特開 2023-161518 排気システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023161518

(43)【公開日】2023-11-07

(54)【発明の名称】排気システム

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20231030BHJP

   F01N 3/02 20060101ALI20231030BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20231030BHJP

【ＦＩ】

F01N3/08 C

F01N3/02 201

B01D53/94 222

B01D53/94 ZAB

B01D53/94 245

B01D53/94 280

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022071977

(22)【出願日】2022-04-25

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103517

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 寛之

(72)【発明者】

【氏名】玉木 竜太郎

(72)【発明者】

【氏名】内藤 一哉

(72)【発明者】

【氏名】間所 和彦

(72)【発明者】

【氏名】大西 哲郎

(72)【発明者】

【氏名】島村 遼一

(72)【発明者】

【氏名】松山 翔

(72)【発明者】

【氏名】倉田 怜

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 智博

【テーマコード（参考）】

3G091

3G190

4D148

【Ｆターム（参考）】

3G091AA02

3G091AB01

3G091AB14

3G091BA14

3G091BA15

3G091DA08

3G091DB10

3G091HA05

3G091HA39

3G190AA02

3G190DD01

3G190EA25

3G190EA32

4D148AA06

4D148AA13

4D148AA18

4D148AB01

4D148AB02

4D148AB09

4D148CD03

4D148CD10

4D148DA01

4D148DA02

4D148DA08

4D148DA13

4D148DA20

4D148EA03

(57)【要約】

【課題】プラズマリアクターによって消費される電力を抑制できる排気システムを提供する。
【解決手段】
排気システム１４は、エンジン１０１と接続される触媒コンバーター２と、触媒コンバーター２の下流側に接続される排気管３と、排気管３の途中に介在されるプラズマリアクター４と、制御装置６とを備える。制御装置６は、触媒コンバーター２内の温度が、触媒コンバーター２内の触媒が活性化する温度以上であり、かつ、エンジン１０１が、粒子状物質の発生が想定される条件で作動している場合と、触媒コンバーター２内の温度が、触媒コンバーター２内の触媒が活性化する温度以上であり、エンジン１０１が、粒子状物質の発生が想定されない条件で作動しており、かつ、空燃比がリーンである場合とにプラズマリアクター４に放電させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと接続される触媒コンバーターと、
前記触媒コンバーターの下流側に接続される排気管と、
前記排気管の途中に介在されるプラズマリアクターと、
制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記触媒コンバーター内の温度が、前記触媒コンバーター内の触媒が活性化する温度以上であり、かつ、前記エンジンが、粒子状物質の発生が想定される条件で作動している場合と、
前記触媒コンバーター内の温度が、前記触媒コンバーター内の触媒が活性化する温度以上であり、前記エンジンが、粒子状物質の発生が想定されない条件で作動しており、かつ、空燃比がリーンである場合と
に前記プラズマリアクターに放電させる、排気システム。

【請求項2】

前記制御装置は、
前記触媒コンバーター内の温度が、前記触媒コンバーター内の触媒が活性化する温度以上であり、前記エンジンが、粒子状物質の発生が想定されない条件で作動しており、空燃比がストイキオメトリまたはリッチである場合、前記プラズマリアクターの放電を停止させる、請求項１に記載の排気システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジンの排気ラインにプラズマ処理装置を設け、エンジン始動時及び加速時にプラズマ処理装置を作動させるプラズマ生成制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０６－３３５６２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記した特許文献１に記載されるような排気ラインにおいて、さらなる省エネルギー化が要望されている。

【0005】

そこで、本発明の目的は、プラズマリアクターによって消費される電力を抑制できる排気システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明［１］は、エンジンと接続される触媒コンバーターと、前記触媒コンバーターの下流側に接続される排気管と、前記排気管の途中に介在されるプラズマリアクターと、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記触媒コンバーター内の温度が、前記触媒コンバーター内の触媒が活性化する温度以上であり、かつ、前記エンジンが、粒子状物質の発生が想定される条件で作動している場合と、前記触媒コンバーター内の温度が、前記触媒コンバーター内の触媒が活性化する温度以上であり、前記エンジンが、粒子状物質の発生が想定されない条件で作動しており、かつ、空燃比がリーンである場合とに前記プラズマリアクターに放電させる、排気システムを含む。

