粒子状物質処理装置
【課題】粒子状物質の凝集を促進させる。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられる電極と、電極に接続され電圧を印加する電源と、電極よりも下流側の粒子状物質の粒子数を検出する粒子数検出装置と、粒子数検出装置により検出される粒子状物質の粒子数が減少するように前記電源から前記電極に印加する電圧をフィードバック制御するフィードバック制御装置と、を備える。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられる電極と、電極に接続され電圧を印加する電源と、電極よりも下流側の粒子状物質の粒子数を検出する粒子数検出装置と、粒子数検出装置により検出される粒子状物質の粒子数が減少するように前記電源から前記電極に印加する電圧をフィードバック制御するフィードバック制御装置と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に放電電極を設け、該放電電極からコロナ放電を発生させることにより粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を帯電させてＰＭを凝集させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このようにＰＭを凝集させることにより、ＰＭの粒子数を減少させることができる。また、ＰＭの粒子径が大きくなるため、下流側にフィルタを設けたときに該フィルタにてＰＭを捕集しやすくなる。
【０００３】
しかし、コロナ放電を発生させると、強い放電に起因する高速電子により、ＰＭが粉砕されてしまい、微細化される。そうすると、ＰＭを凝集させる効果が低くなる。このため、ＰＭの粒子径が小さくなり且つＰＭの粒子数が増加する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９４１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の凝集を促進させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による粒子状物質処理装置は、
内燃機関の排気通路に設けられる電極と、
前記電極に接続され電圧を印加する電源と、
前記電極よりも下流側の粒子状物質の粒子数を検出する粒子数検出装置と、
前記粒子数検出装置により検出される粒子状物質の粒子数が減少するように前記電源から前記電極に印加する電圧をフィードバック制御するフィードバック制御装置と、
を備える。
【０００７】
ここで、電極に電圧を印加すると、ＰＭを帯電させることができる。帯電したＰＭは、クーロン力や排気の流れにより排気通路の内壁へ向かって移動する。排気通路の内壁に到達したＰＭは、排気通路に電子を放出するため、電極よりも接地側に電気が流れる。そして、電子を放出したＰＭは、近くに存在する他のＰＭと凝集するため、粒子数を減少させることができる。
【０００８】
ところで、電極に印加する電圧を大きくすると、電極からより多くの電子が放出される。このため、ＰＭの凝集を促進させることができるので、ＰＭの粒子数をより減少させることができる。しかし、電極への印加電圧を大きくし過ぎると、コロナ放電やアーク放電などの強い放電が起こり得る。このような強い放電が起こると、高速電子によりＰＭが微細化されてしまう。したがって、印加電圧を大きくすれば良いというものでもない。
【０００９】
そこで、フィードバック制御装置は、排気中のＰＭの粒子数に基づいて印加電圧をフィードバック制御する。ＰＭの粒子数は、たとえば排気の単位体積中に含まれるＰＭの粒子数とすることができる。電極に電圧を印加すると、ＰＭが凝集されることにより、ＰＭの
粒子数は減少する。そして、粒子数検出装置は、電極よりも下流側のＰＭの粒子数を検出するため、ＰＭを帯電させた後の粒子数を検出している。したがって、電極への印加電圧を変更することで、粒子数検出装置により検出されるＰＭの粒子数が変わる。そして、ＰＭの凝集が促進されるほど、ＰＭの粒子数は少なくなる。したがって、ＰＭの粒子数が減少するように印加電圧をフィードバック制御することで、ＰＭの粒子数を最も減少させることができる電圧を印加することができる。すなわち、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００１０】
また、本発明においては、前記排気通路に設けられ前記電極が設置される処理部と、
前記処理部と前記排気通路との間で電気を絶縁する絶縁部と、
前記処理部を接地させる接地部と、
前記接地部を通る電流を検出する電流検出装置と、
