排気ガス浄化装置
【課題】この発明に係る排気ガス浄化装置では、排気ガス中に含まれるＨＣが過剰であり、ＨＣとＮＯｘの比率が著しく異なる時でも、排気ガスを効率良く清浄化することができる排気ガス処理装置を得る。
【解決手段】この発明に係る排気ガス浄化装置は、エンジン１から排出される排気ガスが流れる排気ガス流路に、上流から酸化触媒部８、プラズマ処理部４及びＮＯｘ浄化触媒部５を設け、酸化触媒部８は、排気ガスが酸化触媒と接触して流れる主流路３１と排気ガスが酸化触媒と接触せずに流れるバイパス流路９とを備えている。
【解決手段】この発明に係る排気ガス浄化装置は、エンジン１から排出される排気ガスが流れる排気ガス流路に、上流から酸化触媒部８、プラズマ処理部４及びＮＯｘ浄化触媒部５を設け、酸化触媒部８は、排気ガスが酸化触媒と接触して流れる主流路３１と排気ガスが酸化触媒と接触せずに流れるバイパス流路９とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンから排気される排気ガス中の有害成分を清浄化する排気ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンから排出される排気ガス中には、有害成分として窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ）が含まれている。
これらの有害ガスを浄化する従来の装置として、排気ガス中の残存酸素（Ｏ２）が極めて微量である量論燃焼では三元触媒が実用化されている。この三元触媒にエンジンからの排気ガスを通すことで、有害ガス成分は、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２の清浄なガスに転化される。
これに対して、リーンバーンエンジンやディーゼルエンジンの排気ガス中には酸素が多く含まれており、三元触媒ではＮＯｘの浄化が困難である。
【０００３】
三元触媒を用いることが困難なガソリンリーンバーンエンジンやディーゼルエンジンから排出される有害成分を低減する排気ガス浄化装置が望まれており、エンジンの排気管にプラズマ処理部を組み入れ、このプラズマ処理部の下流側にＮＯｘ浄化触媒部を接続した自動車用排ガス処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このプラズマ処理部では、放電電極を備えており、この放電電極の間を排気ガスが通過する構造となっている。この排気ガスを放電プラズマ処理することで、まず排気ガス中の酸素分子や水分子が次のような解離が生じる。
Ｏ２→２Ｏ＊
Ｈ２Ｏ→Ｈ＊＋ＯＨ＊
このＯ＊とＯＨ＊は有害ガスである炭化水素（ＨＣ）や一酸化窒素（ＮＯ）と反応して、最終的にホルムアルデヒドやアセトアルデヒド、二酸化窒素（ＮＯ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）が生じる。
ＨＣ＋Ｏ＊（またはＯＨ＊）→アルデヒド、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ
ＮＯ＋Ｏ＊→ＮＯ２
【０００５】
この放電化学反応で発生したアルデヒドは、還元性ガスであり、ＮＯ２は酸化性ガスである。この還元性ガス及び酸化性ガスを次段のＮＯｘ浄化触媒部に通すと、触媒表面で還元性ガスと酸化性ガスとが反応して、窒素（Ｎ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を生成して清浄化する。
アルデヒド＋ＮＯ２→Ｎ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ
【０００６】
このように、酸素が含まれる排気ガスを放電プラズマ処理して、排気ガス中の有害ガスを、反応性の高い、還元性ガス及び酸化性ガスに活性化し、その後ＮＯｘ浄化触媒部を通過させることで、排気ガスは清浄化される。
【０００７】
また、プラズマを排気ガスの活性化に利用する他の例もある（例えば、特許文献２参照）。
この例では排気ガス中のパティキュレート（ＰＭ）を捕集するフィルターを再生するために、放電で酸化力の強いＮＯ２やオゾン（Ｏ３）などを生成させるものである。
このＮＯ２やＯ３を含むガスを再生ガスとして、ＰＭフィルターに供給する。ＮＯ２やＯ３などの酸化性ガスはＰＭフィルターに捕集されたススのパティキュレートを酸化してＣＯ２に変換し、フィルターを再生する。
特許文献２では、ＰＭフィルターは捕集と再生は同時に行わないために、複数のＰＭフィルターを設置してこれらを交互に使用する。ＰＭフィルターを再生する際に排気流路から切り離して、排気ガスの一部をプラズマ放電リアクターを介してＰＭフィルターに供給する構造にしている。
【特許文献１】特開平６−３３５６２１号公報
【特許文献２】特開２００６−２９１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ガソリンエンジンをリーンバーン条件で運転した場合には、排気ガスに含まれるＨＣがＮＯｘに対して過剰に含まれており、上記のようなプラズマ処理部及びＮＯｘ浄化触媒部による排気ガス処理装置では、放電プラズマで生成したＯ＊とＯＨ＊等のラジカルの大部分がＨＣと反応するため、ＮＯｘと反応するラジカルが不足して、ＮＯｘのうちのＮＯをＮＯ２に活性化できない。
この様な排気ガス成分であるとき、反応性の高い酸化性ガスであるＮＯ２が不足し、放電プラズマ処理の効率が低下し、過大な放電エネルギーを投入する必要性が生じる。
このように、エンジンの運転モードによって排気ガス中のＨＣとＮＯｘとの比率が著しく異なる場合があり、このときには過大な放電エネルギーを必要とするという問題点があった。
【０００９】
排気ガスに含まれる過剰なＨＣを低減させる方法としては、放電プラズマの前段に酸化触媒を設置することが考えられる。
しかしながら、酸化触媒を設置した場合には、リーンバーン条件の排気ガスには酸素が多量に含まれており、ＨＣは、この酸素と酸化触媒の作用で反応してゼロになるために、排気ガス中のＮＯｘだけが残った排気ガスがプラズマ処理部に供給され、プラズマ処理部では還元性ガスであるアルデヒドは生成されず、このＮＯｘを次段のＮＯｘ浄化触媒部で浄化できないという問題点があった。
【００１０】
特許文献２では排気ガスの一部を分岐してプラズマ放電リアクターに供給しているものの、分岐した排ガス中のＨＣとＮＯｘの比率は同じであり、プラズマ放電リアクターでは上記と同様の問題点があった。
【００１１】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、排気ガス中に含まれるＨＣが過剰であり、ＨＣとＮＯｘの比率が著しく異なる時でも、排気ガスを効率良く清浄化することができる排気ガス処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る排気ガス浄化装置は、エンジンから排出される排気ガスが流れる排気ガス流路に、上流から酸化触媒部、プラズマ処理部及びＮＯｘ浄化触媒部を設け、前記酸化触媒部は、前記排気ガスが酸化触媒と接触して流れる主流路と前記排気ガスが前記酸化触媒と接触せずに流れるバイパス流路とを備えている。
【００１３】
また、この発明に係る排気ガス浄化装置は、エンジンから排出される排気ガスが流れる排気ガス流路に、上流から酸化触媒部、プラズマ処理部及びＮＯｘ浄化触媒部を設け、