【0007】

このような構成によれば、制御装置は、エンジンが粒子状物質の発生が想定される条件で作動している場合と、エンジンが粒子状物質の発生が想定されない条件で作動しており、かつ、空燃比がリーンである場合とに、プラズマリアクターに放電させる。

【0008】

エンジンが粒子状物質の発生が想定される条件で作動している場合にプラズマリアクターが放電することにより、プラズマリアクターによって消費される電力を抑制しつつ、粒子状物質を処理できる。

【0009】

また、空燃比がリーンである場合にプラズマリアクターが放電することにより、排気ガス中の酸素を利用して、プラズマリアクターの電極パネルに吸着した粒子状物質を分解できる。

【0010】

そのため、排気ガス中に酸素が存在しており、粒子状物質の分解に有利な条件で、プラズマリアクターが放電することにより、効率よく電極パネルに吸着した粒子状物質を分解できる。

【0011】

その結果、プラズマリアクターによって消費される電力を抑制しつつ、電極パネルに吸着した粒子状物質を処理できる。

【0012】

本発明［２］は、前記制御装置は、前記触媒コンバーター内の温度が、前記触媒コンバーター内の触媒が活性化する温度以上であり、前記エンジンが、粒子状物質の発生が想定されない条件で作動しており、空燃比がストイキオメトリまたはリッチである場合、前記プラズマリアクターの放電を停止させる、上記［１］の排気システムを含む。

【0013】

このような構成によれば、プラズマリアクターの放電を停止させることにより、プラズマリアクターによる電力の消費を抑制できる。

【0014】

また、空燃比がストイキオメトリであり、排気ガス中に酸素が含有されている状態で、プラズマリアクターに放電させると、排気ガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する場合がある。

【0015】

この点、空燃比がストイキオメトリまたはリッチである場合にプラズマリアクターの放電が停止することにより、空燃比がストイキオメトリである場合の窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を、抑制できる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の排気システムによれば、プラズマリアクターによって消費される電力を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の排気システムの一実施形態を備える車両の概略構成図である。

【図2】図２は、図１に示す排気システムの制御について説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

１．排気システムの構成
図１に示すように、排気システム１は、例えば、車両１００に搭載される。

【0019】

車両１００は、エンジン１０１と、バッテリー１０２を含む電気システムと、エンジン１０１に吸気するための図示しない吸気システムと、エンジン１０１に燃料を供給するための図示しない燃料噴射システムと、エンジン１０１から排気するための排気システム１とを備える。

【0020】

排気システム１は、触媒コンバーター２と、排気管３と、プラズマリアクター４と、電源装置５と、制御装置６と、触媒温度センサ７と、Ａ／Ｆセンサ８とを備える。

【0021】

（１）触媒コンバーター
触媒コンバーター２は、エンジン１０１と接続される。具体的には、触媒コンバーター２は、触媒の一例としての三元触媒を内部に有する三元触媒コンバーターである。触媒コンバーター２は、内部の触媒により、排気ガスに含まれる有害成分（炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ））を分解する。

【0022】

（２）排気管
排気管３は、触媒コンバーター２と接続される。排気管３は、排気ガスが流れる方向において、触媒コンバーター２の下流側に接続される。エンジン１０１から排出され、触媒コンバーター２を通過した排気ガスは、排気管３を通過して車外に排出される。

【0023】

（３）プラズマリアクター
プラズマリアクター４は、排気管３の途中に介在される。プラズマリアクター４は、排気ガスに含まれる有害成分を分解する。プラズマリアクター４は、誘電体バリア放電型のプラズマリアクターである。