前記電流検出装置により検出される電流にパルス電流が発生したか否か判定する判定装置と、
前記判定装置によりパルス電流が発生したと判定されるまで前記電極に印加する電圧を増加させ、前記判定装置によりパルス電流が発生したと判定された場合に前記電極に印加する電圧を低減させることで、前記電極に印加する電圧をパルス電流が発生する電圧よりも低く調整するパルス電流抑制装置と、
を備え、
前記フィードバック制御装置は、前記パルス電流抑制装置により前記パルス電流が発生するよりも低く調整された電圧を初期値として前記フィードバック制御を開始することができる。
【００１１】
ここで、フィードバック制御装置によるフィードバック制御を開始するときに、印加電圧の初期値が小さいと、印加電圧が増加して一定の値に収束するまでに時間がかかってしまう。印加電圧が収束するまでは、ＰＭの凝集が十分でないため、印加電圧を速やかに収束させることが望ましい。このため、フィードバック制御装置によるフィードバック制御を開始するときの印加電圧の初期値を、パルス電流抑制装置により設定する。
【００１２】
ここで、パルス電流が発生したときには、電極において強い放電が発生していると考えられる。この強い放電によりＰＭが微細化される虞がある。これに対し、パルス電流が発生したときに、印加電圧を低減させることにより、強い放電が発生することを抑制できる。なお、コロナ放電やアーク放電などの強い放電を発生させないような印加電圧であっても、ＰＭを凝集させることはできる。したがって、パルス電流が発生したときに印加電圧を低減させてパルス電流の発生を抑制すれば、ＰＭが微細化されることを抑制しつつＰＭを凝集させることができる。
【００１３】
また、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧をより大きくすることにより、ＰＭがより凝集しやすくなる。すなわち、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧を増加させることにより、ＰＭの凝集を促進させることができる。なお、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧が最大となるようにフィードバック制御を行ってもよい。
【００１４】
このようにして設定される印加電圧は、粒子数検出装置により検出されるＰＭの粒子数が最も少なくなる印加電圧に近い値であると考えられる。このため、パルス電流が発生しない範囲で最大の印加電圧を初期値として、ＰＭの粒子数に基づいた印加電圧のフィードバック制御を開始すれば、ＰＭの粒子数が最も少なくなる印加電圧に速やかに収束させることができる。
【００１５】
なお、電流検出装置は、電極よりも電位の基準点側において電流を検出している。一般に、電極より電源側では、電極より接地側よりも、配線が長かったり、配線を太くしたり
する。また、電極よりも電源側では電荷が蓄えられることもある。そうすると、仮に電極よりも電源側において電流を検出した場合には、電極において強い放電が発生しても、そのときに電流検出装置により検出される電流の上昇および下降が緩慢となる。このため、パルス電流を検出することが困難な場合もある。
【００１６】
一方、電極より接地側では、相対的に配線を短く且つ細くすることができる。このため、電極より接地側において電流を検出した場合には、強い放電が発生したときにパルス電流を検出しやすい。したがって、電極よりも接地側において電流を検出することで、強い放電が発生したことをより確実に検出することができる。
【００１７】
また、絶縁部を備えることにより、接地部以外に電気が流れることを抑制できる。このため、強い放電が発生したときにパルス電流をより正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、粒子状物質の凝集を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る印加電圧の制御フローを示したフローチャートである。
【図３】実施例１に係る印加電圧の他の制御フローを示したフローチャートである。
【図４】実施例２に係る印加電圧の初期値を求めるフローを示したフローチャートである。
【図５】機関回転数と機関負荷とから、ＰＭ粒子数を算出するためのマップの一例を示した図である。
【図６】内燃機関からの排出ガス量とＰＭ粒子数とから、印加電圧を算出するためのマップの一例を示した図である。
【図７】実施例３に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る粒子状物質処理装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２１】
（実施例１）
