JPH06146852A - デイーゼルエンジン排気ガス浄化装置 - Google Patents

デイーゼルエンジン排気ガス浄化装置

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JPH06146852A
JPH06146852A JP4350104A JP35010492A JPH06146852A JP H06146852 A JPH06146852 A JP H06146852A JP 4350104 A JP4350104 A JP 4350104A JP 35010492 A JP35010492 A JP 35010492A JP H06146852 A JPH06146852 A JP H06146852A
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Japan
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exhaust gas
upstream
diesel engine
ceramic filter
wire
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JP4350104A
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Senichi Masuda
閃一 増田
Shunsuke Hosokawa
俊介 細川
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Individual
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/28—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a plasma reactor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 デイーゼルエンジン等からの排気ガスのすす
を捕集するセラミックフィルターにおいて、付着したす
すを常時プラズマによる低温酸化で取り除いて、圧力損
失の上昇とエンジン効率の低下を防ぐ。あわせてプラズ
マの作用で排気ガス中のＮＯｘ等のガス状汚染物質を除
去する。 【構成】 セラミックフィルターのフィルター要素を挟
んで２組のプラズマ処理電極を設け、その間に高周波高
電圧またはパルス高電圧等の交流電圧を印加して放電を
発生させる。この放電で生成したラジカルによってフィ
ルター要素の上流側表面と内部空隙に付着したすすを低
温酸化する。またこのラジカルの作用で排気ガス中のＮ
Ｏｘ等のガス状汚染物質を酸化・還元して除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、燃焼排気ガス、特に
デイーゼルエンジンからの排気ガス中に含まれるすすを
セラミックフィルターを用いて効率良く捕集すると同時
に、捕集されたすすを放電プラズマによって低温酸化し
ガス化する事により、該セラミックフィルターの目詰り
を防止し、すすで生ずるフィルターの圧力損失の増加を
防止し、かつ上記プラズマが生成するラジカルの作用で
該排気ガス中のＮＯｘなどのガス状汚染物質も酸化ない
し還元して除去し、大気汚染を防止する装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来セラミックフィルターを用いてデイ
ーゼルエンジンの排気ガス中のすすを捕集する場合、捕
集した煤によってフィルターが目詰りを起こし、その圧
力損失が短時間で著しく増加してエンジンの効率が低下
してしまう。
【０００３】そのためセラミックフィルターの上流側に
バーナーを置いたり、セラミックフィルター自体にヒー
ターを入れて、捕集したすすを燃焼によりガス化し、目
詰りを防止している。
【０００４】しかしながら、この場合均一に燃焼させる
ことは困難で、はじめに燃焼した部分に通気抵抗減少に
より、より多くのガスが流入、供給酸素量が増大して燃
焼速度が増し、ますます多くのガスが流入することとな
る。その結果そこの部分で過剰な燃焼熱が発生して温度
の異常上昇が起こり、セラミックフィルターが損耗し、
その寿命を著しく短縮していた。
【０００５】またデイーゼルエンジンの排気ガスのいま
ひとつの問題であるＮＯｘの除去には触媒を用いる方法