前記酸化触媒部と前記プラズマ処理部との間の前記排気ガス流路に炭化水素を供給する炭化水素供給手段を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る排気ガス浄化装置によれば、排気ガス中に含まれるＨＣが過剰であり、ＨＣとＮＯｘの比率が著しく異なる時でも、排気ガスを効率良く清浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は実施の形態１における排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
エンジン１の内部には、シリンダー（図示せず）が数本備えられており、シリンダー内部で燃焼した排気ガスは、複数本の排気マニホールド２、一本の排気管３を通じて外部に放出される。
排気ガス処理装置では、排気ガス流路を形成する排気管３に、上流から酸化触媒部８、プラズマ処理部４及びＮＯｘ浄化触媒部５の順で設けられている。
酸化触媒部８は、排気ガスが酸化触媒と接触して流れる主流路３１と、中心部に形成され排気ガスが酸化触媒と接触しないバイパス流路９とを備えている。
プラズマ処理部４には、プラズマ制御装置６及び高電圧電源７が接続されている。プラズマ制御装置６は、モニタしたプラズマの生成状況の情報、エンジン１の回転数や排気ガス温度などの情報に基づいて、高電圧電源７等を制御して、プラズマ処理部４の動作を制御することで最終的にはプラズマ生成量を制御する。
【００１６】
図２はプラズマ処理部４を具体的に示す一部破断斜視図である。
プラズマ処理部４は、図２において内部を左から右へ排気ガスを通過させることができる外管２１を備えている。この外管２１の両端部には、酸化触媒部８やＮＯｘ浄化触媒部５が接続できるように、フランジ２８が形成されている。この外管２１の材質は、絶縁物であればよく、一つに限定されるものではないが、例えば酸化アルミニウム等のセラミックを用いることができる。
外管２１の内部には、メッシュ２３で固定された高電圧電極２２が外管２１と同軸上に設けられている。高電圧電極２２には、電圧を供給するために、高電圧電極端子２２ａと給電端子２２ｂとが高電圧ケーブル２６によって接続されている。この給電端子２２ｂは、プラズマ制御装置６とケーブル（図示せず）で接続されている。外管２１には、固定ネジ２７を締め付けることで、接地電極２４が外管２１と面接触して取り付けられている。また、この固定ネジ２７を締め付けることで、プラズマ制御装置６と接続するためのケーブル（図示せず）も取り付けられている。
なお、メッシュ２３の材質は絶縁体であればよく、例えば酸化アルミニウム等のセラミックを用いることができる。また、高電圧電極２２及び接地電極２４の材質は導電体であればよく、例えばステンレスを用いることができる。
【００１７】
このように構成されたプラズマ処理部４では、高電圧電極２２と接地電極２４との間に交流高電圧またはパルス状高電圧を印加することで、高電圧電極２２と外管２１との間の空間に無声放電が発生する。無声放電が生じる空間のガス流方向の長さは、接地電極２４の排気ガス流方向の長さと同じである。つまり、接地電極２４で囲まれた空間内に無声放電が生じる。このプラズマ処理部４に導入された排気ガスは、メッシュ２３を通り無声放電空間内を通過する。排気ガスは、この通過過程で放電プラズマによって化学反応する。
【００１８】
酸化触媒部８は、排気ガス流路を形成する排気管３の途中に設けられている。
酸化触媒部８の主流路３１では、従来から使用されている蜂の巣状のハニカムセラミック基材に酸化触媒である貴金属系、中でも白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）が担持されている。
バイパス流路９は、図３（ａ）に示すように、酸化触媒部８の中心部に何も触媒を担持しないことで形成されている。
なお、バイパス流路９は、図３（ｂ）に示すように、酸化触媒部８の外周部で酸化触媒を担持しないようにすることで、酸化触媒部８の外周部にバイパス流路９を有するようにしてもよい。この場合、酸化触媒部８における、排気ガスが酸化触媒と接触する主流路３１は、バイパス流路９の径方向の内側となる。
また、図３（ｃ）に示すように、酸化触媒部８の任意の部位で酸化触媒を担持しないようにすることで酸化触媒部８の内部の任意の部位にバイパス流路９を形成するようにしてもよい。この場合、酸化触媒部８の主流路３１は、バイパス流路９を除いた領域である。
【００１９】
酸化触媒部８は、ハニカム形状のセラミック基材に触媒を担持する際に、触媒を担持しない部位の入口と出口に目封じ用のマスクを装着して触媒溶液の中に浸すことで、マスクを装着していない部分には排気ガスが酸化触媒と接触して流れる主流路３１が形成され、マスクを装着した部位ではバイパス流路９が形成される。
【００２０】
ＮＯｘ浄化触媒部５も、前述の酸化触媒と同様に、蜂の巣状のハニカムセラミック基材に触媒が担持されたもので、セラミック基材にアルデヒドとＮＯ２の清浄化反応に有効とされているアルミナに担持した銀触媒やゼオライト系触媒等が用いられる。
【００２１】
上記構成の排気ガス浄化装置では、排気マニホールド２によってまとめられた排気ガスは、排気管３を介して酸化触媒部８に導入される。導入された排気ガスのうち、主流路３１を流れるガスは、酸化触媒と接触して酸化処理を受ける。ここで言う酸化処理とは、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯがＣＯ２とＨ２Ｏとに転化させることである。また、ＮＯｘの中のＮＯの一部もＮＯ２へ転化する。
導入された排気ガスのうち、バイパス流路９を通過するガスは、変化の無いまま通過する。主流路３１とバイパス流路９とに分かれて通過した排気ガスは、合流して混合され、プラズマ処理部４へ供給されて転化処理を受ける。
ここで言う転化処理とは、排気ガス中に含まれるＨＣの少なくとも一部を主にアルデヒド類に、ＮＯをＮＯ２へ転化させることである。その後、転化により得られたアルデヒドとＮＯ２を含む排気ガスは、ＮＯｘ浄化触媒部５に至り、清浄化処理される。
ここで言う清浄化処理とは、排気ガスに含まれるアルデヒドやＮＯ２をＮ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏへ転化し、一部残ったＨＣやＣＯをＣＯ２やＨ２Ｏに転化することである。
【００２２】
ところで、ＨＣやＮＯｘなどの他に数％〜１０％程度のＯ２が排気ガス中に含まれる、ガソリン用リーンバーンエンジンに、この実施の形態の排気ガス浄化装置が適用された場合、排気ガス中において酸素濃度が高いので、主流路３１を通過して酸化触媒と接触した排気ガス中のＨＣやＣＯ等の成分はＯ２との触媒反応により、ほぼ全量がＣＯ２とＨ２Ｏとに完全酸化される。
従って、主流路３１を通過して酸化触媒と接触したＨＣはゼロに、バイパス流路９を通過したＨＣはそのままの濃度で出口に達する。また、酸化触媒ではＮＯの一部がＮＯ２に変換されるものの、ＮＯｘ全体としての濃度はほぼ一定のままである。バイパス流路９を通過したＮＯｘは何も変換されないまま出口に達する。
【００２３】
主流路３１を流れる排気ガスとバイパス流路９を流れる排気ガスとの比率は、酸化触媒部８の入口で排気ガスの流速分布が均一な場合には、それぞれの入口面積比で決まる。この入口面積比の設定は、排気ガス中に含まれるＨＣとＮＯｘとの濃度比と、目的とするＨＣとＮＯｘとの濃度比によって決定される。
