(57)【要約】【課題】  排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の濃度が低い場合に加え、エンジン始動時等、ＰＭの濃度が飛躍的に高まった場合であっても、排気ガス処理装置（ＤＰＦ）の出口におけるＰＭの濃度を一定値以下に維持することができる排気ガス処理装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】  前段電極２に交流電流を印加し、前段電極２の電極板４の間に非熱平衡プラズマを発生させ粒子状物質（ＰＭ）を帯電させるステップと、第１の条件下では、後段電極３に直流電流を印加し、後段電極３の電極板４に粒子状物質を吸着する第１制御を行い、第２の条件下では、後段電極３に交流電流を印加し、後段電極３の電極板４の間に非熱平衡プラズマを発生させ粒子状物質を酸化する第２制御を行うステップを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の電極板と、前記電極板に電圧を印加する電源を有し、前記電極板の間を通過する排気ガス中に含まれる粒子状物質を吸着する排気ガス処理装置で、
前記排気ガス処理装置が、前段電極及び後段電極を有しており、前記前段電極が、間に排気ガスを通過させるように構成した２枚の向かい合う電極板と、前記電極板に交流電流を印加する交流電源を有しており、
前記後段電極が、間に排気ガスを通過させるように構成した２枚の向かい合う電極板と、前記電極板に交流電流を印加する交流電源と、前記電極板に直流電流を印加する直流電源と、前記交流電源と前記直流電源を切り替えるスイッチを有した排気ガス処理装置の制御方法であって、
前記前段電極に交流電流を印加し、前記前段電極の前記電極板の間に非熱平衡プラズマを発生させ前記粒子状物質を帯電させるステップと、
第１の条件下では、前記後段電極に直流電流を印加し、前記後段電極の前記電極板に前記粒子状物質を吸着する第１制御を行い、
第２の条件下では、前記後段電極に交流電流を印加し、前記後段電極の前記電極板の間に非熱平衡プラズマを発生させ前記粒子状物質を酸化する第２制御を行うステップを有することを特徴とする排気ガス処理装置の制御方法。
【請求項２】
２枚の電極板と、前記電極板に電圧を印加する電源を有し、前記電極板の間を通過する排気ガス中に含まれる粒子状物質を吸着する排気ガス処理装置において、
前記排気ガス処理装置が、前段電極及び後段電極を有しており、前記前段電極が、間に排気ガスを通過させるように構成した２枚の向かい合う電極板と、前記電極板に交流電流を印加する交流電源を有しており、
前記後段電極が、間に排気ガスを通過させるように構成した２枚の向かい合う電極板と、前記電極板に交流電流を印加する交流電源と、前記電極板に直流電流を印加する直流電源と、前記交流電源と前記直流電源を切り替えるスイッチを有しており、
前記前段電極に交流電流を印加し、前記前段電極の前記電極板の間に非熱平衡プラズマを発生させ前記粒子状物質を帯電させ、
第１の条件下では、前記後段電極に直流電流を印加し、前記後段電極の前記電極板に前記粒子状物質を吸着する第１制御を行い、
第２の条件下では、前記後段電極に交流電流を印加し、前記後段電極の前記電極板の間に非熱平衡プラズマを発生させ前記粒子状物質を酸化する第２制御を行うように構成したことを特徴とする排気ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス処理装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス処理装置として、Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ（以下、ＤＰＦという）が使用されている。このＤＰＦは、セラミックハニカムや耐熱繊維製のフィルタで構成されており、排気ガス中の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ、又はＰＭという）を捕集することができる。ただし、フィルタの目詰り等により、圧力損失が大きくなるという問題を有している。
【０００３】
上記の問題を解決するものとして、排気ガス中のＰＭを帯電させ、高電圧を印加した電極に吸引、吸着して捕捉するＤＰＦが開示されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に記載のＤＰＦは、２つの電極間に排気ガスを通過させ、この電極に交流電流を印加する構成を有している。
【０００４】
また、スクレーパーや加熱装置を備えたＤＰＦが開示されている（例えば特許文献２参照）。このスクレーパー等により、ＤＰＦは電極に付着したＰＭを除去することができる。この構成により、ＤＰＦのＰＭ吸着性能を維持することができる。