図１は、本実施例に係る粒子状物質処理装置１の概略構成を示す図である。粒子状物質処理装置１は、例えばガソリン機関の排気通路２に設けられる。なお、ディーゼル機関の排気通路に設けることもできる。
【００２２】
粒子状物質処理装置１は、両端が排気通路２に接続されているハウジング３を備えて構成される。ハウジング３の材料には、ステンレス鋼材を用いている。ハウジング３は、排気通路２よりも直径の大きな中空の円柱形に形成されている。ハウジング３の両端は、端部に近くなるほど断面積が小さくなるテーパ状に形成されている。なお、図１においては、排気が排気通路２を矢印の方向に流れて、ハウジング３内に流入する。このため、ハウジング３は排気通路２の一部としてもよい。なお、本実施例においてはハウジング３が、本発明における処理部に相当する。
【００２３】
排気通路２とハウジング３とは、絶縁部４を介して接続されている。絶縁部４は、電気の絶縁体からなる。絶縁部４は、排気通路２の端部に形成されるフランジ２１と、ハウジング３の端部に形成されるフランジ３１と、に挟まれる。排気通路２とハウジング３とは、たとえばボルト及びナットにより締結される。そして、これらボルト及びナットを介して電気が流れないように、これらボルト及びナットにも絶縁処理を施しておく。このよう
にして、排気通路２とハウジング３との間に電気が流れないようにしている。
【００２４】
ハウジング３には、電極５が取り付けられている。電極５は、ハウジング３の側面を貫通しており、該ハウジング３の側面から該ハウジング３の中心軸方向へ延びて該中心軸近傍において排気の流れの上流側へ折れ曲がり、該中心軸と平行に排気の流れの上流側へ向かって伸びている。このため、電極５の端部はハウジング３の中心軸近傍に位置する。また、電極５とハウジング３との間に電気が流れないように、電極５には電気の絶縁体からなる碍子部５１が設けられている。この碍子部５１は、電極５とハウジング３との間に位置しており、電気を絶縁すると共に、電極５をハウジング３に固定するための機能を有する。
【００２５】
そして、電極５は電源側電線５２を介して電源６に接続されている。電源６は、電極５へ通電すると共に、印加電圧を変更することができる。この電源６は、電線を介して制御装置７及びバッテリ８に接続されている。制御装置７は、電源６が電極５に印加する電圧を制御する。
【００２６】
また、ハウジング３には接地側電線５３が接続されており、該ハウジング３は接地側電線５３を介して接地されている。接地側電線５３には、該接地側電線５３を通る電流を検出する検出装置９が設けられている。検出装置９は、例えば、接地側電線５３の途中に設けられる抵抗の両端の電位差を測定することで電流を検出する。この検出装置９は、電線を介して制御装置７に接続されている。そして、検出装置９により検出される電流が制御装置７に入力される。なお、本実施例においては接地側電線５３が、本発明における接地部に相当する。また、本実施例においては検出装置９が、本発明における電流検出装置に相当する。
【００２７】
また、ハウジング３よりも下流側の排気通路２には、排気中のＰＭの粒子数を検出する粒子数センサ７５が設けられている。この粒子数センサ７５は、排気中の単位体積当たりのＰＭの粒子数を検出する。粒子数センサ７５は、電線を介して制御装置７に接続されている。粒子数センサ７５により検出されたＰＭの粒子数は、制御装置７に入力される。なお、本実施例では粒子数センサ７５が、本発明における粒子数検出装置に相当する。
【００２８】
なお、制御装置７には、アクセル開度センサ７１、クランクポジションセンサ７２、温度センサ７３、エアフローメータ７４が接続されている。アクセル開度センサ７１は、内燃機関が搭載される車両の運転者がアクセルペダルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し、機関負荷を検出する。クランクポジションセンサ７２は、機関回転数を検出する。温度センサ７３は、内燃機関の冷却水の温度または潤滑油の温度を検出することで内燃機関の温度を検出する。エアフローメータ７４は、内燃機関の吸入空気量を検出する。
【００２９】
このように構成された粒子状物質処理装置１では、電源６から電極５へ負の直流高電圧を印加することで、該電極５から電子が放出される。すなわち、ハウジング３よりも電極５のほうの電位を低くすることで、電極５から電子を放出させている。そして、この電子により排気中のＰＭを負に帯電させることができる。負に帯電したＰＭは、クーロン力とガス流によって移動する。そして、ＰＭがハウジング３へ到達すると、ＰＭを負に帯電させた電子は該ハウジング３へと放出される。ハウジング３へ電子を放出したＰＭは凝集して粒子径が大きくなる。また、ＰＭが凝集することで、ＰＭの粒子数は低減する。すなわち、電極５へ電圧を印加することで、ＰＭの粒子径を大きくし且つＰＭの粒子数を低減させることができる。
