(57)【要約】【課題】電力消費量が少なくて済み且つ有害ガスを大気中に排出することのないプラズマアシスト型の排気浄化装置を実現する。【解決手段】排出ガス２を通過させて該排出ガス２中のパティキュレートを捕集する多孔質材により構成されるフィルタ本体７に、該フィルタ本体７の内部にプラズマを発生し得るよう棒状電極９及び筒状電極１０を装備してプラズマ再生型パティキュレートフィルタ１１を構成し、該プラズマ再生型パティキュレートフィルタ１１を排気管３途中のフィルタケース１２内に収容すると共に、該フィルタケース１２内における前記プラズマ再生型パティキュレートフィルタ１１の前後位置に、該プラズマ再生型パティキュレートフィルタ１１に対し保温効果が得られるように酸化触媒１６，１７を近接配置する。【選択図】図１
2005083346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出ガスを通過させて該排出ガス中のパティキュレートを捕集する多孔質材により構成されるフィルタ本体に、該フィルタ本体内部にプラズマを発生し得るよう電極を装備してプラズマ再生型パティキュレートフィルタを構成し、該プラズマ再生型パティキュレートフィルタを排気管途中のフィルタケース内に収容すると共に、該フィルタケース内における前記プラズマ再生型パティキュレートフィルタの前後位置に、該プラズマ再生型パティキュレートフィルタに対し保温効果が得られるように酸化触媒を近接配置したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
プラズマ再生型パティキュレートフィルタを複数の小ユニットに分割してフィルタケース内に並列に設置し、各小ユニット毎に個別に放電用の電圧を印加し得るように構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
フィルタ本体を構成する多孔質材に酸化触媒を一体的に担持せしめた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】
排出ガスが流通する多数の流路をハニカム状に形成し且つ前記各流路の入口側と出口側の端部を交互に目封じしたフィルタ本体を採用したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
フィルタ本体の軸心部に棒状電極を挿入し且つ前記フィルタ本体の外周面に筒状電極を装着したことを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排出ガス中からパティキュレートを除去する排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策として、図３に示す如く、ディーゼルエンジン１からの排出ガス２が流通する排気管３の途中にパティキュレートフィルタ４を装備することが考えられている。
【０００３】
図４に詳細に示す如く、このパティキュレートフィルタ４は、コージェライト等のセラミックで製作された多孔質ハニカム構造のフィルタ本体７を主構成とし、このフィルタ本体７における格子状に区画された各流路５の入口が栓体８により交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路５については、その出口が栓体８により目封じされるようになっており、各流路５を区画する多孔質薄壁６を通過した排出ガス２のみが下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁６の内側表面にパティキュレートが捕集されるようにしてある。
【０００４】
そして、排出ガス２中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁６の内側表面に捕集されて堆積し、排気温度が高い運転領域に移行した際に自然燃焼して除去されるようになっているが、例えば、都内の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行するような車両では、必要な所定温度以上での運転が長く継続しないため、パティキュレートの処理量よりも堆積量の方が上まわり、パティキュレートフィルタ４が目詰まりを起こす虞れがあった。
【０００５】
このため、排気温度が低い運転領域でもパティキュレートを良好に燃焼除去し得るようプラズマアシスト型の排気浄化装置の開発が進められており、この種のプラズマアシスト型の排気浄化装置で排出ガス２中に放電してプラズマを発生させれば、排出ガス２が励起して、酸素がオゾンに、ＮＯはＮＯ2になり、これらの排出ガス励起成分が活性化状態となっていることから、排気温度が低い運転領域でもパティキュレートを良好に燃焼除去することが可能となる。
【０００６】
尚、プラズマアシスト型の排気浄化装置に関する先行技術文献に関しては、例えば、下記の特許文献１等にもとりあげられている。
【特許文献１】特表２００２−５０１８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来におけるプラズマアシスト型の排気浄化装置においては、パティキュレートフィルタ４の再生に要する電力消費量が多いために、既存の車両用バッテリで賄いきれない程の大容量電源が必要となり、しかも、消費した電力分に見合う充電が必要となることで燃費の悪化を招くという問題があった。
【０００８】
また、パティキュレートフィルタ４の再生時に、パティキュレートが比較的低温で焼却されることになるため、高濃度のＣＯやＨＣ等の有害ガスが発生して大気中に排出される懸念もあった。
