JP2004204739A - 排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】排ガスから有害物質を加熱することなく除去ことができる排ガス浄化システムである。
【解決手段】排ガス流路３に放電プラズマ反応部４と窒素酸化物還元触媒８とが設けられ、放電プラズマ反応部４にはフィルタ構造体７が設けられる一方、放電プラズマ反応部４には放電プラズマ発生用電源６が接続され、放電プラズマ反応部４に電界を形成するとともに放電プラズマを発生させる。そして、排ガスに含まれる粒子状物質がフィルタ構造体７の粒子状物質捕捉機能と電界の形成に伴う電気集塵的機能により捕捉され、捕捉された粒子状物質が放電プラズマの作用により燃焼処理されてフィルタの機能が再生される。また、排ガスＸに含まれる窒素酸化物が酸化される一方、所要の化学種が生成され、生成された化学種および窒素酸化物還元触媒８とにより窒素酸化物を還元分解反応させることにより排ガスに含まれる窒素酸化物を低減させるように構成した。
【選択図】 図１
【解決手段】排ガス流路３に放電プラズマ反応部４と窒素酸化物還元触媒８とが設けられ、放電プラズマ反応部４にはフィルタ構造体７が設けられる一方、放電プラズマ反応部４には放電プラズマ発生用電源６が接続され、放電プラズマ反応部４に電界を形成するとともに放電プラズマを発生させる。そして、排ガスに含まれる粒子状物質がフィルタ構造体７の粒子状物質捕捉機能と電界の形成に伴う電気集塵的機能により捕捉され、捕捉された粒子状物質が放電プラズマの作用により燃焼処理されてフィルタの機能が再生される。また、排ガスＸに含まれる窒素酸化物が酸化される一方、所要の化学種が生成され、生成された化学種および窒素酸化物還元触媒８とにより窒素酸化物を還元分解反応させることにより排ガスに含まれる窒素酸化物を低減させるように構成した。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に使用されるエンジンから排出され、粒子状物質、窒素酸化物等の有害物質を含む排ガスから有害物質を除去して浄化する排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジン等の排ガス発生源から排出された排ガスから粒子状物質（PM；Particulate Matter）、窒素酸化物（NOｘ）等の有害物質を浄化するための排ガス浄化装置として以下のものがある。
【０００３】
PMを除去するための従来の排ガス浄化装置としては、PMを含む排ガスのガス流路にPMフィルタを設け、このPMフィルタによりPMを捕捉する装置がある。そして、PMフィルタに捕捉されたPMに含まれる炭素等の物質は加熱ヒータにて燃焼除去され、PMフィルタの機能が再生される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、NOｘを除去するための従来の排ガス浄化装置としては、NOｘを含む排ガスのガス流路にNOｘを還元分解する三元触媒を設け、還元分解するように構成された装置がある。この三元触媒には、活性化のためにPt等の貴金属が担持される（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−０６２５５８号公報（第３頁−第５頁、図１）
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−０４５７０１号公報（第３頁−第４頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のPMを除去する排ガス浄化装置においては、PMフィルタに捕捉されたPMに含まれる炭素等の物質を酸素との燃焼反応により除去するため、ガスの温度が６００℃程度となるように加熱する必要がある。
【０００８】
一方、NOｘを除去する従来の排ガス浄化装置においては、還元触媒の動作温度は通常３００℃以上であり、排ガス温度が３００℃以下の温度域では、触媒の活性が低く、十分なＮＯｘの還元による分解ができない。
【０００９】
従って、いずれの排ガス浄化装置においても排ガスを加熱するための外部加熱ヒータ源の追設が必要となり、逆に排ガス温度が、低温（特に２００℃以下）である場合にはPMあるいはNOｘを効率良く除去することができない。
【００１０】
さらに、自動車等の車両に使用されるエンジンから排出される排ガスの量や排ガスに含まれるＮＯｘおよびPMの量は走行条件や運転条件に応じて連続的に変動するため、変動に応じて効率的にＮＯｘおよびPMの浄化を行うことが望まれる。
【００１１】
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、自動車等の車両に使用されるエンジンから運転条件に応じて変動して排出され、粒子状物質、窒素酸化物等の有害物質を含む排ガスから有害物質を加熱することなく低温でより効率的かつ安価に除去し、排ガスを浄化することができる排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る排ガス浄化システムは、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、エンジンから排出された排ガスの排ガス流路に放電プラズマ反応部と窒素酸化物還元触媒とが設けられ、前記放電プラズマ反応部には粒子状物質捕捉機能を有するフィルタ構造体が、前記排ガスを通過可能に設けられる一方、前記放電プラズマ反応部には放電プラズマ発生用電源が接続され、この放電プラズマ発生用電源は入力信号に基づいて出力周波数および出力電圧の少なくとも一方を制御して前記放電プラズマ反応部に電界を形成するとともに放電プラズマを発生し、前記排ガスに含まれる粒子状物質が前記フィルタ構造体の粒子状物質捕捉機能と電界の形成に伴う電気集塵的機能により捕捉され、捕捉された粒子状物質が前記放電プラズマの作用により燃焼処理されて前記フィルタ構造体の粒子状物質捕捉機能が再生されるとともに、前記排ガスに含まれる窒素酸化物が酸化される一方、所要の化学種が生成され、生成された化学種および前記窒素酸化物還元触媒とにより窒素酸化物を還元分解反応させることにより前記排ガスに含まれる窒素酸化物を低減させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る排ガス浄化方法は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、エンジンから排出された排ガスの排ガス流路に粒子状物質捕捉機能を有するフィルタ構造体と窒素酸化物還元触媒とを設けるステップと、入力信号に基づいて出力周波数および出力電圧の少なくとも一方を制御して前記フィルタ構造体内部に電界を形成するとともに放電プラズマを発生させるステップと、前記フィルタ構造体の粒子状物質捕捉機能と電界の形成に伴う電気集塵的機能により前記排ガスに含まれる粒子状物質を捕捉するステップと、捕捉された粒子状物質を前記放電プラズマの作用により燃焼処理して前記フィルタ構造体の粒子状物質捕捉機能を再生させるステップと、前記放電プラズマの作用により前記排ガスに含まれる窒素酸化物を酸化するとともに所要の化学種を生成するステップと、生成された化学種および前記窒素酸化物還元触媒とにより窒素酸化物を還元分解反応させることにより前記排ガスに含まれる窒素酸化物を低減させるステップとを備えることを特徴とする方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明に係る排ガス浄化システムの実施の形態を示す構成図である。
【００１６】
排ガス浄化システム１は、自動車等の動力源に使用されるエンジン２から排出される排ガスＸが流れる排ガス流路の一例としての排ガス管３上に上流側から放電プラズマ反応部４とＮＯｘ還元触媒部５とを直列に設け、さらに放電プラズマ反応部４に放電プラズマ発生用電源６を接続した構成である。
【００１７】
エンジン２の具体例としては、例えば、自動車用エンジン、車両用発電機駆動原動機や船舶推進用原動機等の車載ディーゼルエンジンおよびガソリンエンジン、車両、船舶、航空機等の移動体に搭載される発電用ディーゼルエンジンおよびガソリンエンジン、コージェネレーション（熱電供給）システムや発電システムに用いられる定置型ディーゼルエンジンおよびガスエンジン（ガスモータ）が挙げられる。
【００１８】
そして、これらのエンジン２に燃料として例えばA重油、C重油等の重油、軽油、ガソリン、都市ガス、メタン、プロパンが使用されて粒子状物質（PM；Particulate Matter）やＮＯｘを含む排ガスＸが排出される。
【００１９】
また、放電プラズマ反応部４の内部には、フィルタ構造体７が設けられる。このフィルタ構造体７は、その内部を排ガスＸが流れることができるように構成され、排ガスＸに含まれる有害物質であるＰＭを捕捉する粒子状物質捕捉機能を有する。
【００２０】
フィルタ構造体７の構成例としては、任意形状の単一のフィルタ構造体７の他に、球状、円柱状、円筒状、円盤状等の形状の固体物質であるセラミックペレットを筒状あるいは箱状の容器に複数個充填して開口部を網やフィルタでパッキングした構成、繊維状物質を充填した構成、ハニカム状構造に形成された構成またはモノリス状構造に形成された構造が可能である。
【００２１】
一方、放電プラズマ発生用電源６は、入力信号Ｙに基づいて放電プラズマ反応部４に所要の出力電力を負荷し、放電プラズマ反応部４の内部に電界を形成させるとともに所要の放電電力の放電プラズマを生成させることができる。
【００２２】
そして、放電プラズマ反応部４の内部に形成された電界による電気集塵的機能とフィルタ構造体７の粒子状物質捕捉機能により排ガスＸに含まれるＰＭをフィルタ構造体７内に捕捉させることができる。
【００２３】
尚、フィルタ構造体７は比誘電率が３以上の誘電体で構成することにより、放電プラズマ反応部４に形成される電界をより強くし、電気集塵的機能とともにPMの捕捉効率を向上させることができる。
【００２４】
さらに、放電プラズマ反応部４の内部には放電プラズマによりＯ、ＯＨ、Ｏ３等の酸化ラジカルが生成され、生成された酸化ラジカルの酸化作用によりフィルタ構造体７内に捕捉されたPMが逐次ＣＯ２に酸化処理されてフィルタ構造体７の粒子状物質捕捉機能が再生されるように構成される。
【００２５】
このとき、放電プラズマ反応部４の内部では、排ガスＸに含まれるＮＯｘのうちＮＯがＯ、ＯＨ、Ｏ３等の酸化ラジカルの作用で酸化されてＮＯ２が生成される。一般的には、排ガスＸに含まれるＮＯｘのうち９０vol%程度がＮＯである場合が多い。
【００２６】
さらに、放電プラズマ反応部４の内部において、排ガスＸに含まれる炭化水素が酸化ラジカルの作用で酸化されて部分酸化体［ＣＨＯ］等の化学種が生成される。これらの化学種は、還元分解触媒が存在すると排ガスＸに含まれるNOｘと数百度以上の高温のみならず常温程度の低温においても効率的に還元反応してNOｘを分解することができる。
【００２７】
そこで、放電プラズマ反応部４よりも下流に設けられたＮＯｘ還元触媒部５には、放電プラズマ反応部４の内部に生成された化学種に対応したNOｘを還元分解する窒素酸化物（ＮＯｘ）還元触媒８が設けられる。
【００２８】
図２は図１に示す排ガス浄化システム１の放電プラズマ反応部４およびＮＯｘ還元触媒部５におけるＮＯｘの還元分解を表す図である。
【００２９】
排ガスＸに含まれるＮＯｘは一般にはＮＯが９０vol％程度を占める。さらに、排ガスＸに炭化水素（ＣｘＨｙ）が含まれると、放電プラズマ反応部４における放電プラズマに伴い発生した酸化ラジカルの作用により、ＮＯとＣｘＨｙとは酸化されてＮＯ２および部分酸化体［ＣＨＯ］等の化学種が生成される。
【００３０】
放電プラズマ反応部４において生成された化学種は、ＮＯｘ還元触媒部５に移動して触媒反応活性種として作用する。ＮＯｘ還元触媒部５において、ＮＯ２と［ＣＨＯ］とから有機ニトロ化合物［ＣＨＯＮ］ｅｔｃが生成される。そして、この［ＣＨＯＮ］ｅｔｃとＮＯｘ（ＮＯ／ＮＯ２）とが反応して、Ｎ２、ＣＯｘおよびＨ２Ｏが生成されてＮＯｘは還元分解される。
【００３１】
NOｘの還元分解触媒としては、例えばＮ２Ｏの副生を伴わないγ−アルミナが挙げられる。NOｘの還元分解触媒として従来使用されるPt等の貴金属を担持させた三元触媒を用いるとＮＯｘの分解において有害なＮ２Ｏが発生するが、γ−アルミナを使用すると、このＮ２Ｏの発生量を低減させることができる。
【００３２】
次に、排ガス浄化システム１の放電プラズマ反応部４および放電プラズマ発生用電源６の詳細構成について説明する。
【００３３】
図３は、図１に示す放電プラズマ反応部４と放電プラズマ発生用電源６の詳細構成の一例を示す図である。
【００３４】
排ガスＸが流れる管状の排ガス管３上には、放電プラズマ反応部４が設けられる。さらに、放電プラズマ反応部４は、例えば筒状の筒状電極１０内部にブロック形状のフィルタ構造体７が設けられる一方、筒状電極１０の側面には絶縁材で構成されるコネクタ１１が設けられて構成される。さらに、フィルタ構造体７の内部には放電プラズマ反応部４の長手方向を向く柱状の電極棒１２が設けられる。
【００３５】
そして、放電プラズマ発生用電源６の一方の極、例えば高電圧極側は電気ケーブル１３を介してコネクタ１１に接続される。さらに、コネクタ１１とフィルタ構造体７の内部の電極棒１２とが電気ケーブル１３を介して接続される。
【００３６】
また、放電プラズマ発生用電源６の他方の極、例えば接地極側は電気ケーブル１３を介して放電プラズマ反応部４の筒状電極１０に接続されるとともに接地される。すなわち、筒状電極１０は接地電極として機能する。
【００３７】
放電プラズマ発生用電源６としては、例えば電源の一次側の入力として、AC１００V、２００V、４００Vでφ５０Hz、６０Hzの交流電源あるいはDC１２V、２４Vのバッテリ等の直流電源が使用され、例えば電源の二次側の出力電圧として、パルス状（正極性、負極性、正負の両極性）、交流状（正弦波、断続正弦波）の出力電圧のものが使用される。
【００３８】
図４は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６により放電プラズマ反応部４に印加される電圧波形の一例を示す図である。
【００３９】
図４において縦軸は放電プラズマ発生用電源６が出力する電圧の値、横軸は時間を示す。図４中の曲線２０は放電プラズマ発生用電源６の出力電圧波形２０を示す。
【００４０】
