| 【発明の名称】 |
自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置および自動車 |
| 【発明者】 |
【氏名】川村 啓介
【氏名】河村 陽
【氏名】岡田 公二郎
【氏名】田村 保樹
【氏名】古賀 一雄
【氏名】中山 修
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| 【要約】 |
【課題】自動車の車体構造の特徴を活かしてトランクルーム等の有用スペースを減らすことなく、合理的に、パルス電圧発生用の分布定数線路を車載すること。
【解決手段】所定の線路長を有する同軸ケーブルによる分布定数線路を直線状に延ばされた状態で、車体に存在する細長い直線状空隙部分、例えば、車体床部に形成されたフロワセンタトンネル部２２に配置する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 プラズマ発生用の所定パルス幅のパルス電圧を発生するために、所定の線路長を有する同軸ケーブル等による分布定数線路を含む自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置において、前記分布定数線路が直線状に延ばされた状態で、車体に存在する細長い直線状空隙部分に配置されていることを特徴とする自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置。
【請求項２】 前記直線状空隙部分は、一直線状あるいはＬ字形に屈曲した空隙部分であることを特徴とする請求項１に記載の自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置。
【請求項３】 車体に存在する直線状空隙部分は、車体床部に形成されたフロワセンタトンネル部、モノコックボディの床下部に車両前後方向に設けられる補強メンバの側方部、燃料タンクより内燃機関へ燃料を供給するために床下部にて車両前後方向に延在する燃料配管の側方部、床下部にて車両前後方向に延在する排気管の側方部、車両前後方向に存在するフレームの側方部あるいは中空構造のフレームの内部空間、バンパー内部、バス、トラックの屋根部の何れかであることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置。
【請求項４】 前記分布定数線路が電磁ノイズ遮断用の金属ケース内に収納されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置。
【請求項５】 前記金属ケースを通風ダクトとして前記分布定数線路に冷却風を送る冷却ファンが設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置。
【請求項６】 前記分布定数線路は電気絶縁材料としてセラッミックを使用した同軸ケーブルにより構成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置。
【請求項７】 請求項１〜６の何れかに記載の自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置を有する自動車。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置および自動車に関し、特に、乗用車、トラック、バス等の自動車に搭載される自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置および自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車の排気ガス処理装置、換言すれば、内燃機関の排気ガスを浄化処理する車載用の排気ガス処理装置の一つとして、プラズマ式排気ガス処理装置が提案されている。
【０００３】プラズマ式排気ガス処理装置は、反応容器内に設置された電極間に高電圧のパルス電圧を印加することにより、反応容器内に高エネルギ電子によるプラズマ雰囲気を生成し、高エネルギ電子とガス分子との物理的な衝突によってラジカル成分（化学的活性種）を作り、このラジカル成分によって反応容器内を流れる排気ガス中に含まれるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ等の有害成分を分解反応させるものである。
【０００４】上述したようなプラズマ式排気ガス処理装置では、反応容器内に、効率的に排気ガス処理雰囲気を生成するためには、通常、パルス幅が５０ナノ秒程度のパルス幅の高電圧を電極間に印加する必要がある。この理由は、パルス幅が５０ナノ秒より長いと、電場でイオンが加速され、中性子との衝突速度が速くなり、熱損失が大きくなるからである。これとは反対に、パルス幅が５０ナノ秒より短いと、放電進展速度からして反応容器内の電極間に放電エネルギが満たされないからである。
【０００５】プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置としては、プラズマ発生用の上述したような所定パルス幅のパルス電圧を発生するために、所定の線路長を有する同軸ケーブルによる分布定数線路（パルスフォーミングライン＝ＰＦＬ）を含むパルス電源装置が用いられる。
【０００６】絶縁体（内部導体・外部導体間絶縁体）としてポリエチレン樹脂を使用した通常仕様の同軸ケーブル（直径１０〜２０ｍｍ程度）によって分布定数線路を構成すると、それの適正線路長は５ｍに及ぶ長いものになる。
