废气处理装置、废气处理系统、废气处理系统的控制方法、控制程序及筒状管的制作方法
【专利摘要】具备发动机的废气通过的筒状管；检测与从发动机排出的废气相关的信息的传感器；设置在筒状管的外周且连接有高频电源的线圈天线；以及控制高频电源的电力的控制部，控制部根据由传感器检测的信息，控制高频电源的电力。
【专利说明】废气处理装置、废气处理系统、废气处理系统的控制方法、控制程序及筒状管
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于对从发动机排出的废气进行净化的废气处理装置、废气处理系统、废气处理系统的控制方法、控制程序及筒状管。
【背景技术】
[0002]众所周知，柴油发动机由于构造上的问题，在排出气体中含有氮氧化物(NOx)及颗粒状物质(Particular Matter, PM)。
[0003]作为降低NOx的排出的方法,周知有尿素SCR(Selective Catalytic Reduct1n)系统。
[0004]尿素SCR系统对所产生的NOx喷射尿素水(氨:NH3)，通过其反应将NOx还原为氮(N2)和水(H20)，从而降低NOx的排出量。
[0005]作为降低PM的方法,周知有柴油微粒捕获过滤(Diesel Particulate Filter:DPF)系统。
[0006]DPF系统由具有催化剂的多孔性过滤器构成，在废气通过时用过滤器捕获PM，从而降低PM的排出量。
[0007]然而，为了维持高净化性能，在尿素SCR系统中需要维持一定容量的尿素水。此夕卜，在DPF系统中，需要定期地清洁过滤器。因此，在现有的废气处理系统中，需要定期的维护。
[0008]此外，为了降低NOx及PM，还研究了使用阻挡放电等离子体的净化装置。阻挡放电等离子体例如是通过用绝缘体覆盖隔着一定的间隔的平板中的一个平板或两个平板的电极,并施加交流电压来生成的。
[0009]然而，通过阻挡放电生成的等离子体处于局部不稳定的状态，即使向生成等离子体的电极间流过废气，也难以使废气成为均匀的等离子体状态。因此，难以得到高净化性倉泛。
[0010]专利文献I中记载有使用阻挡放电等离子体的净化装置。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:日本特开2006-170049号公报
【发明内容】
[0014]发明要解决的课题
[0015]如前所述，在尿素SCR系统及DPF系统中，若不进行维护则难以维持高净化性能。此外,在阻挡放电等离子体方式中,难以稳定地得到高净化性能。
[0016]此外，作为其他等离子体生成方式，可以考虑以平行平板电极为代表的电容耦合方式及向气体照射微波来进行等离子体激励的微波方式，但它们在非真空气氛下难以生成稳定的等离子体，无法应对发动机的废气处理。
[0017]本发明的目的在于提供一种能够稳定地维持高净化性能的废气处理装置、废气处理系统、废气处理系统的控制方法、控制程序及筒状管。
[0018]用于解决课题的方案
[0019]为了解决上述课题，本发明的一种废气处理装置，具有:筒状管，发动机的废气通过该筒状管；和线圈天线，设置在上述筒状管的外周，并且连接有高频电源。
[0020]此外，为了解决上述课题，本发明的一种废气处理系统，具有:筒状管，发动机的废气通过该筒状管；高频电源；线圈天线，设置在上述筒状管的外周，并且连接有上述高频电源；传感器，检测与从上述发动机排出的废气相关的信息；以及控制部，根据上述检测到的信息，控制上述高频电源的输出电力。
[0021]此外，为了解决上述课题，本发明的一种气体处理系统的控制方法，该废气处理系统具有:筒状管，发动机的废气通过该筒状管；高频电源；线圈天线，设置在上述筒状管的外周，并且连接有上述高频电源；传感器，检测与从上述发动机排出的废气相关的信息；以及控制部，该废气处理系统的控制方法包括:上述传感器检测与从上述发动机排出的废气相关的信息的步骤；和上述控制部根据上述检测的信息来控制上述高频电源的输出电力的步骤。
