を置いて対向配置されたセラミックスを有した第２の電極とからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に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、エンジン等の内燃機関より排出される排気ガスに含まれるＮＯｘを浄化する排ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関の分野においては、環境問題や燃料消費量の低減等の課題から空燃比を大きくし燃料を希薄にして燃焼させるリーンバーン内燃機関が注目されている。
【０００３】
リーンバーン内燃機関は、酸素濃度の高い雰囲気で燃焼が行われるものであるので、従来の理論空燃比で燃焼する内燃機関に用いられている三元触媒では、特に、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）成分を充分に浄化できない不具合がある。
【０００４】
このため、空燃比リーン時にＮＯｘを酸化して硝酸塩として吸蔵し、リッチ時に吸蔵されたＮＯｘをＨＣやＣＯとの反応により還元浄化するメカニズムを採用して、希薄燃焼時のＮＯｘを浄化することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−３２９０１５号公報（第２頁及び第３頁、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮＯｘ  触媒は、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して窒素（Ｎ２）に浄化させる作用と、二酸化窒素（ＮＯ２）を還元して窒素（Ｎ２）に浄化させる作用の酸化還元作用をさせるため、これらを化学反応させるための制御が複雑であること、及び触媒にかかるコストが高いことが挙げられる。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、還元作用のみで二酸化窒素を窒素に浄化すると共に、触媒にかかるコストを低減することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する排ガス浄化装置において、排気ガスが排出される排ガス流路に設置され、酸素（Ｏ２）をプラズマ放電して得られたオゾン（Ｏ３）と前記排気ガスに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）とを反応させて二酸化窒素（ＮＯ２）とする放電部と、この放電部の後方であって前記排ガス流路に設置され、前記放電部で得られた二酸化窒素（ＮＯ２）を還元して窒素（Ｎ２）とする二酸化窒素（ＮＯ２）触媒とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、放電部に導入されたＯ２は、当該放電部でプラズマ放電されると活性化されたＯ３になる。そして、その活性化されたＯ３と排気ガス中のＮＯとが化学反応を起こし、ＮＯ２とＯ２とが得られる。これを化学式で表すと、次式（１）のようになる。
【００１０】
【化１】
ＮＯ＋Ｏ３→ＮＯ２＋Ｏ２…（式１）となる。
【００１１】
つまり、排気ガス中のＮＯがＮＯ２    に変化する。そして、前式（１）で得られたＮＯ２は、ＮＯ２触媒で還元されることにより、Ｎ２となる。これを化学式で表すと、次式（２）のようになる。
【００１２】
【化２】
ＮＯ２→Ｎ２＋Ｏ２…（式２）となる。
【００１３】
このように、プラズマ放電によってＯ２を、活性化させたＯ３とし、このＯ３と排気ガスに含まれるＮＯとを反応させてＮＯをＮＯ２とし、さらにＮＯ２触媒によって還元作用のみでＮＯ２を無害なＮ２に浄化できるため、簡単な制御で且つ低コストで効率良く浄化することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、放電部の前方で排ガス流路から分岐させた水抜き通路と、放電部の前方であって前記排ガス流路に設けられ、前記排気ガスに含まれた水を水切りして前記水抜き通路へと流通させる水切り部材とを有したことを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、放電部の前方に設けられた水切り板に排気ガスが衝突すると、排気ガス中に含まれた水がこの水切り板によってその他の窒素酸化物と共に分離される。そして、分離された水は、放電部の前方で排ガス流路から分岐した水抜き通路へ流れることになる。
【００１６】
