JP2001295630A - Exhaust emission control device for decomposing nox utilizing plasma - Google Patents
Exhaust emission control device for decomposing nox utilizing plasmaInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は,プラズマエネル
ギを利用してディーゼルエンジンから排出される排気ガ
スに含まれるNOX をNOX 分解触媒の助けで分解さ
せ,また,排気ガスに含まれるパティキュレート物質を
フィルタで捕集して反応消滅させる排気ガス浄化装置に
関する。TECHNICAL FIELD The present invention is a NO X contained in the exhaust gas discharged from a diesel engine using plasma energy is decomposed with the aid of the NO X decomposition catalyst, also particulates contained in exhaust gas The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus that collects substances by a filter and eliminates the reaction.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来,エンジンの排気ガスを処理する排
気ガス処理装置は,排気管に配設したフィルタの面積を
大きく形成すると共にフィルタに対して加熱コイルを取
り付け,排気ガスに含まれるカーボン等のパティキュレ
ート物質をフィルタの前面部に堆積させて捕集し,次い
でフィルタに堆積したカーボンを加熱コイルを通電して
加熱してカーボンを加熱燃焼させて焼却し,フィルタを
再生している。2. Description of the Related Art Conventionally, an exhaust gas treatment apparatus for treating exhaust gas of an engine has a large filter area provided in an exhaust pipe, a heating coil attached to the filter, and a carbon or the like contained in the exhaust gas. The particulate matter is deposited on the front surface of the filter and collected, and then the carbon deposited on the filter is heated by energizing a heating coil to burn and burn the carbon, thereby regenerating the filter.
【0003】例えば,実開平1−144427号公報に
開示されたディーゼルパティキュレートフィルタ装置
は,排気ガスをフィルタ本体に通し,該フィルタ本体で
排気ガス中のカーボン,スモーク等のパティキュレート
を捕集し,フィルタ本体にパティキュレートが堆積して
目詰まりした場合に,フィルタ本体に排気ガスを流すの
を遮断し,別のフィルタ本体に排気ガスを流すように切
り換え,目詰まりしたフィルタ本体の下流側から空気を
送り込み,フィルタ本体を加熱して目詰まりしているパ
ティキュレートを焼却するものである。For example, a diesel particulate filter device disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 1-144427 passes exhaust gas through a filter body, and the filter body collects particulates such as carbon and smoke in the exhaust gas. When particulates accumulate in the filter body and clog the filter, shut off the flow of exhaust gas to the filter body and switch to the flow of exhaust gas to another filter body. From the downstream side of the clogged filter body It blows in air and heats the filter body to incinerate the clogged particulates.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ディーゼルエンジンか
ら排出される排気ガス中には,カーボン,スモーク,H
C,SOX 等のパティキュレート物質が含まれている
が,パティキュレート物質は,カーボンと炭化水素の合
成物であり,その大きさは,極めて大きい粒子から小さ
いもの,具体的には,40μm〜0.1μmの粒径の範
囲であり,20μm程度のものが多く,これらのサイズ
のものが排気ガス中に分散している。特に,パティキュ
レート物質のサイズ中で,2.5μm以下の小さい粒径
のものが,環境上,喘息等の人体に悪影響を与えるとい
うことで問題とされている。The exhaust gas discharged from a diesel engine contains carbon, smoke, H
Although particulate matter such as C and SO X is contained, the particulate matter is a composite of carbon and hydrocarbon, and the size of the particulate is from very large to small, specifically 40 μm to 40 μm. The particle size is in the range of 0.1 μm, often about 20 μm, and these sizes are dispersed in the exhaust gas. In particular, among the sizes of the particulate substances, those having a small particle size of 2.5 μm or less are problematic in that they adversely affect the human body such as asthma in the environment.
【0005】しかしながら,ディーゼルパティキュレー
トフィルタ装置で微粒子のパティキュレート物質を捕集
する場合に,微粒子が繊維フィルタの繊維間の交差空間
を通り抜けて排出される恐れがあり,これらのフィルタ
によって微粒子を捕集することが極めて困難である。そ
こで,これらの粒子径の小さなパティキュレート物質を
捕集することが,大気汚染を防止する上からも大きな問
題になっている。[0005] However, when a particulate particulate matter is collected by a diesel particulate filter device, there is a risk that the fine particles may be discharged through an interstitial space between the fibers of the fiber filter, and the particulates may be captured by these filters. It is extremely difficult to gather. Therefore, collecting these particulate matter having a small particle size is a major problem from the viewpoint of preventing air pollution.
【0006】また,ディーゼルパティキュレートフィル
タで捕集されたパティキュレートは,酸素が存在して約
600℃以上に加熱されると,酸素と反応して容易に燃
焼して焼却させることができる。そこで,ディーゼルパ
ティキュレートフィルタには,フィルタ本体で捕集され
たパティキュレートを加熱焼却してフィルタ本体を再生
できる機能を有する必要がある。そこで,フィルタ本体
を再生するため,フィルタ本体に排気ガスを流しながら
金網に通電し,パティキュレートの燃焼状態に温度を昇
温することが考えられる。[0006] When the particulate matter collected by the diesel particulate filter is heated to about 600 ° C or more in the presence of oxygen, it reacts with the oxygen and easily burns to be incinerated. Therefore, the diesel particulate filter must have a function of regenerating the filter body by heating and burning the particulates collected by the filter body. Therefore, in order to regenerate the filter body, it is conceivable to energize the wire mesh while flowing exhaust gas to the filter body to raise the temperature to a particulate combustion state.
【0007】また,フィルタをセラミックス繊維で作製
した場合には,繊維間に堆積されたパティキュレート
は,約600℃以上の温度に昇温されると,着火燃焼し
て焼却される。セラミック繊維がランダムに積層された
フィルタ用繊維間に堆積したパティキュレートは三次元
的に堆積しているので,パティキュレート間に隙間が形
成され易く,パティキュレート間をぬって排気ガスが通
過し易く,排気ガスに含まれている空気によってパティ
キュレートが着火燃焼することになる。When the filter is made of ceramic fibers, the particulates accumulated between the fibers are ignited, burned and incinerated when the temperature is raised to a temperature of about 600 ° C. or higher. Since the particulates deposited between the filter fibers in which the ceramic fibers are randomly laminated are three-dimensionally deposited, gaps are easily formed between the particulates, and the exhaust gas easily passes between the particulates. Then, the particulates are ignited and burned by the air contained in the exhaust gas.
【0008】ところで,プラズマは,放電電流であり,
気体間を自由に運動する正,負の荷電粒子群によってで
きる現象である。そこで,ディーゼルパティキュレート
フィルタは,通電性のないセラミックス繊維を積層した
フィルタ本体とその両側に金網製の保持材を用いて襞状
に折り曲げた筒体構造に構成されたものについて,フィ
ルタ本体の両側の金網を電極に構成し,高周波,高電圧
を負荷すると,両電極間にプラズマを発生させることが
できる。By the way, plasma is a discharge current,
This is a phenomenon caused by positive and negative charged particles moving freely between gases. Therefore, the diesel particulate filter is composed of a filter body laminated with non-conductive ceramic fibers and a cylindrical structure that is folded in a pleated shape using wire mesh holding material on both sides. When a wire mesh is formed on the electrodes and high frequency and high voltage are applied, plasma can be generated between the two electrodes.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】この発明の目的は,上記
の問題を解決することであり,フィルタを構成するセラ
ミック繊維等の材料から構成したフィルタ本体をその両
側から金網,多孔金属板等からなる金属部材で挟持し,
該金属部材を電極にしてプラズマ発生装置に構成し,電
極間に高周波,高電圧を負荷させてプラズマを発生さ
せ,プラズマエネルギを利用してフィルタに捕集されて
いる微粒子等を集積させ,捕集を促進させ,その物質を
電子衝突により反応性を良好にし,パティキュレート物
質を反応消滅させると共に,フィルタの後流にNOX 分
解触媒を設けた別のプラズマ発生装置を配置し,プラズ
マエネルギを利用してNOX 分解触媒を活性化させ,排
気ガス中に含まれるNOX を分解させて排気ガスを浄化
する排気ガス浄化装置を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and a filter body made of a material such as ceramic fiber constituting a filter is formed from a wire mesh, a porous metal plate or the like from both sides thereof. Between metal members
The metal member is used as an electrode to constitute a plasma generator, and a high frequency and a high voltage are applied between the electrodes to generate plasma, and the plasma energy is used to accumulate fine particles and the like collected in a filter. to promote current, the material to improve the reactivity by electron impact, dissipate annihilation particulates materials, place another plasma generating apparatus provided with a NO X decomposition catalyst on the downstream of the filter, the plasma energy activating the NO X decomposition catalyst utilized, it is to provide an exhaust gas purification device by decomposing the NO X contained in exhaust gas to purify the exhaust gas.