例えば、排気ガス中のＨＣのＣ１換算濃度が３０００ｐｐｍＣ、ＮＯｘ濃度が１００ｐｐｍであり、目的とするＨＣ／ＮＯｘの比率が１．０の場合は、酸化触媒の面積とバイパス流路９との面積の比率を２９：１にすればよい。
このような主流路３１とバイパス流路９との面積比にすると、出口でのＨＣ濃度が１００ｐｐｍＣ（＝Ｃ１換算濃度）、ＮＯｘ濃度が１００ｐｐｍとなる。
目的とするＨＣ／ＮＯｘの比率は、プラズマ処理部４で発生するアルデヒドの種類により多少変わる。プラズマ処理部４でホルムアルデヒドＨＣＨＯが発生する場合は、
２ＨＣＨＯ＋２ＮＯ２→Ｎ２＋２ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ
の反応となるため、ホルムアルデヒドとＮＯｘの比率、すなわちＨＣ／ＮＯｘ比率は２／２＝１．０となる。アセトアルデヒドＣＨ３ＣＨＯが発生する場合は、
４ＣＨ３ＣＨＯ＋１０ＮＯ２→５Ｎ２＋８ＣＯ２＋８Ｈ２Ｏ
の反応となるため、アセトアルデヒドとＮＯｘの比率、すなわちＨＣ／ＮＯｘ比率は４×２／１０＝０．８となる。
【００２４】
このように、バイパス流路９の面積を設定する際の目的とするＨＣ／ＮＯｘ比率はプラズマ処理部４のアルデヒド生成特性によって決まる。
主流路３１とパイパス流路９を通過したガスを混合し、これをプラズマ処理部４に供給すると、プラズマで発生したＯ＊やＯＨ＊などのラジカルがＨＣとＮＯｘにほぼ均等に作用して、それぞれからアルデヒドとＮＯ２を生成するために有効に利用される。
プラズマ処理部４で効率的に生成したアルデヒドとＮＯ２はＮＯｘ浄化触媒部５で清浄化処理される。
【００２５】
以上のように、この実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、主流路３１及びバイパス流路９の排気ガスが流れる面積比率を変えることで、排気ガス中のＨＣとＮＯｘとの濃度を目的の比率にすることができるため、プラズマ処理部４は少ないエネルギーで効率的にＨＣをアルデヒドへ、ＮＯをＮＯ２へ転化させることができる。
そして、後続のＮＯｘ浄化触媒部５では、ＮＯ２浄化に最適な濃度となったアルデヒドを含むガスを清浄化することができる。
【００２６】
また、酸化触媒部８は、主流路３１とバイパス流路９とが一体化されているので、バイパス流路９用の追加部品は不要である。
【００２７】
実施の形態２．
図４は実施の形態２の排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
この実施の形態では、排気管３で形成された排気ガス流路は、酸化触媒が担持された主流路３１と、酸化触媒が担持されていないバイパス流路９とを備えている。
他の構成は実施の形態１と同じである。
【００２８】
この実施の形態では、バイパス流路９を形成する配管は、排気管３と同類の金属パイプで構成されている。
バイパス流路９の管径は、前述した排気ガス中に含まれるＨＣとＮＯｘの濃度比と、目的とする濃度比などから決定される。
ここでは、酸化触媒が担持された主流路３１はハニカム構造、バイパス流路９はパイプ構造であるため、両者の直径に加えて開口率を考慮して、目的とするＨＣ／ＮＯｘの比率になるようにパイパス流路９の管径が決まる。
具体的には、主流路３１が円筒形状の直径１００mmでセル密度が４００ｃｐｓｉ（１平方インチあたりのセル数）のセラミックハニカムの場合には、開口率が８５％程度であり、排気ガスが流れる有効面積は約６７００ｍｍ２である。目的とするＨＣ／ＮＯｘの比率が１．０の場合には、酸化触媒が担持された主流路３１の有効面積とバイパス流路９の面積との比率を２９：１にすればよく、この場合のバイパス流路９のパイプ内径は約１７ｍｍになる。実際には、主流路３１の長さやバイパス流路９の長さや曲がり方などによる通気抵抗を考慮した微調整が必要である。
【００２９】
なお、バイパス流路９は、図５に示すように、蜂の巣状の主流路３１の外周部に隙間を有するようにすることで形成してもよい。
このように、排気管３の内周壁面の周方向に沿って隙間を形成することで、主流路３１とバイパス流路９とを一体化することができる。
【００３０】
この実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、酸化触媒が担持された主流路３１及びバイパス流路９を別個に設けることにより、実施の形態１と同様に排気ガス中のＨＣとＮＯｘとの濃度を目的の比率にすることができる。
また、実施の形態１と比較して部品点数は増加するものの、バイパス通路９は、金属パイプをそのまま利用すればよく、入口と出口に目封じ用のマスクを装着して触媒溶液中に浸してバイパス通路を形成する、加工工程は不要となる。
【００３１】
実施の形態３．
図６は実施の形態３の排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
この実施の形態では、実施の形態２のバイパス流路９に流量制御装置１０が設けられている。
他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００３２】
実施の形態１，２では、エンジン１の動作条件において予め調べておいたＨＣとＮＯｘ濃度に基づいて、酸化触媒が担持された主流路３１とバイパス流路９の大きさを決めて排気ガスの配分を設定していた。
これに対して、この実施の形態では、流量制御装置１０の制御によりエンジン１の運転条件に応じてバイパス流量を可変にすることができ、エンジン１の運転条件範囲を広くすることができる。
例えば、エンジン１の空燃比が２０の場合はＨＣのメタン換算濃度（Ｃ１換算濃度）が３０００ｐｐｍ、ＮＯｘ濃度が１００ｐｐｍであるが、空燃比を１８にするとＨＣ濃度が２５００ｐｐｍ、ＮＯｘ濃度が５００ｐｐｍとなるので、バイパス流路９を流れる排気ガス流量を増加させて酸化触媒とバイパス流路９の比率を４：１に変更すると目的とするＨＣ／ＮＯｘ比率の１．０に調節することできる。
ＨＣとＮＯｘの濃度はエンジン１の空燃比に応じて、事前に測定した値を流量制御装置１０に記憶させておいてもよいし、ＨＣやＮＯｘなどを検知するセンサー（図示せず）を排気管３の途中に設置してその信号に基づいて流量制御装置１０を調整するようにしてもよい。
【００３３】
この実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、流量制御装置１０でバイパス流路９の排気ガス流量を可変できるため、排気ガス中のＨＣやＮＯｘの濃度が変化した場合にもＨＣ／ＮＯｘ比率を目的の値に調整できる。
【００３４】
実施の形態４．
図７は実施の形態４の排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の基本的な構成を示す模式図である。
この実施の形態では、実施の形態１〜３のバイパス流路９に代わりに、酸化触媒部８とプラズマ処理部４との間の排気ガス流路に、燃料タンク１１からガソリン等の燃料を供給する、炭化水素供給手段である燃料供給手段１２が接続されている。
他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３５】