【0024】

詳しくは、プラズマリアクター４は、複数の電極パネル４１を有する。複数の電極パネル４１は、排気管３が延びる方向と直交する方向において、互いに間隔を隔てて並ぶ。各電極パネル４１は、排気管３が延びる方向に延びる。各電極パネル４１は、平板形状を有する。排気ガスは、各電極パネル４１の間を通過する。

【0025】

各電極パネル４１は、導体層と、導体層を覆う誘電体層とを有する。導体層は、例えば、タングステンなどの金属（導体）から作られる。誘電体層は、例えば、酸化アルミニウムなどのセラミックス（誘電体）から作られる。

【0026】

各電極パネル４１に電力が供給されると、各電極パネル４１の間で放電（誘電体バリア放電）が生じる。これにより、各電極パネル４１の間の気体が、プラズマ状態となる。すなわち、プラズマリアクター４内にプラズマが発生する。すると、排気ガスに含まれる有害成分は、プラズマによって分解される。プラズマリアクター４を通過した排気ガスは、排気管３を通過して、車外に排出される。

【0027】

（４）電源装置
電源装置５は、バッテリー１０２からの電力をプラズマリアクター４の各電極パネル４１に供給可能である。電源装置５は、バッテリー１０２と電気的に接続される。また、電源装置５は、各電極パネル４１と電気的に接続される。電源装置５は、オン状態またはオフ状態に切り替え可能である。電源装置５がオン状態である場合、電源装置５は、電極パネル４１に電力を供給可能である。また、電源装置５がオフ状態である場合、電源装置５は、電極パネル４１に電力を供給しない。

【0028】

（５）制御装置
制御装置６は、車両１００における電気的な制御を実行するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備える。制御装置６は、バッテリー１０２と電気的に接続される。制御装置６は、車両１００のイグニッションスイッチがオンされたときに、バッテリー１０２から電力が供給されることにより、起動する。

【0029】

制御装置６は、電源装置５に電気的に接続される。制御装置６は、電源装置５に所定の電気信号を送ることにより、電源装置５をオン状態またはオフ状態に切り替える。すなわち、制御装置６は、電源装置５を制御する。言い換えると、制御装置６は、電源装置５を介して、プラズマリアクター４を制御する。

【0030】

また、制御装置６は、図示しないアクセルペダルと電気的に接続される。制御装置６は、アクセルペダルの位置に応じた電気信号（アクセル指示値）を受信可能である。また、制御装置６は、エンジン１０１の冷却水の温度を測定するセンサ（図示せず）と電気的に接続される。また、制御装置６は、触媒温度センサ７およびＡ／Ｆセンサ８と電気的に接続される。

【0031】

（６）センサ
触媒温度センサ７は、触媒コンバーター２に取り付けられる。触媒温度センサ７は、触媒コンバーター２内の温度Ｔ_(S/C)を測定する。

【0032】

Ａ／Ｆセンサ８は、エンジン１０１と触媒コンバータ２との間に取り付けられる。Ａ／Ｆセンサ８は、排気ガス中の酸素濃度を測定する。

【0033】

２．排気システムの制御
次に、図２を参照して、排気システム１の制御について説明する。

【0034】

車両１００のイグニッションスイッチがオンされると、制御装置６が起動する。さらに、セルモーターが回ると、エンジン１０１が始動する（Ｓ１）。エンジン１０１が始動すると、エンジン１０１からの排気ガスが、触媒コンバーター２に流入する。

【0035】

しかし、エンジン１０１が始動した直後では、触媒コンバーター２内の触媒は、活性化しておらず、有害成分を分解する能力が低い。そのため、排気ガス中の有害成分（粒子状物質および炭化水素）が、触媒コンバーター２で分解されずに、排気管３に流入する。