【０００７】このため、従来は、取扱性などを考慮して、複数本の同軸ケーブルを、電圧変更や電流変更のために、並列、直列に接続変更可能な態様で、螺旋状にまるめたり、ジクザク状に折り曲げて設置することが考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述のような形態による同軸ケーブルの設置は、塵焼却設備や熱分解炉等のプラントの排気ガス処理装置のためのものである場合には、特に問題を生じないが、しかし、螺旋状にまるめられた塊状の同軸ケーブルは、数１００ｍｍ立方相当以上の容積物になり、自動車では、それの設置スペースの選定に困り、乗用車では、螺旋状にまるめられた同軸ケーブルをトランクルーム等に設置することになる。
【０００９】この場合には、同軸ケーブルがトランクルームのスペースの一部を占有し、トランクルームの有効スペースを減少することになる。また、トランクルームがない自動車では、螺旋状にまるめられた塊状の同軸ケーブルの設置に、更に困ることになる。
【００１０】この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、自動車の車体構造の特徴を活かしてトランクルーム等の有用スペースを減らすことなく、合理的に、パルス電圧発生用の分布定数線路を車載する自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置および自動車を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するために、この発明による自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置は、プラズマ発生用の所定パルス幅のパルス電圧を発生するために、所定の線路長を有する同軸ケーブル等による分布定数線路を含む自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置において、前記分布定数線路が直線状に延ばされた状態で、車体に存在する細長い直線状空隙部分に配置されているものである。
【００１２】ここで云う、直線状空隙部分は、完全な一直線状のものに限られることはなく、Ｌ字形に屈曲した空隙部分も含んでいる。
【００１３】直線状に延ばされた分布定数線路の設置に適当な、車体に存在する直線状空隙部分としては、車体床部に形成されたフロワセンタトンネル部、モノコックボディの床下部に車両前後方向に設けられる補強メンバの側方部、燃料タンクより内燃機関へ燃料を供給するために床下部にて車両前後方向に延在する燃料配管の側方部、床下部にて車両前後方向に延在する排気管の側方部、車両前後方向に存在するフレームの側方部あるいは中空構造のフレームの内部空間、バンパー内部、バス、トラックの屋根部等が挙げられる。
【００１４】これらの部分は、もともと、デッドスペースと云われる有効利用されていない空間であり、これらの部分に直線状に延ばされた分布定数線路が設置されることで、デッドスペースが有効利用され、トランクルーム等の有用スペースが分布定数線路の設置のために削減されることがない。
【００１５】この発明による自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置は、さらに、前記分布定数線路が電磁ノイズ遮断用の金属ケース内に収納されているものである。
【００１６】また、この発明による自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置は、さらに、前記金属ケースを通風ダクトとして前記分布定数線路に冷却風を送る冷却ファンが設けられているものである。
【００１７】また、この発明による自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置は、前記分布定数線路を、電気絶縁材料としてセラッミックを使用した同軸ケーブルにより構成することができる。
【００１８】同軸ケーブルの電気絶縁材料がセラッミックであると、これはポリエチレン樹脂より比誘電率が高いことにより、同じパルス幅のパルス電圧を得る上で、分布定数線路の線路長を短くできる。
【００１９】また、この発明による自動車は、上述した発明による自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置を有しているものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。図１はこの発明による自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置の基本構成例を示している。
【００２１】図１において、１は充電器を、２はパルス電圧発生用の分布定数線路ユニットを、３はプラズマ雰囲気による反応容器を各々示している。後述するが、反応容器３は、自動車用内燃機関（エンジン）の排気通路の途中に設けられ、エンジン排気ガスの浄化処理を行う。
【００２２】分布定数線路ユニット２は、所定の線路長を有する直線状の複数本の同軸ケーブル４を有し、同軸ケーブル４は、充電器１にて充電され，入力側の切替スイッチ素子５を投入することで同軸ケーブルに蓄積されたエネルギーが出力電圧として反応容器３の図示されていない電極に印加される。
【００２３】なお、反応容器３は、例えば円筒状の容器を一方の外側電極とし、円筒状容器の中心部に張られた導線を中心電極とし、外側電極と中心電極との間に高電圧のパルス電圧を印加されることにより、排気ガスが通る反応容器３の内部空間をプラズマ雰囲気にする。反応容器形状は円筒状に限ったものでなく平板状（中心に線電極，その両側に平板電極）でもよい。また，排ガスの特性にあわせて電極間に強誘電体，触媒等を挿入した状態で実施してもよい。
