JP2013002320A

JP2013002320A - Plasma generation apparatus

Info

Publication number: JP2013002320A
Application number: JP2011132152A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ikeda; 裕二池田
Original assignee: Imagineering Inc
Current assignee: Imagineering Inc
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2013-01-07
Anticipated expiration: 2031-06-14
Also published as: JP5906497B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve treatment efficiency of exhaust gas by bringing a large amount of exhaust gas into contact with plasma in a plasma generation apparatus which generates plasma in an exhaust passageway.SOLUTION: A plasma generation apparatus 20 includes a plurality of treatment units 25 each including an antenna 27 for radiating an electromagnetic wave and a net-like member 40 in which the electromagnetic wave radiated from the antenna 27 is confined and a space where plasma is generated by the electromagnetic wave is internally formed. In the plasma generation apparatus 20, the plasma is generated inside each of the treatment units 25 disposed in an exhaust passageway 30, and plasma treatment is performed on exhaust gas passing through the respective treatment units 25. In each of the treatment units 25 of the plasma generation apparatus 20, the net-like member 40 is formed into approximately circular shape when viewed from an exhaust gas circulating direction in the exhaust passageway 30.

Description

本発明は、排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置に関するものである。 The present invention relates to a plasma generation apparatus that generates plasma in an exhaust passage.

従来から、排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置が知られている。特許文献１には、この種のプラズマ生成装置として、ガス処理装置が記載されている。 Conventionally, a plasma generating apparatus that generates plasma in an exhaust passage is known. Patent Document 1 describes a gas processing apparatus as this type of plasma generation apparatus.

具体的に、特許文献１のガス処理装置は、複数のガス処理ユニットを備えている。各ガス処理ユニットは、アンテナとスパークプラグとが設けられたキャビティ（網状部材）を備えている。キャビティは、マイクロ波を封じ込め、マイクロ波プラズマが生成される処理室を形成する。ガス流路には、複数のキャビティが配列されている。 Specifically, the gas processing apparatus of Patent Document 1 includes a plurality of gas processing units. Each gas processing unit includes a cavity (net-like member) provided with an antenna and a spark plug. The cavity contains a microwave and forms a processing chamber in which microwave plasma is generated. A plurality of cavities are arranged in the gas flow path.

特開２００９−３４６７４号公報JP 2009-34674 A

ところで、従来のプラズマ生成装置では、電磁波を封じ込める網状部材が円筒状に形成されている。網状部材は、排気通路における排気ガスの流通方向から見て矩形である。そのため、網状部材の内部では、両端の縁部近傍など隅角部がデッドスペースとなってしまい、プラズマに接触せずに網状部材を通過する排気ガスが多くなる。 By the way, in the conventional plasma generating apparatus, the net-like member which contains electromagnetic waves is formed in the cylindrical shape. The mesh member is rectangular when viewed from the flow direction of the exhaust gas in the exhaust passage. Therefore, inside the mesh member, corner portions such as the vicinity of the edge portions at both ends become dead spaces, and the amount of exhaust gas that passes through the mesh member without contacting the plasma increases.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置において、多くの排気ガスをプラズマに接触させ、排気ガスの処理効率を向上させることにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to improve the processing efficiency of exhaust gas by bringing a lot of exhaust gas into contact with plasma in a plasma generation apparatus that generates plasma in an exhaust passage. It is in.

第１の発明は、電磁波を放射するためのアンテナと、該アンテナから放射された電磁波を閉じ込め、該電磁波によりプラズマが生成される空間を内部に形成する網状部材とを有する処理ユニットを複数備え、排気通路に配置された各処理ユニットの内部でプラズマを生成して、各処理ユニットを通過する排気ガスをプラズマ処理するプラズマ生成装置を対象とし、前記各処理ユニットでは、前記排気通路における排気ガスの流通方向から見て、前記網状部材が略円形に形成されている。 The first invention comprises a plurality of processing units having an antenna for radiating electromagnetic waves, and a net-like member that confines the electromagnetic waves radiated from the antenna and forms a space in which plasma is generated by the electromagnetic waves, The present invention is directed to a plasma generation apparatus that generates plasma inside each processing unit disposed in an exhaust passage and plasma-processes exhaust gas that passes through each processing unit. In each processing unit, the exhaust gas in the exhaust passage The net member is formed in a substantially circular shape when viewed from the flow direction.

第１の発明では、各処理ユニットにおいて、排気通路における排気ガスの流通方向から見て、網状部材が略円形に形成されている。通過する排気ガスがプラズマに接触する網状部材の内部空間は、排気ガスの流通方向から見て、隅角部がない略円形の空間になる。第１の発明では、排気ガスの流通方向から見て、網状部材を略円形に形成して、網状部材の内部空間からデッドスペースとなる隅角部がなくなるようにしている。 In the first invention, in each processing unit, the mesh member is formed in a substantially circular shape when viewed from the flow direction of the exhaust gas in the exhaust passage. The internal space of the mesh member where the exhaust gas passing through contacts the plasma is a substantially circular space with no corners when viewed from the exhaust gas flow direction. In the first aspect of the invention, the mesh member is formed in a substantially circular shape when viewed from the flow direction of the exhaust gas so that the corner portion that becomes a dead space is eliminated from the internal space of the mesh member.

第２の発明は、第１の発明において、前記排気通路の流路断面における縦方向と横方向にそれぞれ前記処理ユニットが複数設けられている。 According to a second aspect, in the first aspect, a plurality of the processing units are provided in each of a vertical direction and a horizontal direction in a cross section of the exhaust passage.