【0010】この発明は,エンジンからの排気ガスが排
出される排気管に組み込まれたケーシング,前記ケーシ
ング内に配置されたNOX を分解させるNOX 分解触媒
が付着された担持体,前記担持体の両面にそれぞれ配置
された電気的に互いに絶縁して互いに隔置された一対の
電極,及び前記電極間に高電圧で断続的に変化する電流
又は直流電流を印加して前記電極間にプラズマを発生さ
せるプラズマ発生装置を具備し,前記プラズマによって
前記排気ガス中に含まれるNOX をNOX 分解触媒の機
能の助けで促進分解させることから成る排気ガス浄化装
置に関する。[0010] The present invention, casing exhaust gas from the engine is incorporated in an exhaust pipe to be discharged, carrying member NO X decomposition catalyst to decompose the placed NO X in the casing is attached, said carrier A pair of electrodes which are electrically insulated from each other and are spaced apart from each other, and a high voltage intermittently changing current or direct current is applied between the electrodes to generate plasma between the electrodes. comprising a plasma generator for generating relates to an exhaust gas purifying apparatus consists of accelerating decomposition with the aid of the function of the NO X NO X decomposition catalyst contained in the exhaust gas by the plasma.
【0011】前記担持体は,ランダムに積層された非導
電性のセラミックス繊維材から成り,前記セラミックス
繊維材に前記NOX 分解触媒が付着されている。[0011] The bearing member is made of non-conductive ceramic fiber material laminated to a random, the NO X decomposition catalyst on the ceramic fiber material is deposited.
【0012】また,この発明は,エンジンからの排気ガ
スが排出される排気管に組み込まれたケーシング,前記
ケーシング内に配置された前記排気ガスに含まれるパテ
ィキュレート物質を捕集するフィルタ,前記排気ガスに
含まれるNOX を分解させるため担持体を構成する前記
フィルタに付着されたNOX 分解触媒,前記フィルタの
両面にそれぞれ配置された電気的に互いに絶縁して互い
に隔置された一対の電極,及び前記電極間に高周波の直
流電流を高電圧で断続的に印加して前記電極間にプラズ
マを発生させるプラズマ発生装置を具備し,前記プラズ
マによって前記フィルタに捕集された前記パティキュレ
ート物質を反応消滅させると共に前記NOX を分解させ
ることから成る排気ガス浄化装置に関する。Further, the present invention provides a casing incorporated in an exhaust pipe through which exhaust gas from an engine is exhausted, a filter arranged in the casing to collect particulate matter contained in the exhaust gas, and the exhaust gas. the filter the deposited NO X decomposition catalyst, a pair of electrodes which are spaced from each other by insulating electrically to each other respectively disposed on both sides of the filter constituting the carrier in order to decompose the NO X contained in the gas And a plasma generator for generating a plasma between the electrodes by intermittently applying a high-frequency DC current between the electrodes at a high voltage, and removing the particulate matter collected by the filter by the plasma. an exhaust gas purifying apparatus consists in decomposing the NO X with the reaction disappears.
【0013】また,この発明は,エンジンからの排気ガ
スが排出される排気管に組み込まれた第1のケーシン
グ,前記第1のケーシング内に配置された前記排気ガス
に含まれるパティキュレート物質を捕集するフィルタ,
前記フィルタの両面にそれぞれ配置された電気的に互い
に絶縁して互いに隔置された一対の第1の電極,前記第
1の電極間に高周波の電流を高電圧で断続的に印加して
前記第1の電極間にプラズマを発生させる第1のプラズ
マ発生装置,前記フィルタの後流の前記排気管に組み込
まれた第2のケーシング,前記第2のケーシング内に配
置された担持体に付着された前記排気ガスに含まれるN
OX を分解させるNOX 分解触媒,前記担持体の両面に
それぞれ配置された電気的に互いに絶縁して互いに隔置
された一対の第2の電極,及び前記第2の電極間に高周
波の電流を高電圧で断続的に印加して前記第2の電極間
にプラズマを発生させる第2のプラズマ発生装置,から
成る排気ガス浄化装置に関する。Further, the present invention provides a first casing incorporated in an exhaust pipe from which exhaust gas from an engine is discharged, and traps a particulate matter contained in the exhaust gas disposed in the first casing. Filters to collect,
A pair of first electrodes disposed on both sides of the filter and electrically insulated from each other and spaced apart from each other; A first plasma generator for generating plasma between one electrode, a second casing incorporated in the exhaust pipe downstream of the filter, and a carrier attached to the second casing. N contained in the exhaust gas
A NO x decomposition catalyst for decomposing O x , a pair of second electrodes electrically insulated from each other and disposed on both surfaces of the carrier, and a high-frequency current between the second electrodes; And a second plasma generator for generating a plasma between the second electrodes by intermittently applying a high voltage to the second electrode.
【0014】前記フィルタを構成するフィルタ本体は,
ランダムに積層された同径又は異径の非導電性のセラミ
ックス繊維材から成る積層繊維フィルタを襞状に折り曲
げて全体として環状フィルタに形成され,前記排気ガス
が前記環状フィルタの外周側から内周側へ送り込まれ
る。The filter body constituting the filter is
A laminated fiber filter made of a non-conductive ceramic fiber material of the same diameter or different diameter, which is randomly laminated, is folded into a pleated shape to form an annular filter as a whole. Sent to the side.
【0015】前記NOX 分解触媒は,粒状のブラウンミ
ラライト様構造を持つ化合物,Rh及び/又はIrの粒
子が前記担持体に分散分布させた被覆層を構成するセラ
ミックス繊維材の表面に付着されている。[0015] The NO X decomposition catalyst, a compound having a brownmillerite-like structure of the granules are adhered to the surface of the ceramic fiber material particles of Rh and / or Ir constitutes the covering layer dispersed distribution on the carrier ing.
【0016】前記電極は金網又は金属多孔板から構成さ
れ,前記金網又は金属多孔板の表面は前記フィルタに捕
集された前記パティキュレート物質で通電状態になるの
を防止するためセラミックスコーティング又はホウロウ
処理によって絶縁的に被覆されている。The electrode is made of a wire mesh or a porous metal plate, and the surface of the wire mesh or the porous metal plate is coated with a ceramic or enamel to prevent the particulate matter collected by the filter from being energized. Covered insulatively.
【0017】前記金網は,縦線と横線とが交差して積層
され,前記縦線と前記横線との間で電圧差が発生しない
ように,前記縦線と前記横線との交差部の一部で交互に
接続されている。[0017] The wire mesh is laminated so that a vertical line and a horizontal line intersect with each other, and a part of an intersection of the vertical line and the horizontal line is formed so that a voltage difference does not occur between the vertical line and the horizontal line. Are connected alternately.
【0018】前記プラズマ発生装置によって前記電極に
印加する高周波で高電圧を発生させる電源は,前記エン
ジンに設けられた発電機で発電された電力が使用され
る。更に,前記発電機は,ステータコアに巻き上げられ
た巻線の巻き数を大小に変更した二種類の低電力側発電
機と高電力側発電機から構成され,前記プラズマ発生装
置の前記発電機は高電力側発電機が用いられる(例え
ば,本出願人に係る出願である特願2000−1139
15号参照)。The power generated by the generator provided in the engine is used as a power source for generating a high voltage at a high frequency applied to the electrodes by the plasma generator. Further, the generator is composed of two types of low-power-side generators and high-power-side generators in which the number of windings wound on the stator core is changed to a large or small number. A power generator is used (for example, Japanese Patent Application No. 2000-1139 filed by the present applicant).
No. 15).
【0019】前記プラズマ発生装置は,交流発電機から
の電圧をトランスで昇圧し,昇圧された高電圧を整流コ
イルで整流し,整流された高電圧を高周波発振器からの
高周波を断続器の出力によりオン・オフ制御して交番電
力による高周波高電圧を発生させ,前記高周波高電圧を
前記上流側電極と前記下流側電極との間に印加してプラ
ズマを発生させる。また,前記プラズマ発生装置は,エ
ンジン負荷が部分負荷時及び始動直後の冷却水温度が低
い時に,前記電極に印加してプラズマを発生させ,パテ
ィキュレート物質の焼却を促進し,HCの酸化を促進さ
せる。In the plasma generator, the voltage from the AC generator is boosted by a transformer, the boosted high voltage is rectified by a rectifying coil, and the rectified high voltage is converted into a high frequency from a high frequency oscillator by an output of an interrupter. On / off control is performed to generate a high frequency high voltage by alternating power, and the high frequency high voltage is applied between the upstream electrode and the downstream electrode to generate plasma. Further, the plasma generator is applied to the electrodes to generate plasma when the engine load is at a partial load and when the cooling water temperature is low immediately after starting, thereby promoting the burning of particulate matter and promoting the oxidation of HC. Let it.