【００２４】図２はこの発明による自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置の要部を示している。分布定数線路をなす複数本の同軸ケーブル４は、各々、所定線路長を有して直線状に延ばされた状態で、図示しない高電圧部と低電圧部を絶縁した状態でマトリックス状に束ねられ、全体を電磁ノイズ遮断用の金属管等による金属ケース６内に収納されている。なお、図２では、複数本の同軸ケーブル４が直方体状に束ねられていることから、金属ケース６として四角管が使用されているが、複数本の同軸ケーブル４が円柱状に束ねられる場合には、金属ケース６を円筒管により構成することができる。
【００２５】金属ケース６の前方には、金属ケース６を通風ダクトとして分布定数線路をなす同軸ケーブル４に冷却風を送る電動式の冷却ファン７が設けられている。
【００２６】同軸ケーブル４としては、絶縁体（内部導体・外部導体間絶縁体）としてポリエチレン樹脂を使用した通常仕様の同軸ケーブル以外に、図３に示されているように、内部導体８と外部導体９との間の絶縁体１０と、外側の絶縁被膜１１の各々をアルミナ等のセラミックスにより構成された高絶縁・高比誘電率特性を有する同軸ケーブルで構成することができる。
【００２７】内部導体８と外部導体９との間の絶縁体１０が高比誘電率を有していることにより、分布定数線路長を短くでき、絶縁被膜１１が高絶縁性を有していることにより、隣接する同軸ケーブル４間の耐圧性が向上する。
【００２８】ここで、絶縁体１０の比誘電率と分布定数線路長の関係について説明する。
【００２９】分布定数線路長をＬ、真空中の電圧波進展速度（光速相当）をｖ０、比誘電率をεとすると、絶縁体が存在する場合の電圧波進展速度ｖεｒは、ｖε＝ｖ０・（１／√εｒ）
となり、そのときのパルス幅τは、τ＝２・（Ｌ／ｖεｒ）
となる。従って、パルス幅τが同一の場合、比誘電率εｒ（εは一般に誘電率を示すので比誘電率をεｒと記す）が高い方が分布定数線路長Ｌを短くできる。
【００３０】ポリエチレン樹脂の比誘電率εｒは２．３程度で、アルミナの比誘電率εｒは１０程度であるから、パルス幅τが５０ナノ秒のパルス電圧を得る場合、導体間絶縁体がポリエチレン樹脂製の同軸ケーブルであると、分布定数線路長Ｌは５ｍであるのに対し、導体間絶縁体がアルミナ製の同軸ケーブルであると、分布定数線路長Ｌは２．５ｍと短くなる。このことは、車体が小さい乗用車への適用において有利になる。
【００３１】つぎに、図４〜図６を参照してモノコックボディ構造の乗用車（セダン、クーペ、ワンボックスカー、リフトバック、ステーションワゴン等）への適用例について説明する。図４〜図６において、２１はモノコックボディの全体を、２２はモノコックボディ２１の床部に形成されたフロワセンタトンネル部を、２３はモノコックボディ２１の床下部に車両前後方向に設けられる補強メンバを、２４はエンジンを、２５は排気管を、２６は排気消音器を、２７は燃料タンクを、２８は燃料タンク２７よりエンジン２４へ燃料を供給するために床下部にて車両前後方向に延在する燃料配管を、２９は前輪を、３０は後輪を、３１はフロントバンパーを、３２はリヤバンパーを各々示している。以上の構成は、モノコックボディ構造の乗用車の通常構成である。
【００３２】この発明による自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置において、重要な要件は、分布定数線路をなす同軸ケーブル４の束が直線状に延ばされた状態で、上述したような車体構造の車体に存在する細長い直線状空隙部分に配置されていることである。
【００３３】直線状に延ばされた同軸ケーブル４の束、換言すれば、図２に示されているような分布定数線路ユニット２の配置に適当な乗用車における細長い直線状空隙部分としては、図４〜図６に示されているように、排気管２５あるいはプロペラシャフト（４輪駆動車あるいはＦＲ車の場合。図示省略）が通るフロワセンタトンネル部２２の余剰空間部Ａ、補強メンバ２３の側方部Ｂ、燃料配管２８の側方部Ｃ等がある。
【００３４】上述した各部Ａ〜Ｃは、もともと、デッドスペースと云われる有効利用されていない空間であり、これらの部分に直線状に延ばされた分布定数線路ユニット２が設置されることで、デッドスペースが有効利用され、トランクルーム等の有用スペースが分布定数線路の設置のために削減されることがない。
【００３５】フロワセンタトンネル部２２の余剰空間部Ａに分布定数線路ユニット２が設置されれば、走行中に飛び石や路面段差が床下をヒットしても、分布定数線路ユニット２は床下一般面より奥まった位置にあるから、それらが分布定数線路ユニット２に当たることはなく、分布定数線路ユニット２の保護が図られる。また、補強メンバ２３の高さ寸法が分布定数線路ユニット２の高さ寸法より大きいことにより、補強メンバ２３の側方部Ｂに分布定数線路ユニット２が設置されても、同等のことが云える。
【００３６】燃料配管２８の側方部Ｃに分布定数線路ユニット２が設置される場合は、燃料配管２８の車体に対する取り付け具と分布定数線路ユニット２の車体に対する取り付け具とを共用でき、コストおよび取り付け作業工数を低減できる。
【００３７】反応容器３はフロワセンタトンネル部２２内を通る排気管２５の途中に設けられるから、フロワセンタトンネル部２２の余剰空間部Ａ等、反応容器３の設置位置に近い部位に分布定数線路ユニット２が設置されることで、分布定数線路ユニット２と反応容器３とを導通接続する導線の長さを短くすることができる。
【００３８】また、上述した各部Ａ〜Ｃに分布定数線路ユニット２が設置されると、走行風による同軸ケーブル４の冷却を期待でき、冷却ファン７を省略することができる。