第２の発明では、排気通路の横断面における縦方向と横方向にそれぞれ、複数の処理ユニットが配置されている。処理ユニットの網状部材は、排気通路の横断面における縦方向と横方向に複数入る大きさに形成されている。 In the second invention, a plurality of processing units are arranged in each of the vertical direction and the horizontal direction in the cross section of the exhaust passage. The mesh member of the processing unit is formed in a size that allows a plurality of mesh members to enter the vertical direction and the horizontal direction in the cross section of the exhaust passage.

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記排気通路の横断方向に沿って配置された複数の処理ユニットからなるユニット群が、排気ガスの流通方向に複数並べられている。 According to a third invention, in the first or second invention, a plurality of unit groups each including a plurality of processing units arranged along the transverse direction of the exhaust passage are arranged in the exhaust gas flow direction.

第３の発明では、複数の処理ユニットからなるユニット群が、排気ガスの流通方向に複数並べられている。各ユニット群では、排気通路の横断方向に沿って複数の処理ユニットが配置されている。処理ユニットの網状部材は、排気ガスの流通方向と排気通路の横断方向とにそれぞれ複数並べられている。 In the third invention, a plurality of unit groups composed of a plurality of processing units are arranged in the exhaust gas flow direction. In each unit group, a plurality of processing units are arranged along the transverse direction of the exhaust passage. A plurality of mesh members of the processing unit are arranged in each of the exhaust gas flow direction and the exhaust passage transverse direction.

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、前記処理ユニットが、放電を発生させる放電器を備え、前記アンテナから電磁波を放射する際に前記放電器による放電を行うことにより、プラズマを生成する一方、前記アンテナから電磁波を放射している期間に、前記放電器による放電を繰り返し行う。 According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the processing unit includes a discharger that generates a discharge, and discharges by the discharger when radiating electromagnetic waves from the antenna. Thus, while the plasma is generated, the discharge by the discharger is repeatedly performed during the period in which the electromagnetic wave is radiated from the antenna.

第４の発明では、アンテナから電磁波を放射している期間、つまり、電磁波によりプラズマを維持しようとする期間に、放電器による放電が繰り返し行われる。ここで、アンテナから電磁波を放射する際に放電を行うことによりプラズマを生成する場合は、電磁波だけでプラズマを生成する場合に比べて、単位時間当たりに投入する電磁波のエネルギーを小さくすることが可能である。電磁波を放射する際に放電を行うと、放電に伴い放出される自由電子がプラズマのトリガーとなるので、プラズマが生成されやすくなる。他方、排気通路では、排気ガスの流れによりプラズマが吹き消されるおそれがある。そのため、電磁波を放射するだけでは、プラズマが吹き消されると、それ以降プラズマがなくなるおそれがある。それに対して、第４の発明では、電磁波が供給されている期間に、放電が繰り返し行われ、自由電子が継続的に放出される。従って、排気ガスの流れによりプラズマが吹き消されても、再びプラズマが生成される。 In the fourth invention, the discharge by the discharger is repeatedly performed during the period in which the electromagnetic wave is radiated from the antenna, that is, the period in which the plasma is maintained by the electromagnetic wave. Here, when generating plasma by discharging when electromagnetic waves are radiated from an antenna, it is possible to reduce the energy of electromagnetic waves input per unit time compared to generating plasma with only electromagnetic waves. It is. When discharge is performed when electromagnetic waves are emitted, plasma is easily generated because free electrons released along with the discharge trigger the plasma. On the other hand, in the exhaust passage, the plasma may be blown out by the flow of exhaust gas. Therefore, if the plasma is blown out only by radiating electromagnetic waves, the plasma may disappear thereafter. On the other hand, in the fourth invention, the discharge is repeatedly performed during the period when the electromagnetic wave is supplied, and free electrons are continuously emitted. Therefore, even if the plasma is blown out by the flow of the exhaust gas, the plasma is generated again.

第５の発明は、排気通路において放電を発生させる放電器と、前記排気通路に高周波のエネルギーを供給する高周波発生器とを備え、前記高周波発生器から前記排気通路へ高周波を供給する際に前記放電器による放電を行うことにより、プラズマを生成するプラズマ生成装置を対象とする。そして、このプラズマ生成装置は、前記高周波発生器から前記排気通路へ高周波を供給している期間に、前記放電器による放電を繰り返し行う。 5th invention is equipped with the discharger which generates discharge in an exhaust passage, and the high frequency generator which supplies high frequency energy to the said exhaust passage, and when supplying a high frequency from the said high frequency generator to the said exhaust passage, The present invention is directed to a plasma generation apparatus that generates plasma by discharging with a discharger. The plasma generator repeatedly discharges by the discharger during a period in which a high frequency is supplied from the high frequency generator to the exhaust passage.

第５の発明では、高周波発生器から高周波を供給している期間、つまり、高周波によりプラズマを維持しようとする期間に、放電器による放電が繰り返し行われる。従って、排気ガスの流れによりプラズマが吹き消されても、再びプラズマが生成される。 In the fifth aspect of the invention, discharge by the discharger is repeatedly performed during a period in which a high frequency is supplied from the high frequency generator, that is, a period in which plasma is maintained by the high frequency. Therefore, even if the plasma is blown out by the flow of the exhaust gas, the plasma is generated again.