[0022]此外，为了解决上述课题，本发明的用于执行废气处理系统的控制方法的控制程序，该废气处理系统具有:筒状管，发动机的废气通过该筒状管；高频电源；线圈天线，设置在上述筒状管的外周，并且连接有上述高频电源；传感器，检测与从上述发动机排出的废气相关的信息；以及控制部，该废气处理系统的控制程序执行以下步骤:上述传感器检测与从上述发动机排出的废气相关的信息的步骤；和上述控制部根据上述检测的信息来控制上述高频电源的输出电力的步骤。
[0023]此外，为了解决上述课题，本发明的一种筒状管，在外周设置有线圈天线，上述筒状管在内部具有:废气通路，发动机的废气通过该废气通路；和冷却剂流路，设置在上述废气通路的外周。
[0024]发明效果
[0025]根据本发明，能够提供能够更稳定地维持高净化性能的废气处理装置、废气处理系统、废气处理系统的控制方法、控制程序及筒状管。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是表示本发明的一个实施方式的废气处理系统的结构的概略图。
[0027]图2是说明本发明的一个实施方式的控制部的概略图。
[0028]图3是说明本发明的一个实施方式的传感器的概略图。
[0029]图4是本发明的一个实施方式的废气处理装置。
【具体实施方式】
[0030]用图1说明本发明的一个实施方式的废气处理系统100。图1是概略地说明废气处理系统的说明图。
[0031]本发明的一个实施方式的废气处理系统100与汽车上所搭载的发动机101连接。在本实施方式中，发动机101设为柴油发动机。发动机101在运转中排出含NOx及PM的废气。
[0032]在发动机101的下游，经由第一配管102连接有对废气进行净化的废气处理装置103。在废气处理装置103的下游即第一配管的下游，经由第二配管104、DPF105设置有排气口 106。换言之，废气处理装置103设置在第一配管102与第二配管104之间。在后文说明废气处理装置103的详细情况。
[0033]废气处理系统100具有废气处理装置103、控制部107及传感器108。控制部107接收通过传感器108检测到的信息，并根据该信息控制废气处理装置103。
[0034]控制部107如图2所记载的那样包括存储器202，在存储器202中存储有用于控制废气处理装置103的程序。此外，存储器202具有保存从传感器108接收的数据等的功能。此外，在控制部107中内置有CPU (Central Processing Unit) 201 ? CPU201根据从传感器108接收的数据、存储器202内的程序，控制废气处理装置103。
[0035]程序还可以构成为能够重写，根据发动机101及汽车的运转状态、外部环境等而变更。此外，也可以在软件的版本升级时及控制的初始化时，使用个人计算机等终端来更新。
[0036]控制部107既可以是汽车的控制部，也可以作为废气处理系统专用的控制部。
[0037]接着，用图3说明传感器108的详细情况。
[0038]传感器108检测汽车的各种信息，尤其是检测与从发动机101排出的废气相关的信息。传感器108例如具有以下传感器。
[0039]即具有检测朝向发动机101的空气吸引量的空气吸引量传感器301、对后述的废气处理装置103所具有的筒状体401的温度进行检测的温度检测传感器302、对从发动机101排出的废气的NOx浓度(或量)进行检测的NOx浓度检测传感器303、以及对从发动机101排出的废气的PM浓度(或量)进行检测的PM浓度检测传感器304。
[0040]通过传感器108检测的数据存储在控制部107的存储器202中。
[0041]各传感器既可以利用预先搭载在汽车上的传感器，也可以重新搭载。
[0042]接着，用图4(a)、(b)说明废气处理装置103。图4(a)是废气处理装置的概略图，图4(b)是图4(a)的(A)-(A’)的截面图。在图4(b)中，为了便于说明，省略了后述的线圈411。
[0043]废气处理装置103具有由石英形成的筒状管401。如图4(b)所示，筒状管401在其内部具有供发动机101的废气通过的废气通路403、以及设置在废气通路403的外周的冷却剂流路405，具体地说，主要由被内壁402包围的废气通路403、以及设置在内壁402与外壁404之间的温度控制部即冷却剂流路405构成。冷却剂流路405设置在与后述的线圈411对置的面上。
