成果報告書詳細
管理番号20090000000062
タイトル平成19年度-平成20年度成果報告書 革新的次世代低公害車総合技術開発/革新的後処理システムの研究開発 「低温プラズマシステムの研究開発」
公開日2009/7/10
報告書年度2007 - 2008
委託先名ダイハツ工業株式会社 財団法人地球環境産業技術研究機構
プロジェクト番号P04013
部署名省エネルギー技術開発部 研究開発グループ
和文要約地球温暖化物質の二酸化炭素(CO2)を削減する為には、現在乗用車市場で主流となっているガソリン車を熱効率の良いディーゼル車へ置換していくことが有効である。しかしながら、ディーゼル車から排出される粒子状物質(PM)と窒素酸化物(NOx)の削減は重大な課題となっており、革新的な排ガス処理(後処理)システムの開発が望まれている。: 本研究では、ポスト新長期規制の達成を目的とし、低温プラズマを活用した革新的なディーゼル後処理システム(低温プラズマシステム)の開発を進めてきた。特に、平成19年度から平成20年度においては、プラズマによるPM除去機構の解明、トランジェントモードを対象としたプラズマ反応器の開発・評価、パルス電源制御の開発、プラズマ放電場でPM酸化を促進するプラズマ触媒の開発を進めた。: プラズマ処理によるPM表面の炭素結合変化、プラズマ雰囲気で生成する活性種(O3、NO2等)とPMの酸化反応速度、C-C結合の異なる炭素化合物の酸化特性を測定することで、プラズマによるPMの除去機構を明らかにした。: プラズマ反応器に関しては、構成要素である電極・誘電体について様々なものを検討した結果、低い圧力損失(圧損)且つ連続的なPM除去を可能とするウェーヴィメッシュ電極と、部分的な放電強化が図れる集電部付アルミナ平板の組み合わせを最終仕様とした。更には、省電力で高効率なPM除去を目指して、PM排出量と排ガス流量に連動するパルス電源制御方法を見出し、プラズマシステムとして発展させた。上述のプラズマ反応器について、2サイクルディーゼルエンジン及び4サイクルディーゼル車両を用いたJC08モード実排ガス試験を実施した結果、反応器の圧損をモード中最高で2-3 kPaに抑えながらポスト新長期規制値以下(0.002-0.003 g/km)にPMを低減できることを確認した。なお、本試験におけるプラズマ反応器の放電電力は、パルス電源制御を用いてモード中平均100 W(燃費悪化率2.4%)に抑えた。: 更に、プラズマ放電場でPM酸化を促進するプラズマ触媒として、PM中のsootとSOFに各々適した(貴金属より高いPM酸化能力を有する)金属酸化物触媒を開発した。また、従来の触媒特性と異なる挙動(いわゆる“プラズマ触媒”としての活性挙動)を見出した。これらの触媒については、今後更に研究の場が広がっていくと期待される。: 以上のように、基礎研究から実排ガスを用いたトランジェントモード評価を通して、低温プラズマシステムが貴金属に依存しない新たなディーゼル後処理システムの一つとして有効であることを確認した。
英文要約Title : Comprehensive Technological Development of Innovative, Next-Generation, Low-Pollution Vehicles R&D of Innovative After-Treatment Systems (FY2007-FY2008) Final Report
It is effective to reduce the emission of CO2 (greenhouse gas) by replacing vehicles powered by gasoline to those by diesel performing relatively higher efficiency. Unfortunately, the emission of harmful particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx) from diesel vehicles is a problem; innovative after-treatment systems for removals of diesel PM and NOx are required. : The objective of this study is to develop an after-treatment system using non-thermal plasma (NTP) discharges for PM removal from diesel vehicles to satisfy the Japanese post new long-term emission regulation. In this study, the investigation of PM removal mechanism in plasma discharges, the development of NTP reactors for successive PM removal, and the investigation of plasma-catalysts for PM oxidation have been carried out. : The oxidization mechanism of PM in plasma discharges was given after the investigation of the changes in C-C bonds due to plasma discharges, measurements of oxidation rates of PM with plasma-generated active species (such as O3 and NO2), and comparison on oxidation properties of carbon materials with different C-C bonds. : In order to improve PM removal ability and to reduce the pressure loss in the plasma reactor, wavy-mesh electrodes and dielectric plates with printed-metal bands strengthening plasma discharges partially were developed. The NTP reactor was evaluated using a 2-cycle diesel engine with frequency control dynamometer and a 4-cycle diesel vehicle operated on JC08 mode. The maximum pressure loss during JC08 mode was 2 - 3 kPa. PM emission was 0.002 - 0.003 g/km, less than that (0.005 g/km) given by the Japanese post new long-term emission regulation. The average discharge power during JC08 mode tests was reduced to 100 W (fuel penalty; 2.4%) by controlling applied voltage and frequency to the plasma reactor according to the engine exhaust conditions. : In order to promote PM oxidation, metal oxide catalysts were investigated for soot and SOF oxidation. It was found that catalysis mechanism of metal oxides in gas atmospheres with plasma discharges is different from that without plasma discharges. Studies on such plasma-driven catalysts (so called plasma-catalysts) are expected to be expanded in the future. : The results of our study for plasma PM removal have declared that the NPT reactors without precious metal catalysts are expected to be one of the promising technologies for diesel emission control.
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