【0036】

そこで、エンジン１０１が始動すると、制御装置６は、電源装置５をオフ状態からオン状態に切り替える（プラズマリアクター４：オン状態）（Ｓ２）。

【0037】

すると、排気ガス中の粒子状物質および炭化水素は、プラズマリアクター４によって分解される。

【0038】

制御装置６は、触媒コンバーター２内の温度Ｔ_(S/C)が触媒活性温度Ｔ１未満である場合（Ｓ３：ＮＯ）、プラズマリアクター４をオン状態に維持する。

【0039】

触媒活性温度Ｔ１は、触媒コンバーター２内の触媒が活性化する温度である。触媒活性温度Ｔ１は、例えば、３００℃である。

【0040】

そして、触媒コンバーター２内の温度Ｔ_(S/C)が触媒活性温度Ｔ１以上になると、触媒コンバーター２内の触媒が活性化する。そのため、触媒コンバーター２内の触媒によって、排気ガス中の粒子状物質および炭化水素を分解できる。

【0041】

そのため、触媒コンバーター２内の温度Ｔ_(S/C)が触媒活性温度Ｔ１以上である場合、触媒コンバーター２を通過した排気ガスは、粒子状物質および炭化水素をほとんど含有しない。

【0042】

そこで、制御装置６は、粒子状物質の処理が必要である場合に、プラズマリアクター４に放電させ、粒子状物質の処理が必要無い場合に、プラズマリアクター４の放電を停止する。

【0043】

詳しくは、触媒コンバーター２内の温度Ｔ_(S/C)が触媒活性温度Ｔ１以上になった場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、制御装置６は、エンジン１０１が粒子状物質の発生が想定される条件で作動しているか否か、判定する（Ｓ４）。

【0044】

エンジン１０１が粒子状物質の発生が想定される条件で作動しているか否かは、具体的には、エンジン１０１の冷却水の温度、図示しないアクセルペダルからのアクセル指示値、Ａ／Ｆセンサ８に基づく空燃比から、判定される。

【0045】

なお、以下の説明において、「空燃比」とは、燃料がガソリンである場合の空燃比である。空燃比がリッチである場合とは、空燃比が理論空燃比（１４．７）未満であることをいう。空燃比がリーンである場合とは、空燃比が理論空燃比を超過していることをいう。空燃比がストイキオメトリである場合とは、空燃比が理論空燃比と近似していることをいう。

【0046】

具体的には、エンジン１０１の冷却水の温度が所定温度よりも低く、アクセル指示値が所定値よりも高く、空燃比がリッチである場合、制御装置６は、エンジン１０１が粒子状物質の発生が想定される条件で作動していると判断する（Ｓ４：ＹＥＳ）
この場合、粒子状物質の処理が必要であるため、制御装置６は、プラズマリアクター４をオン状態にする（Ｓ５）。

【0047】

つまり、触媒コンバーター２内の温度Ｔ_(S/C)が触媒活性温度Ｔ１以上であり（Ｓ３：ＹＥＳ）、かつ、エンジン１０１が、粒子状物質の発生が想定される条件で作動している場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、制御装置６は、プラズマリアクター４に放電させる（Ｓ５）。

【0048】

一方、エンジン１０１が粒子状物質の発生が想定される条件で作動しておらず（Ｓ４：ＮＯ）、かつ、空燃比がストイキオメトリまたはリッチである場合（Ｓ６：ＮＯ）、粒子状物質の処理は必要無いので、制御装置６は、プラズマリアクター４をオフ状態にする（Ｓ７）。

【0049】

つまり、触媒コンバーター２内の温度Ｔ_(S/C)が触媒活性温度Ｔ１以上であり（Ｓ３：ＹＥＳ）、エンジン１０１が、粒子状物質の発生が想定されない条件で作動しており（Ｓ４：ＮＯ）、空燃比がストイキオメトリまたはリッチである場合（Ｓ６：ＮＯ）、制御装置６は、プラズマリアクター４の放電を停止させる（Ｓ７）。

【0050】

これにより、プラズマリアクター４による電力の消費を抑制し、省エネルギー化を図ることができる。

【0051】

また、空燃比がリッチではなく、排気ガス中に酸素が含有されている状態で、プラズマリアクター４に放電させると、排気ガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する場合がある。この点、空燃比がストイキオメトリまたはリッチである場合にプラズマリアクター４の放電が停止することにより、空燃比がストイキオメトリである場合の窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を、抑制できる。