図４の出力電圧波形２０に示すように放電プラズマ発生用電源６からは所要の大きさの出力電圧Ｅが所要の出力周波数λで放電プラズマ反応部４の高電圧極側の電極棒１２に印加される。放電プラズマ反応部４の電極棒１２に印加される電圧は例えば数ｋVから数十ｋV程度とされる。
【００４１】
放電プラズマ発生用電源６が電極棒１２に印加する出力電圧Ｅの大きさと出力周波数λとは、入力信号Ｙに基づいて変更可能に設定される。すなわち、放電プラズマ発生用電源６は入力信号Ｙに基づいて放電プラズマ反応部４に出力する出力電圧Ｅと出力周波数λを制御することができる。
【００４２】
このため、放電プラズマ発生用電源６から入力信号Ｙに基づいて出力される出力周波数λの出力電圧波形２０の出力電圧Ｅが接地電極である筒状電極１０と高電圧極側の電極棒１２との間に印加されると、電極棒１２から放電プラズマ反応部４の側面に向かう電界とその逆方向に向かう電界とが交互に形成される。この電界の形成に伴って筒状電極１０内部のフィルタ構造体７内部には、放電プラズマ発生用電源６の出力周波数λおよび出力電圧Ｅに応じた放電電力で向きが交互に変化する放電プラズマが生成される。
【００４３】
図５は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６において出力される出力電圧波形２０の出力周波数λと放電プラズマ反応部４に生成された放電プラズマの放電電力との関係の一例を示す図である。
【００４４】
図５において横軸は放電プラズマ発生用電源６の出力周波数λの値、縦軸は放電プラズマ反応部４に生成された放電プラズマの放電電力を示す。図５中の実線２１は放電プラズマ発生用電源６において出力電圧Ｅを一定として出力周波数λを変化させたときに生成された放電プラズマの放電電力との関係を示す周波数依存性直線２１である。
【００４５】
尚、放電プラズマの放電電力の単位は任意単位である。
【００４６】
図５に示す周波数依存性直線２１から放電プラズマ発生用電源６において出力電圧Ｅを一定として出力周波数λを増加させると生成される放電プラズマの放電電力は直線的に増加することが分かる。
【００４７】
図６は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６の出力電圧Ｅと生成された放電プラズマの放電電力との関係の一例を示す図である。
【００４８】
図６において横軸は放電プラズマ発生用電源６の出力電圧Ｅの値、縦軸は放電プラズマ反応部４に生成された放電プラズマの放電電力を示す。図６中の実線２２は放電プラズマ発生用電源６において出力周波数λを一定として出力電圧Ｅを変化させたときに生成された放電プラズマの放電電力との関係を示す電圧依存性曲線２２である。
【００４９】
尚、放電プラズマの放電電力の単位は任意単位である。
【００５０】
図６に示す電圧依存性曲線２２から放電プラズマ発生用電源６において出力周波数λを一定として出力電圧Ｅを増加させると生成される放電プラズマの放電電力は指数関数的に増加することが分かる。
【００５１】
すなわち、放電プラズマ発生用電源６に入力される入力信号Ｙに基づいて例えば図５ないし図６の例に示す関係から出力電圧Ｅおよび出力周波数λの一方あるいは双方を制御することにより所要の放電電力の放電プラズマを放電プラズマ反応部４に生成させることができる。
【００５２】
さらに放電プラズマ反応部４において放電プラズマが生成されると排ガスＸとの反応により放電プラズマの放電電力に応じた量のＯ、ＯＨ、Ｏ３等の酸化ラジカルが生成される。
【００５３】
図７は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６から放電プラズマ反応部４に入した放電電力と放電プラズマ反応部４において発生したＯ３の量との関係の一例を示す図である。
【００５４】
図７において横軸は、放電プラズマ発生用電源６から放電プラズマ反応部４に入力した放電電力、縦軸は放電プラズマ反応部４において発生したＯ３の量を示す。図７中の●印は、放電プラズマ発生用電源６から放電プラズマ反応部４に放電電力を変化させて入力したときに放電プラズマ反応部４において発生したＯ３の量を示し、実線２３は放電プラズマ反応部４において発生するＯ３の量の放電電力に対する依存性を示す放電電力依存性直線２３である。
【００５５】
尚、図７のデータは放電プラズマ反応部４における排ガスＸに含まれる酸素Ｏ２の量を１５vol％、温度を１５０℃とした場合におけるデータであり、Ｏ３等のガスの量の単位は任意単位である。
【００５６】
図７の●印および放電電力依存性直線２３から放電プラズマ発生用電源６から放電プラズマ反応部４に入力した放電電力を増加させると放電プラズマ反応部４において発生するＯ３の量は直線的に増加することが分かる。
【００５７】
さらに、放電プラズマ発生用電源６の出力電圧Ｅおよび出力周波数λの各値が異なっても放電電力が一定であれば放電プラズマ反応部４において発生するＯ３の量はほぼ一定であることが分かる。
【００５８】
放電プラズマ反応部４においてＯ３等の酸化ラジカルが生成されると、生成された酸化ラジカルにより排ガスＸに含まれるＮＯが酸化されてＮＯ２となるため、排ガスＸに含まれるＮＯの量は低減される。このため、放電プラズマ反応部４における排ガスＸ中のＮＯの低減量は酸化ラジカルの生成量に依存する。放電プラズマ反応部４における酸化ラジカルの生成量はさらに、放電プラズマ発生用電源６の放電電力に依存するため、ＮＯの低減量も放電プラズマ発生用電源６の放電電力に依存する。
【００５９】
図８は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６から放電プラズマ反応部４に入した放電電力と放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量との関係の一例を示す図である。
【００６０】
図８において横軸は、放電プラズマ発生用電源６から放電プラズマ反応部４に入力した放電電力、縦軸は放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量を示す。図８中の●印は、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度が２００ｐｐｍである場合において放電プラズマ発生用電源６の放電電力を変化させたときのＮＯの低減量を示すデータであり、○印は、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度が１００ｐｐｍである場合において放電プラズマ発生用電源６の放電電力を変化させたときのＮＯの低減量を示すデータである。
【００６１】
また、図８中の実線２４は、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度が２００ｐｐｍである場合の各データ（●印）を結んで得られたＮＯ低減量データ２４を示し、点線２５は、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度が１００ｐｐｍである場合の各データ（○印）を結んで得られたＮＯ低減量データ２５を示す。
【００６２】
図８中の●印および実線２４によれば、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を０（Ｗｈ／Ｎｍ３）から増加させた場合、放電電力の増加に伴ってＮＯ低減量も直線的に増加するが、ＮＯ低減量が２００ｐｐｍに近づくと放電電力を増加させてもＮＯ低減量の増加量は減少することが分かる。
【００６３】
同様に○印および点線２５によれば、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を０（Ｗｈ／Ｎｍ３）から増加させた場合、放電電力の増加に伴ってＮＯ低減量も直線的に増加するが、ＮＯ低減量が１００ｐｐｍに近づくとＮＯ低減量の増加量は減少し、さらにＮＯ低減量が増加して１００ｐｐｍとなると放電電力を増加させてももはやＮＯ低減量は増加しないことが分かる。
【００６４】
すなわち、図７に示すように放電プラズマ発生用電源６の放電電力を増加させるとＯ３等の酸化ラジカルの生成量が直線的に増加するため、ＮＯ低減量も直線的に増加するが、ＮＯ低減量が放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度を超えて増加することはないということが図８から分かる。
【００６５】
さらに、図８から、放電プラズマ反応部４のＮＯ低減量が、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度程度となった場合には、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を増加させても、増加させた放電電力はＮＯの低減には寄与せずに損失されるため、放電電力を小さくすることが望ましいことが分かる。
【００６６】
一方、図８によれば、ＮＯ低減量が１００ｐｐｍ以下となる場合には、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度が１００ｐｐｍであっても２００ｐｐｍであっても同じ放電電力で同程度のＮＯ低減量が得られることが分かる。
【００６７】
このため、放電プラズマ反応部４のＮＯ低減量が、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度よりも十分に小さい場合には、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度とは無関係に放電プラズマ発生用電源６からより大きい放電電力を放電プラズマ反応部４に入力することによりＮＯ低減量を増加させることができるということが分かる。
【００６８】
放電プラズマ反応部４において酸化ラジカルにより排ガスＸに含まれるＮＯは酸化されてＮＯ２となり、酸化されずに残ったＮＯとともにＮＯｘ還元触媒部５に導かれて還元分解されることによりＮＯｘが最終的に浄化される。
【００６９】
図９は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６の放電電力と放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量との関係の一例を示す図であり、図１０は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６の放電電力と排ガス浄化システム１におけるＮＯｘの低減量との関係の一例を示す図である。
【００７０】
図９において横軸は、放電プラズマ発生用電源６の放電電力、縦軸は放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量を示す。図９中の○印は、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を変化させたときの放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量を示すデータであり、実線２６はＮＯの低減量のデータ（○印）から得られるＮＯ低減量データ直線２６である。
【００７１】
また、図１０において横軸は、放電プラズマ発生用電源６の放電電力、縦軸は排ガス浄化システム１におけるＮＯｘの低減量を示す。図１０中の●印は、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を変化させたときの、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが還元分解された後のＮＯｘの低減量を示すデータであり、○印は、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが還元分解される前の例えば放電プラズマ反応部４におけるＮＯｘの低減量を示すデータである。
【００７２】
また、図１０において実線２７は、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが還元分解された後のＮＯｘの低減量を示す各データ（●印）から得られるＮＯ低減量データ直線２７であり、点線２８は、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが還元分解される前のＮＯｘの低減量を示す各データ（○印）から得られるＮＯ低減量データ直線２８である。
【００７３】
尚、図９および図１０の各のデータ（●印、○印）およびＮＯ低減量データ直線２７、２８は、排ガス温度が３００℃の場合におけるデータであり、放電プラズマ発生用電源６の放電電力は、放電電力を増加させたときにＮＯ低減量ないしＮＯｘ低減量が直線的に増加する範囲の放電電力である。
【００７４】
このため、図９に示すように放電プラズマ発生用電源６の放電電力の増加に伴ってＮＯ低減量は直線的に増加する。
【００７５】
一方、図１０の○印および点線で示されるＮＯ低減量データ直線２８によれば、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが還元分解される前のＮＯｘの低減量はほぼゼロである。すなわち、放電プラズマ反応部４において酸化ラジカルの作用によりＮＯの量は低減されるが、ＮＯ低減量に相当する量のＮＯ２が生成されため、ＮＯｘ全体の量はおおよそ同程度であることが分かる。
【００７６】
さらに、図１０の●印および実線で示されるＮＯ低減量データ直線２７によれば、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが還元分解された後のＮＯｘの低減量は放電プラズマ発生用電源６の放電電力の増加に伴って直線的に増加している。
【００７７】
すなわち、放電プラズマ反応部４におけるＮＯ低減量を増加させることによりＮＯ２の生成量を増加させてＮＯｘに含まれるＮＯ２の比率を増加させると、ＮＯｘ還元触媒部５において還元分解されるＮＯｘの量が増加し、ＮＯｘ全体の低減量を直線的に増加させることができるということが分かる。
【００７８】
従って、排ガスＸに含まれるＮＯの量がＮＯ低減量よりも多く、放電プラズマ発生用電源６の放電電力の増加に伴ってＮＯ低減量が直線的に増加する場合には、放電電力の増加させてＮＯｘ低減量を増加させる一方、排ガスＸに含まれるＮＯの量がＮＯ低減量程度であり、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を増加させてもＮＯ低減量およびＮＯｘ低減量が顕著に増加しない場合には放電電力を減少させることにより低出力の放電電力で効率的により多くのＮＯｘを分解処理して排ガスＸを浄化することができる。