が取られている。
【０００６】しかしながら、すすを含むデイーゼルエン
ジン排気に対する高効率かつ長寿命のＮＯｘ除去触媒は
未だ完成されておらず、その上上記すす捕集用セラミッ
クフィルターと触媒を２重に用いると排気側の圧力損失
はますます増加し、エンジン効率の低下は避けられなか
った。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、す
す捕集用セラミックフィルターに捕集されたすすを均一
に且つ低温で酸化する事によりフィルターの過熱・損傷
なしにその目詰りを常に防止することである。
【０００８】また他の目的は、排気ガス中のガス状汚染
物質、特にＮＯｘを同時に除去することである。
【０００９】
【問題を解決するための手段】この発明のデイーゼルエ
ンジン排気ガス浄化装置は、デイーゼルエンジンの排気
ダクトに接続して、すすを含んだ排気ガスの入口と清浄
ガスの出口を有するケーシングを設け、その内部にガス
流を遮る如くにセラミックフィルターを設け、該セラミ
ックフィルターのフィルター要素を挟んで、ガスの流れ
を妨げない構造の少なくとも１つの電極要素からなるプ
ラズマ処理電極の２組を相互に絶縁のうえ配設し、この
両プラズマ処理電極に接続してその間に交流電圧を印加
するための交流電源を設け、該フィルター要素の少なく
とも１部を介して両プラズマ処理電極間に放電を発生さ
せるものである。
【００１０】この場合、上記の両プラズマ処理電極は上
記セラミックフィルターに近接して、その上流側と下流
側に金網ないし多孔板の電極要素を設けて構成するもの
である。
【００１１】また必要に応じて、上記セラミックフィル
ターとして、ハニカム構造で多数の細長いガス通路群よ
り成ると共に該ガス通路の上流端と下流端が交互に閉塞
されて上流側に連通した上流側ガス通路群と下流側に連
通した下流側ガス通路群に分かれ、その隣合う両ガス通
路の間の隔壁が上記フィルター要素を構成するハニカム
型セラミックフィルターを用いると共に、上記２組のプ
ラズマ処理電極のうち、上流側電極は上記ハニカム型セ
ラミックフィルターの閉塞端の上流側にこれと近接して
設けられた金網ないし多孔板のいずれかの電極要素から
構成し、また下流側電極は上記ハニカム型セラミックフ
ィルターの該下流側ガス通路群に下流側から挿入された
針金状の電極要素から構成するものである。
【００１２】あるいは、この場合上記２組のプラズマ処
理電極のうち、上流側処理電極は上記ハニカム型セラミ
ックフィルターの上流側に針金状の電極要素を配設構成
してその下流側先端部が該上流側ガス通路群の入口付近
に位置する如くし、また下流側処理電極は該下流側ガス
通路群内に下流側から針金状の電極要素を挿入して構成
するものである。
【００１３】この場合、必要に応じて上記上流側電極部
の針金状電極要素をそれぞれその先端が対向する該上流
側ガス通路の入口から該ガス通路内に挿入・抽出するた
めの挿入・抽出手段を設けるものである。
【００１４】あるいは必要に応じて上記２組のプラズマ
処理電極のうち、上流側処理電極は上記ハニカム型セラ
ミックフィルターの該上流側ガス通路群内にに上流側か
ら挿入された針金状の電極要素で構成し、また下流側処
理電極は該下流側ガス通路群内に下流側から挿入された
針金状の電極要素で構成するものである。
【００１５】あるいは必要に応じて上記２組のプラズマ
処理電極の双方を、該下流側ガス通路群内に下流側から
針金状の電極要素を挿入して構成し、かつその双方のプ
ラズマ処理電極に属する電極要素が互いに１つの上流側
ガス通路を介して対向する様にするものである。
【００１６】また上記の交流電源としては出力電圧の波
高値が３ｋＶ以上、出力周波数５ｋＨｚ以上の高周波高
電圧を発生する高周波高圧電源を用いる物である。
【００１７】あるいは必要に応じて、上記の交流電源と
しては出力電圧波高値５ｋＶ以上、出力周波数５０Ｈｚ
以上のパルス状高電圧を発生する高圧パルス電源を用い
るものである。
【００１８】
【作用】上記２組のプラズマ処理電極の間に交流電圧を
連続的または間欠的に印加してセラミックフィルターの
すすが付着したフィルター要素を介して放電を発生させ
る。この放電のプラズマ化学作用で生成するラジカルに
よりすすを低温酸化することによりガス化して除去し、
すすによる上記フィルター要素の目詰りを防ぐ。これに
よって該セラミックフィルターの圧力損失を常に低く保
ち、デイーゼルエンジンの効率低下を防止する。