この実施の形態では、エンジン１からの排気ガスは全量が酸化触媒部８を通過してＨＣはＣＯ２とＨ２Ｏに酸化され、ＮＯｘのうちのＮＯの一部がＮＯ２へ酸化される。その下流で燃料供給手段１２からＮＯｘ濃度に見合った適量のＨＣを含む燃料を燃料タンク１１から供給する。供給する燃料は、ガソリンエンジンの場合はガソリンであり、炭素数が８前後の炭化水素である。供給する燃料、すなわちＨＣの量は、実施の形態１、２のようにエンジン１の動作条件が決まっていれば一定量を供給すればよい。また、実施の形態３のようにエンジン１の動作条件が変更される場合はそれに見合ったＨＣ量を供給すればよい。
ガソリン等の液体燃料を供給する場合には、燃料供給手段１２にはインジェクタなどの噴霧装置を使用すると、排気ガス中への混合が促進される。
【００３６】
この実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、排気ガス中のＨＣを酸化触媒で取り除き、ＮＯｘ濃度に応じたＨＣを外部から供給するため、排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じたＨＣを供給して、ＨＣ／ＮＯｘ比を適正な値にできる。
また、エンジン用の燃料を排気ガス中にＨＣとして供給するために、新たなＨＣタンク等は不要である。
【００３７】
実施の形態５．
図８は実施の形態５の排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の基本的な構成を示す模式図である。
この実施の形態では、酸化触媒部８とプラズマ処理部４との間の排気ガス流路に、不飽和炭化水素供給手段１３が接続されている。
他の構成は、実施の形態４と同様である。
【００３８】
この実施の形態では、エンジン１からの排気ガスについて、全量が酸化触媒部８を通過してＨＣはＣＯ２とＨ２Ｏとに酸化され、ＮＯｘのうちのＮＯの一部がＮＯ２へ酸化される点は実施の形態４と同様である。
その下流では、不飽和炭化水素供給手段１３からＮＯｘ濃度に見合った適量の不飽和炭化水素が供給される。供給するＨＣの量は、実施の形態１と２のようにエンジン１の動作条件が決まっていれば一定量を供給すればよく、実施の形態３のようにエンジン１の動作条件が変更される場合には、それに見合ったＨＣ量を供給すればよい。
【００３９】
図９は本願発明者が空気中に不飽和炭化水素であるプロピレンと飽和炭化水素であるプロパンとを同一濃度混入してプラズマ処理部で生成するホルムアルデヒドを測定した実験結果である。
横軸は流したガス１リットルあたりに投入した放電エネルギーを示している。
図９から同一条件ではプロピレンの方がプロパンに比較して、生成するアルデヒドが多いことが判明した。
従って、プラズマ処理部４では、排気ガス中に供給するＨＣの種類としては、不飽和炭化水素のプロピレンを用いた場合のほうが飽和炭化水素のプロパンを用いた場合よりも少ない放電エネルギーで効率良く反応性の高いアルデヒドに転化できる。
【００４０】
この実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、排気ガスのＨＣを酸化触媒部８で取り除き、ＮＯｘ濃度に応じた不飽和炭化水素を外部から供給するので、プラズマ処理部４に供給される排気ガス中のＨＣ／ＮＯｘ比を適正な値にできるとともに、プラズマ処理部４では、反応性の高い、還元性ガス及び酸化性ガスに効率良く転化される。
【００４１】
なお、本願発明の排気ガス浄化装置は、ガソリン用リーンバーンエンジンから排気される排気ガスの有害成分を清浄化するものに限定されるものではなく、またディーゼルエンジンにも適用できる。
また、自動車用以外にも、例えば船舶のエンジンから排気される排気ガスの有害成分を清浄化するものにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の実施の形態１における排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図２】図１に示したプラズマ処理部の一部破断斜視図である。
【図３】（ａ）は図１に示した酸化触媒部の斜視図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ酸化触媒部の変形例を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２における排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図５】図４に示したバイパス流路の変形例を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態３における排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図７】この発明の実施の形態４における排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態５における排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図９】ホルムアルデヒドの生成量をプロピレンとプロパンで比較した測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ エンジン、４ プラズマ処理部、５ ＮＯｘ浄化触媒部、８ 酸化触媒部、９ バイパス流路、１０ 流量制御装置、１１ 燃料タンク、１２ 燃料供給手段（炭化水素供給手段）、１３ 不飽和炭化水素供給手段、３１ 主流路。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンから排気される排気ガス中の有害成分を清浄化する排気ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンから排出される排気ガス中には、有害成分として窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ）が含まれている。
これらの有害ガスを浄化する従来の装置として、排気ガス中の残存酸素（Ｏ２）が極めて微量である量論燃焼では三元触媒が実用化されている。この三元触媒にエンジンからの排気ガスを通すことで、有害ガス成分は、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２の清浄なガスに転化される。
これに対して、リーンバーンエンジンやディーゼルエンジンの排気ガス中には酸素が多く含まれており、三元触媒ではＮＯｘの浄化が困難である。
【０００３】
三元触媒を用いることが困難なガソリンリーンバーンエンジンやディーゼルエンジンから排出される有害成分を低減する排気ガス浄化装置が望まれており、エンジンの排気管にプラズマ処理部を組み入れ、このプラズマ処理部の下流側にＮＯｘ浄化触媒部を接続した自動車用排ガス処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このプラズマ処理部では、放電電極を備えており、この放電電極の間を排気ガスが通過する構造となっている。この排気ガスを放電プラズマ処理することで、まず排気ガス中の酸素分子や水分子が次のような解離が生じる。
Ｏ２→２Ｏ＊
Ｈ２Ｏ→Ｈ＊＋ＯＨ＊