【０００５】
しかしながら、上記のＤＰＦはいくつかの問題点を有している。第１に、このＤＰＦは、エンジン始動時等のＰＭの濃度が高い場合に、ＰＭを十分に捕集できないという問題を有している。これは、交流電流の印加により、帯電したＰＭが２つの電極の間で蛇行するためである。
【０００６】
第２に、このＤＰＦは、エンジン始動時等のＰＭの濃度が高い場合に、ＰＭを十分に捕集できるような高電圧の交流電源を利用すると、ＤＰＦのコストが高くなるという問題を有している。また、ＰＭの濃度が低い場合は、この高価な交流電源は必要以上に高い性能を有していることになり、ＤＰＦの費用対効果が低下するという問題を有している。
【０００７】
第３に、このＤＰＦは、耐久性が低いという問題を有している。これは、スクレーパーでＤＰＦに付着したＰＭを削り落とす際に、フィルタの摩耗及び損傷が発生するためである。また、加熱装置や燃料噴霧によりＰＭを燃焼させる際に、フィルタが高温となり、フィルタの損傷が発生するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−６６０６３号公報
【特許文献２】特開２００７−２１６１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の濃度が低い場合に加え、エンジン始動時等、ＰＭの濃度が飛躍的に高まった場合であっても、排気ガス処理装置（ＤＰＦ）の出口におけるＰＭの濃度を一定値以下に維持することができる排気ガス処理装置及びその制御方法を提供することにある。また
、ＤＰＦの損傷等を防止し、ＤＰＦの長寿命化を実現したＤＰＦを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明に係る排気ガス処理装置の制御方法は、２枚の電極板と、前記電極板に電圧を印加する電源を有し、前記電極板の間を通過する排気ガス中に含まれる粒子状物質を吸着する排気ガス処理装置で、前記排気ガス処理装置が、前段電極及び後段電極を有しており、前記前段電極が、間に排気ガスを通過させるように構成した２枚の向かい合う電極板と、前記電極板に交流電流を印加する交流電源を有しており、前記後段電極が、間に排気ガスを通過させるように構成した２枚の向かい合う電極板と、前記電極板に交流電流を印加する交流電源と、前記電極板に直流電流を印加する直流電源と、前記交流電源と前記直流電源を切り替えるスイッチを有した排気ガス処理装置の制御方法であって、前記前段電極に交流電流を印加し、前記前段電極の前記電極板の間に非熱平衡プラズマを発生させ前記粒子状物質を帯電させるステップと、第１の条件下では、前記後段電極に直流電流を印加し、前記後段電極の前記電極板に前記粒子状物質を吸着する第１制御を行い、第２の条件下では、前記後段電極に交流電流を印加し、前記後段電極の前記電極板の間に非熱平衡プラズマを発生させ前記粒子状物質を酸化する第２制御を行うステップを有することを特徴とする。
【００１１】
この構成により、排気ガス処理装置（ＤＰＦ）は、エンジン始動時など、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）の量が、予め定めた閾値よりも多い場合（第１の条件）であっても、十分にＰＭを吸着し、排気ガス処理装置の出口におけるＰＭの濃度を一定値以下に維持することができる。また、排気ガス中のＰＭの量が予め定めた閾値よりも少ない場合（第２の条件）であっても、後段電極でＰＭを直接酸化させながら、ＤＰＦの再生を行うことができる。
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明に係る排気ガス処理装置は、２枚の電極板と、前記電極板に電圧を印加する電源を有し、前記電極板の間を通過する排気ガス中に含まれる粒子状物質を吸着する排気ガス処理装置において、前記排気ガス処理装置が、前段電極及び後段電極を有しており、前記前段電極が、間に排気ガスを通過させるように構成した２枚の向かい合う電極板と、前記電極板に交流電流を印加する交流電源を有しており、前記後段電極が、間に排気ガスを通過させるように構成した２枚の向かい合う電極板と、前記電極板に交流電流を印加する交流電源と、前記電極板に直流電流を印加する直流電源と、前記交流電源と前記直流電源を切り替えるスイッチを有しており、前記前段電極に交流電流を印加し、前記前段電極の前記電極板の間に非熱平衡プラズマを発生させ前記粒子状物質を帯電させ、第１の条件下では、前記後段電極に直流電流を印加し、前記後段電極の前記電極板に前記粒子状物質を吸着する第１制御を行い、第２の条件下では、前記後段電極に交流電流を印加し、前記後段電極の前記電極板の間に非熱平衡プラズマを発生させ前記粒子状物質を酸化する第２制御を行うように構成したことを特徴とする。