【００３０】
なお、本実施例では、電極５を排気の流れの上流側に向けて折り曲げているが、これに代えて、下流側に向けて折り曲げてもよい。ここで、本実施例のように、電極５を排気の
流れの上流側に向けて折り曲げると、碍子部５１にＰＭが付着し難い。すなわち、碍子部５１よりも上流側においてＰＭを帯電されることができるため、該ＰＭがハウジング３の内周面に向かう。このため、碍子部５１に衝突するＰＭが減少するので、該碍子部５１にＰＭが付着し難くなる。しかし、電極５を排気の流れの上流側へ向けて折り曲げると、排気の流れから力を受けて電極５が変形し易い。このため、電極５が短い場合に適している。一方、電極５を排気の流れの下流側に向けて折り曲げると、碍子部５１にＰＭが付着し易いが、排気の流れから力を受けても電極５が変形し難い。このため、耐久性及び信頼性が高く、電極５を長くすることができる。
【００３１】
ところで、電極５に印加する負の電圧を大きくすると、電極５からより多くの電子が放出されるため、ＰＭの粒子数をより減少させることができる。しかし、電極５への印加電圧を大きくし過ぎると、コロナ放電やアーク放電などの強い放電が起こり得る。このような強い放電が起こると、高速電子によりＰＭが微細化されてしまう。そうすると、ＰＭの凝集が妨げられてしまう。
【００３２】
そこで本実施例では、粒子数センサ７５により検出されるＰＭの粒子数が減少するように、印加電圧をフィードバック制御する。すなわち、電極５への印加電圧が大きくなることによりＰＭの凝集が促進されるが、印加電圧を大きくしすぎると強い放電によりＰＭが微細化されるため、ＰＭの凝集が最も促進される印加電圧が存在する。そして、ＰＭの凝集が最も促進される印加電圧では、粒子数センサ７５により検出されるＰＭの粒子数が最も少なくなる。したがって、ＰＭの粒子数が最も少なるように印加電圧をフィードバック制御することにより、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００３３】
図２は、本実施例に係る印加電圧の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、制御装置７により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本実施例においては図２に示したフローを処理する制御装置７が、本発明におけるフィードバック制御装置に相当する。
【００３４】
ステップＳ１０１では、電極５への印加電圧が算出される。この印加電圧は、印加電圧のフィードバック制御を開始する際の初期値となる。本フローでは、印加電圧の初期値を比較的小さな値としてフィードバック制御を開始し、印加電圧を上昇させていく。このため、本ステップで算出される印加電圧は、収束すると推定される印加電圧よりも余裕を持たせた低い値に設定される。この印加電圧の初期値は、予め実験等により求めておくことができる。また、印加電圧の初期値を０（Ｖ）としてもよい。
【００３５】
ステップＳ１０２では、粒子数センサ７５により検出されるＰＭの粒子数が取得される。本ステップでは、印加電圧を増加する前のＰＭの粒子数を検出している。本ステップで取得されるＰＭの粒子数を、印加電圧変更前粒子数ＰＭ１とする。
【００３６】
ステップＳ１０３では、電極５への印加電圧が増加される。このときの印加電圧の増加量は、予め設定しておく。
【００３７】
ステップＳ１０４では、粒子数センサ７５により検出されるＰＭの粒子数が取得される。本ステップでは、印加電圧を増加した後のＰＭの粒子数を検出している。本ステップで取得されるＰＭの粒子数を、印加電圧変更後粒子数ＰＭ２とする。
【００３８】
ステップＳ１０５では、印加電圧変更前粒子数ＰＭ１が、印加電圧変更後粒子数ＰＭ２よりも小さいか否か判定している。すなわち、ステップＳ１０３で印加電圧を増加したことにより、ＰＭの粒子数が増加したか否か判定している。ここで、印加電圧を増加したときに、ＰＭの粒子数が増加した場合には、ＰＭの粒子数の極小値を通過したと判定できる
。すなわち、印加電圧の最適値を超えたと判定できる。
【００３９】
ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。
【００４０】
ステップＳ１０６では、電極５への印加電圧が減少される。このときの印加電圧の減少量は、ステップＳ１０３における印加電圧の増加量と同じとする。本ステップでは、印加電圧をステップＳ１０３において増加される前の状態に戻している。すなわち、印加電圧を増加させることにより、印加電圧の最適値を超えてしまったので、印加電圧を増加させる前の状態に戻すことにより、印加電圧を最適値に近づけている。