【００７９】
さらに、排ガスＸに含まれるＮＯｘあるいはＮＯの量に加えてその他の排ガスＸの条件によっても最適な放電プラズマ発生用電源６の放電電力量は依存する。
【００８０】
そこで、放電プラズマ発生用電源６には、排ガスＸの条件に応じて放電電力量を制御するための入力信号Ｙが入力され、入力された入力信号Ｙに基づいて、出力電圧Ｅおよび出力周波数λの一方あるいは双方が制御されてより最適な放電電力が放電プラズマ反応部４に投入されるように構成される。
【００８１】
次に、放電プラズマ発生用電源６に入力される入力信号Ｙの決定方法について説明する。
【００８２】
放電プラズマ反応部４において生成される酸化ラジカルの量は、排ガスＸの単位流量あたりの放電電力に比例する。このため、排ガスＸの単位流量あたりの放電電力を増加させると酸化ラジカルの生成量とともにＮＯの低減量が増加する。排ガスＸの単位流量あたりの放電電力は、排ガスＸの流量と放電電力とから決まるため、最適な放電電力は排ガスＸの流量に依存することとなる。
【００８３】
すなわち、ＮＯの低減量が放電プラズマ反応部４の入口におけるＮＯの濃度よりも十分に小さい場合には、放電電力が大きい程、排ガスＸの単位流量あたりの放電電力も大きくなり、酸化ラジカルの生成量とともにＮＯの低減量が増加する。
【００８４】
しかし、ＮＯの低減量が放電プラズマ反応部４の入口におけるＮＯの濃度付近となるために必要な放電電力は排ガスＸの流量が多い程大きくなる一方、排ガスＸの流量が少ない程小さくなる。
【００８５】
このため、排ガス流量を入力信号Ｙとすることにより、排ガス流量に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【００８６】
尚、排ガス流量は、エンジン２の回転数から求めることができる。
【００８７】
図１１は、エンジン２の回転数とエンジン２から排出される排ガス流量の関係の一例を示す図である。
【００８８】
図１１において横軸はエンジン２の回転数、縦軸はエンジン２から排出される排ガス流量を示す。図１１において●印は、エンジン２の各回転数におけるエンジン２から排出された排ガス流量値を示し、実線２９は各データ（●印）から得られた排ガス流量データ直線２９である。
【００８９】
図１１の排ガス流量データ直線２９に示すように、エンジン２の回転数とエンジン２から排出される排ガス流量は直線的な関係にあり、排ガス流量データ直線に基づいてエンジン２の回転数から排ガス流量を得ることができる。
【００９０】
このため、排ガス流量の代わりに計測が容易なエンジン２の回転数を入力信号Ｙとすることにより、排ガス流量に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【００９１】
また、排ガス浄化システム１におけるＮＯｘの低減率はエンジン２から排出される排ガスＸの温度に依存する。
【００９２】
図１２は、排ガス浄化システム１において排ガスＸに含まれるＮＯｘを分解したときのＮＯｘの低減率と排ガスＸの温度の関係の一例を示す図である。
【００９３】
図１２において、縦軸はＮＯｘの低減率、横軸は排ガスＸの温度（℃）を示す。
【００９４】
また、図１２中の点線３０ａは、排ガス浄化システム１において放電プラズマ発生用電源６の放電電力をゼロとしたときのすなわちＮＯｘ還元触媒部５のみの作用によりＮＯｘを分解したときのＮＯｘの低減率と排ガスＸの温度の関係を示すＮＯｘ低減曲線３０ａであり、各実線３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは排ガス浄化システム１において放電電力を各値に設定したときのすなわち放電プラズマ反応部４における放電によるＮＯの酸化とＮＯｘ還元触媒部５における還元を併用したときのＮＯｘの低減率と排ガスＸの温度の関係を示すＮＯｘ低減曲線３０ｂ，３０ｃ，３０ｄである。
【００９５】
尚、実線で示す各ＮＯｘ低減曲線３０ｂ，３０ｃ，３０ｄのうち、ＮＯｘ低減率がより大きい値を示すＮＯｘ低減曲線３０ｄ，３０ｃは、ＮＯｘ低減率がより小さい値を示すＮＯｘ低減曲線３０ｃ，３０ｂよりも放電プラズマ発生用電源６の放電電力を大きく設定した場合のデータである。
【００９６】
図１２に示すように放電プラズマ発生用電源６の各放電電力に無関係にＮＯｘ低減率は排ガス温度に依存して増加するが、放電電力が小さい程、その勾配は排ガス温度とともに増加することが分かる。一方、放電プラズマ発生用電源６の放電電力が大きくにつれて、ＮＯｘ低減率は排ガス温度に依存しておおよそ直線的に増加することが分かる。
【００９７】
すなわち、排ガス温度が高い程、放電プラズマ発生用電源６の各放電電力におけるＮＯｘ低減率の差が小さくなり、排ガス温度が低い程、各放電電力におけるＮＯｘ低減率の差が大きくなることが分かる。
【００９８】
例えば、図１２において排ガス温度が２００℃付近においては、放電電力の増加に伴ってＮＯｘ低減率が顕著に増加するが、４５０℃付近においては、放電電力を増加させてもＮＯｘ低減率は同様な値となる。
【００９９】
従って、排ガス温度が低い場合には、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を増加させることがＮＯｘ低減に効果的であるが、排ガス温度が高い場合には、放電電力を増加させてもＮＯｘ低減率への効果が少ないため、放電電力の増加を抑制するかあるいは減少させることがより効率的となることが分かる。
【０１００】
このため、排ガス温度を放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、排ガス温度に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１０１】
尚、排ガス温度は、エンジン回転数あるいはエンジントルクから求めることができる。
【０１０２】
図１３は、エンジン２の速度条件とエンジン２から排出される排ガス温度の関係の一例を示す図である。
【０１０３】
図１３において横軸は、自動車の速度を示し、縦軸はエンジン２から排出される排ガスＸの温度を示す。図１３中の●印は、自動車の各速度における排ガス温度のデータであり、実線３１ａは各排ガス温度のデータ（●印）から得られる排ガス温度直線３１ａである。
【０１０４】
図１３の排ガス温度直線３１ａに示すように自動車の速度と排ガス温度とは直線的な関係にあることが分かる。自動車の速度はエンジン２の回転数に比例するため、エンジン２の回転数と排ガス温度とは、ほぼ直線的な関係にあることとなる。
【０１０５】
一方、エンジントルクを変化させると、例えばエンジントルクを大きくすると点線で示す排ガス温度直線３１ｂが得られることが知られる。すなわち、エンジントルクを排ガス温度もおおよそ直線的な関係にあることが分かる。
【０１０６】
従って、エンジン回転数あるいはエンジントルクから排ガス温度を求めることができる。
【０１０７】
このため、排ガス温度に代えて計測が容易なエンジン回転数あるいはエンジントルクを放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、排ガス温度に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１０８】
また、排ガス浄化システム１におけるＮＯの低減量が、放電プラズマ反応部４の入口におけるＮＯ濃度と同等となったときには、放電プラズマ発生用電源６の放電電力の増加を抑制させることが必要である。
【０１０９】
このため、排ガスＸに含まれるＮＯ濃度を放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、ＮＯ濃度に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１１０】
また、排ガス浄化システム１の放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量は、排ガスＸに含まれるＮＯｘ還元剤であるプロピレン（Ｃ３Ｈ６）等の炭化水素の濃度に依存する。
【０１１１】
図１４は、排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６濃度と放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量との関係の一例を示す図である。
【０１１２】
図１４において、横軸は排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６濃度、縦軸は放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量を示す。図１４中の●印は、各Ｃ３Ｈ６濃度におけるＮＯ低減量のデータであり、実線３２は各ＮＯ低減量のデータ（●印）から得られるＮＯ低減量曲線３２である。
【０１１３】
尚、各ＮＯ低減量のデータ（●印）は、放電電力を一定とし、排ガス温度を１５０℃、ＮＯ濃度の低減前の初期濃度を２００ｐｐｍとしたときのデータである。
【０１１４】
図１４のＮＯ低減量曲線３２に示すように排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６濃度と放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量とは、放電電力や排ガス温度等の条件が一定であれば、比例することが分かる。
【０１１５】
従って、排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６濃度に応じて、ＮＯの低減量が放電プラズマ反応部４の入口におけるＮＯ濃度と同等となるときの放電プラズマ発生用電源６の放電電力が決まることとなる。
【０１１６】
すなわち、排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６濃度が大きい程、より小さい放電プラズマ発生用電源６の放電電力でＮＯの低減量が放電プラズマ反応部４の入口におけるＮＯ濃度と同等となり、より小さい放電電力量において増加を抑制する必要が生じる。
【０１１７】
このため、排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６量等の炭化水素量を放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、ＮＯの低減量を効率的に増加させてより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１１８】
尚、エンジン２から排出される排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６等の炭化水素の量は、エンジン２に供給される空気と燃料の比率である空燃比に依存する。
【０１１９】
図１５は、一般的なエンジン２の空燃比と排ガスＸに含まれる炭化水素量の関係を示す図である。
【０１２０】
図１５において、横軸はエンジン２の空燃比を示し、縦軸は排ガスＸに含まれる炭化水素量を示す。図１５中の実線３３は、エンジン２の空燃比と排ガスＸに含まれる炭化水素量の関係を示す炭化水素量曲線３３である。
【０１２１】
図１５に示す炭化水素量曲線３３からエンジン２の空燃比が大きい程、すなわち空気に含まれる燃料が少ないリーン領域においては、排ガスＸに含まれる炭化水素量は減少する。逆に、エンジン２の空燃比が小さい程、すなわち空気に含まれる燃料の量が多いリッチ領域においては、排ガスＸに含まれる炭化水素量は増加する。
【０１２２】
図１５の炭化水素量曲線３３からエンジン２の空燃比が分かれば排ガスＸに含まれる炭化水素量を得ることができる。
【０１２３】
従って、排ガスＸに含まれる炭化水素量に代えてエンジン２の空燃比を放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、炭化水素量に応じたＮＯ低減量が得られた場合に適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１２４】
また、排ガス浄化システム１におけるＮＯｘの低減率、すなわちＮＯの低減量は排ガスＸに含まれるＮＯｘの濃度に応じて適切な放電プラズマ発生用電源６の放電電力量が決定される。排ガスＸに含まれるＮＯの濃度は、ＮＯｘの濃度に依存する。そして、放電プラズマ反応部４において、ＮＯ低減量が放電プラズマ反応部４の入口におけるＮＯ濃度と同等となったときに放電プラズマ発生用電源６の放電電力の増加を抑制させる必要がある。
【０１２５】
従って、排ガスＸに含まれるＮＯｘの濃度を放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、ＮＯｘ濃度に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１２６】
尚、排ガスＸに含まれるＮＯｘの濃度は、エンジン回転数あるいはエンジントルクから求めることができる。
【０１２７】
図１６は、エンジン２の速度条件とエンジン２から排出される排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度の関係の一例を示す図である。
【０１２８】
図１６において横軸は、自動車の速度を示し、縦軸はエンジン２から排出される排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度を示す。図１６中の●印は、自動車の各速度におけるＮＯｘ濃度のデータであり、実線３４ａは各ＮＯｘ濃度のデータ（●印）から得られるＮＯｘ濃度曲線３４ａである。
【０１２９】
図１６のＮＯｘ濃度曲線３４ａに示すように自動車の速度が増加するにつれて排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度は増加することが分かる。自動車の速度はエンジン２の回転数に比例するため、エンジン２の回転数が分かればＮＯｘ濃度曲線３４ａから排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度を求めることができる。
【０１３０】