[0044]在冷却剂流路405上设置有用于供给冷却剂的冷却剂供给孔406、用于排出冷却剂的冷却剂排出孔407。冷却剂420从冷却剂供给孔406供给到冷却剂流路405，供给到冷却剂流路405中的冷却剂420被从排出孔407排出。冷却剂排出孔407经由配管(未图示)连接到后述的冷却剂供给源。
[0045]如图4(a)所示，冷却剂420经由冷却剂供给管422，从冷却剂供给源(例如电动泵)421向冷却剂供给孔406供给。在冷却剂供给管422上从上游设置有冷却剂供给源421、流量控制部(质量流量控制器=Mass flow controller) 423、阀门424。控制部107控制流量控制部423、阀门424，从而控制向冷却剂供给孔406供给的冷却剂的供给量。作为冷却剂420，将以GaldenA (加尔登)等为代表的制冷剂用作制冷材(Chiller)。
[0046]在本实施例中，主要将冷却剂流路405、冷却剂供给孔406、冷却剂排出孔407称为温度控制部，但也可以将冷却材料供给源421、冷却剂供给管422、流量控制部423、阀门424的全部或某个作为温度控制部而包括。
[0047]筒状管401的内部即废气通路403由内壁402构成为圆柱状。通过构成为圆柱状，内壁402与废气430的接触面上的阻力变得均匀，因此能够防止在被供给废气430时在废气通路403内形成瘀阻。由此，抑制废气430中所包含的NOx及PM残留在废气通路403内。
[0048]废气通路403构成为连通第一配管102和第二配管104。由此，能够切实地将废气430从发动机101向废气处理装置103供给，还能够切实地将通过废气处理装置103净化后的气体经由第二配管104向排气口 106供给。
[0049]在筒状管401的外壁404的外周，设置有与高频电源412连接的线圈(线圈天线)411。换言之，在筒状管401的侧面(外周)以包围外壁404的方式设置有线圈411。高频电源412连接到控制部107和搭载在汽车上的电池(未图示)。高频电源412将从电池供给的直流电流转换为预定的高频，并且放大后输出。高频电源412具备可变放大器，能够调整输出电力。
[0050]在废气通路403中流动有废气430的状态下，控制部107以从高频电源412对线圈411施加高频的方式进行控制。通过这种构造,生成所谓感应稱合等离子体(InductivelyCoupled Plasma)。感应稱合等离子体在大气压下也能够稳定地生成。因此，在行驶中的汽车中也能够生成稳定的等离子体。
[0051]废气430通过被施加了高频的线圈411被施加高电压，成为等离子体状态。进一步，由于高频的变动磁场，在等离子体内部产生涡电流，产生焦耳热。这样，在废气通路403中生成高温状态的废气等离子体。
[0052]成为等离子体状态的废气中所含的NOx被分解为N(氮)和0(氧)，如式I所示再结合为氧和氮。被分解的氮和氧从排气口 106排出。
[0053](式 I) 2N0x — X02+N2
[0054]另一方面，废气430中所含的PM被高温状态的等离子体燃烧。
[0055]这样废气430被净化。
[0056]在筒状管401的外壁404的表面且受到线圈411的磁场的区域，设置有筒状体温度传感器302。
[0057]如前所述，在生成等离子体时，由于线圈411的磁场，产生涡电流，产生焦耳热。因此，受到线圈411的磁场的影响的区域成为最高温度。因此，在与线圈411对置的面上设置有冷却剂流路405。
[0058]因此，在外壁404上设置用于判断筒状体内部是否通过冷却剂流路405适当进行了温度控制的筒状体温度传感器302。
[0059]具体地说，在线圈411的线圈端部411a与线圈端部411b之间设置筒状体温度传感器302。在此，线圈端部411a、线圈端部411b是指从筒状体401的外壁404分离的部分。
[0060]通过由筒状体温度传感器302检测外壁404的温度，能够间接地检测废气通路403的温度即废气430的温度。
[0061]另外，也可以将筒状体温度传感器302设置在废气通路403或内壁402上来直接检测废气430的温度。
[0062]然而，周知N和O在其混合气氛达到550°C以上时再结合。因此，若通过筒状管401的废气430的温度达到550°C以上，则分解的N和O再结合，担心再次恢复成NOx。