この構成により、上記と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による排気ガス処理装置によれば、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の濃度が低い場合に加え、エンジン始動時等、ＰＭの濃度が飛躍的に高まった場合であっても、排気ガス処理装置（ＤＰＦ）の出口におけるＰＭの濃度を一定値以下に維持することができる排気ガス処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス処理装置の概略を示した図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の排気ガス処理装置の概略を示した図である。
【図３】本発明に係る異なる実施の形態の排気ガス処理装置の概略を示した図である。
【図４】本発明に係る異なる実施の形態の排気ガス処理装置の概略を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス処理装置（ＤＰＦ）について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の排気ガス処理装置（ＤＰＦ）の概略を示す。ＤＰＦ１は、前段電極２と、後段電極３を有している。この前段電極２は、間に排気ガスを通過させる２枚の向かい合う電極板４と、電極板４に交流電流を印加する交流電源５を有している。
【００１６】
後段電極３は、間に排気ガスを通過させる２枚の向かい合う電極板４と、電極板４に交流電流を印加する交流電源５と、電極板４に直流電流を印加する直流電源６と、交流電源５と直流電源６を切り替えるスイッチ７を有している。ここで、２枚の向かい合う電極板４の間隔は、例えば１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ程度とする。
【００１７】
次に、電極板４について説明する。この電極板４は、例えば金属板等の電気伝導体１１と、電気伝導体１１を両側から挟むように配置したアルミナ、セラミック等の誘電体１２を有している。この誘電体１２の少なくとも一方は、複数の貫通孔１３を有している。この電極板４は、電極板４の間に非熱平衡プラズマを発生するように構成していれば、上記の構成に限られない。
【００１８】
次に、非熱平衡プラズマの発生原理について説明する。まず、電極板４の間に誘電体バリア放電によりプラズマを発生させる。この誘電体バリア放電とは電極（電気伝導体１１）の少なくとも一方を誘電体１３で覆い、高電界の印加により電子を加速して電極板４の間の空間の中性原子に衝突させ、電子なだれによる多数の電子やイオンを生成する放電形態である。この誘電体バリア放電により生成された電子集団は陰極側から陽極側へと高速で移動するストリーマ（繊維状の放電）を形成するが、電気伝導体１１の表面に誘電体（絶縁体）１３を配しているため電気伝導体１１からプラズマ空間に電流が注入されず、アーク放電には至らない。この電気伝導体１１に印加する電圧の変化が終了するとストリーマの生成は終了する。電界の方向を逆転させると、逆方向の電子なだれが発生する。高周波電源によって、電界の方向を高速で変化させれば電子に比べ重いイオンはほとんど移動できずに電子のみが動くため、電子温度のみが高い低温プラズマ（非熱平衡プラズマ）を発生させることができる。
【００１９】
なお、白抜き矢印はエンジン又は発電機等から排出される排気ガスの流れる方向を示し、ＰＭは排気ガス中に含まれている粒子状物質（ＰＭ）を模式的に示している。ＰＭに付してある＋又は−の記号は、ＰＭが帯電された状態を示している。また、前段電極２及び後段電極３は、複数枚の電極板４を積層させて構成することができる。
【００２０】
次に、排気ガス処理装置（ＤＰＦ）１の動作について説明する。まず、エンジン等を始動し、排気ガス中に含まれるＰＭの量が、予め定めた閾値よりも多い場合（第１の条件下）に行う第１制御（以下、吸着制御という）について説明する。
【００２１】
ＤＰＦ１の吸着制御の際、前段電極２に交流電流を印加する。この交流電流により、前段電極２の電極板４の間に非熱平衡プラズマが発生し、ＰＭが帯電する。以上のように、前段電極２では、主にＰＭの帯電を行う。なお、前段電極２では、ＰＭの帯電の他に、電極板４へのＰＭの吸着、及びＰＭの酸化も行っている。この前段電極２において、帯電されたＰＭは、交流電流の周波数の周期に合わせて、２つの電極板４の間で進行方向を反転しながら進む。
【００２２】
他方、ＤＰＦ１の吸着制御の際、スイッチ７により電極板４と直流電源６を接続し、後段電極３に直流電流を印加する。この直流電流により、後段電極３は電極板４の間を通過するＰＭを電極板４に吸着する。この後段電極３において、帯電されたＰＭは、進行方向を反転することなく、対応する電極板４の方向に引寄せられる。