一方、エンジントルクを変化させると、例えばエンジントルクを大きくすると点線で示すＮＯｘ濃度曲線３４ｂが得られることが知られる。すなわち、エンジントルクが分かればＮＯｘ濃度曲線３４ｂから排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度を求めることができる。
【０１３１】
従って、エンジン回転数あるいはエンジントルクから排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度を求めることができる。
【０１３２】
このため、排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度に代えて計測が容易なエンジン回転数あるいはエンジントルクを放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、ＮＯｘ濃度に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１３３】
尚、放電プラズマ発生用電源６に入力する入力信号Ｙは、エンジン２から放電プラズマ発生用電源６に直接入力する構成、別途信号入力手段を設けて、この信号入力手段から放電プラズマ発生用電源６に入力信号Ｙを入力する構成、あるいはエンジン２と信号入力手段の双方から入力信号Ｙを放電プラズマ発生用電源６に入力する構成のいずれであってもよい。
【０１３４】
信号入力手段から放電プラズマ発生用電源６に入力信号Ｙを入力する場合、排ガスＸの温度を計測する温度計、排ガス流量を計測する流量計、排ガスＸに含まれる所要の成分の濃度あるいは量を計測する濃度計等の各種計測装置を排ガス管３に設けることにより入力信号Ｙを設定することができる。
【０１３５】
次に排ガス浄化システム１の作用について説明する。
【０１３６】
エンジン２においてPMないしＮＯｘを含む排ガスＸが生成され、この排ガスＸは排ガス管３を介して放電プラズマ反応部４のフィルタ構造体７の内部に導かれる。
【０１３７】
このとき、エンジン２のエンジン回転数あるいはエンジントルク、空燃比等のエンジン２の運転条件が入力信号Ｙとして放電プラズマ発生用電源６に定常的に入力される。
【０１３８】
そして、放電プラズマ発生用電源６はエンジン２から入力された入力信号Ｙに基づいて、排ガスＸの浄化に最適な放電電力となるような出力電圧Ｅおよび出力周波数λを定常的に設定してフィルタ構造体７内に設けられた高電圧極側の電極棒１２に正極性の出力電圧Ｅと負極性の出力電圧Ｅを交互に印加する。
【０１３９】
このため、フィルタ構造体７を覆う接地電極側の筒状電極１０と高電圧極側の電極棒１２との間に、電界が形成されるとともに放電プラズマが発生する。そして、フィルタ構造体７のPM捕捉機能に加え、フィルタ構造体７の内部に形成された電界による電気集塵的機能により排ガスＸに含まれるPMは、フィルタ構造体７の内部に捕捉される。
【０１４０】
また、放電プラズマ反応部４には、放電プラズマの作用によりＯ、ＯＨ、Ｏ３等の酸化ラジカルが生成される。そして、この酸化ラジカルの作用によりフィルタ構造体７に捕捉されたPMに含まれる炭素等の物質は逐次二酸化炭素ＣＯ２へ燃焼処理されて、フィルタ構造体７のPM捕捉機能は再生されるとともに、排ガスＸに含まれるＮＯｘのうちＮＯが酸化されてＮＯ２となってＮＯ濃度が低減される。
【０１４１】
さらに、このとき放電プラズマ発生用電源６の放電電力はエンジン２から入力された入力信号Ｙに基づいて、放電プラズマ反応部４内におけるＮＯ低減量が、放電プラズマ反応部４入口におけるＮＯ濃度と同等程度となるために必要な最小の放電電力となるように定常的に制御される。
【０１４２】
また、放電プラズマ反応部４の内部において、排ガスＸに含まれる炭化水素が酸化ラジカルの作用で酸化されて部分酸化体［ＣＨＯ］等の化学種が生成される。
【０１４３】
そして、排ガスＸはPMを除去されかつ生成されたＮＯ２、酸化されずに残留したＮＯおよび化学種等の成分を含んだ状態で排ガス管３を介してＮＯｘ還元触媒部５に導かれる。
【０１４４】
ＮＯｘ還元触媒部５には、放電プラズマ反応部４に生成された化学種に対応したＮＯｘを還元分解する還元分解触媒が設けられているため、ＮＯｘ還元触媒部５において排ガスＸに含まれるＮＯｘが還元分解され処理される。
【０１４５】
そして、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが処理されて浄化された排ガスＸは排ガス浄化システム１の外部に排出される。
【０１４６】
すなわち排ガス浄化システム１は、排ガスＸに含まれるPMを捕捉するためにフィルタ構造体７内部に電界を形成し、フィルタ構造体７のPM捕捉機能に加えて電気集塵的機能によりPMを捕捉し、かつ捕捉されたPMを温度に依存しない放電プラズマにより加熱することなく燃焼処理してフィルタ構造体７のPM捕捉機能を再生させる構成である。
【０１４７】
また、排ガス浄化システム１は、放電プラズマ反応部４よりも下流にＮＯｘの還元分解触媒を具備するＮＯｘ還元触媒部５を設ける一方、放電プラズマ反応部４でＮＯより還元分解触媒と反応性の高いＮＯ２に変換するとともに［ＣＨＯ］等の化学種を生成し、ＮＯｘ還元触媒部５において排ガスＸからＮＯｘを加熱することなく還元分解して除去する構成である。
【０１４８】
さらにこのとき、放電プラズマ反応部４に印加される放電プラズマ発生用電源６の放電電力をエンジン２の運転状態に伴って変動する排ガスＸの量、温度、成分等の条件に応じて設定された入力信号Ｙにより制御することにより、適切な放電電力で排ガスＸを浄化させる構成である。
【０１４９】
排ガス浄化システム１では、排ガスＸに含まれるPMをフィルタ構造体７で捕捉しかつ温度変化の影響をうけにくい放電プラズマの作用により高温のみならず低温においても継続的かつ高効率に燃焼処理することができる。
【０１５０】
また、排ガス浄化システム１において、排ガスＸの温度あるいは成分等を測定する代わりに、測定が容易なエンジンのエンジン回転数やエンジントルクを計測することにより、より容易に入力信号を設定することができる。
【０１５１】
また、放電プラズマの作用で、NOｘと低温においても還元反応する化学種が生成されるため、ＮＯｘ還元触媒部５を設けることによりPMに加えてNOｘを加熱することなく低温であっても還元分解することができる。
【０１５２】
さらに、排ガス浄化システム１では、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を排ガスＸの量、温度、成分等の条件に応じて設定された入力信号Ｙにより最適制御するため、過剰な放電電力を低減させてより適切かつ安価な放電電力で効率的に排ガスＸを浄化させることができる。
【０１５３】
尚、排ガス浄化システム１の放電プラズマ発生用電源６の入力信号の設定方法は、排ガスＸの量、温度、成分等の条件あるいはエンジンの運転条件等の条件のうち任意の条件を一定とみなして考慮せずに、任意の条件についてのみ考慮して入力信号を設定する方法としてもよい。
【０１５４】
また、排ガス浄化システム１の放電プラズマ反応部４において、接地電極側と高電圧極側電極の電極を置き換えてもよく、かつフィルタ構造体７、電極の形状および数は任意である。
【０１５５】
また、放電プラズマ反応部４に発生させる放電プラズマを、電子温度のみが高い低温プラズマとすることにより、排ガスＸを加熱することなく放電プラズマを発生させることがきる。低温プラズマを使用すれば、放電プラズマ反応部４に投入する電力が放電プラズマ反応部４の内部の電子のエネルギに利用され、中性分子あるいはイオンの熱エネルギとして利用されない。このため、エネルギ損失を低減させより低出力の電力で電子を活性化させ、より多くの酸化ラジカルを生成することができる。
【０１５６】
また、排ガス浄化システム１においてフィルタ構造体７の材料をNOｘの還元分解触媒とする構成あるいはフィルタ構造体７にNOｘの還元分解触媒を担持させる構成としてもよい。
【０１５７】
【発明の効果】
本発明に係る排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法においては、自動車等の動力源として使用されるエンジンから運転条件に応じて変動して排出され、粒子状物質、窒素酸化物等の有害物質を含む排ガスから有害物質を加熱することなく低温でより効率的かつ低出力の電力で安価に除去し、排ガスを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システムの実施の形態を示す構成図。
【図２】図１に示す排ガス浄化システムの放電プラズマ反応部およびＮＯｘ還元触媒部におけるＮＯｘの還元分解を表す図。
【図３】図１に示す放電プラズマ反応部と放電プラズマ発生用電源の詳細構成の一例を示す図。
【図４】図１に示す放電プラズマ発生用電源により放電プラズマ反応部に印加される電圧波形の一例を示す図。
【図５】図１に示す放電プラズマ発生用電源において出力される電圧波形の周波数と放電プラズマ反応部に生成された放電プラズマの放電電力との関係の一例を示す図。
【図６】図１に示す放電プラズマ発生用電源の出力電圧と生成された放電プラズマの放電電力との関係の一例を示す図。
【図７】図１に示す放電プラズマ発生用電源から放電プラズマ反応部に入した放電電力と放電プラズマ反応部において発生したＯ３の量との関係の一例を示す図。
【図８】図１に示す放電プラズマ発生用電源から放電プラズマ反応部に入した放電電力と放電プラズマ反応部におけるＮＯの低減量との関係の一例を示す図。
【図９】図１に示す放電プラズマ発生用電源の放電電力と放電プラズマ反応部におけるＮＯの低減量との関係の一例を示す図。
【図１０】図１に示す放電プラズマ発生用電源の放電電力と排ガス浄化システムにおけるＮＯｘの低減量との関係の一例を示す図。
【図１１】エンジンの回転数とエンジンから排出される排ガス流量の関係の一例を示す図。
【図１２】排ガス浄化システムにおいて排ガスに含まれるＮＯｘを分解したときのＮＯｘの低減率と排ガスの温度の関係の一例を示す図。
【図１３】エンジンの速度条件とエンジンから排出される排ガス温度の関係の一例を示す図。
【図１４】排ガスに含まれるＣ３Ｈ６濃度と放電プラズマ反応部におけるＮＯの低減量との関係の一例を示す図。
【図１５】一般的なエンジンの空燃比と排ガスに含まれる炭化水素量の関係を示す図。
【図１６】エンジンの速度条件とエンジンから排出される排ガスに含まれるＮＯｘ濃度の関係の一例を示す図。
【符号の説明】
１ 排ガス浄化システム
２ エンジン
３ 排ガス管
４ 放電プラズマ反応部
５ ＮＯｘ還元触媒部
６ 放電プラズマ発生用電源
７ フィルタ構造体
８ 窒素酸化物（ＮＯｘ）還元触媒
１０ 筒状電極
１１ コネクタ
１２ 電極棒
１３ 電気ケーブル
２０ 出力電圧波形
２１ 周波数依存性直線
２２ 電圧依存性曲線
２３ 放電電力依存性直線
２４ ＮＯ低減量データ
２５ ＮＯ低減量データ
２６ ＮＯ低減量データ直線
２７ ＮＯ低減量データ直線
２８ ＮＯ低減量データ直線
２９ 排ガス流量データ直線
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ ＮＯｘ低減曲線
３１ａ，３１ｂ 排ガス温度直線
３２ ＮＯ低減量曲線
３３ 炭化水素量曲線
３４ａ，３４ｂ ＮＯｘ濃度曲線
Ｘ 排ガス
Ｙ 入力信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に使用されるエンジンから排出され、粒子状物質、窒素酸化物等の有害物質を含む排ガスから有害物質を除去して浄化する排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジン等の排ガス発生源から排出された排ガスから粒子状物質（PM；Particulate Matter）、窒素酸化物（NOｘ）等の有害物質を浄化するための排ガス浄化装置として以下のものがある。
【０００３】
PMを除去するための従来の排ガス浄化装置としては、PMを含む排ガスのガス流路にPMフィルタを設け、このPMフィルタによりPMを捕捉する装置がある。そして、PMフィルタに捕捉されたPMに含まれる炭素等の物質は加熱ヒータにて燃焼除去され、PMフィルタの機能が再生される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、NOｘを除去するための従来の排ガス浄化装置としては、NOｘを含む排ガスのガス流路にNOｘを還元分解する三元触媒を設け、還元分解するように構成された装置がある。この三元触媒には、活性化のためにPt等の貴金属が担持される（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−０６２５５８号公報（第３頁−第５頁、図１）
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−０４５７０１号公報（第３頁−第４頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のPMを除去する排ガス浄化装置においては、PMフィルタに捕捉されたPMに含まれる炭素等の物質を酸素との燃焼反応により除去するため、ガスの温度が６００℃程度となるように加熱する必要がある。
【０００８】
一方、NOｘを除去する従来の排ガス浄化装置においては、還元触媒の動作温度は通常３００℃以上であり、排ガス温度が３００℃以下の温度域では、触媒の活性が低く、十分なＮＯｘの還元による分解ができない。
【０００９】
従って、いずれの排ガス浄化装置においても排ガスを加熱するための外部加熱ヒータ源の追設が必要となり、逆に排ガス温度が、低温（特に２００℃以下）である場合にはPMあるいはNOｘを効率良く除去することができない。
【００１０】
さらに、自動車等の車両に使用されるエンジンから排出される排ガスの量や排ガスに含まれるＮＯｘおよびPMの量は走行条件や運転条件に応じて連続的に変動するため、変動に応じて効率的にＮＯｘおよびPMの浄化を行うことが望まれる。
【００１１】