[0063]另一方面，周知PM在350°C以上燃烧。
[0064]因此，在本实施例中，优选的是，将废气430的温度控制为使废气430成为350°C以上且低于550°C。
[0065]根据废气430所含的NOx及PM的浓度，也可以控制为350°C以上且650°C以下。
[0066]根据通过筒状体温度传感器302检测的温度信息，控制部107控制流量控制部423及阀门424，控制向冷却剂供给孔406供给的冷却剂的供给量，由此将废气430的温度控制在前述的范围内。
[0067]接着，说明使用了本废气处理系统的废气的净化方法。以下动作由汽车的控制部或控制部107来控制，但在此设主要由控制部107进行控制来进行说明。
[0068]〈发动机启动步骤〉
[0069]根据汽车的使用者的指示，汽车的控制部启动发动机101。
[0070]<等离子体激励步骤>
[0071]在发动机101启动之后，控制部107向线圈411导入电力，施加高频。由此，将供给到废气通路403的废气430激励成等离子体状态。另外，对线圈411的电力导入也可以从启动发动机101之前(例如点火开关被操作到预定的位置时)开始。
[0072]〈供给电力调整步骤〉
[0073]若激励起等离子，则空气吸引量传感器301检测向发动机101吸引的空气量。检测的信息暂时存储在控制部107的存储器202中。
[0074]在此，空气吸引量与废气量有比例关系，因此通过用空气吸引量传感器301检测空气吸入量，能够计算出废气量。控制部107根据该计算的废气量，决定高频电源412的输出电力。
[0075]另外，除了考虑空气吸引量传感器301的检测值以外，还可以进一步考虑NOx浓度检测传感器303及PM浓度检测传感器304的检测值、发动机101及汽车的其他运转状态(燃料喷射量、空燃比、速度、加速度(负荷)、发动机转速等)来计算高频电力。此外，也可以检测节气门开度及废气本身的流量来代替检测空气吸引量。
[0076]S卩，只要是检测与从发动机101排出的废气相关的信息的传感器，传感器108就不限于图3所示的传感器。并且，控制部107根据由传感器108检测的信息(I个信息，或多个信息的组合)，决定高频电源412的输出电力。
[0077]接着，控制部107的CPU201根据存储器202中所存储的检测值，判断向线圈411施加的高频电力。
[0078]另外，该供给电力调整步骤的开始不限于等离子体被激励起时，也可以在向线圈411导入电力前后的适当的定时执行。
[0079]然而，周知在ICP方式中，向线圈施加的电力与等离子体的电子密度成比例。
[0080]因此，在本实施例中，根据空气吸引量，即根据废气430的量来控制高频电源412的输出电力。由此，即使废气430的量增加，也能够生成高密度的等离子体。S卩，能够高效地分解废气430。
[0081]在本步骤的情况下，若判断为废气430的量多，则计算与此相应的高频电源的输出电力，并向线圈施加该高频电力。具体地说，随着废气量增多，增大高频电源412的输出电力。
[0082]空气吸引量(废气量)与高频电力预先通过实验等导出适当的关系，并基于此控制闻频电源412的输出电力。适当的关系表不废气被闻效地分解的关系。
[0083]若检测到的空气吸引量(废气量)与当前的高频电力为适当的关系，则维持电力供给水平。
[0084]由于这样根据废气的量来施加高频电力，因此能够始终高效地分解废气。
[0085]<冷却剂供给步骤>
[0086]控制流量控制部423、阀门424，经由冷却剂供给孔406向冷却剂通路405供给冷却材料。由此将废气430的等离子体维持在预定的温度范围内。具体地说，控制为PM燃烧的350°C以上且比NOx再结合的温度低的550°C以下。
[0087]接着，通过温度传感器302检测废气430 (筒状管401的外壁404 (等离子体分解单元壁))的温度，判断该温度值是否为预定的值以下。在不是预定的值以下的情况下，即在检测到了比预定的值高的温度值的情况下，为了降低废气430的温度，控制流量控制部423、阀门424来增加冷却剂的供给量。
[0088]若检测温度为预定的值以下，则维持冷却材料供给量。
[0089]这样，维持在PM燃烧且分解的N和O不会再结合的温度，因此能够降低NOx和PM的量。