このように、放電部の前方で排気ガス中に含まれる水を分離し、該水を水抜き通路へと分岐させて流すようにしたため、放電部への水の侵入を防止できる。放電部内に水（実際には水蒸気）が入り込むと、放電効果が損なわれるが、放電部入口の前方に水切り板を設けて水抜き通路へバイパスさせたため、放電部での放電効率の低下を防止できる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、プラズマを放射する金属からなる第１の電極と、この第１の電極と所定距離を置いて対向配置されたセラミックスを有した第２の電極とから放電部を構成したことを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、第１の電極と第２の電極間に所定の電圧をかけると、第１の電極からプラズマが第２の電極に向かって放射される。第２の電極には、セラミックスからなる誘電体が設けられているため、放電効果が上がる（作動電力が低減する）。
【００１９】
このように、二つの電極を対向配置しただけの簡単な構造であるため、触媒にかかるコストを低減でき、また、装置コストの低減も図れる。また、セラミックスを一方の電極に使用しているので、放電効果をより一層高めることができる上、電極の機械的強度も向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態は、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化して無害な窒素（Ｎ２）とする排ガス浄化装置に、本発明を適用したものである。
【００２１】
図１は、排ガス浄化装置の概略構成図である。本実施の形態の排ガス浄化装置は、図１に示すように、自動車等の内燃機関（エンジン）から排出される排気ガスを排出する排ガス流路としての排気管１の上流側（エンジン側）から下流側（マフラー側）に向かって順次配置される水切り部材である水切り板２と、放電部である放電装置３及び放電回路４と、二酸化窒素（ＮＯ２）触媒５と、三元触媒６とを有しており、さらに水切り板２の後方であって放電装置３の前方に出口を設けた２次空気導入通路７と、この２次空気導入通路７に空気を強制的に導入させる２次空気導入装置８と、排気管１から分岐された水抜き通路９とを有して構成されている。
【００２２】
水切り板２は、排気管１を流れる排気ガス（ＮＯ，ＮＯ２，ＣＯ，ＣＯ２，ＨＣ，Ｈ２Ｏ）に含まれた水蒸気（水）を通過させず、排気管１から分岐された水抜き通路９へとバイパスさせる。かかる水切り板２は、放電装置３内に水が入り込むと放電効果が損なわれるため、水を通過させずに排気管１と分岐させた水抜き通路９へとバイパスさせる。
【００２３】
この水切り板２は、例えば、多孔形状とされた防錆性の高い金属板（ステンレス板等）からなり、後述する放電装置３の前方に約４５度に傾斜して取り付けられている。また、水切り板２は、開口されたトータル多孔面積が上流の排気管面積以上とされている。
【００２４】
水抜き通路９は、放電装置３の前方であって水切り板２の下方から前記排気管１より分岐され、ＮＯ２触媒５の後方且つ三元触媒６の前方で再び排気管１と接続されている。すなわち、水抜き通路９は、放電装置３、放電回路４及びＮＯ２触媒５部分をバイパスさせている。
【００２５】
放電装置３は、電極先端からプラズマを放射する金属からなる第１の電極１０と、この第１の電極１０と所定距離を置いて対向配置されたセラミックスを有した第２の電極１１とから構成されている。
【００２６】
第１の電極１０は、第２の電極１１に向けて先端が尖った針形状の突起部を複数有した金属板からなり、その突起部の先端からプラズマを放射する。この第１の電極１０は、例えば真鍮等から形成されている。第２の電極１１は、誘電体からなるセラミックスを有したセラミックスプレートとされている。この第２の電極１１は、放電効果（作動電力低減）を上げるために誘電率を７〜１０程度とし、また、強度を維持するためにプレート厚を１〜２ｍｍ程度としている。
【００２７】
この放電装置３では、当該放電装置３内に誘導された排気ガスに含まれた酸素（Ｏ２）をプラズマ放電により活性化させたオゾン（Ｏ３）とし、そのＯ３と排気ガス中に含まれたＮＯとを化学反応させることによって、当該ＮＯを二酸化窒素（ＮＯ２）とする。
【００２８】
放電回路４は、高圧パルスを発生させ、前記第１の電極１０と第２の電極１１間に所定電圧を掛けてプラズマを発生させる機能をする。例えば、第１の電極１０には、プラスのリード線１２が接続され、第２の電極１１にはマイナスのリード線１３が接続されている。この実施の形態では、放電回路４を、放電装置３と分離して設けている。
【００２９】