【００１９】上記ラジカルの作用で、排気ガス中に含ま
れるＮＯｘ等のガス状汚染物質も同時に酸化または還元
して除去し、デイーゼルエンジンの排気ガスを浄化す
る。
【００２０】
【実施例】図１はこの発明の基本概念を示す実施例１の
縦断面図を示す。デイーゼルエンジンの排気ダクト２に
介入してガス入口３およびガス出口４を接続したケーシ
ング５の内部にガス流を遮る如くにセラミックフィルタ
ー６を配設する。ただし、このセラミックフィルター６
は多孔質セラミックをフィルター要素とする板状、プリ
ーツ状、ハニカム状、円筒状等適当なあらゆる形状・構
造のセラミックフィルター一般を模式的に示したもので
ある。
【００２１】このセラミックフィルター６のフィルター
要素７の上流側と下流側にガスの通過を許す構造の電極
要素（例えば金網・金属製多孔板・金属製すだれ等）よ
りなる上流側プラズマ処理電極８と下流側プラズマ処理
電極９を設けて、その間に交流電源１０より高周波高電
圧または高圧パルス電圧を連続的あるいは間欠的に印加
する。
【００２２】その結果両プラズマ処理電極８、９の間
に、上記フィルター要素７を誘電体として介在させた放
電が発生する。この放電は、該プラズマ処理電極８、９
と該フィルター要素７の表面との間のガス空間では無声
放電、また該フィルター要素７内部の空隙中ではボイド
放電の形態をとり、いずれも電子温度は極めて高いがイ
オン温度は低い低温プラズマ（非平衡プラズマともい
う）を生成し、酸化性および還元性の反応性に富むラジ
カルを豊富に作りだす。
【００２３】このラジカルにより上記フィルター要素７
の上流側表面および内部空隙に付着したすすは低温酸化
されてＣＯ２ないしＣＯとして排出され、その結果上記
セラミックフィルター６のフィルター要素７は常に清浄
に保たれ圧力損失を低く保つことが出来る。同時にこの
ラジカルによって排ガス中のＮＯｘなどのガス状汚染物
質は酸化ないし還元され、除去される。
【００２４】図２はすでに述べたハニカム型セラミック
フィルター１１の斜視図、図３はこれを用いて本発明を
実施した実施例１２の主要部の縦断面図である。このフ
ィルターはハニカム構造を有し、多孔質セラミック隔壁
１３で隔てられた多数の細長いガス通路群１４を有す
る。
【００２５】これらのガス通路群１４はその上流端と下
流端において相隣る交互に上流側セラミック製閉塞部１
５と下流側セラミック製閉塞部１６によって閉塞され、
上流側に連通し下流端が閉塞された上流側ガス通路群１
７と、下流側に連通し上流側が閉塞された下流側ガス通
路群１８に分かれる。
【００２６】そして排気ガスは該上流側ガス通路群１７
内にその上流側開口部１９から進入し、上記フィルター
要素７を構成する該多孔質セラミック隔壁１３を通過し
て該下流側ガス通路群１８内に入り、その下流側開口部
２０から排出される。すすは該セラミック隔壁１３の上
流側表面と、その内部空隙中に付着する。
【００２７】８は上記上流側セラミック製閉塞部１４の
上流側にこれと接近して設けられた金網２１を電極要素
とする上流側プラズマ処理電極である。また９は上記下
流側ガス通路群１８内にその下流側開口部２０から奥ま
で挿入された針金２２を電極要素とする下流側プラズマ
処理電極である。
【００２８】いま両プラズマ処理電極８と９の間に交流
電源１０より高周波高電圧または高圧パルス電圧を連続
的あるいは間欠的に印加すると、該針金電極要素２２の
上流側先端部２３と該金網電極要素２２の間に誘電体で
ある上記上流側セラミック製閉塞部１５および該セラミ
ック隔壁１３の上流側開口部１９近傍部分を介在して無
声放電が発生、これにより生成したラジカルが該上流側
開口部１９から各上流側ガス通路群１７内に進入し、該
セラミック隔壁１３の上流側表面とその内部間隙中に付
着したすすを低温酸化して除去する。また排気ガス中
の、ＮＯｘをはじめとするガス状汚染物質を酸化・還元
して除去する。
【００２９】図４は本発明の図３と異なる実施例２４の
主要部の縦断面図で、上流側プラズマ処理電極８は本実
施例では針金電極要素２５よりなり、その下流側先端部
２６が上記上流側開口部１９の開口中心付近に位置す
る。それ以外の１２から２３までの要素の名称および機
能は図３の実施例１２における同一番号の要素と同様で
ある。
【００３０】両電極８、９の間に交流電源１０より上記
交流電圧を印加すると、該上流側先端部２６と下流側先
端部２３の間に無声放電が発生してラジカルが生成、上