【0020】この排気ガス浄化装置は,上記のように構
成したので,フィルタ本体の両側の金属部材の電極間に
高周波,高電圧を負荷させると,電極間にプラズマ状態
が連続して発生するので,フィルタに捕集された電極間
に存在する微粒子のパティキュレート物質(SPM)
は,ラジカル状態(フリーラジカル,遊離基)となり,
パティキュレート物質が反応し易くなって酸化して消滅
する。例えば,金網をヒータに構成した場合には,金網
での熱が伝播し,SPM,ブラックカーボンに着火する
が,本発明のように,金網を電極に構成してプラズマを
発生させる場合には,電子運動により正負イオンの混在
による振動がSPMにエネルギを与えて反応するので,
パティキュレート物質の酸化が確実に発生する。また,
パティキュレート物質が一旦着火すると,排気ガス中の
O2 と反応し,燃焼するので,Cは酸化し,HCも酸化
する。この状態で,C,HC,NOX が共存すると,次
の反応が発生する。 2NO+CH→N2 +H2 O+CO 2CO+O2 →2CO2 上記のように,言い換えれば,NOが還元することにな
る。上記のプラズマ状態は,金網間で発生するので,金
属板より電力密度が集中し,エネルギが増加する。ま
た,一旦着火したSPM層は隣接するSPM層に燃え移
り,全てのパティキュレート物質が反応消滅されること
になる。Since the exhaust gas purifying apparatus is constructed as described above, when a high frequency and a high voltage are applied between the electrodes of the metal members on both sides of the filter body, a plasma state is continuously generated between the electrodes. , Particulate particulate matter (SPM) existing between the electrodes collected by the filter
Becomes a radical state (free radical, free radical),
The particulate matter reacts easily and oxidizes and disappears. For example, when the wire mesh is configured as a heater, heat in the wire mesh propagates and ignites SPM and black carbon. However, as in the present invention, when the wire mesh is configured as an electrode to generate plasma, The vibration caused by the mixture of positive and negative ions by electron motion gives energy to SPM and reacts.
Oxidation of the particulate matter occurs reliably. Also,
Once the particulate matter ignites, it reacts with O 2 in the exhaust gas and burns, so that C is oxidized and HC is also oxidized. In this state, C, HC, the NO X coexist, the following reaction occurs. 2NO + CH → N 2 + H 2 O + CO 2CO + O 2 → 2CO 2 As described above, in other words, NO is reduced. Since the above-mentioned plasma state is generated between wire meshes, the power density is more concentrated than the metal plate, and the energy is increased. Further, the once ignited SPM layer is transferred to the adjacent SPM layer, and all the particulate matter is extinguished.
【0021】特に,この排気ガス浄化装置は,前記フィ
ルタの後流にNOX 分解装置を設けているので,プラズ
マ発生装置の電極間に高周波,高電圧を負荷させると,
電極間にプラズマ状態の発生,即ち,プラズマ流れが4
〜10KVの高周波電流の状態で励起され,陽陰電子,
イオン化物質(e+ ,e- )が連続して生成される。排
気ガス中に含まれるNOX は,不安定な組成であり,大
気中で粒状のブラウンミラライト様構造を持つ化合物等
の触媒の吸着作用と,電子移動により分解されるが,更
にプラズマ流内で陽電子e+ ,陰電子e- を受け,NO
X がラジカル状態となり,N2 ,O2 に分解される。こ
の効果と粒状のブラウンミラライト様構造を持つ化合物
の電子分離作用が合成され,より効果的なNOX 分解作
用となる。従って,NOX 分解装置におけるNOX 分解
触媒の粒状のブラウンミラライト様構造を持つ化合物と
Rh,Ir等は,通常通りの温度変化により発生するイ
オン伝導の変化による電子放出に加え,繊維,金網等の
金属部材の電極から発生するプラズマが必要となり,ハ
ニカム等の構造体に担持される場合にはハニカム等の構
造体が金属又は金属分を含む導電体と他の電極との間の
プラズマ発生が必要である。[0021] In particular, the exhaust gas purifying apparatus, since the provided NO X cracker on the downstream of the filter, a high frequency between the electrodes of the plasma generator, when the loaded high voltage,
Generation of a plasma state between the electrodes, that is, a plasma flow of 4
Excited in the state of high-frequency current of 10 to 10 KV,
The ionized substances (e + , e − ) are continuously generated. NO X contained in the exhaust gas is unstable composition, the adsorption of a catalyst such as a compound having a brownmillerite-like structure of the particulate in the atmosphere, but is degraded by electron transfer, further plasma stream in positron e +, negative electrons e - the received, NO
X enters a radical state and is decomposed into N 2 and O 2 . Electronic separating action of the compound having a brownmillerite-like structure of this effect and the particulate are combined, a more effective NO X decomposition. Therefore, the compound having a granular brown-millerite-like structure and Rh, Ir, etc. of the NO X decomposition catalyst in the NO X decomposition apparatus are not only capable of emitting electrons due to the change in ionic conduction generated by a normal temperature change, but also of fibers and wire mesh. The plasma generated from the electrodes of metal members such as is required, and when supported on a structure such as a honeycomb, the structure such as the honeycomb generates a plasma between a metal or a conductor containing metal and another electrode. is necessary.
【0022】この排気ガス浄化装置は,上記のように,
DPF機能とNOX 分解機能を統合させたものであり,
セラミックス繊維や金属部材に粒状のブラウンミラライ
ト様構造を持つ化合物を担持させたフィルタを用い,プ
ラズマ発生を金網間で強弱化させて制御し,SPMの酸
化焼却及びNOX 分解させ,排気ガスを浄化する。ま
た,プラズマ電力を高電圧化させるため,AC発電機の
電圧を大きくするように,直列連続巻きしたステータコ
イルからの電流を巻線比を75〜150程度に設定する
と,5〜30KVAの電圧が両金網間に負荷できる。高
電圧化した電力は,そのまま負荷しても良い。一旦整流
し,水晶発振子により発振されたオン・オフ波によって
パワートランジスタをオン・オフさせ,高電圧の断続し
た電流を作ることもできる。ここで,周波数は,1MH
Z 程度である。As described above, this exhaust gas purifying apparatus has:
Are those obtained by integrated DPF function and NO X decomposition function,
Using a filter having supported thereon a compound having a brownmillerite-like structure of granular ceramic fibers and the metal member, a plasma generator is controlled by intensity of between wire mesh, is oxidized incineration and NO X decomposition of SPM, the exhaust gas Purify. In addition, when the current from the serially wound stator coil is set to a turn ratio of about 75 to 150 so as to increase the voltage of the AC generator in order to increase the voltage of the plasma power, a voltage of 5 to 30 KVA is obtained. Load can be applied between both wire meshes. The high voltage power may be loaded as it is. Once rectified, the power transistor can be turned on / off by the on / off wave oscillated by the crystal oscillator to create a high voltage intermittent current. Here, the frequency is 1 MH
It is about Z.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下,図面を参照して,この発明
による排気ガス浄化装置の実施例を説明する。図1はこ
の発明による排気ガス浄化装置の一実施例を示す概略説
明図,図2はDPF装置のフィルタとプラズマ発生装置
との関係を示す概略説明図,図3は図2のフィルタの符
号Iの領域の拡大説明図,図4は図1のプラズマ発生装
置における高周波発振器を示す回路図,及び図5は図1
のプラズマ発生装置における断続器を示す回路図であ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an exhaust gas purifying apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an embodiment of an exhaust gas purifying apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a relationship between a filter of a DPF device and a plasma generator, and FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a high-frequency oscillator in the plasma generator of FIG. 1, and FIG.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an interrupter in the plasma generator of FIG.