[0090]之后，若根据使用者的指示停止了发动机101，则停止对线圈411的电力供给及冷却剂的供给。
[0091]如上所述，根据本实施例,可提供能够对排出的废气稳定地维持高净化性能的废气处理装置。
[0092]此外，由于根据汽车所处的状况来调整电力及制冷剂量，因此能够实现高效的电力运用。因此，在像汽车这样具有有限的蓄电容量的情况下尤其有效。
[0093]另外，在上述实施例中使用石英制的筒状管进行了说明，但不限于此，只要是电场可通过且能够耐高温状态的材质即可。例如，也可以由陶瓷或碳来构成。
[0094]此外，在上述实施例中，根据空气吸引量来控制向线圈导入的电力，但不限于此，也可以根据废气的浓度及温度、加速度等表示发动机负荷的信息等来进行控制。但是，在本实施例中，优选更准确地计测排出气体的量，根据其计测值进行控制，优选像空气吸引量等这样与废气量之间存在比例关系的信息。
[0095]此外，在上述实施例中，将发动机101设为柴油发动机，但也可以是汽油发动机、将LP气等作为燃料的发动机。
[0096]此外，发动机101搭载在汽车上，但不限于此，也可以是用作船舶、施工机械、发电机等除了汽车以外的动力源的发动机。
[0097]此外，还能够将发动机101及DPF105等也作为废气处理系统100的一部分，构成包括发动机101的控制及roF105的PM捕获的综合性的废气净化处理系统。
[0098]接着，附记本发明的优选的其他实施方式，但本发明不限定于以下记载。
[0099]< 附记 1>
[0100]一种废气处理装置，具有:筒状管，发动机的废气通过该筒状管；和线圈天线，设置在上述筒状管的外周，并且连接有高频电源。
[0101]由此，能够提供稳定地维持高净化性能的废气处理装置。
[0102]〈附记2>
[0103]在附记I记载的废气处理装置中，在上述筒状管上设置有控制上述筒状管内的气氛温度的温度控制部。
[0104]由此，能够维持PM燃烧且分解的N和O不会再结合的温度，因此能够降低NOx和PM的量。
[0105]〈附记3>
[0106]在附记2记载的废气处理装置中，上述废气至少包含颗粒状物质和NOx，上述温度控制部将上述筒状管内的废气的温度控制在350°C以上且650°C以下。
[0107]由此，能够更切实地维持在PM燃烧且分解的N和O不会再结合的温度，因此能够更切实地降低NOx和PM的量。
[0108]〈附记4>
[0109]在附记I至3中任一项记载的废气处理装置中，上述筒状管在其上游连接有第一配管，并且在其下游连接有第二配管，且与上述第一配管和上述第二配管连通。
[0110]由此，能够切实地从发动机向废气处理装置供给废气，此外能够切实地将通过废气处理装置净化后的气体经由第二配管向排气口供给。
[0111]〈附记5>
[0112]在附记I至4中任一项记载的废气处理装置中，具有:上述高频电源；和控制部，根据与从上述发动机排出的废气相关的信息，控制上述高频电源的输出。
[0113]由此，能够根据与从发动机排出的废气相关的信息来控制废气处理，因此可提供能够实现高效的运用、且稳定地维持高净化性能的废气处理系统。
[0114]〈附记6>
[0115]—种废气处理系统，具有:筒状管，发动机的废气通过该筒状管；高频电源；线圈天线，设置在上述筒状管的外周，并且连接有上述高频电源；传感器，检测与从上述发动机排出的废气相关的信息；以及控制部，根据上述检测到的信息，控制上述高频电源的输出电力。
[0116]由此，能够根据与从发动机排出的废气相关的信息来控制废气处理，因此可提供能够实现高效的运用、且稳定地维持高净化性能的废气处理系统。
[0117]< 附记 7>
[0118]—种废气处理系统的控制方法，该废气处理系统具有:筒状管，发动机的废气通过该筒状管；高频电源；线圈天线，设置在上述筒状管的外周，并且连接有上述高频电源?’传感器，检测与从上述发动机排出的废气相关的信息；以及控制部，该废气处理系统的控制方法包括:上述传感器检测与从上述发动机排出的废气相关的信息的步骤；和上述控制部根据上述检测的信息来控制上述高频电源的输出电力的步骤。
[0119]由此，能够根据与从发动机排出的废气相关的信息来控制废气处理，因此可提供能够实现高效的运用、且稳定地维持高净化性能的废气处理系统。
