JP2001164926A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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- JP2001164926A JP2001164926A JP35404399A JP35404399A JP2001164926A JP 2001164926 A JP2001164926 A JP 2001164926A JP 35404399 A JP35404399 A JP 35404399A JP 35404399 A JP35404399 A JP 35404399A JP 2001164926 A JP2001164926 A JP 2001164926A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電力を節約しながら排気ガスを効率よく浄化
し得る内燃機関の排気浄化装置を提供する。 【解決手段】 内燃機関の排気浄化装置は、プラズマ放
電装置3、高電圧発生装置6及び制御手段71を備え
る。制御手段71は、内燃機関1の燃焼サイクル相当時
間内での排ガスセンサ4の検知出力の変動を監視してお
り、この検知出力の変動に合せて、高電圧発生装置6に
制御信号を出力してプラズマ放電装置3への供給電力を
制御する。この場合、内燃機関1より排出される排ガス
中の有害成分の量は脈動的に変化するので、制御手段7
1は、この変化に合せて、有害成分の量が大きいときは
供給電力が大きくなるように、また、それが小さいとき
は供給電力が小さくなるように制御する。
し得る内燃機関の排気浄化装置を提供する。 【解決手段】 内燃機関の排気浄化装置は、プラズマ放
電装置3、高電圧発生装置6及び制御手段71を備え
る。制御手段71は、内燃機関1の燃焼サイクル相当時
間内での排ガスセンサ4の検知出力の変動を監視してお
り、この検知出力の変動に合せて、高電圧発生装置6に
制御信号を出力してプラズマ放電装置3への供給電力を
制御する。この場合、内燃機関1より排出される排ガス
中の有害成分の量は脈動的に変化するので、制御手段7
1は、この変化に合せて、有害成分の量が大きいときは
供給電力が大きくなるように、また、それが小さいとき
は供給電力が小さくなるように制御する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関から排出
される排気ガスをコロナ放電(プラズマ)を利用して浄
化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
される排気ガスをコロナ放電(プラズマ)を利用して浄
化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プラズマを利用して排気ガスを浄化する
内燃機関の排気浄化装置は従来から種々のものが提案さ
れているが、この種の装置においては、浄化すべき排気
ガス量に応じたプラズマ消費エネルギが必要となる。す
なわち、排気ガス量が少ない場合にはプラズマ消費エネ
ルギは小さくてすみ、排気ガス量が多い場合にはプラズ
マ消費エネルギは大きくなる。排気ガスの浄化を良好に
行うためには、排気ガスの最大量を見越して、常に大き
なプラズマ消費エネルギを付与することが考えられる
が、これでは消費電力の増加を招くばかりでなく、プラ
ズマ放電電極の消耗の原因となる。
内燃機関の排気浄化装置は従来から種々のものが提案さ
れているが、この種の装置においては、浄化すべき排気
ガス量に応じたプラズマ消費エネルギが必要となる。す
なわち、排気ガス量が少ない場合にはプラズマ消費エネ
ルギは小さくてすみ、排気ガス量が多い場合にはプラズ
マ消費エネルギは大きくなる。排気ガスの浄化を良好に
行うためには、排気ガスの最大量を見越して、常に大き
なプラズマ消費エネルギを付与することが考えられる
が、これでは消費電力の増加を招くばかりでなく、プラ
ズマ放電電極の消耗の原因となる。
【0003】特開平5−59934号公報には、例えば
NOx濃度センサの出力と排ガス量とに応じて排気ガス
処理用プラズマ放電装置への給電量を制御する技術が開
示されている。但し、ここでは、その制御概要が示され
ているのみで、詳細については触れられておらず、か
つ、排ガス中のNOx濃度はガス量の変化に対して僅か