【０００９】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、電力消費量が少なくて済み且つ有害ガスを大気中に排出することのないプラズマアシスト型の排気浄化装置を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、排出ガスを通過させて該排出ガス中のパティキュレートを捕集する多孔質材により構成されるフィルタ本体に、該フィルタ本体内部にプラズマを発生し得るよう電極を装備してプラズマ再生型パティキュレートフィルタを構成し、該プラズマ再生型パティキュレートフィルタを排気管途中のフィルタケース内に収容すると共に、該フィルタケース内における前記プラズマ再生型パティキュレートフィルタの前後位置に、該プラズマ再生型パティキュレートフィルタに対し保温効果が得られるように酸化触媒を近接配置したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【００１１】
而して、このようにすれば、フィルタケースに流入した排出ガスが前段の酸化触媒を通過する際に、前記排出ガス中のＮＯxの大半を占めるＮＯが反応性の高いＮＯ2となり、排気温度が約２５０℃以上となる運転条件下でパティキュレートの酸化反応が大幅に促進されて良好に燃焼除去されることになる。
【００１２】
ただし、市街地の渋滞路を走行する場合の如き排気温度が２５０℃を大きく下まわるような軽負荷での運転条件が長く継続すると、パティキュレートの良好な燃焼除去が望めなくなるので、パティキュレートの堆積量が所定量以上となっているものと推定（フィルタ本体の入側と出側の差圧や運転時間等から推定すれば良い）された頃合で前記フィルタ本体に装備した電極間に電圧を印加してフィルタ本体内に放電を行う。
【００１３】
このようにフィルタ本体に装備した電極間に電圧を印加してフィルタ本体内に放電を行うと、内部のガスが励起されて、酸素がオゾンに、ＮＯはＮＯ2になり、これらのガス励起成分が活性化状態となっていることから、前記フィルタ本体に捕集されたパティキュレートの酸化反応が前記ガス励起成分により促進され、排気温度が低い運転条件でもパティキュレートが良好に燃焼除去されることになる。
【００１４】
この際、プラズマ再生型パティキュレートフィルタは、同じフィルタケース内で前後を酸化触媒により挟み込まれて断熱された状態にあるので、捕集済みパティキュレートの酸化反応が始まることでフィルタ本体が急速に温度上昇し、これによりパティキュレートが焼却され易くなる結果、従来より短い放電時間でパティキュレートの焼却を完了することが可能となり、消費電力が従来より少なくて済むことになる。
【００１５】
また、このようなプラズマの支援を受けてパティキュレートが比較的低温で焼却されることで生じた高濃度のＣＯやＨＣ等の有害ガスは、後段の酸化触媒を通過する際に無害なＣＯ2やＨ2Ｏに酸化処理されて排出されることになる。
【００１６】
更に、本発明においては、プラズマ再生型パティキュレートフィルタを複数の小ユニットに分割してフィルタケース内に並列に設置し、各小ユニット毎に個別に放電用の電圧を印加し得るように構成することが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、プラズマ再生型パティキュレートフィルタを小ユニット毎に個別にプラズマにより再生させていくことが可能となるので、比較的小容量の電源でも十分に対応することが可能となり、しかも、複数の小ユニットに分割したことでユニット単位でのパティキュレートの燃焼性が良好となる結果、アイドルストップ装置を搭載した車両等におけるエンジン停止時でのプラズマによる再生も実現される。
【００１８】
また、本発明においては、フィルタ本体を構成する多孔質材に酸化触媒を一体的に担持せしめると良く、このようにすれば、フィルタ本体に捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、排気温度が低い運転状態でのパティキュレートの燃焼性が更に高められる結果、パティキュレートのより一層良好な燃焼除去が実現される。
【００１９】
尚、本発明をより具体的に実施するに際しては、排出ガスが流通する多数の流路をハニカム状に形成し且つ前記各流路の入口側と出口側の端部を交互に目封じしたフィルタ本体を採用することが可能であり、更には、このようなフィルタ本体を採用した場合に、該フィルタ本体の軸心部に棒状電極を挿入し且つ前記フィルタ本体の外周面に筒状電極を装着すると良い。
【発明の効果】
【００２０】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２１】
（Ｉ）軽負荷運転時等における排気温度の低い運転状態であっても、フィルタ本体に捕集されたパティキュレートをプラズマの助勢により効果的に燃焼除去することができ、しかも、前後の酸化触媒による保温効果によりフィルタ本体を急速に温度上昇させてパティキュレートを焼却し易い環境とすることができるので、従来より短い放電時間でパティキュレートの燃焼除去を完了することができ、これにより消費電力の大幅な低減化を図ることができる。
【００２２】
（ＩＩ）パティキュレートをプラズマの助勢により比較的低温で焼却することにより生じた高濃度のＣＯやＨＣ等の有害ガスを、後段の酸化触媒を通過させることで無害なＣＯ2やＨ2Ｏに酸化処理して排出することができ、最終的に大気中へ排出される排出ガス中に有害ガスが残存してしまう虞れを未然に回避することができる。
【００２３】