【００４１】
一方、ステップＳ１０７では、印加電圧変更後粒子数ＰＭ２の値を、印加電圧変更前粒子数ＰＭ１に代入する。すなわち、ステップＳ１０３戻って再度印加電圧が増加されるため、ステップＳ１０４において取得されたＰＭの粒子数を印加電圧変更前粒子数ＰＭ１としている。そして、ステップＳ１０３へ戻る。
【００４２】
このようにして、ＰＭの粒子数が最も少なくなるように印加電圧をフィードバック制御することができる。なお、ステップＳ１０１では、印加電圧の初期値をＰＭの粒子数が最も少なくなる印加電圧よりも低い値に設定しているが、ＰＭの粒子数が最も少なくなる印加電圧よりも高い値に設定することもできる。この場合、印加電圧を減少させていくことも考えられる。この場合のフローを図３に基づいて説明する。
【００４３】
図３は、本実施例に係る印加電圧の他の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、制御装置７により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、図２と同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例においては図３に示したフローを処理する制御装置７も、本発明におけるフィードバック制御装置に相当する。
【００４４】
ここで、ステップＳ１０１では、印加電圧を比較的高い値に設定することができる。そして、ステップＳ１０５で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１では、ステップＳ１０７と同じ処理がなされる。
【００４５】
ステップＳ１１２では、電極５への印加電圧が減少される。すなわち、印加電圧が最適値を超えている状態であるため、印加電圧を減少させる。ステップＳ１１２では、ステップＳ１０６と同じ処理がなされる。
【００４６】
ステップＳ１１３では、粒子数センサ７５により検出されるＰＭの粒子数が取得される。本ステップでは、印加電圧を減少した後のＰＭの粒子数を検出している。本ステップで取得されるＰＭの粒子数を、印加電圧変更後粒子数ＰＭ２とする。
【００４７】
ステップＳ１１４では、印加電圧変更前粒子数ＰＭ１が、印加電圧変更後粒子数ＰＭ２よりも小さいか否か判定している。すなわち、ステップＳ１１２で印加電圧を減少したことにより、ＰＭの粒子数が増加したか否か判定している。ここで、印加電圧を減少したときに、ＰＭの粒子数が増加した場合には、印加電圧を減少しすぎてＰＭの粒子数の極小値を通過したと判定できる。すなわち、印加電圧の最適値を超えたと判定できる。
【００４８】
ステップＳ１１４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１５へ進む。一方、ステップＳ１１４で否定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ戻り、印加電圧の減少が繰り返される。
【００４９】
ステップＳ１１５では、電極５への印加電圧が増加される。このときの印加電圧の増加量は、ステップＳ１０３における印加電圧の増加量と同じとする。本ステップでは、印加電圧をステップＳ１１２において減少される前の状態に戻している。すなわち、印加電圧を減少させることにより、印加電圧の最適値を超えてしまったので、印加電圧を減少させる前の状態に戻すことにより、印加電圧を最適値に近づけている。
【００５０】
以上説明したように本実施例によれば、電極５よりも下流側で検出されるＰＭの粒子数に基づいて印加電圧をフィードバック制御することにより、ＰＭの粒子数をより少なくすることができる。すなわち、ＰＭの凝集をより促進させることができる。
【００５１】
（実施例２）
本実施例２では、実施例１で説明したフィードバック制御を行うときの印加電圧の初期値を、電極５を通る電流に基づいて設定する。その他の装置などは実施例１と同じため説明を省略する。
【００５２】
ここで、電極５に印加する負の電圧を大きくすると、電極５からより多くの電子が放出される。このため、ＰＭの凝集を促進させることができるので、ＰＭの粒子数をより減少させることができる。しかし、電極５への印加電圧を大きくし過ぎると、コロナ放電やアーク放電などの強い放電が起こり得る。このような強い放電が起こると、高速電子によりＰＭが微細化されてしまう。したがって、ＰＭの凝集が最も促進される印加電圧は、コロナ放電などの強い放電が発生する印加電圧の近傍にあると考えられる。
【００５３】