の変化であり、実際の制御法はNOxを固定し、排ガス
量のみで行なうこともできるとされている。
NOx濃度センサの出力と排ガス量とに応じて排気ガス
処理用プラズマ放電装置への給電量を制御する技術が開
示されている。但し、ここでは、その制御概要が示され
ているのみで、詳細については触れられておらず、か
つ、排ガス中のNOx濃度はガス量の変化に対して僅か
の変化であり、実際の制御法はNOxを固定し、排ガス
量のみで行なうこともできるとされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、NOx
等の有害成分は内燃機関の排気弁の開弁中に排出される
ものであるから、1燃焼サイクル内で見た場合、その濃
度及び量は大きく変化する。すなわち、排ガス中の有害
成分量や濃度は脈動的に変化するのである。これに対し
て、従来の技術では、上述のとおり、排ガス中のNOx
濃度はガス量の変化に対して僅かの変化だとされてお
り、したがって上記脈動的変化については制御上、何ら
考慮されていない。このため、従来の技術では、脈動的
変化により有害成分の流入量が減る瞬間で不要な電力を
消費したり、有害ガスの流入量が増える瞬間で電力が不
足して十分な浄化性能が得られなくなるおそれが生ずる
という問題がある。
等の有害成分は内燃機関の排気弁の開弁中に排出される
ものであるから、1燃焼サイクル内で見た場合、その濃
度及び量は大きく変化する。すなわち、排ガス中の有害
成分量や濃度は脈動的に変化するのである。これに対し
て、従来の技術では、上述のとおり、排ガス中のNOx
濃度はガス量の変化に対して僅かの変化だとされてお
り、したがって上記脈動的変化については制御上、何ら
考慮されていない。このため、従来の技術では、脈動的
変化により有害成分の流入量が減る瞬間で不要な電力を
消費したり、有害ガスの流入量が増える瞬間で電力が不
足して十分な浄化性能が得られなくなるおそれが生ずる
という問題がある。
【0005】本発明は、排ガス中の有害成分量や濃度は
脈動的に変化すること、及びプラズマ放電装置はその特
性上、極めて高い制御応答性を有することの2点に着目
したもので、電力を節約しながら排気ガスを効率よく浄
化し得る内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的
とする。
脈動的に変化すること、及びプラズマ放電装置はその特
性上、極めて高い制御応答性を有することの2点に着目
したもので、電力を節約しながら排気ガスを効率よく浄
化し得る内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的は、内燃機関の
排気経路に設けられた排気ガス処理用のプラズマ放電装
置と、上記プラズマ放電装置に流入する排気ガス中の有
害物質の量又は濃度を検出又は推定する排ガス成分検知
手段と、上記内燃機関の燃焼サイクル相当時間内での上
記排ガス成分検知手段の検知出力の変動を監視し該検知
出力の変動に合せてプラズマ放電装置への供給電力を制
御する制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置によ
り、達成される。
排気経路に設けられた排気ガス処理用のプラズマ放電装
置と、上記プラズマ放電装置に流入する排気ガス中の有
害物質の量又は濃度を検出又は推定する排ガス成分検知
手段と、上記内燃機関の燃焼サイクル相当時間内での上
記排ガス成分検知手段の検知出力の変動を監視し該検知
出力の変動に合せてプラズマ放電装置への供給電力を制
御する制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置によ
り、達成される。
【0007】本発明では、内燃機関の1燃焼サイクル相
当時間内での排ガス成分検知手段の検知出力の変動を監
視し、該検知出力の変動に合せてプラズマ放電装置への
供給電力を制御するため、排ガス中の有害成分量や濃度
の脈動的な変化に合せて供給電力を制御することがで
き、電力を節約しながら排気ガスを効率良く浄化するこ
とができる。
当時間内での排ガス成分検知手段の検知出力の変動を監
視し、該検知出力の変動に合せてプラズマ放電装置への
供給電力を制御するため、排ガス中の有害成分量や濃度
の脈動的な変化に合せて供給電力を制御することがで