[0120]〈附记8>
[0121]一种废气处理系统的控制程序，该废气处理系统具有:筒状管，发动机的废气通过该筒状管；高频电源；线圈天线，设置在上述筒状管的外周，并且连接有上述高频电源?’传感器，检测与从上述发动机排出的废气相关的信息；以及控制部，该废气处理系统的控制程序执行以下步骤:上述传感器检测与从上述发动机排出的废气相关的信息的步骤；和上述控制部根据上述检测的信息来控制上述高频电源的输出电力的步骤。
[0122]由此，能够根据与从发动机排出的废气相关的信息来控制废气处理，因此可提供能够实现高效的运用、且稳定地维持高净化性能的控制程序。
[0123]〈附记9>
[0124]一种筒状管，在外周设置有线圈天线，上述筒状管在内部具有:废气通路，发动机的废气通过该废气通路；和冷却剂流路，设置在上述废气通路的外周。
[0125]由此，能够提供用于稳定地维持高净化性能的废气处理装置的筒状管。
[0126]符号说明
[0127]100废气处理系统
[0128]103废气处理装置
[0129]107控制部
[0130]108传感器
[0131]401 筒状管
[0132]403废气通路
[0133]405冷却剂流路
[0134]411线圈(线圈天线)
[0135]412高频电源
【权利要求】
1.一种废气处理装置，其特征在于，具有: 筒状管，发动机的废气通过该筒状管；和 线圈天线，设置在上述筒状管的外周，并且连接有高频电源。
2.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于， 在上述筒状管上设置有控制上述筒状管内的气氛温度的温度控制部。
3.根据权利要求2所述的废气处理装置，其特征在于， 上述废气至少包含颗粒状物质和NOx，上述温度控制部将上述筒状管内的废气的温度控制在350°C以上且650°C以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的废气处理装置，其特征在于， 上述筒状管在其上游连接有第一配管，并且在其下游连接有第二配管，且与上述第一配管和上述第二配管连通。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的废气处理装置，其特征在于，具有: 上述闻频电源；和 控制部，根据与从上述发动机排出的废气相关的信息，控制上述高频电源的输出。
6.一种废气处理系统，具有: 筒状管，发动机的废气通过该筒状管； 高频电源； 线圈天线，设置在上述筒状管的外周，并且连接有上述高频电源； 传感器，检测与从上述发动机排出的废气相关的信息；以及 控制部，根据上述检测到的信息，控制上述高频电源的输出电力。
7.一种废气处理系统的控制方法，该废气处理系统具有:筒状管，发动机的废气通过该筒状管；高频电源；线圈天线，设置在上述筒状管的外周，并且连接有上述高频电源?’传感器，检测与从上述发动机排出的废气相关的信息；以及控制部，该废气处理系统的控制方法包括: 上述传感器检测与从上述发动机排出的废气相关的信息的步骤；和 上述控制部根据上述检测到的信息来控制上述高频电源的输出电力的步骤。
8.一种废气处理系统的控制程序，该废气处理系统具有:筒状管，发动机的废气通过该筒状管；高频电源；线圈天线，设置在上述筒状管的外周，并且连接有上述高频电源?’传感器，检测与从上述发动机排出的废气相关的信息；以及控制部，该废气处理系统的控制程序使得执行以下步骤: 上述传感器检测与从上述发动机排出的废气相关的信息的步骤；和 上述控制部根据上述检测到的信息来控制上述高频电源的输出电力的步骤。
9.一种筒状管，在外周设置有线圈天线，上述筒状管的特征在于， 在内部具有: 废气通路,发动机的废气通过该废气通路；和 冷却剂流路，设置在上述废气通路的外周。
【文档编号】F01N3/01GK104220709SQ201380018492
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年3月14日 优先权日:2012年4月26日
【发明者】小川云龙, 竹永浩太郎, 高桥克己 申请人:株式会社日立国际电气