（ＩＩＩ）前段の酸化触媒を通過させることで排出ガス中のＮＯxの大半を占めるＮＯを反応性の高いＮＯ2とすることができるので、排気温度が比較的高い運転条件下でのパティキュレートの酸化反応を大幅に促進することができ、これによりプラズマによる支援を与えない場合でのパティキュレートの自然燃焼を促して良好な燃焼除去を図ることができる。
【００２４】
（ＩＶ）プラズマ再生型パティキュレートフィルタを複数の小ユニットに分割してフィルタケース内に並列に設置し、各小ユニット毎に個別に放電用の電圧を印加し得るように構成した場合には、比較的小容量の電源でも十分に対応させることが可能となり、しかも、アイドルストップ装置を搭載した車両等におけるエンジン停止時でのプラズマによる再生を実現することもできる。
【００２５】
（Ｖ）フィルタ本体を構成する多孔質材に酸化触媒を一体的に担持せしめた構成を採用した場合には、フィルタ本体に捕集されたパティキュレートの酸化反応を酸化触媒により促進することができるので、排気温度が低い運転領域にて、より一層確実なパティキュレートの燃焼除去を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図３及び図４と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【００２８】
図１及び図２に示す如く、本形態例の排気浄化装置においては、先の図４で示したものと同様のフィルタ本体７に、該フィルタ本体７の内部にプラズマを発生し得るよう棒状電極９及び筒状電極１０を装備して構成したプラズマ再生型パティキュレートフィルタ１１を使用するが、ここではプラズマ再生型パティキュレートフィルタ１１を、複数（図示する例では四つ）の小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄに分割してフィルタケース１２内に並列に設置した場合で例示してある。
【００２９】
そして、各小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄにおけるフィルタ本体７の軸心部に前記棒状電極９が挿入されていると共に、前記フィルタ本体７の外周面に筒状電極１０が装着されており、しかも、各小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの棒状電極９が切替リレー１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを介し電源１４（バッテリ）の陽極側に接続されていると共に、各小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの筒状電極１０が導電性のサポート部材１５及びフィルタケース１２を介して前記電源１４の陰極側に接続されていて、各小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ毎に個別に放電用の電圧を印加し得るようにしてある。
【００３０】
尚、前記サポート部材１５は、フィルタケース１２内でプラズマ再生型パティキュレートフィルタ１１の各小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを支持するためのものであり、各小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ相互間の隙間を塞ぐ仕切壁の役割も果たすようになっている。
【００３１】
そして、前述した複数の小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄにより分割構成されているプラズマ再生型パティキュレートフィルタ１１は、排気管３途中のフィルタケース１２内に収容されており、該フィルタケース１２内における前記プラズマ再生型パティキュレートフィルタ１１の前後位置には、該プラズマ再生型パティキュレートフィルタ１１に対し保温効果が得られるように酸化触媒１６，１７が近接配置されている。
【００３２】
ここで、これら前後の酸化触媒１６，１７は、コージェライト等のセラミックで製作されたハニカム構造の担体に白金を適量担持させたフロースルー型式のものであるが、後段の酸化触媒１７の容積及び白金担持量については、前段の酸化触媒１６より少なくした仕様として良い。
【００３３】
尚、前述した各小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄにおけるフィルタ本体７を構成する多孔質材には、該フィルタ本体７に捕集されたパティキュレートの酸化反応を促進する目的で酸化触媒を一体的に担持させても良い。
【００３４】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、フィルタケース１２に流入した排出ガス２が前段の酸化触媒１６を通過する際に、前記排出ガス２中のＮＯxの大半を占めるＮＯが反応性の高いＮＯ2となり、排気温度が約２５０℃以上となる運転条件下でパティキュレートの酸化反応が大幅に促進されて良好に燃焼除去されることになる。
【００３５】
ただし、市街地の渋滞路を走行する場合の如き排気温度が２５０℃を大きく下まわるような軽負荷での運転条件が長く継続すると、パティキュレートの良好な燃焼除去が望めなくなるので、パティキュレートの堆積量が所定量以上となっているものと推定（フィルタ本体７の入側と出側の差圧や運転時間等から推定すれば良い）された頃合で各小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ毎に個別に放電用の電圧を印加して棒状電極９と筒状電極１０との間に放電を行い、フィルタ本体７の内部のガス中にプラズマを発生させる。