【0024】この排気ガス浄化装置は,エンジンを構成
する燃焼室からの排気ガスを排出する排気管51に組み
込まれ,排気ガス中に含まれるパティキュレート物質を
フィルタ3で捕集し,フィルタ3に捕集されたパティキ
ュレート物質をプラズマ発生装置1(第1プラズマ発生
装置)によって発生したプラズマによってパティキュレ
ート物質を反応酸化させて消滅させ,フィルタを再生す
ると共に,フィルタ3の後流に配置されたプラズマ発生
装置25を備えたNOX 分解装置によって排気ガス中に
含まれているNOX を分解し,排気ガスを浄化する。フ
ィルタ3は,パティキュレート物質(SPM)を捕集し
て反応酸化して一部を着火燃焼させて焼却するものであ
り,ケーシング2の入口12側が支持バー52によって
支持され,出口13側がフィルタ端部を閉鎖する中央部
に通口53を備えた遮蔽プレート17で支持されてい
る。また,NOX 分解装置は,ケーシング54の入口6
0側が支持バー62によって支持され,出口61側がフ
ィルタ端部を閉鎖し且つ中央部に通口63を備えた遮蔽
プレート57で支持されている。This exhaust gas purifying device is incorporated in an exhaust pipe 51 for discharging exhaust gas from a combustion chamber constituting an engine, and a particulate matter contained in the exhaust gas is collected by a filter 3 and the filter 3 collects the particulate matter. The collected particulate matter is reacted and oxidized by the plasma generated by the plasma generator 1 (first plasma generator) to extinguish the particulate matter, regenerating the filter, and disposed downstream of the filter 3. decomposing the NO X contained in the exhaust gas by the NO X decomposition apparatus having a plasma generator 25, for purifying the exhaust gas. The filter 3 captures particulate matter (SPM), reacts and oxidizes it, and ignites and burns a portion of the particulate matter for incineration. The inlet 12 side of the casing 2 is supported by a support bar 52, and the outlet 13 side is a filter end. It is supported by a shielding plate 17 provided with a through hole 53 in the central part closing the part. Further, NO X decomposition apparatus, the inlet of the casing 54 6
The zero side is supported by a support bar 62, and the outlet 61 side is supported by a shielding plate 57 which closes the filter end and has a central opening 63.
【0025】フィルタ3は,排気管51に組み込まれた
ケーシング2内に上流側排気ガス通路14と下流側排気
ガス通路15を形成するように配置されている。フィル
タ3は,図2に示すように,襞状に折り曲げられた積層
された繊維フィルタを全体として環状フィルタに形成さ
れ,上流側がフィルタ上流端面が遮蔽プレート16で閉
鎖され,下流側が中央部に形成された下流側排気ガス通
路15に通口53が整合した状態でフィルタ下流端面を
遮蔽プレート17で閉鎖されている。従って,排気管5
1を流れる排気ガスは,入口12から支持バー52間の
通口とフィルタ3の外周側の上流側排気ガス通路14を
通ってフィルタ3を通過して内周側の下流側排気ガス通
路15へ排出され,次いで,出口13から排気管51へ
排出される。エンジンから排出される排気ガスは,フィ
ルタ3を通過する際にフィルタ3において排気ガス中に
含まれるカーボン,スモーク,HC,SOX 等のパティ
キュレート物質が捕集される。The filter 3 is disposed so as to form an upstream exhaust gas passage 14 and a downstream exhaust gas passage 15 in the casing 2 incorporated in the exhaust pipe 51. As shown in FIG. 2, the filter 3 is formed as an annular filter as a whole by laminating a laminated fiber filter folded in a fold shape, the upstream side of the filter is closed by a shielding plate 16 and the downstream side is formed in the center. The downstream end face of the filter is closed by the shielding plate 17 in a state where the passage 53 is aligned with the downstream exhaust gas passage 15 thus formed. Therefore, the exhaust pipe 5
The exhaust gas flowing through the filter 1 passes through the filter 3 through the passage between the inlet 12 and the support bar 52 and the upstream exhaust gas passage 14 on the outer periphery of the filter 3 to the downstream exhaust gas passage 15 on the inner periphery. It is discharged and then discharged from the outlet 13 to the exhaust pipe 51. When the exhaust gas discharged from the engine passes through the filter 3, particulate matter such as carbon, smoke, HC, and SO X contained in the exhaust gas is collected in the filter 3.
【0026】NOX 分解装置は,フィルタ3と同様の構
造を有し,NOX 分解触媒が担持された非導電性のセラ
ミックス等の繊維材から成る触媒担持体55,触媒担持
体55の両面に配置された金網4,6から構成されてい
る。NOX 分解装置は,排気管51に組み込まれたケー
シング54内に上流側排気ガス通路58と下流側排気ガ
ス通路59を形成するように配置されている。NOX 分
解装置の触媒担持体55は,図2に示すように,積層構
造の繊維材を襞状に折り曲げて全体として環状に形成さ
れ,上流側の端面が遮蔽プレート56で閉鎖され,中央
部の下流側排気ガス通路59に通口63を整合した状態
で下流側の端面が遮蔽プレート57で閉鎖されている。
従って,排気管51を流れる排気ガスは,入口60から
支持バー62間の通口と触媒担持体55の外周側の上流
側排気ガス通路58を通って触媒担持体55を通過して
内周側の下流側排気ガス通路59へ排出され,次いで,
出口61から排気管51へ排出される。エンジンから排
出される排気ガスは,触媒担持体55を通過する際にフ
ィルタ3において排気ガス中に含まれるカーボン,スモ
ーク,HC,SOX 等のパティキュレート物質が捕集さ
れる。The NO X cracker has the same structure as the filter 3, the catalyst carrier 55 made of a fibrous material such as non-conductive ceramic NO X decomposition catalyst is supported, on both sides of the catalyst carrier 55 It is composed of arranged wire nets 4, 6. The NO X decomposing device is disposed so as to form an upstream exhaust gas passage 58 and a downstream exhaust gas passage 59 in a casing 54 incorporated in the exhaust pipe 51. The catalyst carrier 55 of the NO X decomposition apparatus, as shown in FIG. 2, the fiber material of the laminated structure is formed annularly as a whole by bending pleated, the end surface of the upstream side is closed by a shielding plate 56, the central portion The downstream end face is closed by a shielding plate 57 in a state where the passage 63 is aligned with the downstream exhaust gas passage 59.
Accordingly, the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 51 passes through the passage between the inlet 60 and the support bar 62 and the upstream exhaust gas passage 58 on the outer peripheral side of the catalyst carrier 55, passes through the catalyst carrier 55, and flows on the inner peripheral side. Is discharged to the exhaust gas passage 59 on the downstream side of the
The air is discharged from the outlet 61 to the exhaust pipe 51. When the exhaust gas discharged from the engine passes through the catalyst carrier 55, particulate matter such as carbon, smoke, HC, and SO X contained in the exhaust gas is collected in the filter 3.
【0027】コントローラ10は,フィルタ3に排気ガ
スを流す際に,フィルタ3の上流側に設けられた圧力セ
ンサ9と下流側に設けられた圧力センサ11からのパテ
ィキュレート物質の捕集状態,及び回転センサ18と負
荷センサ19からのエンジンの運転状態に応答して,プ
ラズマ発生装置1によるプラズマの発生状態を調整し,
パティキュレート物質を反応酸化させて消滅させる制御
をする。特に,コントローラ10は,エンジン負荷が部
分負荷時及び始動直後の冷却水温度が低い時に,プラズ
マ発生装置1,25の電極の金網4,6に印加してプラ
ズマを発生させ,パティキュレート物質の反応を促進
し,HCの酸化を促進させると共に,NO X をN2 とO
2 に分解させ,排気ガスを浄化する。The controller 10 supplies the exhaust gas to the filter 3.
When the gas flows, the pressure cell provided upstream of the filter 3
Putty from the sensor 9 and the pressure sensor 11 provided on the downstream side.
Collection state of the particulate matter and the rotation sensor 18
In response to the operating state of the engine from the load sensor 19, the
By adjusting the plasma generation state by the plasma generator 1,
Control to extinguish particulate matter by reactive oxidation
do. In particular, the controller 10 controls the engine load.
When the cooling water temperature is low at minute load and immediately after
To the wire meshes 4 and 6 of the electrodes of the
Generates zuma and promotes the reaction of particulate matter
Promotes the oxidation of HC, XTo NTwoAnd O
TwoAnd purify the exhaust gas.