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、自動車等の車両に使用されるエンジンから運転条件に応じて変動して排出され、粒子状物質、窒素酸化物等の有害物質を含む排ガスから有害物質を加熱することなく低温でより効率的かつ安価に除去し、排ガスを浄化することができる排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る排ガス浄化システムは、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、エンジンから排出された排ガスの排ガス流路に放電プラズマ反応部と窒素酸化物還元触媒とが設けられ、前記放電プラズマ反応部には粒子状物質捕捉機能を有するフィルタ構造体が、前記排ガスを通過可能に設けられる一方、前記放電プラズマ反応部には放電プラズマ発生用電源が接続され、この放電プラズマ発生用電源は入力信号に基づいて出力周波数および出力電圧の少なくとも一方を制御して前記放電プラズマ反応部に電界を形成するとともに放電プラズマを発生し、前記排ガスに含まれる粒子状物質が前記フィルタ構造体の粒子状物質捕捉機能と電界の形成に伴う電気集塵的機能により捕捉され、捕捉された粒子状物質が前記放電プラズマの作用により燃焼処理されて前記フィルタ構造体の粒子状物質捕捉機能が再生されるとともに、前記排ガスに含まれる窒素酸化物が酸化される一方、所要の化学種が生成され、生成された化学種および前記窒素酸化物還元触媒とにより窒素酸化物を還元分解反応させることにより前記排ガスに含まれる窒素酸化物を低減させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る排ガス浄化方法は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、エンジンから排出された排ガスの排ガス流路に粒子状物質捕捉機能を有するフィルタ構造体と窒素酸化物還元触媒とを設けるステップと、入力信号に基づいて出力周波数および出力電圧の少なくとも一方を制御して前記フィルタ構造体内部に電界を形成するとともに放電プラズマを発生させるステップと、前記フィルタ構造体の粒子状物質捕捉機能と電界の形成に伴う電気集塵的機能により前記排ガスに含まれる粒子状物質を捕捉するステップと、捕捉された粒子状物質を前記放電プラズマの作用により燃焼処理して前記フィルタ構造体の粒子状物質捕捉機能を再生させるステップと、前記放電プラズマの作用により前記排ガスに含まれる窒素酸化物を酸化するとともに所要の化学種を生成するステップと、生成された化学種および前記窒素酸化物還元触媒とにより窒素酸化物を還元分解反応させることにより前記排ガスに含まれる窒素酸化物を低減させるステップとを備えることを特徴とする方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明に係る排ガス浄化システムの実施の形態を示す構成図である。
【００１６】
排ガス浄化システム１は、自動車等の動力源に使用されるエンジン２から排出される排ガスＸが流れる排ガス流路の一例としての排ガス管３上に上流側から放電プラズマ反応部４とＮＯｘ還元触媒部５とを直列に設け、さらに放電プラズマ反応部４に放電プラズマ発生用電源６を接続した構成である。
【００１７】
エンジン２の具体例としては、例えば、自動車用エンジン、車両用発電機駆動原動機や船舶推進用原動機等の車載ディーゼルエンジンおよびガソリンエンジン、車両、船舶、航空機等の移動体に搭載される発電用ディーゼルエンジンおよびガソリンエンジン、コージェネレーション（熱電供給）システムや発電システムに用いられる定置型ディーゼルエンジンおよびガスエンジン（ガスモータ）が挙げられる。
【００１８】
そして、これらのエンジン２に燃料として例えばA重油、C重油等の重油、軽油、ガソリン、都市ガス、メタン、プロパンが使用されて粒子状物質（PM；Particulate Matter）やＮＯｘを含む排ガスＸが排出される。
【００１９】
また、放電プラズマ反応部４の内部には、フィルタ構造体７が設けられる。このフィルタ構造体７は、その内部を排ガスＸが流れることができるように構成され、排ガスＸに含まれる有害物質であるＰＭを捕捉する粒子状物質捕捉機能を有する。
【００２０】
フィルタ構造体７の構成例としては、任意形状の単一のフィルタ構造体７の他に、球状、円柱状、円筒状、円盤状等の形状の固体物質であるセラミックペレットを筒状あるいは箱状の容器に複数個充填して開口部を網やフィルタでパッキングした構成、繊維状物質を充填した構成、ハニカム状構造に形成された構成またはモノリス状構造に形成された構造が可能である。
【００２１】
一方、放電プラズマ発生用電源６は、入力信号Ｙに基づいて放電プラズマ反応部４に所要の出力電力を負荷し、放電プラズマ反応部４の内部に電界を形成させるとともに所要の放電電力の放電プラズマを生成させることができる。
【００２２】
そして、放電プラズマ反応部４の内部に形成された電界による電気集塵的機能とフィルタ構造体７の粒子状物質捕捉機能により排ガスＸに含まれるＰＭをフィルタ構造体７内に捕捉させることができる。
【００２３】
尚、フィルタ構造体７は比誘電率が３以上の誘電体で構成することにより、放電プラズマ反応部４に形成される電界をより強くし、電気集塵的機能とともにPMの捕捉効率を向上させることができる。
【００２４】
さらに、放電プラズマ反応部４の内部には放電プラズマによりＯ、ＯＨ、Ｏ３等の酸化ラジカルが生成され、生成された酸化ラジカルの酸化作用によりフィルタ構造体７内に捕捉されたPMが逐次ＣＯ２に酸化処理されてフィルタ構造体７の粒子状物質捕捉機能が再生されるように構成される。
【００２５】
このとき、放電プラズマ反応部４の内部では、排ガスＸに含まれるＮＯｘのうちＮＯがＯ、ＯＨ、Ｏ３等の酸化ラジカルの作用で酸化されてＮＯ２が生成される。一般的には、排ガスＸに含まれるＮＯｘのうち９０vol%程度がＮＯである場合が多い。
【００２６】
さらに、放電プラズマ反応部４の内部において、排ガスＸに含まれる炭化水素が酸化ラジカルの作用で酸化されて部分酸化体［ＣＨＯ］等の化学種が生成される。これらの化学種は、還元分解触媒が存在すると排ガスＸに含まれるNOｘと数百度以上の高温のみならず常温程度の低温においても効率的に還元反応してNOｘを分解することができる。
【００２７】
そこで、放電プラズマ反応部４よりも下流に設けられたＮＯｘ還元触媒部５には、放電プラズマ反応部４の内部に生成された化学種に対応したNOｘを還元分解する窒素酸化物（ＮＯｘ）還元触媒８が設けられる。
【００２８】
図２は図１に示す排ガス浄化システム１の放電プラズマ反応部４およびＮＯｘ還元触媒部５におけるＮＯｘの還元分解を表す図である。
【００２９】
排ガスＸに含まれるＮＯｘは一般にはＮＯが９０vol％程度を占める。さらに、排ガスＸに炭化水素（ＣｘＨｙ）が含まれると、放電プラズマ反応部４における放電プラズマに伴い発生した酸化ラジカルの作用により、ＮＯとＣｘＨｙとは酸化されてＮＯ２および部分酸化体［ＣＨＯ］等の化学種が生成される。
【００３０】
放電プラズマ反応部４において生成された化学種は、ＮＯｘ還元触媒部５に移動して触媒反応活性種として作用する。ＮＯｘ還元触媒部５において、ＮＯ２と［ＣＨＯ］とから有機ニトロ化合物［ＣＨＯＮ］ｅｔｃが生成される。そして、この［ＣＨＯＮ］ｅｔｃとＮＯｘ（ＮＯ／ＮＯ２）とが反応して、Ｎ２、ＣＯｘおよびＨ２Ｏが生成されてＮＯｘは還元分解される。
【００３１】
NOｘの還元分解触媒としては、例えばＮ２Ｏの副生を伴わないγ−アルミナが挙げられる。NOｘの還元分解触媒として従来使用されるPt等の貴金属を担持させた三元触媒を用いるとＮＯｘの分解において有害なＮ２Ｏが発生するが、γ−アルミナを使用すると、このＮ２Ｏの発生量を低減させることができる。
【００３２】
次に、排ガス浄化システム１の放電プラズマ反応部４および放電プラズマ発生用電源６の詳細構成について説明する。
【００３３】
図３は、図１に示す放電プラズマ反応部４と放電プラズマ発生用電源６の詳細構成の一例を示す図である。
【００３４】
排ガスＸが流れる管状の排ガス管３上には、放電プラズマ反応部４が設けられる。さらに、放電プラズマ反応部４は、例えば筒状の筒状電極１０内部にブロック形状のフィルタ構造体７が設けられる一方、筒状電極１０の側面には絶縁材で構成されるコネクタ１１が設けられて構成される。さらに、フィルタ構造体７の内部には放電プラズマ反応部４の長手方向を向く柱状の電極棒１２が設けられる。
【００３５】
そして、放電プラズマ発生用電源６の一方の極、例えば高電圧極側は電気ケーブル１３を介してコネクタ１１に接続される。さらに、コネクタ１１とフィルタ構造体７の内部の電極棒１２とが電気ケーブル１３を介して接続される。
【００３６】
また、放電プラズマ発生用電源６の他方の極、例えば接地極側は電気ケーブル１３を介して放電プラズマ反応部４の筒状電極１０に接続されるとともに接地される。すなわち、筒状電極１０は接地電極として機能する。
【００３７】
放電プラズマ発生用電源６としては、例えば電源の一次側の入力として、AC１００V、２００V、４００Vでφ５０Hz、６０Hzの交流電源あるいはDC１２V、２４Vのバッテリ等の直流電源が使用され、例えば電源の二次側の出力電圧として、パルス状（正極性、負極性、正負の両極性）、交流状（正弦波、断続正弦波）の出力電圧のものが使用される。
【００３８】
図４は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６により放電プラズマ反応部４に印加される電圧波形の一例を示す図である。
【００３９】
図４において縦軸は放電プラズマ発生用電源６が出力する電圧の値、横軸は時間を示す。図４中の曲線２０は放電プラズマ発生用電源６の出力電圧波形２０を示す。
【００４０】
図４の出力電圧波形２０に示すように放電プラズマ発生用電源６からは所要の大きさの出力電圧Ｅが所要の出力周波数λで放電プラズマ反応部４の高電圧極側の電極棒１２に印加される。放電プラズマ反応部４の電極棒１２に印加される電圧は例えば数ｋVから数十ｋV程度とされる。
【００４１】
放電プラズマ発生用電源６が電極棒１２に印加する出力電圧Ｅの大きさと出力周波数λとは、入力信号Ｙに基づいて変更可能に設定される。すなわち、放電プラズマ発生用電源６は入力信号Ｙに基づいて放電プラズマ反応部４に出力する出力電圧Ｅと出力周波数λを制御することができる。
【００４２】
このため、放電プラズマ発生用電源６から入力信号Ｙに基づいて出力される出力周波数λの出力電圧波形２０の出力電圧Ｅが接地電極である筒状電極１０と高電圧極側の電極棒１２との間に印加されると、電極棒１２から放電プラズマ反応部４の側面に向かう電界とその逆方向に向かう電界とが交互に形成される。この電界の形成に伴って筒状電極１０内部のフィルタ構造体７内部には、放電プラズマ発生用電源６の出力周波数λおよび出力電圧Ｅに応じた放電電力で向きが交互に変化する放電プラズマが生成される。
【００４３】
図５は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６において出力される出力電圧波形２０の出力周波数λと放電プラズマ反応部４に生成された放電プラズマの放電電力との関係の一例を示す図である。
【００４４】
図５において横軸は放電プラズマ発生用電源６の出力周波数λの値、縦軸は放電プラズマ反応部４に生成された放電プラズマの放電電力を示す。図５中の実線２１は放電プラズマ発生用電源６において出力電圧Ｅを一定として出力周波数λを変化させたときに生成された放電プラズマの放電電力との関係を示す周波数依存性直線２１である。
【００４５】
尚、放電プラズマの放電電力の単位は任意単位である。
【００４６】
図５に示す周波数依存性直線２１から放電プラズマ発生用電源６において出力電圧Ｅを一定として出力周波数λを増加させると生成される放電プラズマの放電電力は直線的に増加することが分かる。
【００４７】
図６は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６の出力電圧Ｅと生成された放電プラズマの放電電力との関係の一例を示す図である。
【００４８】
図６において横軸は放電プラズマ発生用電源６の出力電圧Ｅの値、縦軸は放電プラズマ反応部４に生成された放電プラズマの放電電力を示す。図６中の実線２２は放電プラズマ発生用電源６において出力周波数λを一定として出力電圧Ｅを変化させたときに生成された放電プラズマの放電電力との関係を示す電圧依存性曲線２２である。
【００４９】
尚、放電プラズマの放電電力の単位は任意単位である。
【００５０】
図６に示す電圧依存性曲線２２から放電プラズマ発生用電源６において出力周波数λを一定として出力電圧Ｅを増加させると生成される放電プラズマの放電電力は指数関数的に増加することが分かる。
【００５１】
すなわち、放電プラズマ発生用電源６に入力される入力信号Ｙに基づいて例えば図５ないし図６の例に示す関係から出力電圧Ｅおよび出力周波数λの一方あるいは双方を制御することにより所要の放電電力の放電プラズマを放電プラズマ反応部４に生成させることができる。
【００５２】
さらに放電プラズマ反応部４において放電プラズマが生成されると排ガスＸとの反応により放電プラズマの放電電力に応じた量のＯ、ＯＨ、Ｏ３等の酸化ラジカルが生成される。
【００５３】
図７は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６から放電プラズマ反応部４に入した放電電力と放電プラズマ反応部４において発生したＯ３の量との関係の一例を示す図である。
【００５４】
図７において横軸は、放電プラズマ発生用電源６から放電プラズマ反応部４に入力した放電電力、縦軸は放電プラズマ反応部４において発生したＯ３の量を示す。図７中の●印は、放電プラズマ発生用電源６から放電プラズマ反応部４に放電電力を変化させて入力したときに放電プラズマ反応部４において発生したＯ３の量を示し、実線２３は放電プラズマ反応部４において発生するＯ３の量の放電電力に対する依存性を示す放電電力依存性直線２３である。
【００５５】
尚、図７のデータは放電プラズマ反応部４における排ガスＸに含まれる酸素Ｏ２の量を１５vol％、温度を１５０℃とした場合におけるデータであり、Ｏ３等のガスの量の単位は任意単位である。
【００５６】
図７の●印および放電電力依存性直線２３から放電プラズマ発生用電源６から放電プラズマ反応部４に入力した放電電力を増加させると放電プラズマ反応部４において発生するＯ３の量は直線的に増加することが分かる。
【００５７】
さらに、放電プラズマ発生用電源６の出力電圧Ｅおよび出力周波数λの各値が異なっても放電電力が一定であれば放電プラズマ反応部４において発生するＯ３の量はほぼ一定であることが分かる。
【００５８】