流側開口部１９付近で先ずすすの酸化がスタートし、逐
次上流側ガス通路１７の内部に及ぶ。その作用を助ける
ため、図には示されていないプラズマ処理電極８の該針
金電極要素を上記上流側ガス通路１７の内部に挿入し、
また抽出する挿入・抽出手段があり、すすの酸化除去の
進行と共に逐次該上流側先端部２６を進行させ、またす
すの除去がおわればこれをもとの位置に抽出する。
【００３１】なおこの場合ラジカルの作用でＮＯｘを始
めとするガス状汚染物質も除去されることは既に記した
通りである。
【００３２】図５は本発明の図３および図４と異なる実
施例２７の主要部の縦断面図で、上流側プラズマ処理電
極８は図４と同様に針金電極要素２５よりなる。しかし
本実施例ではこの針金電極要素２５は該上流側ガス通路
群１７内に奥まで上流側から挿入されており、該下流側
ガス通路群１８内に下流側から奥まで挿入された下流側
プラズマ処理電極９の針金電極要素２２と該多孔質隔壁
１３を介して対向している。それ以外の８から２５まで
の要素の名称および機能は図３および図４の実施例１
２、２４における同一番号の要素と同様である。
【００３３】いま両電極８、９の間に交流電源１０より
上記交流電圧を供給すると、上記の両針金電極要素２
２、２５間に該多孔質隔壁１３を介して放電が発生し、
該隔壁の上流側表面ならびに内部空隙内に付着したすす
が除去され、かつＮＯｘを始めとするガス状汚染物質も
除去されることは既に記した通りである。
【００３４】図６は本発明の図３、図４および図４と異
なる実施例２８の主要部の縦断面図である。本実施例で
は２組のプラズマ処理電極９、２９のいずれもが該下流
側ガス通路群１８内に下流側から奥まで挿入された針金
電極要素２２および３０よりなり、且つ両針金電極要素
２２、３０はそれぞれ中間に１つの上流側ガス通路１４
とその両側の該多孔質セラミック隔壁１３を介して対向
している。それ以外の９から２２までの要素の名称およ
び機能は図３、図４およびの実施例１２、２４、２８に
おける同一番号の要素と同様である。
【００３５】いま両プラズマ処理電極９、２９の間に交
流電源１０より上記交流電圧を印加すると、上記両針金
電極要素２２、３０の間に、これらに挟まれた該上流側
ガス通路１４とその両側の該多孔質セラミック隔壁１３
を介して無声放電が発生し、すすとガス状汚染物質が除
去されることは上記の通りである。
【００３６】
【効果】本発明は上述の通りであるので、セラミックフ
ィルターのフィルター要素の上流側表面および内部空隙
に付着したすすを放電によるプラズマ処理によって常時
酸化分解し、その圧力損失のすす付着による上昇を防止
してデイーゼルエンジンの効率低下を防ぎ、かつセラミ
ックフィルターの寿命を長く維持する事ができる。
【００３７】また同時にデイーゼルエンジン排気ガス中
に含まれるＮＯｘをはじめとするガス状汚染物質をプラ
ズマ処理によって酸化・還元し、これを除去できて極め
て経済的なデイーゼルエンジン排気ガスの浄化が達成で
きる。
【００３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の基本概念を示す実施例の縦断面図で
ある。
【図２】この発明に用いられるハニカム型セラミックフ
ィルターの斜視図である。
【図３】この発明の別の実施例の縦断面図である。
【図４】この発明の更に別の実施例の縦断面図である。
【図５】この発明の更に別の実施例の縦断面図である。
【図６】この発明の更に別の実施例の縦断面図である。
【符号の説明】
２ 排気ダクト ３ ガス入口 ４ ガス出口 ５ ケーシング ６ セラミックフィルター ７ フィルター要素 ８ 上流側プラズマ処理電極 ９ 下流側プラズマ処理電極 １０ 交流電源 １１ ハニカム型セラミックフィルター １３ 多孔質セラミック隔壁 １７ 上流側ガス通路群 １８ 下流側ガス通路群 ２１ 金網電極要素 ２２ 針金電極要素 ２５ 針金電極要素 ２９ 下流側プラズマ処理電極

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 すすを含んだ排気ガスの入口と清浄ガ
    スの出口を有するケーシングの内部に、ガス流を遮る如
    くに多孔質セラミックのフィルター要素よりなるセラミ
    ックフィルターを設け、該フィルター要素を挟んで、ガ
    スの流れを妨げない構造の少なくとも１つの電極要素か
    らなるプラズマ処理電極の２組を相互に絶縁のうえ配設