ところで、印加電圧が比較的大きくなると、検出装置９により検出される電流が大きくなると共に、パルス電流が発生する。そして、印加電圧が大きくなるほど、パルス電流が発生する頻度が高くなる。このパルス電流は、コロナ放電などの強い放電により発生する。
【００５４】
そこで本実施例では、パルス電流が発生するまでは、印加電圧を大きくする。そして、パルス電流が発生したときに、印加電圧を小さくすると共に、小さくした後の印加電圧を実施例１で説明したフィードバック制御における印加電圧の初期値とする。なお、パルス電流が発生する前に、パルス電流が発生する予兆を電流から読み取って、パルス電流が発生する前に印加電圧を小さくしてもよい。
【００５５】
図４は、本実施例に係る印加電圧の初期値を求めるフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、制御装置７により所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００５６】
ステップＳ２０１からＳ２０３において、ＰＭ粒子数（個／ｃｍ３）を算出している。このＰＭ粒子数は、内燃機関から排出されるＰＭ粒子数であり、ハウジング３に流入する前のＰＭ粒子数である。ＰＭ粒子数は、機関回転数、機関負荷、及び内燃機関の温度（たとえば、潤滑油の温度または冷却水の温度）と相関関係にあるため、これらの値に基づいて算出する。
【００５７】
このため、ステップＳ２０１では、機関回転数及び機関負荷が取得される。機関回転数は、クランクポジションセンサ７２により検出され、機関負荷は、アクセル開度センサ７１により検出される。また、ステップＳ２０２では、内燃機関の温度が取得される。内燃機関の温度は温度センサ７３により検出される。
【００５８】
ステップＳ２０３では、ＰＭ粒子数が算出される。ここで、図５は、機関回転数と機関負荷とから、ＰＭ粒子数を算出するためのマップの一例を示した図である。この関係は、内燃機関の温度に応じて制御装置７が複数記憶している。そして、検出された内燃機関の
温度に応じたマップを用いて機関回転数及び機関負荷からＰＭ粒子数を求める。このマップは、予め実験等により求められる。なお、このようなマップを用いてＰＭ粒子数を検出してもよいが、ＰＭ粒子数を検出するセンサをハウジング３よりも上流側の排気通路２に取り付けて、該センサによりＰＭ粒子数を検出してもよい。また、電極５に電圧を印加する前の粒子数センサ７５の検出値を用いてもよい。
【００５９】
そして、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で算出されるＰＭ粒子数に基づいて電極５への印加電圧が算出される。この印加電圧は、電極５へ最初に印加する電圧である。そして、ステップＳ２０４で算出される印加電圧を初期値として、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧が最も大きくなるようにフィードバック制御を行う。すなわち、本ステップでは、パルス電流が発生しない範囲で最も大きな印加電圧に到達するまでの時間を短縮するために印加電圧の初期値を設定している。印加電圧の初期値は図６に基づいて設定される。
【００６０】
図６は、内燃機関からの排出ガス量（ｇ／ｓｅｃ）とＰＭ粒子数（×１０５個／ｃｍ３）とから、印加電圧（Ｖ）を算出するためのマップの一例を示した図である。このマップは、予め実験等により求められる。内燃機関からの排出ガス量は、内燃機関の吸入空気量と相関関係にあるため、エアフローメータ７４により検出される吸入空気量に基づいて求めることができる。
【００６１】
ここで、排出ガス量が少ないほど、ＰＭの慣性力が小さくなるため、相対的に静電作用の影響が大きくなる。このため、ＰＭが凝集しやすくなる。したがって、排出ガス量が少ないほど、より小さな印加電圧でＰＭが凝集する。このため、排出ガス量が少ないほど、印加電圧を小さくする。また、ＰＭ粒子数が多いほど、ＰＭ粒子間の距離が短くなるために、相対的に静電作用の影響が大きくなる。このためＰＭ粒子数が多いほど、より小さな印加電圧でＰＭが凝集する。このため、ＰＭ粒子数が多いほど、印加電圧を小さくする。
【００６２】
なお、印加電圧の初期値は、たとえば、ＰＭ粒子数の低減率が所定値（たとえば４０％）となるような値としてもよい。また、印加電圧の初期値を予め定めておいた規定値としてもよい。この規定値は、パルス電流が発生しないように余裕を持たせた値とすることができる。
【００６３】
そして、印加電圧が算出された後、ステップＳ２０５へ進み、電流が取得される。この電流は、検出装置９により検出される値である。
【００６４】