き、電力を節約しながら排気ガスを効率良く浄化するこ
とができる。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の一実施例を示す図であり、(a)は内燃機
関の排気系統における排気浄化装置の位置関係を示すブ
ロック図、(b)はプラズマ放電装置の断面概念図であ
る。同図(a)のように、内燃機関1は排気経路2にプ
ラズマ放電装置3が設けられている。プラズマ放電装置
3の上流あるいは下流にはNOxセンサ、HCセンサ、
AFセンサ等の排ガスセンサ4が設けられており、また
下流側には必要に応じて触媒5が設けられる。一方、プ
ラズマ放電装置3の電極には高電圧発生装置6から高電
圧が付与されるように構成される。電子制御装置(EC
U)7は、通常どおり内燃機関1の運転制御を行うよう
に構成されているが、本例ではさらに制御手段71を有
しており、排ガスセンサ4等の各種の信号入力に基づい
て高電圧発生装置6を制御する。制御手段71による制
御については後述する。
気浄化装置の一実施例を示す図であり、(a)は内燃機
関の排気系統における排気浄化装置の位置関係を示すブ
ロック図、(b)はプラズマ放電装置の断面概念図であ
る。同図(a)のように、内燃機関1は排気経路2にプ
ラズマ放電装置3が設けられている。プラズマ放電装置
3の上流あるいは下流にはNOxセンサ、HCセンサ、
AFセンサ等の排ガスセンサ4が設けられており、また
下流側には必要に応じて触媒5が設けられる。一方、プ
ラズマ放電装置3の電極には高電圧発生装置6から高電
圧が付与されるように構成される。電子制御装置(EC
U)7は、通常どおり内燃機関1の運転制御を行うよう
に構成されているが、本例ではさらに制御手段71を有
しており、排ガスセンサ4等の各種の信号入力に基づい
て高電圧発生装置6を制御する。制御手段71による制
御については後述する。
【0009】プラズマ放電装置3は、図1(b)に例示
するように、排気経路2の外周部に設けられた円筒状の
第1の電極31と、円筒内部に設けられた第2の電極3
2とを備える。第1及び第2の電極31、32は高電圧
発生装置6に接続されており、高電圧の印加により円筒
内部の排気経路2における排気中の成分がプラズマ化さ
れる。これにより、排気ガス中のNOx、HC、CO等
が解離、励起あるいは電離したのち再結合してN2、H
2O、CO2等に変換され、その結果、排気ガスが浄化
される。
するように、排気経路2の外周部に設けられた円筒状の
第1の電極31と、円筒内部に設けられた第2の電極3
2とを備える。第1及び第2の電極31、32は高電圧
発生装置6に接続されており、高電圧の印加により円筒
内部の排気経路2における排気中の成分がプラズマ化さ
れる。これにより、排気ガス中のNOx、HC、CO等
が解離、励起あるいは電離したのち再結合してN2、H
2O、CO2等に変換され、その結果、排気ガスが浄化
される。
【0010】プラズマ放電装置3の制御は、次のように
して行われる。例えば今、内燃機関1の運転により排気
ガスが排気経路2を通してプラズマ放電装置3に流入し
たとすると、排ガス成分検知手段により流入排気ガス中
の有害物質の量又は濃度が検出又は推定される。本例で
は、排ガス成分検知手段として排ガスセンサ4が用いら
れており、これにより排気ガス中の有害物質の量が直接
検出されるが、本発明はこれに限定されることはなく、
各種測定量あるいは予め設定された値に基づいてこれら
を算出又は推定してもよい。
して行われる。例えば今、内燃機関1の運転により排気
ガスが排気経路2を通してプラズマ放電装置3に流入し
たとすると、排ガス成分検知手段により流入排気ガス中
の有害物質の量又は濃度が検出又は推定される。本例で
は、排ガス成分検知手段として排ガスセンサ4が用いら
れており、これにより排気ガス中の有害物質の量が直接
検出されるが、本発明はこれに限定されることはなく、
各種測定量あるいは予め設定された値に基づいてこれら
を算出又は推定してもよい。
【0011】ECU7の制御手段71は、内燃機関1の
燃焼サイクル相当時間内での上記排ガス成分検知手段の
検知出力の変動を監視しており、この検知出力の変動に
合せて、高電圧発生装置6に制御信号を出力してプラズ
マ放電装置3への供給電力を制御する。すなわち、内燃
機関1の運転により排出される排ガス中の有害成分量や
濃度は脈動的に変化するので、制御手段71は、この変