本発明では、排気通路における排気ガスの流通方向から見て、網状部材を略円形に形成して、網状部材の内部空間からデッドスペースとなる隅角部がなくなるようにしている。排気ガスの流通方向から見て、網状部材の内部空間に対してプラズマが占める割合が大きくなる。従って、各処理ユニットにおいて多くの排気ガスをプラズマに接触させることができるので、排気ガスの処理効率を向上させることができる。 In the present invention, when viewed from the exhaust gas flow direction in the exhaust passage, the mesh member is formed in a substantially circular shape so that there is no corner that becomes a dead space from the internal space of the mesh member. When viewed from the flow direction of the exhaust gas, the ratio of the plasma to the internal space of the mesh member increases. Accordingly, since a large amount of exhaust gas can be brought into contact with plasma in each processing unit, the exhaust gas processing efficiency can be improved.

また、第４乃至第５の各発明では、プラズマを維持しようとする期間に放電が繰り返し行われて自由電子が継続的に放出されるので、排気ガスの流れによりプラズマが吹き消されても、再びプラズマが生成される。従って、排気ガスの流れによりプラズマ処理が意図せず短縮されることを抑制することができる。 Further, in each of the fourth to fifth inventions, the discharge is repeatedly performed during the period for maintaining the plasma and the free electrons are continuously emitted. Therefore, even if the plasma is blown out by the flow of the exhaust gas, Plasma is generated again. Therefore, unintentional shortening of the plasma treatment due to the flow of exhaust gas can be suppressed.

実施形態に係る排気通路における浄化触媒近傍の概略構成図である。It is a schematic block diagram near the purification catalyst in the exhaust passage according to the embodiment. 実施形態に係るプラズマ生成装置のブロック図である。It is a block diagram of the plasma production apparatus concerning an embodiment. 実施形態に係るユニット群を排気通路における排気ガスの流通方向から見た正面図である。It is the front view which looked at the unit group which concerns on embodiment from the distribution direction of the exhaust gas in an exhaust passage. 実施形態に係る処理ユニットの側面図である。It is a side view of the processing unit concerning an embodiment. 実施形態の変形例１に係る各処理ユニットにおけるマイクロ波放射期間と放電タイミングとの関係を表すタイムチャートである。It is a time chart showing the relationship between the microwave radiation period and discharge timing in each processing unit which concerns on the modification 1 of embodiment. 実施形態の変形例３に係る複数の処理ユニットを排気通路における排気ガスの流通方向から見た正面図である。It is the front view which looked at the some processing unit which concerns on the modification 3 of embodiment from the distribution direction of the exhaust gas in an exhaust passage.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.

本実施形態は、エンジンの排気通路３０においてプラズマを生成するプラズマ生成装置２０である。プラズマ生成装置２０は、図１に示すように、排気通路３０の一部を構成する収容部材３２に、排気ガスを浄化する浄化触媒３１（三元触媒）と共に設けられている。プラズマ生成装置２０は、浄化触媒３１の直上流に設けられている。 The present embodiment is a plasma generation apparatus 20 that generates plasma in an exhaust passage 30 of an engine. As shown in FIG. 1, the plasma generator 20 is provided in a housing member 32 constituting a part of the exhaust passage 30 together with a purification catalyst 31 (three-way catalyst) that purifies exhaust gas. The plasma generator 20 is provided immediately upstream of the purification catalyst 31.

プラズマ生成装置２０は、図２に示すように、電磁波発生装置２１と分配器２２と複数の高電圧発生器２３と複数の処理ユニット２５と制御装置２６とを備えている。高電圧発生器２３は、処理ユニット２５毎に設けられている。分配器２２は、複数の処理ユニット２５の間で、電磁波発生装置２１から出力されたマイクロ波の供給先を切り替える。各処理ユニット２５は、電磁波発生装置２１からのマイクロ波と高電圧発生器２３からの高電圧パルスとを同時期に受けると、マイクロ波プラズマを生成するように構成されている。 As shown in FIG. 2, the plasma generation device 20 includes an electromagnetic wave generation device 21, a distributor 22, a plurality of high voltage generators 23, a plurality of processing units 25, and a control device 26. The high voltage generator 23 is provided for each processing unit 25. The distributor 22 switches the supply destination of the microwave output from the electromagnetic wave generator 21 among the plurality of processing units 25. Each processing unit 25 is configured to generate microwave plasma when receiving the microwave from the electromagnetic wave generator 21 and the high voltage pulse from the high voltage generator 23 at the same time.

具体的に、電磁波発生装置２１は、制御装置２６から電磁波駆動信号を受けると、所定のデューティー比でマイクロ波パルスを繰り返し出力する。電磁波駆動信号はパルス信号であり、電磁波発生装置２１は、電磁波駆動信号のパルス幅の時間に亘って、マイクロ波パルスを繰り返し出力する。電磁波発生装置２１では、半導体発振器がマイクロ波を生成する。なお、半導体発振器の代わりに、マグネトロン等の他の発振器を使用してもよい。 Specifically, when receiving the electromagnetic wave drive signal from the control device 26, the electromagnetic wave generator 21 repeatedly outputs a microwave pulse at a predetermined duty ratio. The electromagnetic wave drive signal is a pulse signal, and the electromagnetic wave generator 21 repeatedly outputs a microwave pulse over the time of the pulse width of the electromagnetic wave drive signal. In the electromagnetic wave generator 21, a semiconductor oscillator generates microwaves. In place of the semiconductor oscillator, another oscillator such as a magnetron may be used.

分配器２２は、１つの入力端子と、処理ユニット２５毎に設けられた複数の出力端子とを備えている。入力端子は、電磁波発生装置２１に接続されている。各出力端子は、処理ユニット２５の後述するアンテナ２７に接続されている。 The distributor 22 includes one input terminal and a plurality of output terminals provided for each processing unit 25. The input terminal is connected to the electromagnetic wave generator 21. Each output terminal is connected to an antenna 27 described later of the processing unit 25.