このＯ＊とＯＨ＊は有害ガスである炭化水素（ＨＣ）や一酸化窒素（ＮＯ）と反応して、最終的にホルムアルデヒドやアセトアルデヒド、二酸化窒素（ＮＯ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）が生じる。
ＨＣ＋Ｏ＊（またはＯＨ＊）→アルデヒド、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ
ＮＯ＋Ｏ＊→ＮＯ２
【０００５】
この放電化学反応で発生したアルデヒドは、還元性ガスであり、ＮＯ２は酸化性ガスである。この還元性ガス及び酸化性ガスを次段のＮＯｘ浄化触媒部に通すと、触媒表面で還元性ガスと酸化性ガスとが反応して、窒素（Ｎ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を生成して清浄化する。
アルデヒド＋ＮＯ２→Ｎ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ
【０００６】
このように、酸素が含まれる排気ガスを放電プラズマ処理して、排気ガス中の有害ガスを、反応性の高い、還元性ガス及び酸化性ガスに活性化し、その後ＮＯｘ浄化触媒部を通過させることで、排気ガスは清浄化される。
【０００７】
また、プラズマを排気ガスの活性化に利用する他の例もある（例えば、特許文献２参照）。
この例では排気ガス中のパティキュレート（ＰＭ）を捕集するフィルターを再生するために、放電で酸化力の強いＮＯ２やオゾン（Ｏ３）などを生成させるものである。
このＮＯ２やＯ３を含むガスを再生ガスとして、ＰＭフィルターに供給する。ＮＯ２やＯ３などの酸化性ガスはＰＭフィルターに捕集されたススのパティキュレートを酸化してＣＯ２に変換し、フィルターを再生する。
特許文献２では、ＰＭフィルターは捕集と再生は同時に行わないために、複数のＰＭフィルターを設置してこれらを交互に使用する。ＰＭフィルターを再生する際に排気流路から切り離して、排気ガスの一部をプラズマ放電リアクターを介してＰＭフィルターに供給する構造にしている。
【特許文献１】特開平６−３３５６２１号公報
【特許文献２】特開２００６−２９１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ガソリンエンジンをリーンバーン条件で運転した場合には、排気ガスに含まれるＨＣがＮＯｘに対して過剰に含まれており、上記のようなプラズマ処理部及びＮＯｘ浄化触媒部による排気ガス処理装置では、放電プラズマで生成したＯ＊とＯＨ＊等のラジカルの大部分がＨＣと反応するため、ＮＯｘと反応するラジカルが不足して、ＮＯｘのうちのＮＯをＮＯ２に活性化できない。
この様な排気ガス成分であるとき、反応性の高い酸化性ガスであるＮＯ２が不足し、放電プラズマ処理の効率が低下し、過大な放電エネルギーを投入する必要性が生じる。
このように、エンジンの運転モードによって排気ガス中のＨＣとＮＯｘとの比率が著しく異なる場合があり、このときには過大な放電エネルギーを必要とするという問題点があった。
【０００９】
排気ガスに含まれる過剰なＨＣを低減させる方法としては、放電プラズマの前段に酸化触媒を設置することが考えられる。
しかしながら、酸化触媒を設置した場合には、リーンバーン条件の排気ガスには酸素が多量に含まれており、ＨＣは、この酸素と酸化触媒の作用で反応してゼロになるために、排気ガス中のＮＯｘだけが残った排気ガスがプラズマ処理部に供給され、プラズマ処理部では還元性ガスであるアルデヒドは生成されず、このＮＯｘを次段のＮＯｘ浄化触媒部で浄化できないという問題点があった。
【００１０】
特許文献２では排気ガスの一部を分岐してプラズマ放電リアクターに供給しているものの、分岐した排ガス中のＨＣとＮＯｘの比率は同じであり、プラズマ放電リアクターでは上記と同様の問題点があった。
【００１１】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、排気ガス中に含まれるＨＣが過剰であり、ＨＣとＮＯｘの比率が著しく異なる時でも、排気ガスを効率良く清浄化することができる排気ガス処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る排気ガス浄化装置は、エンジンから排出される排気ガスが流れる排気ガス流路に、上流から酸化触媒部、プラズマ処理部及びＮＯｘ浄化触媒部を設け、前記酸化触媒部は、前記排気ガスが酸化触媒と接触して流れる主流路と前記排気ガスが前記酸化触媒と接触せずに流れるバイパス流路とを備えている。
【００１３】
また、この発明に係る排気ガス浄化装置は、エンジンから排出される排気ガスが流れる排気ガス流路に、上流から酸化触媒部、プラズマ処理部及びＮＯｘ浄化触媒部を設け、
前記酸化触媒部と前記プラズマ処理部との間の前記排気ガス流路に炭化水素を供給する炭化水素供給手段を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る排気ガス浄化装置によれば、排気ガス中に含まれるＨＣが過剰であり、ＨＣとＮＯｘの比率が著しく異なる時でも、排気ガスを効率良く清浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は実施の形態１における排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
エンジン１の内部には、シリンダー（図示せず）が数本備えられており、シリンダー内部で燃焼した排気ガスは、複数本の排気マニホールド２、一本の排気管３を通じて外部に放出される。
排気ガス処理装置では、排気ガス流路を形成する排気管３に、上流から酸化触媒部８、プラズマ処理部４及びＮＯｘ浄化触媒部５の順で設けられている。
酸化触媒部８は、排気ガスが酸化触媒と接触して流れる主流路３１と、中心部に形成され排気ガスが酸化触媒と接触しないバイパス流路９とを備えている。
プラズマ処理部４には、プラズマ制御装置６及び高電圧電源７が接続されている。プラズマ制御装置６は、モニタしたプラズマの生成状況の情報、エンジン１の回転数や排気ガス温度などの情報に基づいて、高電圧電源７等を制御して、プラズマ処理部４の動作を制御することで最終的にはプラズマ生成量を制御する。
【００１６】
図２はプラズマ処理部４を具体的に示す一部破断斜視図である。
プラズマ処理部４は、図２において内部を左から右へ排気ガスを通過させることができる外管２１を備えている。この外管２１の両端部には、酸化触媒部８やＮＯｘ浄化触媒部５が接続できるように、フランジ２８が形成されている。この外管２１の材質は、絶縁物であればよく、一つに限定されるものではないが、例えば酸化アルミニウム等のセラミックを用いることができる。
外管２１の内部には、メッシュ２３で固定された高電圧電極２２が外管２１と同軸上に設けられている。高電圧電極２２には、電圧を供給するために、高電圧電極端子２２ａと給電端子２２ｂとが高電圧ケーブル２６によって接続されている。この給電端子２２ｂは、プラズマ制御装置６とケーブル（図示せず）で接続されている。外管２１には、固定ネジ２７を締め付けることで、接地電極２４が外管２１と面接触して取り付けられている。また、この固定ネジ２７を締め付けることで、プラズマ制御装置６と接続するためのケーブル（図示せず）も取り付けられている。
なお、メッシュ２３の材質は絶縁体であればよく、例えば酸化アルミニウム等のセラミックを用いることができる。また、高電圧電極２２及び接地電極２４の材質は導電体であればよく、例えばステンレスを用いることができる。