そして、ステップＳ２０６では、電流の高周波成分が存在するか否か判定される。パルス電流は、電流の高周波成分として抽出可能である。そこで、検出装置９により検出される電流をハイパスフィルタに通して、高周波成分を抽出する。そして、ハイパスフィルタを通したことにより高周波成分が抽出された場合に、高周波成分が存在すると判定される。
【００６５】
なお、電流の高周波成分が存在するか否かは、電流の標準偏差が所定値よりも大きいか否かに基づいて判定することもできる。算出された標準偏差が所定値よりも大きいか否か判定し、大きな場合には高周波成分が存在すると判定する。所定値は、高周波成分の有無を判定するための固定値であり、予め実験等により求めておく。また、たとえば、検出電流の上昇率が閾値以上で且つ上昇量が閾値以上の場合に、高周波成分が存在すると判定することもできる。なお、本実施例においてはステップＳ２０６を処理する制御装置７が、本発明における判定装置に相当する。そして、ステップＳ２０６で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０７へ進む。
【００６６】
ステップＳ２０７では、パルス電流の発生を抑制するために、印加電圧が減少される。印加電圧を減少する量は、予め実験等により最適値を求めておいてもよい。なお、本実施例においてはステップＳ２０７を処理する制御装置７が、本発明におけるパルス電流抑制装置に相当する。
【００６７】
そして、ステップＳ２０８では、高周波成分が存在しないか否か判定される。すなわち、印加電圧が減少したことによりパルス電流が発生しなくなったか否か判定している。この判定は、ステップＳ２０６と同様に行う。ステップＳ２０８で肯定判定がなされた場合には、本ルーチンを終了させる。一方、ステップＳ２０８で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０７へ戻り、印加電圧が再度減少される。このように、パルス電流が発生しなくなるまで印加電圧が減少される。
【００６８】
一方、ステップＳ２０６で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０９へ進む。
【００６９】
ステップＳ２０９では、印加電圧が増加される。これにより、ＰＭの凝集を促進させる。印加電圧を増加する量は、予め実験等により最適値を求めておいてもよい。
【００７０】
そして、ステップＳ２１０では、高周波成分が存在するか否か判定される。すなわち、印加電圧が増加したことによりパルス電流が発生したか否か判定している。この判定は、ステップＳ２０６と同様に行う。ステップＳ２１０で肯定判定がなされた場合には、パルス電流の発生を抑制するためにステップＳ２０７へ進む。一方、ステップＳ２１０で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０９へ戻り、印加電圧が再度増加される。このようにして、パルス電流が発生するまで印加電圧が増加される。
【００７１】
このように、印加電圧をフィードバック制御することで、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧を可及的に高くすることができる。そして、ステップＳ２０８で肯定判定がなされたときの印加電圧を、実施例１の図２または図３のステップＳ１０１で算出される印加電圧とする。これにより、ＰＭの粒子数に基づいたフィードバック制御を行ったときに、ＰＭの粒子数が最も少なくなる印加電圧に速やかに収束させることができる。
【００７２】
なお、ステップＳ２０７における印加電圧の減少量及びステップＳ２０９における印加電圧の増加量は、ステップＳ１０３における印加電圧の増加量、ステップＳ１０６における印加電圧の減少量、ステップＳ１１２における印加電圧の減少量、及びステップＳ１１５における印加電圧の増加量よりも大きな値とする。すなわち、図４のフローにおける印加電圧の増減量よりも、図２及び図３のフローにおける印加電圧の増減量のほうを小さくする。これにより、図４のフローを実施することによって、印加電圧の最適値に速やかに近付けることができる。そして、その後に図２及び図３のフローを実施することで、より正確に印加電圧の最適値に近付けることができる。
【００７３】
（実施例３）
ここで、図７は、本実施例３に係る粒子状物質処理装置１００の概略構成を示す図である。図１に示す粒子状物質処理装置１と異なる点について説明する。
【００７４】
図７に示す粒子状物質処理装置１００では、電源６と、電極５と、の間の電源側電線５２に、該電源側電線５２を通る電流を検出する検出装置９が設けられている。このように、検出装置９を電源側電線５２に設けることにより、図１に示される絶縁部４は必要ない。すなわち、ハウジング３から排気通路２側へ電気が流れたとしても、検出装置９によれば電極５を通る電流を検出することができる。