各高電圧発生器２３は、例えば点火コイルである。各高電圧発生器２３は、対応する処理ユニット２５の後述する放電器２８に接続されている。各高電圧発生器２３は、制御装置２６から放電信号を受けると、高電圧パルスを出力する。 Each high voltage generator 23 is, for example, an ignition coil. Each high voltage generator 23 is connected to a later-described discharger 28 of the corresponding processing unit 25. Each high voltage generator 23 outputs a high voltage pulse when it receives a discharge signal from the control device 26.

各処理ユニット２５は、図３及び図４に示すように、放電を発生させる放電器２８と、マイクロ波を放射するためのアンテナ２７と、内部にプラズマが生成されるプラズマ生成室４１を形成する網状部材４０とを備えている。 As shown in FIGS. 3 and 4, each processing unit 25 forms a discharger 28 for generating a discharge, an antenna 27 for radiating microwaves, and a plasma generation chamber 41 in which plasma is generated. And a net-like member 40.

網状部材４０は、略釣り鐘状に形成されている。網状部材４０は、図４において上方向から見た形状が円形である。なお、網状部材４０の形状は、球形など他の形状を採用してもよい。 The net member 40 is formed in a substantially bell shape. The net-like member 40 has a circular shape when viewed from above in FIG. The shape of the mesh member 40 may be other shapes such as a sphere.

放電器２８は、例えば点火プラグである。放電器２８は、中心電極と接地電極との間の放電ギャップがプラズマ生成室４１に臨むように、網状部材４０の頂部に取り付けられている。アンテナ２７は、棒状に形成されている。アンテナ２７は、マイクロ波の放射位置（輻射位置）がプラズマ生成室４１に臨むように、網状部材４０の底面に取り付けられている。網状部材４０は、アンテナ２７から放射されたマイクロ波をプラズマ生成室４１に閉じ込めることができるように、つまり、マイクロ波が網状部材４０を通過しないように、メッシュの大きさが設定されている。 The discharger 28 is a spark plug, for example. The discharger 28 is attached to the top of the mesh member 40 so that the discharge gap between the center electrode and the ground electrode faces the plasma generation chamber 41. The antenna 27 is formed in a rod shape. The antenna 27 is attached to the bottom surface of the mesh member 40 so that the microwave radiation position (radiation position) faces the plasma generation chamber 41. The mesh member 40 has a mesh size set so that the microwave radiated from the antenna 27 can be confined in the plasma generation chamber 41, that is, the microwave does not pass through the mesh member 40.

排気通路３０では、浄化触媒３１の直上流に、複数の処理ユニット２５が規則的に配置されている。排気通路３０では、排気通路３０の横断方向に沿って配置された複数の処理ユニット２５からなるユニット群５０が、排気ガスの流通方向に複数並べられている。各ユニット群５０では、排気通路３０の壁面に固定された網板状の固定部材３５に、複数の網状部材４０が取り付けられている。各網状部材４０は、その頂部が上流側を向きその底面が下流側を向く姿勢で、固定部材３５に取り付けられている。固定部材３５は、排気通路３０の横断方向に沿って設けられている。各網状部材４０の外形は、排気通路３０における排気ガスの流通方向から見て円形である。 In the exhaust passage 30, a plurality of processing units 25 are regularly arranged immediately upstream of the purification catalyst 31. In the exhaust passage 30, a plurality of unit groups 50 including a plurality of processing units 25 arranged along the transverse direction of the exhaust passage 30 are arranged in the exhaust gas flow direction. In each unit group 50, a plurality of mesh members 40 are attached to a mesh plate-like fixing member 35 fixed to the wall surface of the exhaust passage 30. Each mesh member 40 is attached to the fixing member 35 in such a posture that the top portion faces the upstream side and the bottom surface faces the downstream side. The fixing member 35 is provided along the transverse direction of the exhaust passage 30. The outer shape of each mesh member 40 is circular when viewed from the exhaust gas flow direction in the exhaust passage 30.

各ユニット群５０では、固定部材３５に複数の網状部材４０が格子状に取り付けられている。各ユニット群５０では、排気通路３０の横断面における縦方向と横方向にそれぞれ網状部材４０が複数設けられている。隣り合うユニット群５０では、網状部材４０の位置が互いにずれている。各ユニット群５０において網状部材４０の中心が存在する位置を格子点とした場合に、隣り合うユニット群５０では、縦方向及び横方向において格子の長さの半分だけ、格子点の位置が互いにずれている。
−プラズマ生成装置の動作− In each unit group 50, a plurality of mesh members 40 are attached to the fixing member 35 in a grid pattern. In each unit group 50, a plurality of mesh members 40 are provided in the vertical direction and the horizontal direction in the cross section of the exhaust passage 30. In the adjacent unit groups 50, the positions of the mesh members 40 are shifted from each other. When the position where the center of the mesh member 40 exists in each unit group 50 is a lattice point, in the adjacent unit group 50, the positions of the lattice points are shifted from each other by half of the length of the lattice in the vertical and horizontal directions. ing.
-Operation of plasma generator-

各処理ユニット２５の内部でプラズマを生成して、各処理ユニット２５の網状部材４０を通過する排気ガスをプラズマ処理するプラズマ生成装置２０の動作について説明する。プラズマ生成装置２０は、エンジンを制御する電子制御装置（いわゆるＥＣＵ）から制御装置２６が開始指令を受けると、排気通路３０においてマイクロ波プラズマを生成するプラズマ生成動作を行う。プラズマ生成動作では、複数の処理ユニット２５の間で、マイクロ波プラズマが生成される処理ユニット２５が順番に切り替えられる。なお、電子制御装置は、例えばエンジンの始動時に開始指令を出力する。 The operation of the plasma generating apparatus 20 that generates plasma inside each processing unit 25 and plasma-processes exhaust gas that passes through the mesh member 40 of each processing unit 25 will be described. When the control device 26 receives a start command from an electronic control device (so-called ECU) that controls the engine, the plasma generation device 20 performs a plasma generation operation for generating microwave plasma in the exhaust passage 30. In the plasma generation operation, the processing units 25 that generate microwave plasma are sequentially switched among the plurality of processing units 25. Note that the electronic control device outputs a start command when the engine is started, for example.