【００１７】
このように構成されたプラズマ処理部４では、高電圧電極２２と接地電極２４との間に交流高電圧またはパルス状高電圧を印加することで、高電圧電極２２と外管２１との間の空間に無声放電が発生する。無声放電が生じる空間のガス流方向の長さは、接地電極２４の排気ガス流方向の長さと同じである。つまり、接地電極２４で囲まれた空間内に無声放電が生じる。このプラズマ処理部４に導入された排気ガスは、メッシュ２３を通り無声放電空間内を通過する。排気ガスは、この通過過程で放電プラズマによって化学反応する。
【００１８】
酸化触媒部８は、排気ガス流路を形成する排気管３の途中に設けられている。
酸化触媒部８の主流路３１では、従来から使用されている蜂の巣状のハニカムセラミック基材に酸化触媒である貴金属系、中でも白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）が担持されている。
バイパス流路９は、図３（ａ）に示すように、酸化触媒部８の中心部に何も触媒を担持しないことで形成されている。
なお、バイパス流路９は、図３（ｂ）に示すように、酸化触媒部８の外周部で酸化触媒を担持しないようにすることで、酸化触媒部８の外周部にバイパス流路９を有するようにしてもよい。この場合、酸化触媒部８における、排気ガスが酸化触媒と接触する主流路３１は、バイパス流路９の径方向の内側となる。
また、図３（ｃ）に示すように、酸化触媒部８の任意の部位で酸化触媒を担持しないようにすることで酸化触媒部８の内部の任意の部位にバイパス流路９を形成するようにしてもよい。この場合、酸化触媒部８の主流路３１は、バイパス流路９を除いた領域である。
【００１９】
酸化触媒部８は、ハニカム形状のセラミック基材に触媒を担持する際に、触媒を担持しない部位の入口と出口に目封じ用のマスクを装着して触媒溶液の中に浸すことで、マスクを装着していない部分には排気ガスが酸化触媒と接触して流れる主流路３１が形成され、マスクを装着した部位ではバイパス流路９が形成される。
【００２０】
ＮＯｘ浄化触媒部５も、前述の酸化触媒と同様に、蜂の巣状のハニカムセラミック基材に触媒が担持されたもので、セラミック基材にアルデヒドとＮＯ２の清浄化反応に有効とされているアルミナに担持した銀触媒やゼオライト系触媒等が用いられる。
【００２１】
上記構成の排気ガス浄化装置では、排気マニホールド２によってまとめられた排気ガスは、排気管３を介して酸化触媒部８に導入される。導入された排気ガスのうち、主流路３１を流れるガスは、酸化触媒と接触して酸化処理を受ける。ここで言う酸化処理とは、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯがＣＯ２とＨ２Ｏとに転化させることである。また、ＮＯｘの中のＮＯの一部もＮＯ２へ転化する。
導入された排気ガスのうち、バイパス流路９を通過するガスは、変化の無いまま通過する。主流路３１とバイパス流路９とに分かれて通過した排気ガスは、合流して混合され、プラズマ処理部４へ供給されて転化処理を受ける。
ここで言う転化処理とは、排気ガス中に含まれるＨＣの少なくとも一部を主にアルデヒド類に、ＮＯをＮＯ２へ転化させることである。その後、転化により得られたアルデヒドとＮＯ２を含む排気ガスは、ＮＯｘ浄化触媒部５に至り、清浄化処理される。
ここで言う清浄化処理とは、排気ガスに含まれるアルデヒドやＮＯ２をＮ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏへ転化し、一部残ったＨＣやＣＯをＣＯ２やＨ２Ｏに転化することである。
【００２２】
ところで、ＨＣやＮＯｘなどの他に数％〜１０％程度のＯ２が排気ガス中に含まれる、ガソリン用リーンバーンエンジンに、この実施の形態の排気ガス浄化装置が適用された場合、排気ガス中において酸素濃度が高いので、主流路３１を通過して酸化触媒と接触した排気ガス中のＨＣやＣＯ等の成分はＯ２との触媒反応により、ほぼ全量がＣＯ２とＨ２Ｏとに完全酸化される。
従って、主流路３１を通過して酸化触媒と接触したＨＣはゼロに、バイパス流路９を通過したＨＣはそのままの濃度で出口に達する。また、酸化触媒ではＮＯの一部がＮＯ２に変換されるものの、ＮＯｘ全体としての濃度はほぼ一定のままである。バイパス流路９を通過したＮＯｘは何も変換されないまま出口に達する。
【００２３】
主流路３１を流れる排気ガスとバイパス流路９を流れる排気ガスとの比率は、酸化触媒部８の入口で排気ガスの流速分布が均一な場合には、それぞれの入口面積比で決まる。この入口面積比の設定は、排気ガス中に含まれるＨＣとＮＯｘとの濃度比と、目的とするＨＣとＮＯｘとの濃度比によって決定される。
例えば、排気ガス中のＨＣのＣ１換算濃度が３０００ｐｐｍＣ、ＮＯｘ濃度が１００ｐｐｍであり、目的とするＨＣ／ＮＯｘの比率が１．０の場合は、酸化触媒の面積とバイパス流路９との面積の比率を２９：１にすればよい。
このような主流路３１とバイパス流路９との面積比にすると、出口でのＨＣ濃度が１００ｐｐｍＣ（＝Ｃ１換算濃度）、ＮＯｘ濃度が１００ｐｐｍとなる。
目的とするＨＣ／ＮＯｘの比率は、プラズマ処理部４で発生するアルデヒドの種類により多少変わる。プラズマ処理部４でホルムアルデヒドＨＣＨＯが発生する場合は、
２ＨＣＨＯ＋２ＮＯ２→Ｎ２＋２ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ
の反応となるため、ホルムアルデヒドとＮＯｘの比率、すなわちＨＣ／ＮＯｘ比率は２／２＝１．０となる。アセトアルデヒドＣＨ３ＣＨＯが発生する場合は、
４ＣＨ３ＣＨＯ＋１０ＮＯ２→５Ｎ２＋８ＣＯ２＋８Ｈ２Ｏ
の反応となるため、アセトアルデヒドとＮＯｘの比率、すなわちＨＣ／ＮＯｘ比率は４×２／１０＝０．８となる。
【００２４】
このように、バイパス流路９の面積を設定する際の目的とするＨＣ／ＮＯｘ比率はプラズマ処理部４のアルデヒド生成特性によって決まる。
主流路３１とパイパス流路９を通過したガスを混合し、これをプラズマ処理部４に供給すると、プラズマで発生したＯ＊やＯＨ＊などのラジカルがＨＣとＮＯｘにほぼ均等に作用して、それぞれからアルデヒドとＮＯ２を生成するために有効に利用される。
プラズマ処理部４で効率的に生成したアルデヒドとＮＯ２はＮＯｘ浄化触媒部５で清浄化処理される。
【００２５】
以上のように、この実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、主流路３１及びバイパス流路９の排気ガスが流れる面積比率を変えることで、排気ガス中のＨＣとＮＯｘとの濃度を目的の比率にすることができるため、プラズマ処理部４は少ないエネルギーで効率的にＨＣをアルデヒドへ、ＮＯをＮＯ２へ転化させることができる。
そして、後続のＮＯｘ浄化触媒部５では、ＮＯ２浄化に最適な濃度となったアルデヒドを含むガスを清浄化することができる。
【００２６】
また、酸化触媒部８は、主流路３１とバイパス流路９とが一体化されているので、バイパス流路９用の追加部品は不要である。
【００２７】
実施の形態２．
図４は実施の形態２の排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
この実施の形態では、排気管３で形成された排気ガス流路は、酸化触媒が担持された主流路３１と、酸化触媒が担持されていないバイパス流路９とを備えている。