化に合せて、有害成分量又は濃度が大きい又は高いとき
は供給電力が大きくなるように、また、それらが小さい
又は低いときは供給電力が小さくなるように制御する。
これにより、電力を節約しながら排気ガスを効率良く浄
化することができる。この点について、以下さらに詳述
する。
燃焼サイクル相当時間内での上記排ガス成分検知手段の
検知出力の変動を監視しており、この検知出力の変動に
合せて、高電圧発生装置6に制御信号を出力してプラズ
マ放電装置3への供給電力を制御する。すなわち、内燃
機関1の運転により排出される排ガス中の有害成分量や
濃度は脈動的に変化するので、制御手段71は、この変
化に合せて、有害成分量又は濃度が大きい又は高いとき
は供給電力が大きくなるように、また、それらが小さい
又は低いときは供給電力が小さくなるように制御する。
これにより、電力を節約しながら排気ガスを効率良く浄
化することができる。この点について、以下さらに詳述
する。
【0012】図2は本発明におけるプラズマ放電装置の
制御方法を説明するための図であり、(a)はサイクル
変動係数、(b)は4気筒エンジンの各気筒における行
程、(c)は制御フローをそれぞれ示す図である。同図
(a)に示すように、エンジンから排出される有害物質
の量は、連続的でなく、間欠的である。すなわち、排気
ガスは、同図(b)の両方向矢印で示されるように、各
気筒において排気弁が開く膨張行程後期から排気行程を
経て排気弁が閉じる吸気行程初期まで排出され、それ以
外の期間は排出されない。したがって、同図(a)のよ
うに、有害物質の量が多い山の部分と少ない谷の部分が
交互に現れることとなり、これを有害物質のサイクル変
動係数とすることができる。サイクル変動係数の用い方
については後述する。
制御方法を説明するための図であり、(a)はサイクル
変動係数、(b)は4気筒エンジンの各気筒における行
程、(c)は制御フローをそれぞれ示す図である。同図
(a)に示すように、エンジンから排出される有害物質
の量は、連続的でなく、間欠的である。すなわち、排気
ガスは、同図(b)の両方向矢印で示されるように、各
気筒において排気弁が開く膨張行程後期から排気行程を
経て排気弁が閉じる吸気行程初期まで排出され、それ以
外の期間は排出されない。したがって、同図(a)のよ
うに、有害物質の量が多い山の部分と少ない谷の部分が
交互に現れることとなり、これを有害物質のサイクル変
動係数とすることができる。サイクル変動係数の用い方
については後述する。
【0013】このように1サイクルの間で排気ガス量は
変化し、排気ガスが排出される排気経路2では排気脈動
が発生する。したがって本発明では、排気弁開閉に伴い
変化する排ガス流量及び排気系によって異なる排気脈動
も考慮し、プラズマ放電装置3に流入する有害物質の量
又は濃度に応じて、プラズマ放電装置3への供給電力を
制御するのである。なお、排気の位相は、内燃機関1の
気筒数によって異なり、例えば4気筒では180度、6
気筒では120度である。
変化し、排気ガスが排出される排気経路2では排気脈動
が発生する。したがって本発明では、排気弁開閉に伴い
変化する排ガス流量及び排気系によって異なる排気脈動
も考慮し、プラズマ放電装置3に流入する有害物質の量
又は濃度に応じて、プラズマ放電装置3への供給電力を
制御するのである。なお、排気の位相は、内燃機関1の
気筒数によって異なり、例えば4気筒では180度、6
気筒では120度である。
【0014】プラズマ放電装置3の制御は、具体的に
は、次のようにして行われる。まず、図2(c)に示す
ように、ステップ21にて、排ガスセンサ4は、1サイ
クルより短い周期でリアルタイムにプラズマ放電装置を
通過する有害物質の量Qを検出し、ステップ22にて、
制御手段71は、この検出した量Qに応じて、プラズマ
放電装置3への供給電力を制御する。そして、これが繰
り返し行われることにより、電力を節約しながら排気ガ
スが効率良く浄化される。なお、有害物質の検出時点に
対してプラズマ放電装置3内における上記有害物質の通
過時点はずれるが、この位相遅れは制御手段71の制御
で補償される。また、有害物質としては、NOx、H
C、CO、SOx、H2S、NH3、N2O等の少なく
とも1つが対象とされる。
は、次のようにして行われる。まず、図2(c)に示す
ように、ステップ21にて、排ガスセンサ4は、1サイ