なお、エンジンは、エンジンだけを駆動源とする自動車に搭載されるものであってもよいし、エンジンとモータを駆動源とするハイブリッド自動車に搭載されるものであってもよい。ハイブリッド自動車は、例えば低負荷から高負荷へ変化する際に、モータからエンジンへの駆動源の切り替えによりエンジンが始動される。 The engine may be mounted on a vehicle having only the engine as a drive source, or may be mounted on a hybrid vehicle having an engine and a motor as drive sources. For example, when a hybrid vehicle changes from a low load to a high load, the engine is started by switching the drive source from the motor to the engine.

具体的に、制御装置２６は、開始指令を受けると、電磁波駆動信号及び放電信号を出力する。電磁波駆動信号は、電磁波発生装置２１に出力される。放電信号は、最初にマイクロ波プラズマを生成する予定の処理ユニット２５（以下、「開始用処理ユニット」という。）の放電器２８に対応する高電圧発生器２３に出力される。 Specifically, when receiving a start command, the control device 26 outputs an electromagnetic wave drive signal and a discharge signal. The electromagnetic wave drive signal is output to the electromagnetic wave generator 21. The discharge signal is output to the high voltage generator 23 corresponding to the discharger 28 of the processing unit 25 (hereinafter referred to as “starting processing unit”) that is to first generate microwave plasma.

電磁波発生装置２１は、電磁波駆動信号を受けると、所定のデューティー比でマイクロ波パルスを繰り返し出力し始める。分配器２２は、電磁波発生装置２１から入力されたマイクロ波パルスの供給先が、開始用処理ユニット２５に設定されている。一方、高電圧発生器２３は、開始用処理ユニット２５の放電器２８に高電圧パルスを出力する。 When receiving the electromagnetic wave drive signal, the electromagnetic wave generator 21 starts to output microwave pulses repeatedly at a predetermined duty ratio. In the distributor 22, the supply destination of the microwave pulse input from the electromagnetic wave generator 21 is set to the start processing unit 25. On the other hand, the high voltage generator 23 outputs a high voltage pulse to the discharger 28 of the start processing unit 25.

開始用処理ユニット２５では、アンテナ２７にマイクロ波パルスが供給され、放電器２８に高電圧パルスが供給される。開始用処理ユニット２５の網状部材４０内のプラズマ生成室４１では、アンテナ２７からマイクロ波の放射が開始されるのと同時に、放電器２８の放電ギャップにおいてスパーク放電が生じる。そうすると、スパーク放電に伴って、排気ガス成分の分子から自由電子が放出され、その自由電子がマイクロ波のエネルギーを受けて加速される。自由電子は、周囲のガス分子に衝突し、そのガス分子を電離させる。電離により放出された自由電子も、マイクロ波のエネルギーを受けて加速され、周囲のガス分子を電離させる。このように、プラズマ生成室４１では、ガス分子が雪崩式に電離し、比較的大きなマイクロ波プラズマが生成される。マイクロ波プラズマは、アンテナ２７からマイクロ波パルスが繰り返し放射されている期間に亘って維持される。 In the start processing unit 25, the microwave pulse is supplied to the antenna 27, and the high voltage pulse is supplied to the discharger 28. In the plasma generation chamber 41 in the mesh member 40 of the start processing unit 25, the microwave discharge from the antenna 27 is started, and at the same time, a spark discharge is generated in the discharge gap of the discharger 28. As a result, free electrons are emitted from the molecules of the exhaust gas component along with the spark discharge, and the free electrons are accelerated by receiving microwave energy. Free electrons collide with surrounding gas molecules and ionize the gas molecules. Free electrons released by ionization are accelerated by receiving microwave energy, and ionize surrounding gas molecules. Thus, in the plasma generation chamber 41, gas molecules are ionized in an avalanche manner, and a relatively large microwave plasma is generated. The microwave plasma is maintained over a period in which microwave pulses are repeatedly emitted from the antenna 27.

プラズマ生成動作では、制御装置２６が、所定の切替時間毎に、マイクロ波パルスの供給先の切り替えを指令する切替信号を分配器２２へ出力すると同時に、その切替信号によってマイクロ波パルスの供給先となる処理ユニット２５の放電器２８に対応する高電圧発生器２３に、放電信号を出力する。マイクロ波パルスの供給先となる処理ユニット２５では、高電圧発生器２３から放電器２８に高電圧パルスが供給される。そうすると、その処理ユニット２５では、アンテナ２７からマイクロ波の放射が開始されるのと同時に、放電器２８の放電ギャップにおいてスパーク放電が生じて、マイクロ波プラズマが生成される。マイクロ波プラズマは、分配器２２においてマイクロ波パルスの供給先が切り替えられるまで維持される。プラズマ生成動作では、短い切替時間（例えば数ミリ秒）の間隔で、マイクロ波プラズマを生成する処理ユニット２５が順番に切り替えられる。 In the plasma generation operation, the control device 26 outputs a switching signal instructing switching of the supply destination of the microwave pulse to the distributor 22 every predetermined switching time, and at the same time, the supply destination of the microwave pulse is determined by the switching signal. A discharge signal is output to the high voltage generator 23 corresponding to the discharger 28 of the processing unit 25. In the processing unit 25 to which the microwave pulse is supplied, the high voltage pulse is supplied from the high voltage generator 23 to the discharger 28. Then, in the processing unit 25, the microwave discharge is started from the antenna 27, and at the same time, a spark discharge is generated in the discharge gap of the discharger 28 to generate microwave plasma. The microwave plasma is maintained until the supply destination of the microwave pulse is switched in the distributor 22. In the plasma generation operation, the processing units 25 that generate the microwave plasma are sequentially switched at intervals of a short switching time (for example, several milliseconds).