放電プラズマ反応部４においてＯ３等の酸化ラジカルが生成されると、生成された酸化ラジカルにより排ガスＸに含まれるＮＯが酸化されてＮＯ２となるため、排ガスＸに含まれるＮＯの量は低減される。このため、放電プラズマ反応部４における排ガスＸ中のＮＯの低減量は酸化ラジカルの生成量に依存する。放電プラズマ反応部４における酸化ラジカルの生成量はさらに、放電プラズマ発生用電源６の放電電力に依存するため、ＮＯの低減量も放電プラズマ発生用電源６の放電電力に依存する。
【００５９】
図８は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６から放電プラズマ反応部４に入した放電電力と放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量との関係の一例を示す図である。
【００６０】
図８において横軸は、放電プラズマ発生用電源６から放電プラズマ反応部４に入力した放電電力、縦軸は放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量を示す。図８中の●印は、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度が２００ｐｐｍである場合において放電プラズマ発生用電源６の放電電力を変化させたときのＮＯの低減量を示すデータであり、○印は、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度が１００ｐｐｍである場合において放電プラズマ発生用電源６の放電電力を変化させたときのＮＯの低減量を示すデータである。
【００６１】
また、図８中の実線２４は、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度が２００ｐｐｍである場合の各データ（●印）を結んで得られたＮＯ低減量データ２４を示し、点線２５は、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度が１００ｐｐｍである場合の各データ（○印）を結んで得られたＮＯ低減量データ２５を示す。
【００６２】
図８中の●印および実線２４によれば、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を０（Ｗｈ／Ｎｍ３）から増加させた場合、放電電力の増加に伴ってＮＯ低減量も直線的に増加するが、ＮＯ低減量が２００ｐｐｍに近づくと放電電力を増加させてもＮＯ低減量の増加量は減少することが分かる。
【００６３】
同様に○印および点線２５によれば、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を０（Ｗｈ／Ｎｍ３）から増加させた場合、放電電力の増加に伴ってＮＯ低減量も直線的に増加するが、ＮＯ低減量が１００ｐｐｍに近づくとＮＯ低減量の増加量は減少し、さらにＮＯ低減量が増加して１００ｐｐｍとなると放電電力を増加させてももはやＮＯ低減量は増加しないことが分かる。
【００６４】
すなわち、図７に示すように放電プラズマ発生用電源６の放電電力を増加させるとＯ３等の酸化ラジカルの生成量が直線的に増加するため、ＮＯ低減量も直線的に増加するが、ＮＯ低減量が放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度を超えて増加することはないということが図８から分かる。
【００６５】
さらに、図８から、放電プラズマ反応部４のＮＯ低減量が、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度程度となった場合には、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を増加させても、増加させた放電電力はＮＯの低減には寄与せずに損失されるため、放電電力を小さくすることが望ましいことが分かる。
【００６６】
一方、図８によれば、ＮＯ低減量が１００ｐｐｍ以下となる場合には、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度が１００ｐｐｍであっても２００ｐｐｍであっても同じ放電電力で同程度のＮＯ低減量が得られることが分かる。
【００６７】
このため、放電プラズマ反応部４のＮＯ低減量が、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度よりも十分に小さい場合には、放電プラズマ反応部４の入口における排ガスＸ中のＮＯの濃度とは無関係に放電プラズマ発生用電源６からより大きい放電電力を放電プラズマ反応部４に入力することによりＮＯ低減量を増加させることができるということが分かる。
【００６８】
放電プラズマ反応部４において酸化ラジカルにより排ガスＸに含まれるＮＯは酸化されてＮＯ２となり、酸化されずに残ったＮＯとともにＮＯｘ還元触媒部５に導かれて還元分解されることによりＮＯｘが最終的に浄化される。
【００６９】
図９は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６の放電電力と放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量との関係の一例を示す図であり、図１０は、図１に示す放電プラズマ発生用電源６の放電電力と排ガス浄化システム１におけるＮＯｘの低減量との関係の一例を示す図である。
【００７０】
図９において横軸は、放電プラズマ発生用電源６の放電電力、縦軸は放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量を示す。図９中の○印は、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を変化させたときの放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量を示すデータであり、実線２６はＮＯの低減量のデータ（○印）から得られるＮＯ低減量データ直線２６である。
【００７１】
また、図１０において横軸は、放電プラズマ発生用電源６の放電電力、縦軸は排ガス浄化システム１におけるＮＯｘの低減量を示す。図１０中の●印は、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を変化させたときの、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが還元分解された後のＮＯｘの低減量を示すデータであり、○印は、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが還元分解される前の例えば放電プラズマ反応部４におけるＮＯｘの低減量を示すデータである。
【００７２】
また、図１０において実線２７は、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが還元分解された後のＮＯｘの低減量を示す各データ（●印）から得られるＮＯ低減量データ直線２７であり、点線２８は、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが還元分解される前のＮＯｘの低減量を示す各データ（○印）から得られるＮＯ低減量データ直線２８である。
【００７３】
尚、図９および図１０の各のデータ（●印、○印）およびＮＯ低減量データ直線２７、２８は、排ガス温度が３００℃の場合におけるデータであり、放電プラズマ発生用電源６の放電電力は、放電電力を増加させたときにＮＯ低減量ないしＮＯｘ低減量が直線的に増加する範囲の放電電力である。
【００７４】
このため、図９に示すように放電プラズマ発生用電源６の放電電力の増加に伴ってＮＯ低減量は直線的に増加する。
【００７５】
一方、図１０の○印および点線で示されるＮＯ低減量データ直線２８によれば、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが還元分解される前のＮＯｘの低減量はほぼゼロである。すなわち、放電プラズマ反応部４において酸化ラジカルの作用によりＮＯの量は低減されるが、ＮＯ低減量に相当する量のＮＯ２が生成されため、ＮＯｘ全体の量はおおよそ同程度であることが分かる。
【００７６】
さらに、図１０の●印および実線で示されるＮＯ低減量データ直線２７によれば、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが還元分解された後のＮＯｘの低減量は放電プラズマ発生用電源６の放電電力の増加に伴って直線的に増加している。
【００７７】
すなわち、放電プラズマ反応部４におけるＮＯ低減量を増加させることによりＮＯ２の生成量を増加させてＮＯｘに含まれるＮＯ２の比率を増加させると、ＮＯｘ還元触媒部５において還元分解されるＮＯｘの量が増加し、ＮＯｘ全体の低減量を直線的に増加させることができるということが分かる。
【００７８】
従って、排ガスＸに含まれるＮＯの量がＮＯ低減量よりも多く、放電プラズマ発生用電源６の放電電力の増加に伴ってＮＯ低減量が直線的に増加する場合には、放電電力の増加させてＮＯｘ低減量を増加させる一方、排ガスＸに含まれるＮＯの量がＮＯ低減量程度であり、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を増加させてもＮＯ低減量およびＮＯｘ低減量が顕著に増加しない場合には放電電力を減少させることにより低出力の放電電力で効率的により多くのＮＯｘを分解処理して排ガスＸを浄化することができる。
【００７９】
さらに、排ガスＸに含まれるＮＯｘあるいはＮＯの量に加えてその他の排ガスＸの条件によっても最適な放電プラズマ発生用電源６の放電電力量は依存する。
【００８０】
そこで、放電プラズマ発生用電源６には、排ガスＸの条件に応じて放電電力量を制御するための入力信号Ｙが入力され、入力された入力信号Ｙに基づいて、出力電圧Ｅおよび出力周波数λの一方あるいは双方が制御されてより最適な放電電力が放電プラズマ反応部４に投入されるように構成される。
【００８１】
次に、放電プラズマ発生用電源６に入力される入力信号Ｙの決定方法について説明する。
【００８２】
放電プラズマ反応部４において生成される酸化ラジカルの量は、排ガスＸの単位流量あたりの放電電力に比例する。このため、排ガスＸの単位流量あたりの放電電力を増加させると酸化ラジカルの生成量とともにＮＯの低減量が増加する。排ガスＸの単位流量あたりの放電電力は、排ガスＸの流量と放電電力とから決まるため、最適な放電電力は排ガスＸの流量に依存することとなる。
【００８３】
すなわち、ＮＯの低減量が放電プラズマ反応部４の入口におけるＮＯの濃度よりも十分に小さい場合には、放電電力が大きい程、排ガスＸの単位流量あたりの放電電力も大きくなり、酸化ラジカルの生成量とともにＮＯの低減量が増加する。
【００８４】
しかし、ＮＯの低減量が放電プラズマ反応部４の入口におけるＮＯの濃度付近となるために必要な放電電力は排ガスＸの流量が多い程大きくなる一方、排ガスＸの流量が少ない程小さくなる。
【００８５】
このため、排ガス流量を入力信号Ｙとすることにより、排ガス流量に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【００８６】
尚、排ガス流量は、エンジン２の回転数から求めることができる。
【００８７】
図１１は、エンジン２の回転数とエンジン２から排出される排ガス流量の関係の一例を示す図である。
【００８８】
図１１において横軸はエンジン２の回転数、縦軸はエンジン２から排出される排ガス流量を示す。図１１において●印は、エンジン２の各回転数におけるエンジン２から排出された排ガス流量値を示し、実線２９は各データ（●印）から得られた排ガス流量データ直線２９である。
【００８９】
図１１の排ガス流量データ直線２９に示すように、エンジン２の回転数とエンジン２から排出される排ガス流量は直線的な関係にあり、排ガス流量データ直線に基づいてエンジン２の回転数から排ガス流量を得ることができる。
【００９０】
このため、排ガス流量の代わりに計測が容易なエンジン２の回転数を入力信号Ｙとすることにより、排ガス流量に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【００９１】
また、排ガス浄化システム１におけるＮＯｘの低減率はエンジン２から排出される排ガスＸの温度に依存する。
【００９２】
図１２は、排ガス浄化システム１において排ガスＸに含まれるＮＯｘを分解したときのＮＯｘの低減率と排ガスＸの温度の関係の一例を示す図である。
【００９３】
図１２において、縦軸はＮＯｘの低減率、横軸は排ガスＸの温度（℃）を示す。
【００９４】
また、図１２中の点線３０ａは、排ガス浄化システム１において放電プラズマ発生用電源６の放電電力をゼロとしたときのすなわちＮＯｘ還元触媒部５のみの作用によりＮＯｘを分解したときのＮＯｘの低減率と排ガスＸの温度の関係を示すＮＯｘ低減曲線３０ａであり、各実線３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは排ガス浄化システム１において放電電力を各値に設定したときのすなわち放電プラズマ反応部４における放電によるＮＯの酸化とＮＯｘ還元触媒部５における還元を併用したときのＮＯｘの低減率と排ガスＸの温度の関係を示すＮＯｘ低減曲線３０ｂ，３０ｃ，３０ｄである。
【００９５】
尚、実線で示す各ＮＯｘ低減曲線３０ｂ，３０ｃ，３０ｄのうち、ＮＯｘ低減率がより大きい値を示すＮＯｘ低減曲線３０ｄ，３０ｃは、ＮＯｘ低減率がより小さい値を示すＮＯｘ低減曲線３０ｃ，３０ｂよりも放電プラズマ発生用電源６の放電電力を大きく設定した場合のデータである。
【００９６】
図１２に示すように放電プラズマ発生用電源６の各放電電力に無関係にＮＯｘ低減率は排ガス温度に依存して増加するが、放電電力が小さい程、その勾配は排ガス温度とともに増加することが分かる。一方、放電プラズマ発生用電源６の放電電力が大きくにつれて、ＮＯｘ低減率は排ガス温度に依存しておおよそ直線的に増加することが分かる。
【００９７】
すなわち、排ガス温度が高い程、放電プラズマ発生用電源６の各放電電力におけるＮＯｘ低減率の差が小さくなり、排ガス温度が低い程、各放電電力におけるＮＯｘ低減率の差が大きくなることが分かる。
【００９８】