クルより短い周期でリアルタイムにプラズマ放電装置を
通過する有害物質の量Qを検出し、ステップ22にて、
制御手段71は、この検出した量Qに応じて、プラズマ
放電装置3への供給電力を制御する。そして、これが繰
り返し行われることにより、電力を節約しながら排気ガ
スが効率良く浄化される。なお、有害物質の検出時点に
対してプラズマ放電装置3内における上記有害物質の通
過時点はずれるが、この位相遅れは制御手段71の制御
で補償される。また、有害物質としては、NOx、H
C、CO、SOx、H2S、NH3、N2O等の少なく
とも1つが対象とされる。
【0015】図2(c)の例では、有害物質の量Qは、
例えば、排ガスセンサ4(NOxセンサ、HCセンサ、
AFセンサ等)により直接計測あるいは推測されるもの
としたが、有害物質の量Qは、例えば、予め求めた又は
排ガスセンサから求めた平均的有害物質量Qaveから、
次式より算出することもできる。Q=Qave×(サイク
ル変動係数)ここでサイクル変動係数は、図2(a)に
示されるように、1サイクル間を少なくとも2分割した
時間間隔の関数であり、排気弁の開閉時期及び排気系の
形状に基づいて導出される。可変バルブタイミングのエ
ンジンでは、上記分割した時間とバルブタイミングとの
関数となる。可変バルブリフトのエンジンでは、さらに
バルブリフトとの関数となる。可変排気システムの場合
は、さらに排気脈動の関数となる。また、このサイクル
変動係数は、排気流速計あるいは吸気流速から直接ある
いは推測して求めても良い。
例えば、排ガスセンサ4(NOxセンサ、HCセンサ、
AFセンサ等)により直接計測あるいは推測されるもの
としたが、有害物質の量Qは、例えば、予め求めた又は
排ガスセンサから求めた平均的有害物質量Qaveから、
次式より算出することもできる。Q=Qave×(サイク
ル変動係数)ここでサイクル変動係数は、図2(a)に
示されるように、1サイクル間を少なくとも2分割した
時間間隔の関数であり、排気弁の開閉時期及び排気系の
形状に基づいて導出される。可変バルブタイミングのエ
ンジンでは、上記分割した時間とバルブタイミングとの
関数となる。可変バルブリフトのエンジンでは、さらに
バルブリフトとの関数となる。可変排気システムの場合
は、さらに排気脈動の関数となる。また、このサイクル
変動係数は、排気流速計あるいは吸気流速から直接ある
いは推測して求めても良い。
【0016】一般に、エンジンから排出される有害物質
の量は、従来から平均的な量として取り扱われてきた。
これに対して、本発明では、これを脈動的に変化する量
として取り扱うようにしたものである。しかもプラズマ
放電装置は、その特性上、極めて高い制御応答性を有し
ているので、この排気脈動を考慮して、有害物質の量に
応じてプラズマ消費エネルギを増減させることができ
る。このため本発明においては、消費電力を必要最小限
とすることができる。また、プラズマ消費エネルギはエ
ンジン出力による発電により供給されることから、消費
電力の最小限化に伴い燃費悪化も抑制することができ
る。
の量は、従来から平均的な量として取り扱われてきた。
これに対して、本発明では、これを脈動的に変化する量
として取り扱うようにしたものである。しかもプラズマ
放電装置は、その特性上、極めて高い制御応答性を有し
ているので、この排気脈動を考慮して、有害物質の量に
応じてプラズマ消費エネルギを増減させることができ
る。このため本発明においては、消費電力を必要最小限
とすることができる。また、プラズマ消費エネルギはエ
ンジン出力による発電により供給されることから、消費
電力の最小限化に伴い燃費悪化も抑制することができ
る。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、電力を節約しながら排
気ガスを効率よく浄化しうる内燃機関の排気浄化装置を
得ることができる。
気ガスを効率よく浄化しうる内燃機関の排気浄化装置を
得ることができる。
【図1】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一実施
例を示す図であり、(a)は内燃機関の排気系統におけ
る排気浄化装置の位置関係を示すブロック図、(b)は
プラズマ放電装置の断面概念図である。
例を示す図であり、(a)は内燃機関の排気系統におけ