各処理ユニット２５では、マイクロ波プラズマが維持されている期間に、マイクロ波パルスの放射と停止が所定のデューティー比で繰り返される。このデューティー比は、マイクロ波プラズマが熱プラズマにならず、且つ、マイクロ波プラズマが消滅しないように、放射時間と停止時間が設定されている。各処理ユニット２５では、非平衡のマイクロ波プラズマが維持される。 In each processing unit 25, the emission and stop of the microwave pulse are repeated at a predetermined duty ratio while the microwave plasma is maintained. The duty ratio is set such that the emission time and the stop time are set so that the microwave plasma does not become a thermal plasma and the microwave plasma does not disappear. In each processing unit 25, a non-equilibrium microwave plasma is maintained.

プラズマ生成動作は、電磁波発生装置２１がマイクロ波パルスの出力を停止するまで継続される。プラズマ生成動作は、電磁波駆動信号のパルス幅の時間（例えば数秒）に亘って継続される。マイクロ波プラズマを生成する処理ユニット２５の切り替えは、プラズマ生成動作が終了するまで行われる。 The plasma generation operation is continued until the electromagnetic wave generator 21 stops the output of the microwave pulse. The plasma generation operation is continued for a time (for example, several seconds) of the pulse width of the electromagnetic wave driving signal. The processing unit 25 that generates the microwave plasma is switched until the plasma generation operation is completed.

プラズマ生成動作中は、マイクロ波プラズマが形成されている処理ユニット２５の網状部材４０を通過する排気ガスが、酸化しやすい成分に分解される。また、マイクロ波プラズマの生成に伴ってＯＨラジカルなどの活性種が生成される。浄化触媒３１には、分解された成分が活性種と共に流入する。その結果、浄化触媒３１に流入する排気ガスをマイクロ波プラズマに接触させない場合に比べて、浄化触媒３１の活性温度は低下する。本実施形態では、エンジンの電子制御装置がエンジンの始動時に開始指令を出力するので、エンジン始動時の浄化触媒３１の活性化に要する時間が短縮される。
−実施形態の効果− During the plasma generation operation, the exhaust gas passing through the mesh member 40 of the processing unit 25 in which the microwave plasma is formed is decomposed into components that are easily oxidized. Also, active species such as OH radicals are generated with the generation of microwave plasma. The decomposed components flow into the purification catalyst 31 together with the active species. As a result, the activation temperature of the purification catalyst 31 is lowered as compared with the case where the exhaust gas flowing into the purification catalyst 31 is not brought into contact with the microwave plasma. In this embodiment, since the engine electronic control device outputs a start command when the engine is started, the time required for activating the purification catalyst 31 at the time of starting the engine is shortened.
-Effect of the embodiment-

本実施形態では、排気通路３０における排気ガスの流通方向から見て、網状部材４０を円形に形成して、網状部材４０の内部空間からデッドスペースとなる隅角部がなくなるようにしている。排気ガスの流通方向から見て、網状部材４０の内部空間に対してマイクロ波プラズマが占める割合が大きくなる。従って、各処理ユニット２５において多くの排気ガスをマイクロ波プラズマに接触させることができるので、排気ガスの処理効率を向上させることができる。
−実施形態の変形例１− In the present embodiment, when viewed from the flow direction of the exhaust gas in the exhaust passage 30, the mesh member 40 is formed in a circular shape so that a corner portion that becomes a dead space is eliminated from the internal space of the mesh member 40. When viewed from the flow direction of the exhaust gas, the ratio of the microwave plasma to the internal space of the mesh member 40 increases. Therefore, since a large amount of exhaust gas can be brought into contact with the microwave plasma in each processing unit 25, the processing efficiency of the exhaust gas can be improved.
-Modification 1 of embodiment-

変形例１では、各処理ユニット２５において、図５に示すように、アンテナ２７からマイクロ波パルスが繰り返し放射されるマイクロ波放射期間に、放電器２８による放電が繰り返し行われる。つまり、マイクロ波によりマイクロ波プラズマを維持しようとする期間に、放電器２８による放電が繰り返し行われる。 In the first modification, in each processing unit 25, as shown in FIG. 5, the discharge by the discharger 28 is repeatedly performed during the microwave radiation period in which the microwave pulse is repeatedly emitted from the antenna 27. That is, the discharge by the discharger 28 is repeatedly performed during a period in which the microwave plasma is maintained by the microwave.

変形例１では、マイクロ波放射期間に放電により自由電子を継続的に放出される。そのため、排気ガスの流れによりプラズマが吹き消されても、再びプラズマが生成される。従って、排気ガスの流れによりプラズマ処理が意図せず短縮されることを抑制することができる。 In the first modification, free electrons are continuously emitted by discharge during the microwave radiation period. Therefore, even if the plasma is blown out by the flow of exhaust gas, the plasma is generated again. Therefore, unintentional shortening of the plasma treatment due to the flow of exhaust gas can be suppressed.