例えば、図１２において排ガス温度が２００℃付近においては、放電電力の増加に伴ってＮＯｘ低減率が顕著に増加するが、４５０℃付近においては、放電電力を増加させてもＮＯｘ低減率は同様な値となる。
【００９９】
従って、排ガス温度が低い場合には、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を増加させることがＮＯｘ低減に効果的であるが、排ガス温度が高い場合には、放電電力を増加させてもＮＯｘ低減率への効果が少ないため、放電電力の増加を抑制するかあるいは減少させることがより効率的となることが分かる。
【０１００】
このため、排ガス温度を放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、排ガス温度に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１０１】
尚、排ガス温度は、エンジン回転数あるいはエンジントルクから求めることができる。
【０１０２】
図１３は、エンジン２の速度条件とエンジン２から排出される排ガス温度の関係の一例を示す図である。
【０１０３】
図１３において横軸は、自動車の速度を示し、縦軸はエンジン２から排出される排ガスＸの温度を示す。図１３中の●印は、自動車の各速度における排ガス温度のデータであり、実線３１ａは各排ガス温度のデータ（●印）から得られる排ガス温度直線３１ａである。
【０１０４】
図１３の排ガス温度直線３１ａに示すように自動車の速度と排ガス温度とは直線的な関係にあることが分かる。自動車の速度はエンジン２の回転数に比例するため、エンジン２の回転数と排ガス温度とは、ほぼ直線的な関係にあることとなる。
【０１０５】
一方、エンジントルクを変化させると、例えばエンジントルクを大きくすると点線で示す排ガス温度直線３１ｂが得られることが知られる。すなわち、エンジントルクを排ガス温度もおおよそ直線的な関係にあることが分かる。
【０１０６】
従って、エンジン回転数あるいはエンジントルクから排ガス温度を求めることができる。
【０１０７】
このため、排ガス温度に代えて計測が容易なエンジン回転数あるいはエンジントルクを放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、排ガス温度に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１０８】
また、排ガス浄化システム１におけるＮＯの低減量が、放電プラズマ反応部４の入口におけるＮＯ濃度と同等となったときには、放電プラズマ発生用電源６の放電電力の増加を抑制させることが必要である。
【０１０９】
このため、排ガスＸに含まれるＮＯ濃度を放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、ＮＯ濃度に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１１０】
また、排ガス浄化システム１の放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量は、排ガスＸに含まれるＮＯｘ還元剤であるプロピレン（Ｃ３Ｈ６）等の炭化水素の濃度に依存する。
【０１１１】
図１４は、排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６濃度と放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量との関係の一例を示す図である。
【０１１２】
図１４において、横軸は排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６濃度、縦軸は放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量を示す。図１４中の●印は、各Ｃ３Ｈ６濃度におけるＮＯ低減量のデータであり、実線３２は各ＮＯ低減量のデータ（●印）から得られるＮＯ低減量曲線３２である。
【０１１３】
尚、各ＮＯ低減量のデータ（●印）は、放電電力を一定とし、排ガス温度を１５０℃、ＮＯ濃度の低減前の初期濃度を２００ｐｐｍとしたときのデータである。
【０１１４】
図１４のＮＯ低減量曲線３２に示すように排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６濃度と放電プラズマ反応部４におけるＮＯの低減量とは、放電電力や排ガス温度等の条件が一定であれば、比例することが分かる。
【０１１５】
従って、排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６濃度に応じて、ＮＯの低減量が放電プラズマ反応部４の入口におけるＮＯ濃度と同等となるときの放電プラズマ発生用電源６の放電電力が決まることとなる。
【０１１６】
すなわち、排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６濃度が大きい程、より小さい放電プラズマ発生用電源６の放電電力でＮＯの低減量が放電プラズマ反応部４の入口におけるＮＯ濃度と同等となり、より小さい放電電力量において増加を抑制する必要が生じる。
【０１１７】
このため、排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６量等の炭化水素量を放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、ＮＯの低減量を効率的に増加させてより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１１８】
尚、エンジン２から排出される排ガスＸに含まれるＣ３Ｈ６等の炭化水素の量は、エンジン２に供給される空気と燃料の比率である空燃比に依存する。
【０１１９】
図１５は、一般的なエンジン２の空燃比と排ガスＸに含まれる炭化水素量の関係を示す図である。
【０１２０】
図１５において、横軸はエンジン２の空燃比を示し、縦軸は排ガスＸに含まれる炭化水素量を示す。図１５中の実線３３は、エンジン２の空燃比と排ガスＸに含まれる炭化水素量の関係を示す炭化水素量曲線３３である。
【０１２１】
図１５に示す炭化水素量曲線３３からエンジン２の空燃比が大きい程、すなわち空気に含まれる燃料が少ないリーン領域においては、排ガスＸに含まれる炭化水素量は減少する。逆に、エンジン２の空燃比が小さい程、すなわち空気に含まれる燃料の量が多いリッチ領域においては、排ガスＸに含まれる炭化水素量は増加する。
【０１２２】
図１５の炭化水素量曲線３３からエンジン２の空燃比が分かれば排ガスＸに含まれる炭化水素量を得ることができる。
【０１２３】
従って、排ガスＸに含まれる炭化水素量に代えてエンジン２の空燃比を放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、炭化水素量に応じたＮＯ低減量が得られた場合に適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１２４】
また、排ガス浄化システム１におけるＮＯｘの低減率、すなわちＮＯの低減量は排ガスＸに含まれるＮＯｘの濃度に応じて適切な放電プラズマ発生用電源６の放電電力量が決定される。排ガスＸに含まれるＮＯの濃度は、ＮＯｘの濃度に依存する。そして、放電プラズマ反応部４において、ＮＯ低減量が放電プラズマ反応部４の入口におけるＮＯ濃度と同等となったときに放電プラズマ発生用電源６の放電電力の増加を抑制させる必要がある。
【０１２５】
従って、排ガスＸに含まれるＮＯｘの濃度を放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、ＮＯｘ濃度に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１２６】
尚、排ガスＸに含まれるＮＯｘの濃度は、エンジン回転数あるいはエンジントルクから求めることができる。
【０１２７】
図１６は、エンジン２の速度条件とエンジン２から排出される排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度の関係の一例を示す図である。
【０１２８】
図１６において横軸は、自動車の速度を示し、縦軸はエンジン２から排出される排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度を示す。図１６中の●印は、自動車の各速度におけるＮＯｘ濃度のデータであり、実線３４ａは各ＮＯｘ濃度のデータ（●印）から得られるＮＯｘ濃度曲線３４ａである。
【０１２９】
図１６のＮＯｘ濃度曲線３４ａに示すように自動車の速度が増加するにつれて排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度は増加することが分かる。自動車の速度はエンジン２の回転数に比例するため、エンジン２の回転数が分かればＮＯｘ濃度曲線３４ａから排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度を求めることができる。
【０１３０】
一方、エンジントルクを変化させると、例えばエンジントルクを大きくすると点線で示すＮＯｘ濃度曲線３４ｂが得られることが知られる。すなわち、エンジントルクが分かればＮＯｘ濃度曲線３４ｂから排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度を求めることができる。
【０１３１】
従って、エンジン回転数あるいはエンジントルクから排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度を求めることができる。
【０１３２】
このため、排ガスＸに含まれるＮＯｘ濃度に代えて計測が容易なエンジン回転数あるいはエンジントルクを放電プラズマ発生用電源６の入力信号Ｙとすることにより、ＮＯｘ濃度に応じたより適切な放電電力を出力させるように放電プラズマ発生用電源６を制御することができる。
【０１３３】
尚、放電プラズマ発生用電源６に入力する入力信号Ｙは、エンジン２から放電プラズマ発生用電源６に直接入力する構成、別途信号入力手段を設けて、この信号入力手段から放電プラズマ発生用電源６に入力信号Ｙを入力する構成、あるいはエンジン２と信号入力手段の双方から入力信号Ｙを放電プラズマ発生用電源６に入力する構成のいずれであってもよい。
【０１３４】
信号入力手段から放電プラズマ発生用電源６に入力信号Ｙを入力する場合、排ガスＸの温度を計測する温度計、排ガス流量を計測する流量計、排ガスＸに含まれる所要の成分の濃度あるいは量を計測する濃度計等の各種計測装置を排ガス管３に設けることにより入力信号Ｙを設定することができる。
【０１３５】
次に排ガス浄化システム１の作用について説明する。
【０１３６】
エンジン２においてPMないしＮＯｘを含む排ガスＸが生成され、この排ガスＸは排ガス管３を介して放電プラズマ反応部４のフィルタ構造体７の内部に導かれる。
【０１３７】
このとき、エンジン２のエンジン回転数あるいはエンジントルク、空燃比等のエンジン２の運転条件が入力信号Ｙとして放電プラズマ発生用電源６に定常的に入力される。
【０１３８】
そして、放電プラズマ発生用電源６はエンジン２から入力された入力信号Ｙに基づいて、排ガスＸの浄化に最適な放電電力となるような出力電圧Ｅおよび出力周波数λを定常的に設定してフィルタ構造体７内に設けられた高電圧極側の電極棒１２に正極性の出力電圧Ｅと負極性の出力電圧Ｅを交互に印加する。
【０１３９】
このため、フィルタ構造体７を覆う接地電極側の筒状電極１０と高電圧極側の電極棒１２との間に、電界が形成されるとともに放電プラズマが発生する。そして、フィルタ構造体７のPM捕捉機能に加え、フィルタ構造体７の内部に形成された電界による電気集塵的機能により排ガスＸに含まれるPMは、フィルタ構造体７の内部に捕捉される。
【０１４０】
また、放電プラズマ反応部４には、放電プラズマの作用によりＯ、ＯＨ、Ｏ３等の酸化ラジカルが生成される。そして、この酸化ラジカルの作用によりフィルタ構造体７に捕捉されたPMに含まれる炭素等の物質は逐次二酸化炭素ＣＯ２へ燃焼処理されて、フィルタ構造体７のPM捕捉機能は再生されるとともに、排ガスＸに含まれるＮＯｘのうちＮＯが酸化されてＮＯ２となってＮＯ濃度が低減される。
【０１４１】
さらに、このとき放電プラズマ発生用電源６の放電電力はエンジン２から入力された入力信号Ｙに基づいて、放電プラズマ反応部４内におけるＮＯ低減量が、放電プラズマ反応部４入口におけるＮＯ濃度と同等程度となるために必要な最小の放電電力となるように定常的に制御される。
【０１４２】
また、放電プラズマ反応部４の内部において、排ガスＸに含まれる炭化水素が酸化ラジカルの作用で酸化されて部分酸化体［ＣＨＯ］等の化学種が生成される。
【０１４３】
そして、排ガスＸはPMを除去されかつ生成されたＮＯ２、酸化されずに残留したＮＯおよび化学種等の成分を含んだ状態で排ガス管３を介してＮＯｘ還元触媒部５に導かれる。
【０１４４】
ＮＯｘ還元触媒部５には、放電プラズマ反応部４に生成された化学種に対応したＮＯｘを還元分解する還元分解触媒が設けられているため、ＮＯｘ還元触媒部５において排ガスＸに含まれるＮＯｘが還元分解され処理される。
【０１４５】
そして、ＮＯｘ還元触媒部５においてＮＯｘが処理されて浄化された排ガスＸは排ガス浄化システム１の外部に排出される。
【０１４６】
すなわち排ガス浄化システム１は、排ガスＸに含まれるPMを捕捉するためにフィルタ構造体７内部に電界を形成し、フィルタ構造体７のPM捕捉機能に加えて電気集塵的機能によりPMを捕捉し、かつ捕捉されたPMを温度に依存しない放電プラズマにより加熱することなく燃焼処理してフィルタ構造体７のPM捕捉機能を再生させる構成である。
【０１４７】
また、排ガス浄化システム１は、放電プラズマ反応部４よりも下流にＮＯｘの還元分解触媒を具備するＮＯｘ還元触媒部５を設ける一方、放電プラズマ反応部４でＮＯより還元分解触媒と反応性の高いＮＯ２に変換するとともに［ＣＨＯ］等の化学種を生成し、ＮＯｘ還元触媒部５において排ガスＸからＮＯｘを加熱することなく還元分解して除去する構成である。
【０１４８】
さらにこのとき、放電プラズマ反応部４に印加される放電プラズマ発生用電源６の放電電力をエンジン２の運転状態に伴って変動する排ガスＸの量、温度、成分等の条件に応じて設定された入力信号Ｙにより制御することにより、適切な放電電力で排ガスＸを浄化させる構成である。