【0028】フィルタ3は,例えば,特に図3に示すよ
うに,耐熱性,耐腐食性に優れた非導電性のセラミック
ス繊維をランダムに積層したフェルト材に成形したフィ
ルタ本体5と,フィルタ本体5の両側を挟み込んで固定
した耐熱性で耐腐食性を有するNi,Cr等を含む金網
4,6とから構成されている。また,NOX 分解装置
は,例えば,耐熱性,耐腐食性に優れた非導電性のセラ
ミックス繊維をランダムに積層したフェルト材に成形し
た触媒担持体55,触媒担持体55の表面に付着された
粒状のブラウンミラライト様構造を持つ化合物,Rh及
び/又はIrの粒子から成るNOX 分解触媒,及び触媒
担持体55の両側を挟み込んで固定した耐熱性で耐腐食
性を有するNi,Cr等を含む金網4,6とから構成さ
れている。As shown in FIG. 3, for example, the filter 3 includes a filter body 5 formed of a felt material in which non-conductive ceramic fibers excellent in heat resistance and corrosion resistance are laminated at random, and a filter body 5. And wire meshes 4 and 6 containing heat-resistant and corrosion-resistant Ni, Cr and the like, which are fixed by sandwiching both sides thereof. Further, NO X cracker, for example, heat resistance, catalyst support 55 was formed into a felt material layered randomly nonconductive ceramic fiber excellent in corrosion resistance, it is deposited on the surface of the catalyst carrier 55 compounds with brownmillerite-like structure of the granules, NO X decomposition catalyst consisting of particles of Rh and / or Ir, and Ni having corrosion resistance at a fixed heat resistance by sandwiching both sides of the catalyst carrier 55, a Cr or the like And wire meshes 4 and 6 including the wire mesh.
【0029】フィルタ3及び触媒担持体55は,全体と
して襞付き筒形状の所定の形状に成形し,表面積が大き
くなる形状に形成されているが,その他,円筒形等の筒
状,平板状,波状等の形状に構成することもできる。こ
の時,金網6と隣接する金網6とが短絡しないように,
図3に示すように,金網6と隣接する金網6との間に絶
縁材66が介在されている。フィルタ3は,上記の襞付
き筒形状の他に,円筒形等の筒状,平板状,波状等の形
状に構成することもできる。フィルタ3及び触媒担持体
55を構成する材料は,例えば,SiCで被覆されたS
i3 N4 ,及び/又はSiC(Si−C−O,Si−T
i−C−O,Si−C)のセラミックス繊維,カーボン
やアルミナをSiCで被覆した繊維をランダムに積層し
た不織布で形成され,セラミック繊維の繊維径は,例え
ば,5〜15μm程度であり,長さは30〜150mm
程度である。また,フェルト状に積層したセラミックス
繊維材は,例えば,その厚さが3〜5mm程度に形成さ
れている。The filter 3 and the catalyst carrier 55 are formed into a predetermined shape having a pleated cylindrical shape as a whole, and are formed in a shape having a large surface area. It can also be configured in a wavy or other shape. At this time, in order to prevent short circuit between the wire mesh 6 and the adjacent wire mesh 6,
As shown in FIG. 3, an insulating material 66 is interposed between the wire mesh 6 and the adjacent wire mesh 6. The filter 3 may be formed in a cylindrical shape such as a cylindrical shape, a flat plate shape, a wavy shape, or the like, in addition to the above-mentioned pleated cylindrical shape. The material forming the filter 3 and the catalyst carrier 55 is, for example, SC coated with SiC.
i 3 N 4, and / or SiC (SiC-O, Si- T
i-C-O, Si-C) is formed of a nonwoven fabric in which ceramic fibers and fibers obtained by coating carbon or alumina with SiC are laminated at random, and the fiber diameter of the ceramic fibers is, for example, about 5 to 15 μm. 30-150mm
It is about. The ceramic fiber material laminated in a felt shape is formed, for example, to have a thickness of about 3 to 5 mm.
【0030】この排気ガス浄化装置では,電極を構成す
る金属部材は,金網4,6又は金属多孔板(図示せず)
から形成されている。このDPF装置は,排気ガス流れ
のフィルタ本体5と触媒担持体55の上流側面に接して
電極を構成する上流側金網4,下流側面に接して電極を
構成する下流側金網6を配置し,上流側金網4と下流側
金網6とを電気的に絶縁すると共に高周波の電流を高電
圧で断続的に印加して上流側の電極と下流側の電極との
間にプラズマを発生させ,プラズマによってフィルタ3
に捕集されたパティキュレート物質を反応酸化させて消
滅させ,次いで,排気ガス中に含まれるNOX を分解す
るものである。In this exhaust gas purifying apparatus, the metal member constituting the electrode is a metal mesh 4, 6 or a metal porous plate (not shown).
Is formed from. In this DPF device, an upstream wire netting 4 which is in contact with the filter body 5 of the exhaust gas flow and the upstream side surface of the catalyst carrier 55 and forms an electrode, and a downstream wire netting 6 which is in contact with the downstream side surface and which forms an electrode are arranged. The wire mesh 4 and the downstream wire mesh 6 are electrically insulated, and a high-frequency current is intermittently applied at a high voltage to generate plasma between the upstream electrode and the downstream electrode. 3
The particulate material trapped quenched by reacting oxidized, then, is to decompose the NO X contained in the exhaust gas.
【0031】また,電極を構成する金網4,6は,セラ
ミックスコーティングやホウロウ処理によって絶縁的に
被覆され,フィルタ3及び触媒担持体65に捕集された
パティキュレート物質で通電状態になるのを防止してい
る。また,金網4,6は,縦線と横線とが交差して積層
され,縦線と横線との間で電圧差が発生しないように,
縦線と横線との交差部の一部で交互に接続されている。The wire meshes 4 and 6 constituting the electrodes are coated insulatively by ceramic coating or enamelling, and are prevented from being energized by the particulate matter collected by the filter 3 and the catalyst carrier 65. are doing. The wire meshes 4 and 6 are stacked so that the vertical and horizontal lines intersect with each other, so that no voltage difference occurs between the vertical and horizontal lines.
They are connected alternately at part of the intersection of the vertical and horizontal lines.
【0032】プラズマ発生装置1,25は,例えば,プ
ラズマ発生回路によってプラズマを発生させるものであ
り,上流側金網4が電源28を備えた高周波発振器20
と断続器21によって交流発電機24から発電された高
電圧が制御されるように,交流発電機24にライン7を
通じて接続され,また,下流側金網6(図2)がライン
8を通じてトランス23のアース側に接続されている。
交流発電機24で発電された電圧は,トランス23で所
定の高電圧に昇圧され,整流コイル22によって整流さ
れ,次いで,高周波発振器20の出力で断続器21が制
御され,断続器21によって制御された高周波で高電圧
の電圧が上流側金網4と下流側金網6との間に印加さ
れ,上流側金網4と下流側金網6との間のフィルタ本体
5及び触媒担持体55,65の領域にプラズマを発生す
る。交流発電機24としては,例えば,ステータコアに
巻き上げられた巻線の巻き数を大小に変更した二種類の
低電力側発電機と高電力側発電機から構成され,プラズ
マ発生装置1には高電力側発電機が用いられる(例え
ば,本出願人に係る出願である特願2000−1139
15号参照)。The plasma generators 1 and 25 generate plasma by, for example, a plasma generation circuit.
The AC generator 24 is connected to the AC generator 24 through the line 7 so that the high voltage generated from the AC generator 24 is controlled by the interrupter 21, and the downstream wire mesh 6 (FIG. 2) is connected to the transformer 23 through the line 8. Connected to earth side.
The voltage generated by the AC generator 24 is boosted to a predetermined high voltage by the transformer 23, rectified by the rectifier coil 22, and then controlled by the output of the high-frequency oscillator 20, and controlled by the interrupter 21. The high-frequency, high-voltage is applied between the upstream wire mesh 4 and the downstream wire mesh 6, and is applied to the area of the filter body 5 and the catalyst carriers 55 and 65 between the upstream wire mesh 4 and the downstream wire mesh 6. Generates plasma. The AC generator 24 includes, for example, two types of low-power-side generators and high-power-side generators in which the number of turns of the winding wound around the stator core is changed to be large or small. Side generator is used (for example, Japanese Patent Application No. 2000-1139 filed by the present applicant).
No. 15).
【0033】高周波発振器20は,例えば,図4に示す
高周波発振回路によって高周波が発振されるものであ
り,電源28からの電圧が可変抵抗器35で調整され,
該電圧がR−C回路29を通じて水晶発振子27を通じ
てベース電圧がトランジスタ26のベースに入力され
る。トランジスタ26のベースにベース電圧が入力され
ると,電源28からの電流はトランジスタ26を通って
コンデンサ33から高周波が端子から出力信号34とし
て出力される。図4に示す高周波発振回路において,符
号30,31,32はコンデンサであり,符号37はダ
イオード付きコンデンサであり,符号38,39,40
は抵抗である。The high frequency oscillator 20 oscillates a high frequency by a high frequency oscillation circuit shown in FIG. 4, for example, and the voltage from the power supply 28 is adjusted by the variable resistor 35.