なお、変形例１は、マイクロ波よりも周波数が低いキロヘルツ帯やメガヘルツ帯の高周波であってもよい。プラズマ生成装置２０は、排気通路３０において放電を発生させる放電器２８と、排気通路３０に高周波のエネルギーを供給する高周波発生器とを備えている。プラズマ生成装置２０は、高周波発生器から排気通路３０へ高周波を供給する際に放電器２８による放電を行うことによりプラズマを生成する。プラズマ生成装置２０は、高周波発生器から排気通路３０に高周波を供給している期間に、放電器２８による放電を繰り返し行う。例えば、排気通路３０に点火プラグ２８を設け、スパーク放電と同時に、高電圧の交流を中心電極と接地電極とに印加すると、比較的大きなプラズマが生成される。このようなプラズマ生成装置２０においても、高電圧の交流を点火プラグ２８へ供給している期間に、放電を繰り返し行うことで、排気ガスの流れによりプラズマが吹き消されても、再びプラズマを生成することができる。
−実施形態の変形例２− Modification 1 may be a high frequency in the kilohertz band or the megahertz band, which has a frequency lower than that of the microwave. The plasma generator 20 includes a discharger 28 that generates a discharge in the exhaust passage 30 and a high-frequency generator that supplies high-frequency energy to the exhaust passage 30. The plasma generator 20 generates plasma by performing discharge by the discharger 28 when supplying a high frequency from the high frequency generator to the exhaust passage 30. The plasma generator 20 repeatedly performs discharge by the discharger 28 during a period in which high frequency is supplied from the high frequency generator to the exhaust passage 30. For example, when a spark plug 28 is provided in the exhaust passage 30 and a high voltage alternating current is applied to the center electrode and the ground electrode simultaneously with the spark discharge, a relatively large plasma is generated. Even in such a plasma generation device 20, plasma is generated again even if the plasma is blown out by the flow of exhaust gas by repeatedly performing discharge during a period in which high-voltage alternating current is supplied to the spark plug 28. can do.
-Modification 2 of embodiment-

変形例２では、電磁波発生装置２１と分配器２２とが複数組設けられている。例えば、電磁波発生装置２１及び分配器２２の組合せは、ユニット群５０毎に設けられている。プラズマ生成動作では、各処理ユニット群５０において、複数の処理ユニット２５の間で、マイクロ波プラズマが生成される処理ユニット２５が順番に切り替えられる。変形例２では、異なるユニット群５０では同時にマイクロ波プラズマが生成される処理ユニット２５が存在する。従って、プラズマ生成動作中に、複数の処理ユニット２５で同時に排気ガスをプラズマ処理することができる。
−実施形態の変形例３− In the second modification, a plurality of sets of electromagnetic wave generators 21 and distributors 22 are provided. For example, the combination of the electromagnetic wave generator 21 and the distributor 22 is provided for each unit group 50. In the plasma generation operation, in each processing unit group 50, the processing units 25 that generate microwave plasma are sequentially switched among the plurality of processing units 25. In the second modification, in different unit groups 50, there are processing units 25 that generate microwave plasma at the same time. Therefore, during the plasma generation operation, the exhaust gas can be simultaneously plasma processed by the plurality of processing units 25.
—Modification 3 of Embodiment—

変形例３では、図６に示すように、浄化触媒３１の外周部分に対応する領域だけに、複数の処理ユニット２５が設けられている。複数の処理ユニット２５は、排気通路３０の壁面に沿って連なっている。なお、処理ユニット２５同士は、平面の網状部材で接合されているが、各処理ユニット２５の網状部材４０は、排気通路３０における排気ガスの流通方向から見て、略円形である。 In Modification 3, as shown in FIG. 6, a plurality of processing units 25 are provided only in a region corresponding to the outer peripheral portion of the purification catalyst 31. The plurality of processing units 25 are continuous along the wall surface of the exhaust passage 30. Although the processing units 25 are joined to each other by a planar mesh member, the mesh member 40 of each processing unit 25 is substantially circular as viewed from the exhaust gas flow direction in the exhaust passage 30.

この場合に、浄化触媒３１の中心部に、電磁波を吸収する電磁波吸収体５５（例えば、カーボンマイクロコイル）が設けられている。エンジンの始動時に、プラズマ生成装置２０とは別途に設けた電磁波発生装置から、浄化触媒３１を収容する空間へ電磁波が供給される。浄化触媒３１の中心部は、電磁波吸収体５５が加熱されることで、活性温度に短時間で到達する。一方、浄化触媒３１の外周部は、複数の処理ユニット２５によってプラズマ処理が行われることで、上述したように、排気ガスの成分の分解と活性種の生成がなされて、活性温度に短時間で到達する。 In this case, an electromagnetic wave absorber 55 (for example, a carbon microcoil) that absorbs electromagnetic waves is provided at the center of the purification catalyst 31. When the engine is started, electromagnetic waves are supplied from an electromagnetic wave generator provided separately from the plasma generator 20 to a space in which the purification catalyst 31 is accommodated. The central portion of the purification catalyst 31 reaches the activation temperature in a short time as the electromagnetic wave absorber 55 is heated. On the other hand, the outer peripheral portion of the purification catalyst 31 is subjected to plasma processing by the plurality of processing units 25, and as described above, the components of the exhaust gas are decomposed and the active species are generated. To reach.