【００２３】
次に、エンジン等が定常運転に移行し、排気ガス中に含まれるＰＭの量が、予め定めた閾値よりも少ない場合（第２の条件下）に行う第２制御（以下、再生制御という）について説明する。図２に、再生制御の際のＤＰＦ１の様子を示す。
【００２４】
ＤＰＦ１の再生制御の際、前段電極２に、吸着制御と同様交流電流を印加する。他方、スイッチ７により電極板４と交流電源５を接続し、後段電極３に交流電流を印加する。この交流電流により、後段電極３は、電極板４に吸着したＰＭを直接酸化する。つまり、後段電極３のＰＭは、電子の放出により酸化され、ＤＰＦ１から除去される。以上より、後段電極３では主にＰＭを直接酸化し、ＤＰＦ１（後段電極３）の再生を行う。なお、再生制御の際の後段電極３では、ＰＭの酸化の他に、排気ガス中のＰＭの吸着も行っている。
【００２５】
上記の構成により、本発明の排気ガス処理装置（ＤＰＦ１）は、以下の作用効果を得ることができる。第１に、ＤＰＦ１は、エンジン始動時など、排気ガス中に含まれるＰＭの量が、予め定めた閾値よりも多い場合であっても、ＤＰＦ１の出口におけるＰＭの量を一定量以下に維持することができる。これは、直流電流を印加した後段電極３でＰＭを十分に吸着することができるからである（図１参照）。
【００２６】
第２に、ＤＰＦ１は、既存の交流電源５及び直流電源６を使用することができるため、製造コストが抑制される。また、排気ガス中のＰＭの量が閾値よりも少ない場合は、後段電極３に交流電流を印加して、ＰＭを直接酸化させながら、ＰＭの吸着を行うことができる。つまり、ＤＰＦ１の費用対効果を向上することができる。
【００２７】
第３に、ＤＰＦ１は、後段電極３に交流電流を印加して、ＰＭを直接酸化する構成により、長寿命化を実現することができる。つまり、ＤＰＦ１に付着したＰＭの除去を、フィルタを損傷する可能性のあるスクレーパーや加熱装置等で行う必要がないため、フィルタの傷みを防止することができる。
【００２８】
図３に、本発明に係る異なる実施の形態の排気ガス処理装置（ＤＰＦ１ａ）の概略を示す。このＤＰＦ１ａは、前段電極２と後段電極３を、見かけ上、一体のＤＰＦとなるように、共通する筐体１６ａに設置している。また、前段電極２及び後段電極３は、複数枚の電極板４を積層して構成している。ここで、１５は排気通路、白抜き矢印は排気ガスの進行方向を示す。
【００２９】
図４に、本発明に係る異なる実施の形態の排気ガス処理装置（ＤＰＦ１ｂ）の概略を示す。このＤＰＦ１ｂは、図３に示した例とは異なり、前段電極２及び後段電極３をそれぞれ独立した筐体１６ｂに設置している。更に、ＤＰＦ１ｂは、排気通路１５に沿って、後段電極３を２つ設置する構成としている。
【００３０】
次に、ＤＰＦ１ｂの動作について説明する。まず、排気ガス中に含まれるＰＭの量が予め定めた上限値よりも多い場合に、２つの後段電極３に直流電流を印加して、ＰＭを吸着する吸着制御を行う。ＰＭの量が予め定めた上限値と下限値の間にある場合は、２つの後段電極３のうち、一方に直流電流を印加し、他方に交流電流を印加する連続運転制御を行う。なお、この連続運転制御は、予め定めた時間を経過後に、直流電流を印加していた後段電極３を交流電流に切り替え、交流電流を印加していた後段電極３を直流電流に切り替
える制御を含むことが望ましい。ＰＭの量が予め定めた下限値を下回る場合は、２つの後段電極３に交流電流を印加して、ＤＰＦ１ｂの再生制御を行う。なお、後段電極３の一方の電源を切ってもよい。
上記の構成により、本発明の排気ガス処理装置（ＤＰＦ１ｂ）は、以下の作用効果を得ることができる。第１に、排気ガス中のＰＭの量が予め定めた上限値よりも多い場合であっても、２つの後段電極３で、ＰＭの吸着を行うことができるため、ＤＰＦ１ｂのＰＭ吸着性能を更に向上することができる。
【００３１】
第２に、排気ガス中のＰＭの量が、予め定めた下限値よりも多く、且つその状態が長く続く場合であっても、ＤＰＦ１ｂのＰＭ吸着性能を維持することができる。これは、２つの後段電極３が、交互に吸着制御及び再生制御を繰り返すためである。なお、ＤＰＦ１ｂの後段電極３は、３つ以上設置してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１、１ａ、１ｂ       排気ガス処理装置（ＤＰＦ）
２     前段電極
３     後段電極
４     電極板
５     交流電源
６     直流電源
７     スイッチ
ＰＭ   粒子状物質（ＰＭ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013087696.tif 000005
【図４】
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