    し、この両プラズマ処理電極に接続してその間に交流電
    圧を印加するための交流電源を設け、該フィルター要素
    の少なくとも１部を介して両プラズマ処理電極間に放電
    を発生させる事を特徴とするデイーゼルエンジン排気ガ
    ス浄化装置。
  2. 【請求項２】 上記の両プラズマ処理電極が上記セラ
    ミックフィルターに近接して、その上流側と下流側に設
    けられた金網ないし多孔板のいずれかの電極要素から成
    る事を特徴とする請求項１に記載のデイーゼルエンジン
    排気ガス浄化装置。
  3. 【請求項３】 該セラミックフィルターがハニカム構
    造で多数の細長いガス通路群より成ると共に、そのガス
    通路の上流端と下流端が交互にセラミックよりなる閉塞
    部で閉塞されて、上流側に連通した上流側ガス通路群と
    下流側に連通した下流側ガス通路群に分かれ、その隣合
    う両ガス通路の間の隔壁が上記フィルター要素を構成し
    た、ハニカム型セラミックフィルターである事を特徴と
    する請求項１または２のいずれか１項に記載のデイーゼ
    ルエンジン排気ガス浄化装置。
  4. 【請求項４】 上記２組のプラズマ処理電極のうち、
    一方のが上記ハニカム型セラミックフィルターの閉塞端
    の上流側に、これに近接して設けられた金網ないし多孔
    板のいずれかの電極要素から成り、他方が上記ハニカム
    型セラミックフィルターの該下流側ガス通路群に下流側
    から奥まで挿入された針金状の電極要素から成る事を特
    徴とする請求項３に記載のデイーゼルエンジンの排気ガ
    ス浄化装直。
  5. 【請求項５】 上記２組のプラズマ処理電極のうち、
    一方が上記ハニカム型セラミックフィルターの上流側ガ
    ス通路群の入口付近に下流側先端部を位置する如くに配
    設された針金状の電極要素から成り、他方が該下流側ガ
    ス通路群内に下流側から挿入された針金状の電極要素か
    ら成る事を特徴とする請求項３に記載のデイーゼルエン
    ジンの排気ガス浄化装置。
  6. 【請求項６】 上記２組のプラズマ処理電極のうち、
    一方が上記ハニカム型セラミックフィルターの該上流側
    ガス通路群のそれぞれの入口付近に下流側先端部を位置
    する如くに配設された針金状の電極要素からなり、他方
    が該下流側ガス通路群に下流側から挿入された針金状の
    電極要素から成り、かつ該上流側処理電極の針金状電極
    要素をそれぞれその先端が対向する該上流側ガス通路の
    入口から該ガス通路内に挿入・抽出する挿入・抽出手段
    を設けた事を特徴とする請求項５に記載のデイーゼルエ
    ンジンの排気ガス浄化装置。
  7. 【請求項７】 上記２組のプラズマ処理電極のうち、
    一方が上記ハニカム型セラミックフィルターの該上流側
    ガス通路群内に上流側から奥まで挿入された針金状の電
    極要素から成り、他方が該下流側ガス通路群内に下流側
    から奥まで挿入された針金状の電極要素から成る事を特
    徴とする請求項３に記載のデイーゼルエンジンの排気ガ
    ス浄化装置。
  8. 【請求項８】 上記２組のプラズマ処理電極の双方が
    該下流側ガス通路群内に下流側から挿入された針金状の
    電極要素から成り、かつ両組のプラズマ処理電極に属す
    る電極要素が互いに１つの上記上流側ガス通路を介して
    対向配設された事を特徴とする請求項３に記載のデイー
    ゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
  9. 【請求項９】 上記の交流電源が出力電圧波高値３ｋ
    Ｖ以上、出力周波数５ｋＨｚ以上の高周波高電圧を発生
    する高周波高圧電源であるた事を特徴とする請求項１〜
    ８のいずれか１項に記載のデイーゼルエンジンの排気ガ
    ス浄化装置。
  10. 【請求項１０】 上記の交流電源が出力電圧波高値５ｋ
    Ｖ以上、出力周波数５０Ｈｚ以上のパルス状高電圧を発
    生する高圧パルス電源であるた事を特徴とする請求項１
    〜８のいずれか１項に記載のデイーゼルエンジンの排気
    ガス浄化装置。
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