The base voltage is input to the base of the transistor 26 through the crystal oscillator 27 through the RC circuit 29. When a base voltage is input to the base of the transistor 26, the current from the power supply 28 passes through the transistor 26, and a high frequency is output from the capacitor 33 as an output signal 34 from the terminal. In the high frequency oscillation circuit shown in FIG. 4, reference numerals 30, 31, and 32 denote capacitors, reference numeral 37 denotes a capacitor with a diode, and reference numerals 38, 39, and 40.
Is resistance.
【0034】高周波発振器20で発生した高周波を断続
制御する断続器21は,例えば,図5に示す高周波断続
回路に形成されている。高周波断続回路は,電源36か
らの電流はトランジスタ41を通って端子44から出力
される。高周波発振器20の高周波発振回路から出力さ
れた出力信号34は,高周波断続回路の入力50に印加
され,トランジスタ42のベース電圧として入力され
る。電源36は,交流発電機24,トランス23及び整
流コイル22から構成されている。トランジスタ42に
ベース電圧が入力されると,トランジスタ41にベース
電圧が入力され,電源36からの高電圧がトランジスタ
41を通って高周波で高電圧が端子44から出力され
る。端子44は,上流側金網4と下流側金網6とであ
る。図5の高周波断続回路において,符号43はトラン
ジスタを示し,符号45,46,47,49は抵抗であ
る。即ち,交流発電機24から出力された電圧はトラン
ス23と整流コイル22で高電圧に調整され,次いで高
電圧は断続器21で制御された高周波の出力信号によっ
て制御され,上流側金網4と下流側金網6との間に印加
され,プラズマが発生する。An interrupter 21 for interrupting and controlling the high frequency generated by the high frequency oscillator 20 is formed, for example, in a high frequency interrupter shown in FIG. In the high-frequency interrupting circuit, the current from the power supply 36 is output from the terminal 44 through the transistor 41. The output signal 34 output from the high-frequency oscillation circuit of the high-frequency oscillator 20 is applied to the input 50 of the high-frequency intermittent circuit and is input as the base voltage of the transistor 42. The power supply 36 includes the AC generator 24, the transformer 23, and the rectifier coil 22. When the base voltage is input to the transistor 42, the base voltage is input to the transistor 41, and the high voltage from the power source 36 passes through the transistor 41 and the high voltage is output from the terminal 44 at high frequency. The terminals 44 are the upstream wire mesh 4 and the downstream wire mesh 6. In the high-frequency intermittent circuit of FIG. 5, reference numeral 43 denotes a transistor, and reference numerals 45, 46, 47, and 49 denote resistors. That is, the voltage output from the AC generator 24 is adjusted to a high voltage by the transformer 23 and the rectifier coil 22, and the high voltage is controlled by the high-frequency output signal controlled by the interrupter 21, and the upstream wire mesh 4 and the downstream It is applied between the side wire net 6 and plasma is generated.
【0035】プラズマ発生装置1,25によって上流側
電極4と下流側電極6とに印加する高周波で高電圧を発
生させる電源は,エンジンに設けられた発電機で発電さ
れた電力が使用される。発電機の電力は,プラズマ発生
装置1,25におけるトランス23で高電圧にし,該高
電圧を整流コイル22で整流し,そこで,高周発振器2
0により発信された信号によってオン・オフ作動するパ
ワートランジスタ41,42,43を有する断続器21
の出力により交番電力にされ,高周波で高電圧が上流側
電極4と下流側電極6に印加され,プラズマが発生す
る。The power generated by a generator provided in the engine is used as a power source for generating a high voltage at a high frequency applied to the upstream electrode 4 and the downstream electrode 6 by the plasma generators 1 and 25. The power of the generator is made high by the transformer 23 in the plasma generators 1 and 25, and the high voltage is rectified by the rectifier coil 22.
An interrupter 21 having power transistors 41, 42, 43 which are turned on / off by a signal transmitted by a signal 0
, An alternating power is applied, and a high voltage at a high frequency is applied to the upstream electrode 4 and the downstream electrode 6 to generate plasma.
【0036】また,この排気ガス浄化装置を組み込んだ
エンジンは,その燃料噴射タイミングを遅らせてNOX
の発生を抑制させると共に,HCの発生を増加させる特
性を有している。このDPF装置は,電極即ち金網4と
金網6と間で発生するプラズマ中でNOX とHCとを反
応させ,NOX の発生を削減するものである。Also, in an engine incorporating this exhaust gas purifying device, the fuel injection timing is delayed so that the NO X
And has the property of increasing the generation of HC. This DPF device reduces the generation of NO X by reacting NO X and HC in the plasma generated between the electrodes, that is, between the wire mesh 4 and the wire mesh 6.
【0037】コントローラ10は,フィルタ3に予め決
められた所定量以上のパティキュレートが捕集されたこ
とに応答して上流側金網4と下流側金網6と間でプラズ
マを発生させ,上流側金網4と下流側金網6との間のフ
ィルタ本体5に捕集されたパティキュレート物質を加熱
焼却してフィルタ本体5を再生するように制御する。フ
ィルタ3へのパティキュレートの捕集量は,コントロー
ラ10によって排気ガス圧を検出する圧力センサ9,1
1で検出された圧力の圧力比を演算するか,又は,フィ
ルタ流動抵抗を検出するセンサ等で検出することができ
る。フィルタ本体5を再生する時には,図示していない
が,フィルタ3の下流側から浄化され且つ大気開放され
た圧力一定の排気ガスを上流側へポンプによって再循環
させ,再生用の酸素を供給すると共に上流側金網4で発
生したプラズマによってフィルタ3に捕集されているパ
ティキュレート物質を加熱焼却することができる。更
に,図示していないが,フィルタ3を並置して一対配設
し,パティキュレート物質を捕集するDPF装置と再生
を行うフィルタとに切り換え作動するように構成するこ
ともできる。The controller 10 generates plasma between the upstream wire mesh 4 and the downstream wire mesh 6 in response to the collection of particulates of a predetermined amount or more in the filter 3, and the upstream wire mesh. The particulate matter trapped in the filter body 5 between the metal wire 4 and the downstream wire mesh 6 is controlled so as to regenerate the filter body 5 by heating and burning. The amount of particulates collected in the filter 3 is determined by a pressure sensor 9, 1 for detecting exhaust gas pressure by a controller 10.
The pressure ratio of the pressure detected in step 1 can be calculated or can be detected by a sensor or the like that detects the flow resistance of the filter. When the filter body 5 is regenerated, although not shown, the exhaust gas that has been purified from the downstream side of the filter 3 and that has been released to the atmosphere and has a constant pressure is recirculated to the upstream side by a pump to supply oxygen for regeneration. The particulate matter collected in the filter 3 can be heated and incinerated by the plasma generated in the upstream wire mesh 4. Further, although not shown, it is also possible to arrange a pair of filters 3 side by side so as to switch between a DPF device for collecting particulate matter and a filter for regeneration.
【0038】また,コントローラ10は,回転センサ1
8で検出されたエンジン回転数,及び負荷センサ19で
検出されたエンジン負荷の運転状態に応じてエンジンで
発生する排気ガス中のパティキュレート物質の発生量が
変化するが,発生したパティキュレート物質の量や,フ
ィルタ3の捕集されたパティキュレート物質の量に応じ
てプラズマ発生装置1を制御し,プラズマの発生状態を
制御し,排気ガス中のパティキュレート物質を常に良好
に焼却し,フィルタ3を再生する。更に,プラズマ発生
装置1,25は,エンジン負荷が部分負荷時及び始動直
後の冷却水温度が低い時に,電極の金網4,6に印加し
てプラズマを発生させ,パティキュレート物質の焼却を
促進し,HCの酸化を促進させると共に,NOX をN2
とO2 に分解させ,排気ガスを浄化する。The controller 10 includes the rotation sensor 1
The amount of particulate matter generated in the exhaust gas generated by the engine changes according to the engine speed detected at 8 and the operating state of the engine load detected by the load sensor 19. The plasma generator 1 is controlled in accordance with the amount and the amount of the collected particulate matter in the filter 3 to control the state of plasma generation, and the particulate matter in the exhaust gas is always satisfactorily burned. To play. Further, the plasma generators 1 and 25 are applied to the metal meshes 4 and 6 of the electrodes to generate plasma when the engine load is a partial load and when the temperature of the cooling water immediately after the start is low, thereby promoting the burning of the particulate matter. , Promotes the oxidation of HC and reduces NO x to N 2
And O 2 to purify the exhaust gas.