２次空気導入通路７は、水切り板２の後方であって放電装置３の前方に出口を設けており、２次空気導入装置８から酸素（Ｏ２）を強制的にこの２次空気導入通路７を通して放電装置３へ送るように構成されている。ここでは、排気ガス中のＯ２濃度が低い場合は、２次空気導入装置８を作動させてＯ２を強制的に２次空気導入通路７を介して放電装置３内に送り込むことによって、Ｏ２をプラズマ放電により活性化させたＯ３とする反応を助長させる。
【００３０】
ＮＯ２触媒５は、放電装置３の後方に設けられている。このＮＯ２触媒５は、放電装置３で化学変化されたＮＯ２を、還元作用のみによって窒素（Ｎ２）に浄化する機能をする。
【００３１】
三元触媒６は、ＮＯ２触媒５の後方に配置されている。この三元触媒６は、排気ガス中に含まれた一酸化炭素（ＣＯ）と、炭化水素（ＨＣ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の３成分を同時に浄化する機能をする。
【００３２】
次に、上述のように構成された排ガス浄化装置によるＮＯｘの浄化処理について説明する。
【００３３】
エンジンから排出された排気ガスは、エキゾーストマニホールドから排気管１へと排出され、放電装置３の前方に設けられた多孔形状の水切り板２に衝突する。この水切り板２では、水と一部の排気ガスが、排気管１より分岐された水抜き通路９に誘導される。この水抜き通路９へ誘導された水と一部の排気ガスは、放電装置３とＮＯ２触媒５をバイパスさせて、当該ＮＯ２触媒５の後方であって前記三元触媒６の前方の排気管１に再び合流する。
【００３４】
この一方、水切り板２に形成された孔を通過した排気ガスは、放電装置３内へと導入する。放電装置３内では、放電回路４によって第１の電極１０と第２の電極１１間に印加された電圧によって、排気ガスに含まれたＯ２がプラズマ放電により活性化させたＯ３とされる。そして、そのＯ３と排気ガス中に含まれたＮＯとが反応することによって、前記ＮＯがＮＯ２となる。すなわち、この放電装置３内では、次の式で示す化学反応が行われる。
【００３５】
【化３】
ＮＯ＋Ｏ３→ＮＯ２＋Ｏ２…（式３）
ここで、例えば、排気ガス中のＯ２濃度が低い場合は、２次空気導入装置８を作動させてＯ２を強制的に付加することによって、前記式（３）で示す化学反応の作用を助長させる。
【００３６】
そして、放電装置３内でＮＯから変換されたＮＯ２  は、ＮＯ２触媒５へと導入され、ここで還元されてＮ２に浄化される。すなわち、このＮＯ２触媒５では、次の式で示す化学反応が行われる。
【００３７】
【化４】
ＮＯ２→Ｎ２＋Ｏ２…（式４）
そして、最後に三元触媒６にて排気ガス中に含まれたＣＯと、ＨＣと、ＮＯｘの３成分が浄化される。
【００３８】
図２は、放電装置入口（時間０）でのＮＯ濃度と出口（時間９０秒以上）でのＮＯ濃度の特性を示すグラフである。このグラフからわかるように、ＮＯは９０％以上浄化されていることが判る。
【００３９】
本実施の形態では、放電装置３の前方には２次空気導入装置８に接続される２次空気導入通路７が接続されているので、当該放電装置３内に導入されるＯ２が少ないときには、この２次空気導入装置８によって強制的にＯ２を放電装置３内へ送り込むことができる。このため、放電装置３内に導入されたＯ２はプラズマ放電によって活性化されたＯ３となり、前記した式（３）の化学反応を促進させることになる。
【００４０】
上記実施の形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
請求項１記載の排ガス浄化装置であって、前記放電部の前方に、当該放電部内に酸素（Ｏ２）を強制的に導入させる空気導入装置を設けたことを特徴とする排ガス浄化装置。
【００４１】
この構成によれば、放電部内に導入されるＯ２が少ないときには、この空気導入装置によって強制的にＯ２を放電部内へ送り込み、ＮＯをＮＯ２とする作用を助長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の排ガス浄化装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態の排ガス浄化装置を用いてＮＯを浄化したときの特性図であり、放電装置入口でのＮＯ濃度と出口でのＮＯ濃度の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  排ガス流路としての排気管
２  水切り部材としての水切り板
３  放電部としての放電装置
４  放電部としての放電回路
５  二酸化窒素触媒
６  三元触媒
７  ２次空気導入通路
８  ２次空気導入装置
９  水抜き通路
１０  第１の電極
１１  第２の電極
【図１】
2004353619.tif 000003
【図２】
2004353619.tif 000004