【００３９】通常、車両前後長が５ｍに満たない乗用車の場合、導体間絶縁体がアルミナ製の同軸ケーブル４であると、上述した各部Ａ〜Ｃに、同軸ケーブル４を直線状に延ばした状態で設置することができる。導体間絶縁体がアルミナ製であると、その同軸ケーブル４は可撓性を失うが、同軸ケーブル４は直線状のものでよいので、問題はなく、製造が難しくなることもない。
【００４０】上述のような乗用車において、分布定数線路ユニット２の設置に適当な部位は、上述した部位以外に、補強メンバ２３内部空間、車室内床面、ドア下部の補強材内部空間、ピラー部内部空間、エンジンフード内面、トランクフード内面、フロントバンパー内部、リヤバンパー内部等が考えられる。
【００４１】つぎに、図７〜図９を参照してフレーム構造の自動車（トラック、バス、大型ＲＶ等）への適用例について説明する。図７〜図９において、４１は車両前後方向に存在するフレーム、４２は運転室部分を、４３はボックス型の荷室部分を、４４はエンジンを、４５は床下部にて車両前後方向に延在する排気管を、４６は排気消音器を、４７は前輪を、４８は後輪を、４９はフロントバンパーを各々示している。以上の構成は、トラックの通常構成である。
【００４２】上述のようなトラックにおいて、直線状に延ばされた同軸ケーブル４の束（分布定数線路ユニット２）の配置に適当な細長い直線状空隙部分としては、図７〜図９に示されているように、排気管４５の側方部Ｄ、フレーム４１の側方部Ｅ、荷室部分４３の屋根部Ｆ等がある。フレーム４１が中空構造の場合には、そのフレーム４１の内部空間に分布定数線路ユニット２を配置することができ、この場合には、金属ケース６を省略することができる。また、これ以外に、フロントバンパー４９内に分布定数線路ユニット２を配置することもできる。
【００４３】上述した各部Ｄ〜Ｆは、もともと、デッドスペースと云われる有効利用されていない空間であり、これらの部分に直線状に延ばされた分布定数線路ユニット２が設置されることで、デッドスペースが有効利用され、トラックの有用スペースが分布定数線路の設置のために削減されることがない。
【００４４】なお、上述した分布定数線路ユニット２の設置位置は、バス等にも同様に適用できる。この発明によるパルス電源装置で使用される分布定数線路を構成する線路体は、上述したような同軸ケーブルに限られることはなく、同軸ケーブルを扁平に潰したような形状の伝送線路体等、同軸ケーブルと同等の伝送線路体により構成することができる。また、車体に存在する細長い直線状空隙部分は、完全な一直線状のものに限られることはなく、若干、湾曲したような空隙部分、Ｌ字形等の直線状に屈曲したような空隙部分等も含み、分布定数線路は、そのような空隙部分の形状に合わせて直線状に延ばされた状態で空隙部分に設置されればよい。
【００４５】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、この発明による自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置および自動車によれば、分布定数線路が直線状に延ばされた状態で、車体に存在する細長い直線状空隙部分、たとえば、フロワセンタトンネル部、モノコックボディの床下部に車両前後方向に設けられる補強メンバの側方部、燃料タンクより内燃機関へ燃料を供給するために床下部にて車両前後方向に延在する燃料配管の側方部、床下部にて車両前後方向に延在する排気管の側方部、車両前後方向に存在するフレームの側方部あるいは中空構造のフレームの内部空間、バンパー内部、バス、トラックの屋根部等に配置されるから、自動車の車体構造の特徴を活かしてトランクルーム等の有用スペースを減らすことなく、合理的に、パルス電圧発生用の分布定数線路が車載されることになる。
【００４６】また、この発明による自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置によれば、分布定数線路が電磁ノイズ遮断用の金属ケース内に収納されているから、分布定数線路の電磁ノイズによる悪影響が周辺機器に及ぶことがない。
【００４７】また、この発明による自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置によれば、金属ケースを通風ダクトとして分布定数線路に冷却風を送る冷却ファンが設けられているから、分布定数線路の冷却が効果的に行われ、分布定数線路が高温になることが避けられる。
【００４８】また、この発明による自動車用プラズマ式排気ガス処理装置のパルス電源装置によれば、分布定数線路が、電気絶縁材料としてセラッミックを使用した同軸ケーブルにより構成されていることにより、電気絶縁材料がポリエチレン樹脂による同軸ケーブルに比して、同じパルス幅のパルス電圧を得る上で、分布定数線路の線路長を短くでき、分布定数線路の配置に必要な長さを短くすることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【識別番号】０００００６２８６
【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１２月４日（２０００．１２．４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９１１８
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１６８１１８（Ｐ２００２−１６８１１８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月１４日（２００２．６．１４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３６９０６１（Ｐ２０００−３６９０６１） |
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