る排気浄化装置の位置関係を示すブロック図、(b)は
プラズマ放電装置の断面概念図である。
【図2】本発明におけるプラズマ放電装置の制御方法を
説明するための図であり、(a)はサイクル変動係数、
(b)は4気筒エンジンの各気筒における行程、(c)
は制御フローをそれぞれ示す図である。
説明するための図であり、(a)はサイクル変動係数、
(b)は4気筒エンジンの各気筒における行程、(c)
は制御フローをそれぞれ示す図である。
【符号の説明】 1 内燃機関 2 排気経路 3 プラズマ放電装置 4 排ガスセンサ 5 触媒 6 高電圧発生装置 7 電子制御装置(ECU) 31、32 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/18 B01D 53/34 129C 3/24
Claims (1)
- 【請求項1】 内燃機関の排気経路に設けられた排気ガ
ス処理用のプラズマ放電装置と、上記プラズマ放電装置
に流入する排気ガス中の有害物質の量又は濃度を検出又
は推定する排ガス成分検知手段と、上記内燃機関の燃焼
サイクル相当時間内での上記排ガス成分検知手段の検知
出力の変動を監視し該検知出力の変動に合せてプラズマ
放電装置への供給電力を制御する制御手段とを備えたこ
とを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35404399A JP2001164926A (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35404399A JP2001164926A (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001164926A true JP2001164926A (ja) | 2001-06-19 |
Family
ID=18434936
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35404399A Withdrawn JP2001164926A (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001164926A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030092386A (ko) * | 2002-05-29 | 2003-12-06 | 현대자동차주식회사 | 플라즈마 반응기가 채용된 차량용 배기가스 저감 시스템및 이 시스템 제어방법 |
JP2006328982A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
JP2007297934A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Equos Research Co Ltd | 排ガス浄化システム及び排ガス浄化方法 |
DE102009002948A1 (de) | 2008-05-19 | 2009-12-03 | DENSO CORPORATION, Kariya-shi | Abgasbehandlungsvorrichtung |
CN102614762A (zh) * | 2012-04-23 | 2012-08-01 | 上海万强科技开发有限公司 | 等离子废气处理*** |
US8361402B2 (en) | 2005-07-20 | 2013-01-29 | Alphatech International Limited | Apparatus for air purification and disinfection |
JP2017187013A (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-12 | 日産自動車株式会社 | 排ガス浄化装置、排ガス浄化装置の制御方法及びプラズマ処理装置 |
-
1999
- 1999-12-14 JP JP35404399A patent/JP2001164926A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
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