他の構成は実施の形態１と同じである。
【００２８】
この実施の形態では、バイパス流路９を形成する配管は、排気管３と同類の金属パイプで構成されている。
バイパス流路９の管径は、前述した排気ガス中に含まれるＨＣとＮＯｘの濃度比と、目的とする濃度比などから決定される。
ここでは、酸化触媒が担持された主流路３１はハニカム構造、バイパス流路９はパイプ構造であるため、両者の直径に加えて開口率を考慮して、目的とするＨＣ／ＮＯｘの比率になるようにパイパス流路９の管径が決まる。
具体的には、主流路３１が円筒形状の直径１００mmでセル密度が４００ｃｐｓｉ（１平方インチあたりのセル数）のセラミックハニカムの場合には、開口率が８５％程度であり、排気ガスが流れる有効面積は約６７００ｍｍ２である。目的とするＨＣ／ＮＯｘの比率が１．０の場合には、酸化触媒が担持された主流路３１の有効面積とバイパス流路９の面積との比率を２９：１にすればよく、この場合のバイパス流路９のパイプ内径は約１７ｍｍになる。実際には、主流路３１の長さやバイパス流路９の長さや曲がり方などによる通気抵抗を考慮した微調整が必要である。
【００２９】
なお、バイパス流路９は、図５に示すように、蜂の巣状の主流路３１の外周部に隙間を有するようにすることで形成してもよい。
このように、排気管３の内周壁面の周方向に沿って隙間を形成することで、主流路３１とバイパス流路９とを一体化することができる。
【００３０】
この実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、酸化触媒が担持された主流路３１及びバイパス流路９を別個に設けることにより、実施の形態１と同様に排気ガス中のＨＣとＮＯｘとの濃度を目的の比率にすることができる。
また、実施の形態１と比較して部品点数は増加するものの、バイパス通路９は、金属パイプをそのまま利用すればよく、入口と出口に目封じ用のマスクを装着して触媒溶液中に浸してバイパス通路を形成する、加工工程は不要となる。
【００３１】
実施の形態３．
図６は実施の形態３の排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
この実施の形態では、実施の形態２のバイパス流路９に流量制御装置１０が設けられている。
他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００３２】
実施の形態１，２では、エンジン１の動作条件において予め調べておいたＨＣとＮＯｘ濃度に基づいて、酸化触媒が担持された主流路３１とバイパス流路９の大きさを決めて排気ガスの配分を設定していた。
これに対して、この実施の形態では、流量制御装置１０の制御によりエンジン１の運転条件に応じてバイパス流量を可変にすることができ、エンジン１の運転条件範囲を広くすることができる。
例えば、エンジン１の空燃比が２０の場合はＨＣのメタン換算濃度（Ｃ１換算濃度）が３０００ｐｐｍ、ＮＯｘ濃度が１００ｐｐｍであるが、空燃比を１８にするとＨＣ濃度が２５００ｐｐｍ、ＮＯｘ濃度が５００ｐｐｍとなるので、バイパス流路９を流れる排気ガス流量を増加させて酸化触媒とバイパス流路９の比率を４：１に変更すると目的とするＨＣ／ＮＯｘ比率の１．０に調節することできる。
ＨＣとＮＯｘの濃度はエンジン１の空燃比に応じて、事前に測定した値を流量制御装置１０に記憶させておいてもよいし、ＨＣやＮＯｘなどを検知するセンサー（図示せず）を排気管３の途中に設置してその信号に基づいて流量制御装置１０を調整するようにしてもよい。
【００３３】
この実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、流量制御装置１０でバイパス流路９の排気ガス流量を可変できるため、排気ガス中のＨＣやＮＯｘの濃度が変化した場合にもＨＣ／ＮＯｘ比率を目的の値に調整できる。
【００３４】
実施の形態４．
図７は実施の形態４の排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の基本的な構成を示す模式図である。
この実施の形態では、実施の形態１〜３のバイパス流路９に代わりに、酸化触媒部８とプラズマ処理部４との間の排気ガス流路に、燃料タンク１１からガソリン等の燃料を供給する、炭化水素供給手段である燃料供給手段１２が接続されている。
他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３５】
この実施の形態では、エンジン１からの排気ガスは全量が酸化触媒部８を通過してＨＣはＣＯ２とＨ２Ｏに酸化され、ＮＯｘのうちのＮＯの一部がＮＯ２へ酸化される。その下流で燃料供給手段１２からＮＯｘ濃度に見合った適量のＨＣを含む燃料を燃料タンク１１から供給する。供給する燃料は、ガソリンエンジンの場合はガソリンであり、炭素数が８前後の炭化水素である。供給する燃料、すなわちＨＣの量は、実施の形態１、２のようにエンジン１の動作条件が決まっていれば一定量を供給すればよい。また、実施の形態３のようにエンジン１の動作条件が変更される場合はそれに見合ったＨＣ量を供給すればよい。
ガソリン等の液体燃料を供給する場合には、燃料供給手段１２にはインジェクタなどの噴霧装置を使用すると、排気ガス中への混合が促進される。
【００３６】
この実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、排気ガス中のＨＣを酸化触媒で取り除き、ＮＯｘ濃度に応じたＨＣを外部から供給するため、排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じたＨＣを供給して、ＨＣ／ＮＯｘ比を適正な値にできる。
また、エンジン用の燃料を排気ガス中にＨＣとして供給するために、新たなＨＣタンク等は不要である。
【００３７】
実施の形態５．
図８は実施の形態５の排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の基本的な構成を示す模式図である。
この実施の形態では、酸化触媒部８とプラズマ処理部４との間の排気ガス流路に、不飽和炭化水素供給手段１３が接続されている。
他の構成は、実施の形態４と同様である。
【００３８】
この実施の形態では、エンジン１からの排気ガスについて、全量が酸化触媒部８を通過してＨＣはＣＯ２とＨ２Ｏとに酸化され、ＮＯｘのうちのＮＯの一部がＮＯ２へ酸化される点は実施の形態４と同様である。
その下流では、不飽和炭化水素供給手段１３からＮＯｘ濃度に見合った適量の不飽和炭化水素が供給される。供給するＨＣの量は、実施の形態１と２のようにエンジン１の動作条件が決まっていれば一定量を供給すればよく、実施の形態３のようにエンジン１の動作条件が変更される場合には、それに見合ったＨＣ量を供給すればよい。
【００３９】
図９は本願発明者が空気中に不飽和炭化水素であるプロピレンと飽和炭化水素であるプロパンとを同一濃度混入してプラズマ処理部で生成するホルムアルデヒドを測定した実験結果である。
横軸は流したガス１リットルあたりに投入した放電エネルギーを示している。
図９から同一条件ではプロピレンの方がプロパンに比較して、生成するアルデヒドが多いことが判明した。
従って、プラズマ処理部４では、排気ガス中に供給するＨＣの種類としては、不飽和炭化水素のプロピレンを用いた場合のほうが飽和炭化水素のプロパンを用いた場合よりも少ない放電エネルギーで効率良く反応性の高いアルデヒドに転化できる。