なお、浄化触媒３１へ電磁波吸収体５５を設ける代わりに、処理ユニット２５と浄化触媒３１との間に、電磁波吸収体５５を設けてもよい。電磁波吸収体５５は、浄化触媒３１の上流において浄化触媒３１の中央部に対面する位置に配置される。また、浄化触媒３１の上流と下流の両方に、電磁波吸収体５５を設けてもよい。
《その他の実施形態》 Instead of providing the electromagnetic wave absorber 55 on the purification catalyst 31, the electromagnetic wave absorber 55 may be provided between the processing unit 25 and the purification catalyst 31. The electromagnetic wave absorber 55 is disposed at a position facing the central portion of the purification catalyst 31 upstream of the purification catalyst 31. Further, the electromagnetic wave absorber 55 may be provided both upstream and downstream of the purification catalyst 31.
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前記実施形態は、以下のように構成してもよい。 The embodiment may be configured as follows.

前記実施形態において、浄化触媒３１は、三元触媒以外の他の触媒（例えば、尿素ＳＣＲシステムのＳＣＲ触媒）であってもよい。 In the embodiment, the purification catalyst 31 may be a catalyst other than the three-way catalyst (for example, the SCR catalyst of the urea SCR system).

また、前記実施形態において、複数の処理ユニット２５を浄化触媒３１の下流に設けてもよい。プラズマ生成装置２０は、浄化触媒３１を通過した排気ガスをプラズマ処理する。 In the embodiment, a plurality of processing units 25 may be provided downstream of the purification catalyst 31. The plasma generator 20 plasma-processes the exhaust gas that has passed through the purification catalyst 31.

また、前記実施形態において、プラズマ生成装置２０を、例えば燃焼炉の排気通路などエンジンの排気通路３０以外に適用してもよい。 Moreover, in the said embodiment, you may apply the plasma production | generation apparatus 20 other than engine exhaust passages 30, such as an exhaust passage of a combustion furnace, for example.

以上説明したように、本発明は、排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置について有用である。 As described above, the present invention is useful for a plasma generation apparatus that generates plasma in an exhaust passage.

２０プラズマ生成装置
２５処理ユニット
２７アンテナ
２８放電器
３０排気通路
３１浄化触媒
４０網状部材
５０ユニット群
20 Plasma generator
25 processing unit
27 Antenna
28 Discharger
30 Exhaust passage
31 Purification catalyst
40 Mesh member
50 units

Claims

電磁波を放射するためのアンテナと、該アンテナから放射された電磁波を閉じ込め、該電磁波によりプラズマが生成される空間を内部に形成する網状部材とを有する処理ユニットを複数備え、
排気通路に配置された各処理ユニットの内部でプラズマを生成して、各処理ユニットを通過する排気ガスをプラズマ処理するプラズマ生成装置であって、
前記各処理ユニットでは、前記排気通路における排気ガスの流通方向から見て、前記網状部材が略円形に形成されている
ことを特徴とするプラズマ生成装置。 A plurality of processing units having an antenna for radiating electromagnetic waves, and a net-like member that confines the electromagnetic waves radiated from the antenna and forms a space in which plasma is generated by the electromagnetic waves,
A plasma generating apparatus that generates plasma inside each processing unit disposed in an exhaust passage and plasma-processes exhaust gas that passes through each processing unit,
In each of the processing units, the mesh member is formed in a substantially circular shape when viewed from the flow direction of the exhaust gas in the exhaust passage.

請求項１において、
前記排気通路の横断面における縦方向と横方向にそれぞれ前記処理ユニットが複数設けられている。
ことを特徴とするプラズマ生成装置。 In claim 1,
A plurality of the processing units are provided in each of the vertical direction and the horizontal direction in the cross section of the exhaust passage.
A plasma generator characterized by that.

請求項１又は２において、
前記排気通路の横断方向に沿って配置された複数の処理ユニットからなるユニット群が、排気ガスの流通方向に複数並べられている
ことを特徴とするプラズマ生成装置。 In claim 1 or 2,
A plasma generating apparatus, wherein a plurality of unit groups each including a plurality of processing units arranged along a transverse direction of the exhaust passage are arranged in a flow direction of the exhaust gas.

請求項１乃至３の何れか１つにおいて、
前記処理ユニットは、放電を発生させる放電器を備え、前記アンテナから電磁波を放射する際に前記放電器による放電を行うことにより、プラズマを生成する一方、
前記アンテナから電磁波を放射している期間に、前記放電器による放電を繰り返し行う
ことを特徴とするプラズマ生成装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The processing unit includes a discharger that generates a discharge, and generates plasma by performing discharge by the discharger when radiating electromagnetic waves from the antenna,
A plasma generating apparatus, wherein discharge by the discharger is repeatedly performed during a period in which electromagnetic waves are radiated from the antenna.

排気通路において放電を発生させる放電器と、
前記排気通路に高周波のエネルギーを供給する高周波発生器とを備え、
前記高周波発生器から前記排気通路へ高周波を供給する際に前記放電器による放電を行うことにより、プラズマを生成するプラズマ生成装置であって、
前記高周波発生器から前記排気通路へ高周波を供給している期間に、前記放電器による放電を繰り返し行う
ことを特徴とするプラズマ生成装置。 A discharger for generating discharge in the exhaust passage;
A high-frequency generator for supplying high-frequency energy to the exhaust passage,
A plasma generation device that generates plasma by performing discharge by the discharger when supplying a high frequency from the high frequency generator to the exhaust passage,
A plasma generating apparatus, wherein discharge by the discharger is repeatedly performed during a period in which a high frequency is supplied from the high frequency generator to the exhaust passage.