【0039】次に,図6を参照して,この発明による排
気ガス浄化装置の別の実施例を説明する。図6の実施例
は,図1に示す実施例と比較すると,パティキュレート
物質を捕集するDPF装置を設けていない点で相違する
のみであるので,同一の部品には同一の符号を付して重
複する説明を省略する。この実施例の触媒担持体55
は,図1に示すNOX 分解装置における触媒担持体55
と同一の構成及び機能を有するものである。Next, another embodiment of the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The embodiment shown in FIG. 6 is different from the embodiment shown in FIG. 1 only in that a DPF device for trapping particulate matter is not provided, and the same parts are denoted by the same reference numerals. And a duplicate description will be omitted. The catalyst carrier 55 of this embodiment
The catalyst support 55 in the NO X decomposition apparatus shown in FIG. 1
It has the same configuration and function as.
【0040】次に,図7を参照して,この発明による排
気ガス浄化装置の更に別の実施例を説明する。図7の実
施例は,図1に示す実施例と比較すると,パティキュレ
ート物質を捕集するDPF装置とNOX 分解装置とを兼
ね備えた構成を有する点が相違するのみであるので,同
一の部品には同一の符号を付して重複する説明を省略す
る。触媒担持兼フィルタ用構造体65は,図1の実施例
における触媒担持体55と同様の形状を有すると共に,
NOX 分解触媒が付着されているものである。この実施
例では,エンジンから排出された排気ガスが触媒担持兼
フィルタ用構造体65を通過すると,プラズマ発生装置
25が機能することによって,構造体65に捕集された
パティキュレート物質即ちSPMが反応酸化して消滅す
ると共に,排気ガスに含まれるNOX がNOX 分解触媒
の助けで分解され,排気ガスが浄化される。Next, another embodiment of the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. Example 7 is different from the embodiment shown in FIG. 1, the point having the configuration that combines the DPF device and NO X decomposition apparatus for collecting particulates substance is only different, identical parts Are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The catalyst support / filter structure 65 has the same shape as the catalyst support 55 in the embodiment of FIG.
NO X decomposition catalyst is one that is attached. In this embodiment, when the exhaust gas discharged from the engine passes through the catalyst supporting and filtering structure 65, the particulate matter, that is, the SPM collected by the structure 65 reacts by the function of the plasma generator 25. together and disappear oxide, NO X contained in the exhaust gas is decomposed with the aid of the NO X decomposition catalyst, the exhaust gas is purified.
【0041】[0041]
【発明の効果】この発明による排気ガス浄化装置は,上
記のように構成されているので,ディーゼルエンジンか
ら排出される排気ガスに含まれたパティキュレート物質
をフィルタによって捕集し,捕集されたパティキュレー
ト物質をプラズマエネルギを利用して着火燃焼して焼却
し,フィルタを再生すると共に,プラズマ発生装置を備
えたNOX 分解装置によってNOX を分解させ,排気ガ
スを浄化する。また,プラズマ発生装置は,フィルタ本
体,触媒担持体を挟み込んだ上流側金網と下流側金網と
間に高周波で高電圧を印加し,フィルタ本体の領域にプ
ラズマを発生させる。従って,上流側金網と下流側金網
と間のフィルタ本体の領域に存在するパティキュレート
物質,特に,問題となる0.25μm以下の小さい粒径
のパティキュレート物質をプラズマエネルギによって着
火燃焼させ,クリーンな排気ガスに浄化でき,更に排気
ガス中のNOX がN2 とO2 に分解するので,健康を害
するような環境汚染等を引き起こすことがない。Since the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention is constructed as described above, the particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the diesel engine is collected by the filter and collected. the particulate material was incinerated by ignition combustion by using a plasma energy, with regenerating the filter, to decompose the NO X by NO X decomposition apparatus comprising a plasma generator, for purifying the exhaust gas. In addition, the plasma generator applies a high voltage at a high frequency between the upstream wire mesh and the downstream wire mesh sandwiching the filter body and the catalyst carrier to generate plasma in a region of the filter body. Therefore, the particulate matter present in the region of the filter body between the upstream wire mesh and the downstream wire mesh, particularly the particulate matter having a small particle size of 0.25 μm or less, is ignited and burned by the plasma energy, and clean. The exhaust gas can be purified, and NO x in the exhaust gas is decomposed into N 2 and O 2 , so that there is no possibility of causing environmental pollution or the like, which is detrimental to health.
【図1】この発明による排気ガス浄化装置の一実施例を
示す概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view showing one embodiment of an exhaust gas purifying apparatus according to the present invention.
【図2】排気ガス浄化装置のフィルタとプラズマ発生装
置との関係を示す概略説明図である。FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a relationship between a filter of the exhaust gas purification device and a plasma generator.
【図3】図2のフィルタの符号Iの領域の拡大説明図で
ある。FIG. 3 is an enlarged explanatory diagram of a region denoted by reference numeral I of the filter in FIG. 2;
【図4】図1のプラズマ発生装置における高周波発振器
を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a high-frequency oscillator in the plasma generator of FIG.
【図5】図1のプラズマ発生装置における断続器を示す
回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an interrupter in the plasma generator of FIG.
【図6】この発明による排気ガス浄化装置の別の実施例
を示す概略説明図である。FIG. 6 is a schematic explanatory view showing another embodiment of the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention.
【図7】この発明による排気ガス浄化装置の更に別の実
施例を示す概略説明図である。FIG. 7 is a schematic explanatory view showing still another embodiment of the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention.
1,25 プラズマ発生装置 2,54 ケーシング 3 フィルタ 4 上流側金網 5 フィルタ本体 6 下流側金網 9,11 圧力センサ 10 コントローラ 14,58 上流側排気ガス通路 15,59 下流側排気ガス通路 18 回転センサ 19 負荷センサ 20 高周波発振器 21 断続器 22 整流コイル 23 高電圧発生トランス 24 交流発電機 26,41,42,43 トランジスタ 27 水晶発振器 28,36 バッテリ 34,44 出力 50 入力 51 排気管 55 触媒担持体 65 触媒担持兼フィルタ用構造体 1,25 Plasma generator 2,54 Casing 3 Filter 4 Upstream wire mesh 5 Filter body 6 Downstream wire mesh 9,11 Pressure sensor 10 Controller 14,58 Upstream exhaust gas passage 15,59 Downstream exhaust gas passage 18 Rotation sensor 19 Load sensor 20 High-frequency oscillator 21 Interrupter 22 Rectifier coil 23 High-voltage generating transformer 24 AC generator 26, 41, 42, 43 Transistor 27 Crystal oscillator 28, 36 Battery 34, 44 Output 50 Input 51 Exhaust pipe 55 Catalyst carrier 65 Catalyst Carrier and filter structure
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/08 Fターム(参考) 3G090 AA02 AA03 BA01 CA01 DA04 DA20 DB01 DB02 EA04 3G091 AB04 AB13 AB14 BA00 BA14 BA38 CA13 CB03 CB08 DB10 EA00 EA01 EA03 EA32 GA02 GA03 GA05 GB01X GB05W GB10X GB16X GB17X HA16 HA36 HA37 HA42 HB03 4D002 AA12 AB01 AC10 BA04 BA07 DA70 EA07 4D048 AA06 AB03 BA06X BA33X BA45X CA07 CC38 CC41 CD05 CD08 DA01 DA02 DA20 EA03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F01N 3/08 F term (Reference) 3G090 AA02 AA03 BA01 CA01 DA04 DA20 DB01 DB02 EA04 3G091 AB04 AB13 AB14 BA00 BA14 BA38 CA13 CB03 CB08 DB10 EA00 EA01 EA03 EA32 GA02 GA03 GA05 GB01X GB05W GB10X GB16X GB17X HA16 HA36 HA37 HA42 HB03 4D002 AA12 AB01 AC10 BA04 BA07 DA70 EA07 4D048 AA06 AB03 BA06X BA33X BA45X CA07 CC38 DA03 CD08 DA08 CD08 DA08
Claims (12)
気管に組み込まれたケーシング,前記ケーシング内に配
置されたNOX を分解させるNOX 分解触媒が付着され
た担持体,前記担持体の両面にそれぞれ配置された電気
的に互いに絶縁して互いに隔置された一対の電極,及び
前記電極間に高電圧で断続的に変化する電流又は直流電
流を印加して前記電極間にプラズマを発生させるプラズ
マ発生装置を具備し,前記プラズマによって前記排気ガ
ス中に含まれるNOX をNOX分解触媒の機能の助けで
促進分解させることから成る排気ガス浄化装置。1. A casing exhaust gas from the engine is incorporated in an exhaust pipe to be discharged, carrying member NO X decomposition catalyst to decompose the placed NO X in the casing is attached, both surfaces of the carrier And a pair of electrodes electrically insulated from each other and spaced apart from each other, and applying a high voltage intermittently changing current or DC current between the electrodes to generate plasma between the electrodes. comprising a plasma generator, the plasma by the exhaust gas purifying apparatus consists of accelerating decomposition with the aid of the function of the NO X NO X decomposition catalyst contained in the exhaust gas.