【００４０】
この実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、排気ガスのＨＣを酸化触媒部８で取り除き、ＮＯｘ濃度に応じた不飽和炭化水素を外部から供給するので、プラズマ処理部４に供給される排気ガス中のＨＣ／ＮＯｘ比を適正な値にできるとともに、プラズマ処理部４では、反応性の高い、還元性ガス及び酸化性ガスに効率良く転化される。
【００４１】
なお、本願発明の排気ガス浄化装置は、ガソリン用リーンバーンエンジンから排気される排気ガスの有害成分を清浄化するものに限定されるものではなく、またディーゼルエンジンにも適用できる。
また、自動車用以外にも、例えば船舶のエンジンから排気される排気ガスの有害成分を清浄化するものにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の実施の形態１における排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図２】図１に示したプラズマ処理部の一部破断斜視図である。
【図３】（ａ）は図１に示した酸化触媒部の斜視図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ酸化触媒部の変形例を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２における排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図５】図４に示したバイパス流路の変形例を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態３における排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図７】この発明の実施の形態４における排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態５における排気ガス処理装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図９】ホルムアルデヒドの生成量をプロピレンとプロパンで比較した測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ エンジン、４ プラズマ処理部、５ ＮＯｘ浄化触媒部、８ 酸化触媒部、９ バイパス流路、１０ 流量制御装置、１１ 燃料タンク、１２ 燃料供給手段（炭化水素供給手段）、１３ 不飽和炭化水素供給手段、３１ 主流路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気ガス流路に、上流から酸化触媒部、プラズマ処理部及びＮＯｘ浄化触媒部を設け、
前記酸化触媒部は、前記排気ガスが酸化触媒と接触して流れる主流路と前記排気ガスが前記酸化触媒と接触せずに流れるバイパス流路とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記酸化触媒部の設けられた前記排気ガス流路は、前記酸化触媒が担持された部分と前記酸化触媒が担持されていない部分とに内部が分かれた配管で構成され、前記酸化触媒が担持された部分が主流路であり、前記酸化触媒が担持されていない部分がバイパス流路であることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記酸化触媒部の設けられた前記排気ガス流路は、前記酸化触媒が担持された流路と前記酸化触媒が担持されていない流路とで構成され、前記酸化触媒が担持された流路が主流路であり、前記酸化触媒が担持されていない流路がバイパス流路であることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記バイパス流路に、前記排気ガスの流量を制御する流量制御手段が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気ガス流路に、上流から酸化触媒部、プラズマ処理部及びＮＯｘ浄化触媒部を設け、
前記酸化触媒部と前記プラズマ処理部との間の前記排気ガス流路に炭化水素を供給する炭化水素供給手段を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記炭化水素は、エンジン用燃料であることを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
前記炭化水素は、不飽和炭化水素であることを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１】
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気ガス流路に、上流から酸化触媒部、プラズマ処理部及びＮＯｘ浄化触媒部を設け、
前記酸化触媒部は、前記排気ガスが酸化触媒と接触して流れる主流路と前記排気ガスが前記酸化触媒と接触せずに流れるバイパス流路とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記酸化触媒部の設けられた前記排気ガス流路は、前記酸化触媒が担持された部分と前記酸化触媒が担持されていない部分とに内部が分かれた配管で構成され、前記酸化触媒が担持された部分が主流路であり、前記酸化触媒が担持されていない部分がバイパス流路であることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記酸化触媒部の設けられた前記排気ガス流路は、前記酸化触媒が担持された流路と前記酸化触媒が担持されていない流路とで構成され、前記酸化触媒が担持された流路が主流路であり、前記酸化触媒が担持されていない流路がバイパス流路であることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記バイパス流路に、前記排気ガスの流量を制御する流量制御手段が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気ガス流路に、上流から酸化触媒部、プラズマ処理部及びＮＯｘ浄化触媒部を設け、
前記酸化触媒部と前記プラズマ処理部との間の前記排気ガス流路に炭化水素を供給する炭化水素供給手段を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記炭化水素は、エンジン用燃料であることを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
前記炭化水素は、不飽和炭化水素であることを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２４０６９８（Ｐ２００８−２４０６９８Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８５２９９（Ｐ２００７−８５２９９）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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