【0052】

制御装置６は、プラズマリアクター４の放電を停止した後、再度、エンジン１０１が粒子状物質の発生が想定される条件で作動しているか否か、判定する（Ｓ４）。

【0053】

なお、エンジン１０１が粒子状物質の発生が想定される条件で作動しておらず（Ｓ４：ＮＯ）、かつ、空燃比がリーンである場合に（Ｓ６：ＹＥＳ）、制御装置６は、プラズマリアクター４をオン状態にする（Ｓ８）。

【0054】

つまり、触媒コンバーター２内の温度Ｔ_(S/C)が触媒活性温度Ｔ１以上であり（Ｓ３：ＹＥＳ）、エンジン１０１が、粒子状物質の発生が想定されない条件で作動しており（Ｓ４：ＮＯ）、かつ、空燃比がリーンである場合（Ｓ６：ＮＯ）、制御装置６は、プラズマリアクター４に放電させる（Ｓ８）。

【0055】

空燃比がリーンである場合、排気ガス中の酸素濃度が高い。そのため、空燃比がリーンである場合にプラズマリアクター４に放電させることにより、排気ガス中の酸素を利用して、プラズマリアクター４の電極パネル４１に吸着した粒子状物質を分解できる。

【0056】

そして、エンジン１０１が停止すると（Ｓ９：ＹＥＳ）、制御装置６は、プラズマリアクター４をオフ状態にする（Ｓ１０）。

【0057】

なお、エンジン１０１が停止しない場合（Ｓ９：ＮＯ）、制御装置６は、再度、触媒コンバーター２内の温度Ｔ_(S/C)をモニターする（Ｓ３）。つまり、エンジン１０１が停止するまで（Ｓ９：ＮＯ）、制御装置６は、プラズマリアクター４を制御し続ける。

【0058】

３．作用効果
（１）排気システム１によれば、図２に示すように、制御装置６は、エンジン１０１が粒子状物質の発生が想定される条件で作動している場合（Ｓ４：ＹＥＳ）と、エンジン１０１が粒子状物質の発生が想定されない条件で作動しており（Ｓ４：ＮＯ）、かつ、空燃比がリーンである場合（Ｓ６：ＹＥＳ）とに、プラズマリアクター４に放電させる。

【0059】

そのため、エンジン１０１が粒子状物質の発生が想定される条件で作動している場合にプラズマリアクター４が放電することにより、プラズマリアクター４によって消費される電力を抑制しつつ、粒子状物質を処理できる。

【0060】

また、空燃比がリーンである場合にプラズマリアクター４が放電することにより、排気ガス中の酸素を利用して、プラズマリアクター４の電極パネル４１に吸着した粒子状物質を分解できる。

【0061】

そのため、排気ガス中に酸素が存在しており、粒子状物質の分解に有利な条件で、プラズマリアクター４が放電することにより、効率よく、電極パネル４１に吸着した粒子状物質を分解できる。

【0062】

その結果、プラズマリアクター４によって消費される電力を抑制しつつ、電極パネル４１に吸着した粒子状物質を処理できる。

【0063】

（２）排気システム１によれば、図２に示すように、プラズマリアクター４の放電を停止させることにより、プラズマリアクター４による電力の消費を抑制できる。

【0064】

また、空燃比がストイキオメトリであり、排気ガス中に酸素が含有されている状態で、プラズマリアクター４に放電させると、排気ガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する場合がある。

【0065】

この点、空燃比がストイキオメトリまたはリッチである場合にプラズマリアクター４の放電が停止することにより、空燃比がストイキオメトリである場合の窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を、抑制できる。

【符号の説明】

【0066】

１ 排気システム
２ 触媒コンバーター
３ 排気管
４ プラズマリアクター
６ 制御装置

【図1】

【図2】