【０１４９】
排ガス浄化システム１では、排ガスＸに含まれるPMをフィルタ構造体７で捕捉しかつ温度変化の影響をうけにくい放電プラズマの作用により高温のみならず低温においても継続的かつ高効率に燃焼処理することができる。
【０１５０】
また、排ガス浄化システム１において、排ガスＸの温度あるいは成分等を測定する代わりに、測定が容易なエンジンのエンジン回転数やエンジントルクを計測することにより、より容易に入力信号を設定することができる。
【０１５１】
また、放電プラズマの作用で、NOｘと低温においても還元反応する化学種が生成されるため、ＮＯｘ還元触媒部５を設けることによりPMに加えてNOｘを加熱することなく低温であっても還元分解することができる。
【０１５２】
さらに、排ガス浄化システム１では、放電プラズマ発生用電源６の放電電力を排ガスＸの量、温度、成分等の条件に応じて設定された入力信号Ｙにより最適制御するため、過剰な放電電力を低減させてより適切かつ安価な放電電力で効率的に排ガスＸを浄化させることができる。
【０１５３】
尚、排ガス浄化システム１の放電プラズマ発生用電源６の入力信号の設定方法は、排ガスＸの量、温度、成分等の条件あるいはエンジンの運転条件等の条件のうち任意の条件を一定とみなして考慮せずに、任意の条件についてのみ考慮して入力信号を設定する方法としてもよい。
【０１５４】
また、排ガス浄化システム１の放電プラズマ反応部４において、接地電極側と高電圧極側電極の電極を置き換えてもよく、かつフィルタ構造体７、電極の形状および数は任意である。
【０１５５】
また、放電プラズマ反応部４に発生させる放電プラズマを、電子温度のみが高い低温プラズマとすることにより、排ガスＸを加熱することなく放電プラズマを発生させることがきる。低温プラズマを使用すれば、放電プラズマ反応部４に投入する電力が放電プラズマ反応部４の内部の電子のエネルギに利用され、中性分子あるいはイオンの熱エネルギとして利用されない。このため、エネルギ損失を低減させより低出力の電力で電子を活性化させ、より多くの酸化ラジカルを生成することができる。
【０１５６】
また、排ガス浄化システム１においてフィルタ構造体７の材料をNOｘの還元分解触媒とする構成あるいはフィルタ構造体７にNOｘの還元分解触媒を担持させる構成としてもよい。
【０１５７】
【発明の効果】
本発明に係る排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法においては、自動車等の動力源として使用されるエンジンから運転条件に応じて変動して排出され、粒子状物質、窒素酸化物等の有害物質を含む排ガスから有害物質を加熱することなく低温でより効率的かつ低出力の電力で安価に除去し、排ガスを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システムの実施の形態を示す構成図。
【図２】図１に示す排ガス浄化システムの放電プラズマ反応部およびＮＯｘ還元触媒部におけるＮＯｘの還元分解を表す図。
【図３】図１に示す放電プラズマ反応部と放電プラズマ発生用電源の詳細構成の一例を示す図。
【図４】図１に示す放電プラズマ発生用電源により放電プラズマ反応部に印加される電圧波形の一例を示す図。
【図５】図１に示す放電プラズマ発生用電源において出力される電圧波形の周波数と放電プラズマ反応部に生成された放電プラズマの放電電力との関係の一例を示す図。
【図６】図１に示す放電プラズマ発生用電源の出力電圧と生成された放電プラズマの放電電力との関係の一例を示す図。
【図７】図１に示す放電プラズマ発生用電源から放電プラズマ反応部に入した放電電力と放電プラズマ反応部において発生したＯ３の量との関係の一例を示す図。
【図８】図１に示す放電プラズマ発生用電源から放電プラズマ反応部に入した放電電力と放電プラズマ反応部におけるＮＯの低減量との関係の一例を示す図。
【図９】図１に示す放電プラズマ発生用電源の放電電力と放電プラズマ反応部におけるＮＯの低減量との関係の一例を示す図。
【図１０】図１に示す放電プラズマ発生用電源の放電電力と排ガス浄化システムにおけるＮＯｘの低減量との関係の一例を示す図。
【図１１】エンジンの回転数とエンジンから排出される排ガス流量の関係の一例を示す図。
【図１２】排ガス浄化システムにおいて排ガスに含まれるＮＯｘを分解したときのＮＯｘの低減率と排ガスの温度の関係の一例を示す図。
【図１３】エンジンの速度条件とエンジンから排出される排ガス温度の関係の一例を示す図。
【図１４】排ガスに含まれるＣ３Ｈ６濃度と放電プラズマ反応部におけるＮＯの低減量との関係の一例を示す図。
【図１５】一般的なエンジンの空燃比と排ガスに含まれる炭化水素量の関係を示す図。
【図１６】エンジンの速度条件とエンジンから排出される排ガスに含まれるＮＯｘ濃度の関係の一例を示す図。
【符号の説明】
１ 排ガス浄化システム
２ エンジン
３ 排ガス管
４ 放電プラズマ反応部
５ ＮＯｘ還元触媒部
６ 放電プラズマ発生用電源
７ フィルタ構造体
８ 窒素酸化物（ＮＯｘ）還元触媒
１０ 筒状電極
１１ コネクタ
１２ 電極棒
１３ 電気ケーブル
２０ 出力電圧波形
２１ 周波数依存性直線
２２ 電圧依存性曲線
２３ 放電電力依存性直線
２４ ＮＯ低減量データ
２５ ＮＯ低減量データ
２６ ＮＯ低減量データ直線
２７ ＮＯ低減量データ直線
２８ ＮＯ低減量データ直線
２９ 排ガス流量データ直線
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ ＮＯｘ低減曲線
３１ａ，３１ｂ 排ガス温度直線
３２ ＮＯ低減量曲線
３３ 炭化水素量曲線
３４ａ，３４ｂ ＮＯｘ濃度曲線
Ｘ 排ガス
Ｙ 入力信号
Claims (20)
- エンジンから排出された排ガスの排ガス流路に放電プラズマ反応部と窒素酸化物還元触媒とが設けられ、前記放電プラズマ反応部には粒子状物質捕捉機能を有するフィルタ構造体が、前記排ガスを通過可能に設けられる一方、前記放電プラズマ反応部には放電プラズマ発生用電源が接続され、この放電プラズマ発生用電源は入力信号に基づいて出力周波数および出力電圧の少なくとも一方を制御して前記放電プラズマ反応部に電界を形成するとともに放電プラズマを発生し、前記排ガスに含まれる粒子状物質が前記フィルタ構造体の粒子状物質捕捉機能と電界の形成に伴う電気集塵的機能により捕捉され、捕捉された粒子状物質が前記放電プラズマの作用により燃焼処理されて前記フィルタ構造体の粒子状物質捕捉機能が再生されるとともに、前記排ガスに含まれる窒素酸化物が酸化される一方、所要の化学種が生成され、生成された化学種および前記窒素酸化物還元触媒とにより窒素酸化物を還元分解反応させることにより前記排ガスに含まれる窒素酸化物を低減させるように構成したことを特徴とする排ガス浄化システム。
- 前記入力信号は前記排ガスの流量を含み、放電プラズマ発生用電源は前記排ガスの単位流量当たりの放電電力を、前記放電プラズマ反応部での窒素酸化物である一酸化窒素（NO）低減量が低減前のNO量と同程度となるような放電電力に制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化システム。
- 前記入力信号は前記エンジンのエンジン回転数を含み、このエンジン回転数から前記排ガスの流量を求め、放電プラズマ発生用電源は前記排ガスの単位流量当たりの放電電力を、前記放電プラズマ反応部での窒素酸化物である一酸化窒素（NO）低減量が低減前のNO量と同程度となるような放電電力に制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化システム。
- 前記入力信号は前記排ガスの温度を含み、放電プラズマ発生用電源は前記排ガスの温度が増加して放電電力を増加させても窒素酸化物の低減量が十分増加しない排ガスの温度となった場合には放電電力の増加を抑制あるいは放電電力を低下させるように制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化システム。
- 前記入力信号は前記エンジンのエンジン回転数およびエンジントルクの少なくとも一方を含み、前記入力信号から前記排ガスの温度を求め、放電プラズマ発生用電源は前記排ガスの温度が増加して放電電力を増加させても窒素酸化物の低減量が十分増加しない排ガスの温度となった場合には放電電力の増加を抑制あるいは放電電力を低下させるように制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化システム。
- 前記入力信号は前記排ガスに含まれる一酸化窒素（NO）の量を含み、放電プラズマ発生用電源は前記排ガスに含まれる一酸化窒素の低減量が低減前の一酸化窒素の量と同程度となるような放電電力に制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化システム。
- 前記入力信号は前記排ガスに含まれる炭化水素量とされ、放電プラズマ発生用電源は前記炭化水素量の場合において前記放電プラズマ反応部での窒素酸化物である一酸化窒素（NO）低減量が低減前のNO量と同程度となるような放電電力に制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化システム。
- 前記入力信号は前記エンジンの空燃比を含み、この空燃比から前記排ガスに含まれる炭化水素量を求め、放電プラズマ発生用電源は前記炭化水素量の場合において前記放電プラズマ反応部での窒素酸化物である一酸化窒素（NO）低減量が低減前のNO量と同程度となるような放電電力に制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化システム。
- 前記入力信号は前記排ガスに含まれる窒素酸化物の量を含み、放電プラズマ発生用電源は前記放電プラズマ反応部での窒素酸化物である一酸化窒素（NO）低減量が低減前のNO量と同程度となるような放電電力に制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化システム。
- 前記入力信号は前記エンジンのエンジン回転数およびエンジントルクの少なくとも一方を含み、前記入力信号から前記排ガスに含まれる窒素酸化物の量を求め、放電プラズマ発生用電源は前記放電プラズマ反応部での窒素酸化物である一酸化窒素（NO）低減量が低減前のNO量と同程度となるような放電電力に制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化システム。
- エンジンから排出された排ガスの排ガス流路に粒子状物質捕捉機能を有するフィルタ構造体と窒素酸化物還元触媒とを設けるステップと、入力信号に基づいて出力周波数および出力電圧の少なくとも一方を制御して前記フィルタ構造体内部に電界を形成するとともに放電プラズマを発生させるステップと、前記フィルタ構造体の粒子状物質捕捉機能と電界の形成に伴う電気集塵的機能により前記排ガスに含まれる粒子状物質を捕捉するステップと、捕捉された粒子状物質を前記放電プラズマの作用により燃焼処理して前記フィルタ構造体の粒子状物質捕捉機能を再生させるステップと、前記放電プラズマの作用により前記排ガスに含まれる窒素酸化物を酸化するとともに所要の化学種を生成するステップと、生成された化学種および前記窒素酸化物還元触媒とにより窒素酸化物を還元分解反応させることにより前記排ガスに含まれる窒素酸化物を低減させるステップとを備えることを特徴とする排ガス浄化方法。
- 前記入力信号は前記排ガスの流量を含み、前記排ガスの単位流量当たりの放電電力を、前記放電プラズマ反応部での窒素酸化物である一酸化窒素（NO）低減量が低減前のNO量と同程度となるような放電電力に制御することを特徴とする請求項１１記載の排ガス浄化方法。
- 前記入力信号は前記エンジンのエンジン回転数を含み、このエンジン回転数から前記排ガスの流量を求め、前記排ガスの単位流量当たりの放電電力を、前記放電プラズマ反応部での窒素酸化物である一酸化窒素（NO）低減量が低減前のNO量と同程度となるような放電電力に制御することを特徴とする請求項１１記載の排ガス浄化方法。
- 前記入力信号は前記排ガスの温度を含み、前記排ガスの温度が増加して放電電力を増加させても窒素酸化物の低減量が十分増加しない排ガスの温度となった場合には放電電力の増加を抑制あるいは放電電力を低下させるように制御することを特徴とする請求項１１記載の排ガス浄化方法。
- 前記入力信号は前記エンジンのエンジン回転数およびエンジントルクの少なくとも一方を含み、前記入力信号から前記排ガスの温度を求め、前記排ガスの温度が増加して放電電力を増加させても窒素酸化物の低減量が十分増加しない排ガスの温度となった場合には放電電力の増加を抑制あるいは放電電力を低下させるように制御することを特徴とする請求項１１記載の排ガス浄化方法。
- 前記入力信号は前記排ガスに含まれる一酸化窒素（NO）の量を含み、前記排ガスに含まれる一酸化窒素の低減量が低減前の一酸化窒素の量と同程度となるような放電電力に制御することを特徴とする請求項１１記載の排ガス浄化方法。
- 前記入力信号は前記排ガスに含まれる炭化水素量とされ、前記炭化水素量の場合において前記放電プラズマ反応部での窒素酸化物である一酸化窒素（NO）低減量が低減前のNO量と同程度となるような放電電力に制御することを特徴とする請求項１１記載の排ガス浄化方法。
- 前記入力信号は前記エンジンの空燃比を含み、この空燃比から前記排ガスに含まれる炭化水素量を求め、求めた炭化水素量の場合において前記放電プラズマ反応部での窒素酸化物である一酸化窒素（NO）低減量が低減前のNO量と同程度となるような放電電力に制御することを特徴とする請求項１１記載の排ガス浄化方法。
- 前記入力信号は前記排ガスに含まれる窒素酸化物の量を含み、前記放電プラズマ反応部での窒素酸化物である一酸化窒素（NO）低減量が低減前のNO量と同程度となるような放電電力に制御することを特徴とする請求項１１記載の排ガス浄化方法。
- 前記入力信号は前記エンジンのエンジン回転数およびエンジントルクの少なくとも一方を含み、前記入力信号から前記排ガスに含まれる窒素酸化物の量を求め、前記放電プラズマ反応部での窒素酸化物である一酸化窒素（NO）低減量が低減前のNO量と同程度となるような放電電力に制御することを特徴とする請求項１１記載の排ガス浄化方法。
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