導電性のセラミックス繊維材から成り,前記セラミック
ス繊維材に前記NOX 分解触媒が付着されていることか
ら成る請求項1に記載の排気ガス浄化装置。Wherein said bearing member is randomly composed stacked non-conductive ceramic fiber material, the exhaust of claim 1 consisting in the NO X decomposition catalyst on the ceramic fiber material is deposited Gas purification device.
気管に組み込まれたケーシング,前記ケーシング内に配
置された前記排気ガスに含まれるパティキュレート物質
を捕集するフィルタ,前記排気ガスに含まれるNOX を
分解させるため担持体を構成する前記フィルタに付着さ
れたNOX 分解触媒,前記フィルタの両面にそれぞれ配
置された電気的に互いに絶縁して互いに隔置された一対
の電極,及び前記電極間に高周波の直流電流を高電圧で
断続的に印加して前記電極間にプラズマを発生させるプ
ラズマ発生装置を具備し,前記プラズマによって前記フ
ィルタに捕集された前記パティキュレート物質を反応消
滅させると共に前記NO X を分解させることから成る排
気ガス浄化装置。3. An exhaust system in which exhaust gas from the engine is exhausted.
A casing incorporated in the trachea,
Particulate matter contained in the placed exhaust gas
For trapping NO, NO contained in the exhaust gasXTo
Attached to the filter that constitutes the carrier for disassembly
NOXCracking catalyst, placed on both sides of the filter
A pair of units electrically isolated from each other and separated from each other
High-frequency DC current between the electrodes and the electrodes
A process for generating plasma between the electrodes by applying the voltage intermittently.
A plasma generator, and the plasma
Filter the particulate matter collected by the filter
And the NO XExhaustion consisting of decomposing
Gas and gas purifier.
気管に組み込まれた第1のケーシング,前記第1のケー
シング内に配置された前記排気ガスに含まれるパティキ
ュレート物質を捕集するフィルタ,前記フィルタの両面
にそれぞれ配置された電気的に互いに絶縁して互いに隔
置された一対の第1の電極,前記第1の電極間に高周波
の電流を高電圧で断続的に印加して前記第1の電極間に
プラズマを発生させる第1のプラズマ発生装置,前記フ
ィルタの後流の前記排気管に組み込まれた第2のケーシ
ング,前記第2のケーシング内に配置された担持体に付
着された前記排気ガスに含まれるNOX を分解させるN
OX 分解触媒,前記担持体の両面にそれぞれ配置された
電気的に互いに絶縁して互いに隔置された一対の第2の
電極,及び前記第2の電極間に高周波の電流を高電圧で
断続的に印加して前記第2の電極間にプラズマを発生さ
せる第2のプラズマ発生装置,から成る排気ガス浄化装
置。4. A first casing incorporated in an exhaust pipe through which exhaust gas from an engine is discharged, a filter disposed in the first casing for collecting particulate matter contained in the exhaust gas, A pair of first electrodes disposed on both sides of the filter and electrically insulated from each other and spaced apart from each other; A first plasma generator for generating plasma between one electrode, a second casing incorporated in the exhaust pipe downstream of the filter, and a carrier attached to the second casing. N to decompose NO X contained in the exhaust gas
O X decomposition catalyst, intermittently the carrier respectively arranged electrically insulated from each other to spaced pair of second electrodes together on both sides of, and a high-frequency current between the second electrode at a high voltage An exhaust gas purifying apparatus, comprising: a second plasma generator for generating a plasma between the second electrodes by applying a voltage between the second electrodes.
は,ランダムに積層された同径又は異径の非導電性のセ
ラミックス繊維材から成る積層繊維フィルタを襞状に折
り曲げて全体として環状フィルタに形成され,前記排気
ガスが前記環状フィルタの外周側から内周側へ送り込ま
れることから成る請求項3又は4に記載の排気ガス浄化
装置。5. A filter body constituting said filter is formed by folding a laminated fiber filter made of randomly conductive non-conductive ceramic fiber materials of the same diameter or different diameters into a pleated shape to form an annular filter as a whole. 5. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 3, wherein the exhaust gas is sent from an outer peripheral side to an inner peripheral side of the annular filter.
ミラライト様構造を持つ化合物,Rh及び/又はIrの
粒子が前記担持体に分散分布させた被覆層を構成するセ
ラミックス繊維材の表面に付着されていることから成る
請求項1〜5のいずれか1項に記載の排気ガス浄化装
置。Wherein said NO X decomposition catalyst, a compound having a brownmillerite-like structure of the particulate, a surface of the ceramic fiber material Rh and / or the Ir particles constituting the coating layer obtained by dispersing distributed to said carrier The exhaust gas purifying apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the exhaust gas purifying apparatus is attached.
され,前記金網又は金属多孔板の表面は前記フィルタに
捕集された前記パティキュレート物質で通電状態になる
のを防止するためセラミックスコーティング又はホウロ
ウ処理によって絶縁的に被覆されていることから成る請
求項1〜6のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。7. The electrode comprises a wire mesh or a metal perforated plate, and a surface of the wire mesh or the metal perforated plate is coated with a ceramic coating or a ceramic material to prevent the particulate matter collected by the filter from being energized. The exhaust gas purifying apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the exhaust gas purifying apparatus is coated insulatively by enamelling.
層され,前記縦線と前記横線との間で電圧差が発生しな
いように,前記縦線と前記横線との交差部の一部で交互
に接続されていることを特徴とする請求項7に記載の排
気ガス浄化装置。8. The wire mesh is laminated with a vertical line and a horizontal line intersecting each other, and a crossing portion of the vertical line and the horizontal line is formed so that a voltage difference does not occur between the vertical line and the horizontal line. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 7, wherein the exhaust gas purifying apparatus is partially connected alternately.
に印加する高周波で高電圧を発生させる電源は,前記エ
ンジンに設けられた発電機で発電された電力が使用され
ることから成る請求項1〜8のいずれか1項に記載の排
気ガス浄化装置。9. A power supply for generating a high voltage at a high frequency applied to the electrodes by the plasma generator uses power generated by a generator provided in the engine. An exhaust gas purifying apparatus according to any one of the preceding claims.
げられた巻線の巻き数を大小に変更した二種類の低電力
側発電機と高電力側発電機から構成され,前記プラズマ
発生装置の前記発電機は高電力側発電機が用いられるこ
とから成る請求項9に記載の排気ガス浄化装置。10. The generator comprises two types of low-power generators and high-power generators in which the number of windings wound around a stator core is changed to a large or small number. 10. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 9, wherein the generator comprises a high power generator.
からの電圧をトランスで昇圧し,昇圧された高電圧を整
流コイルで整流し,整流された高電圧を高周波発振器か
らの高周波を断続器の出力によりオン・オフ制御して交
番電力による高周波高電圧を発生させ,前記高周波高電
圧を前記上流側電極と前記下流側電極との間に印加して
プラズマを発生させることから成る請求項1〜10のい
ずれか1項に記載の排気ガス浄化装置。11. The plasma generator boosts a voltage from an AC generator by a transformer, rectifies the boosted high voltage by a rectifier coil, and converts the rectified high voltage from a high frequency from a high frequency oscillator to an interrupter. 4. A high-frequency high voltage is generated by alternating power by on / off control by an output, and the high-frequency high voltage is applied between the upstream electrode and the downstream electrode to generate plasma. The exhaust gas purifying apparatus according to any one of claims 10 to 10.
荷が部分負荷時及び始動直後の冷却水温度が低い時に,
前記電極に印加してプラズマを発生させ,パティキュレ
ート物質の焼却を促進し,HCの酸化を促進させること
から成る請求項1〜11のいずれか1項に記載の排気ガ
ス浄化装置。12. The plasma generator according to claim 1, wherein when the engine load is a partial load and when the temperature of the cooling water immediately after starting is low,
The exhaust gas purifying apparatus according to any one of claims 1 to 11, comprising applying a plasma to the electrode to generate plasma to promote incineration of particulate matter and promote oxidation of HC.
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