【００３６】
このようにすると、フィルタ本体７の内部のガスが励起されて、酸素がオゾンに、ＮＯはＮＯ2になり、これらの排出ガス励起成分が活性化状態となっていることから、前記フィルタ本体７に捕集されたパティキュレートの酸化反応が前記排出ガス励起成分により促進され、排気温度が低い運転条件でもパティキュレートが良好に燃焼除去されることになる。
【００３７】
この際、プラズマ再生型パティキュレートフィルタ１１は、同じフィルタケース１２内で前後を酸化触媒１６，１７により挟み込まれて断熱された状態にあるので、捕集済みパティキュレートの酸化反応が始まることでフィルタ本体７が急速に温度上昇し、これによりパティキュレートが焼却され易くなる結果、従来より短い放電時間でパティキュレートの焼却を完了することが可能となり、消費電力が従来より少なくて済むことになる。
【００３８】
また、プラズマ再生型パティキュレートフィルタ１１の小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ毎に個別に電圧を印加して放電させるようにしているので、比較的小容量の電源１４でも十分に対応することが可能となり、しかも、複数の小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄに分割したことでユニット単位でのパティキュレートの燃焼性が良好となる結果、アイドルストップ装置を搭載した車両等におけるエンジン停止時でのプラズマによる再生も実現される。
【００３９】
また、このようなプラズマの支援を受けてパティキュレートが比較的低温で焼却されることで生じた高濃度のＣＯやＨＣ等の有害ガスは、後段の酸化触媒１７を通過する際に無害なＣＯ2やＨ2Ｏに酸化処理されて排出されることになる。
【００４０】
従って、上記形態例によれば、軽負荷運転時等における排気温度の低い運転状態であっても、フィルタ本体７に捕集されたパティキュレートをプラズマの助勢により効果的に燃焼除去することができ、しかも、前後の酸化触媒１６，１７による保温効果によりフィルタ本体７を急速に温度上昇させてパティキュレートを焼却し易い環境とすることができるので、従来より短い放電時間でパティキュレートの燃焼除去を完了することができ、これにより消費電力の大幅な低減化を図ることができる。
【００４１】
また、パティキュレートをプラズマの助勢により比較的低温で焼却することにより生じた高濃度のＣＯやＨＣ等の有害ガスを、後段の酸化触媒１７を通過させることで無害なＣＯ2やＨ2Ｏに酸化処理して排出することができ、最終的に大気中へ排出される排出ガス２中に有害ガスが残存してしまう虞れを未然に回避することができる。
【００４２】
更に、前段の酸化触媒１６を通過させることで排出ガス２中のＮＯxの大半を占めるＮＯを反応性の高いＮＯ2とすることができるので、排気温度が比較的高い運転条件下でのパティキュレートの酸化反応を大幅に促進することができ、これによりプラズマによる支援を与えない場合でのパティキュレートの自然燃焼を促して良好な燃焼除去を図ることができる。
【００４３】
そして、特に本形態例で示している通り、プラズマ再生型パティキュレートフィルタ１１を複数の小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄに分割してフィルタケース１２内に並列に設置し、各小ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ毎に個別に放電用の電圧を印加し得るように構成した場合には、比較的小容量の電源１４でも十分に対応させることが可能となり、しかも、アイドルストップ装置を搭載した車両等におけるエンジン停止時でのプラズマによる再生を実現することもできる。
【００４４】
また、フィルタ本体７を構成する多孔質材に酸化触媒を一体的に担持せしめた構成を採用した場合には、フィルタ本体７に捕集されたパティキュレートの酸化反応を酸化触媒により促進することができるので、排気温度が低い運転領域にて、より一層確実なパティキュレートの燃焼除去を実現することができる。
【００４５】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、プラズマ再生型パティキュレートフィルタを単一のユニットで構成しても良いこと、フィルタ本体には必ずしも酸化触媒を担持させなくて良いこと、フィルタ本体及び電極の形状や配置は図示例に限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視の断面図である。
【図３】従来のパティキュレートフィルタの配置状態を示す概略図である。
【図４】図３のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
２  排出ガス
３  排気管
４  パティキュレートフィルタ
５  流路
７  フィルタ本体
９  棒状電極（電極）
１０  筒状電極（電極）
１１  プラズマ再生型パティキュレートフィルタ
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ  小ユニット
１２  フィルタケース
１６  前段の酸化触媒
１７  後段の酸化触媒
【図１】
2005083346.tif 000003
【図２】
2005083346.tif 000004
【図３】
2005083346.tif 000005
【図４】
2005083346.tif 000006