【００７５】
このように構成された粒子状物質処理装置１００においても、粒子数センサ７５により
検出されるＰＭの粒子数に基づいて印加電圧をフィードバック制御することができる。また、電極５を通る電流を検出することができる。しかし、一般に、電源側電線５２のほうが接地側電線５３よりも、径が太く且つ長さが長くなるため、電気的な容量が大きくなる。したがって、コロナ放電などの強い放電が発生したとしても、パルス電流を検出し難くなる。このため、図１に示した粒子状物質処理装置１のほうが、強い放電をより正確に検出することができるので、該強い放電をより効果的に抑制することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１ 粒子状物質処理装置
２ 排気通路
３ ハウジング
４ 絶縁部
５ 電極
６ 電源
７ 制御装置
８ バッテリ
９ 検出装置
２１ フランジ
３１ フランジ
５１ 碍子部
５２ 電源側電線
５３ 接地側電線
７１ アクセル開度センサ
７２ クランクポジションセンサ
７３ 温度センサ
７４ エアフローメータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に放電電極を設け、該放電電極からコロナ放電を発生させることにより粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を帯電させてＰＭを凝集させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このようにＰＭを凝集させることにより、ＰＭの粒子数を減少させることができる。また、ＰＭの粒子径が大きくなるため、下流側にフィルタを設けたときに該フィルタにてＰＭを捕集しやすくなる。
【０００３】
しかし、コロナ放電を発生させると、強い放電に起因する高速電子により、ＰＭが粉砕されてしまい、微細化される。そうすると、ＰＭを凝集させる効果が低くなる。このため、ＰＭの粒子径が小さくなり且つＰＭの粒子数が増加する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９４１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の凝集を促進させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による粒子状物質処理装置は、
内燃機関の排気通路に設けられる電極と、
前記電極に接続され電圧を印加する電源と、
前記電極よりも下流側の粒子状物質の粒子数を検出する粒子数検出装置と、
前記粒子数検出装置により検出される粒子状物質の粒子数が減少するように前記電源から前記電極に印加する電圧をフィードバック制御するフィードバック制御装置と、
を備える。
【０００７】
ここで、電極に電圧を印加すると、ＰＭを帯電させることができる。帯電したＰＭは、クーロン力や排気の流れにより排気通路の内壁へ向かって移動する。排気通路の内壁に到達したＰＭは、排気通路に電子を放出するため、電極よりも接地側に電気が流れる。そして、電子を放出したＰＭは、近くに存在する他のＰＭと凝集するため、粒子数を減少させることができる。
【０００８】
ところで、電極に印加する電圧を大きくすると、電極からより多くの電子が放出される。このため、ＰＭの凝集を促進させることができるので、ＰＭの粒子数をより減少させることができる。しかし、電極への印加電圧を大きくし過ぎると、コロナ放電やアーク放電などの強い放電が起こり得る。このような強い放電が起こると、高速電子によりＰＭが微細化されてしまう。したがって、印加電圧を大きくすれば良いというものでもない。
【０００９】
そこで、フィードバック制御装置は、排気中のＰＭの粒子数に基づいて印加電圧をフィードバック制御する。ＰＭの粒子数は、たとえば排気の単位体積中に含まれるＰＭの粒子数とすることができる。電極に電圧を印加すると、ＰＭが凝集されることにより、ＰＭの
粒子数は減少する。そして、粒子数検出装置は、電極よりも下流側のＰＭの粒子数を検出するため、ＰＭを帯電させた後の粒子数を検出している。したがって、電極への印加電圧を変更することで、粒子数検出装置により検出されるＰＭの粒子数が変わる。そして、ＰＭの凝集が促進されるほど、ＰＭの粒子数は少なくなる。したがって、ＰＭの粒子数が減少するように印加電圧をフィードバック制御することで、ＰＭの粒子数を最も減少させることができる電圧を印加することができる。すなわち、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００１０】
また、本発明においては、前記排気通路に設けられ前記電極が設置される処理部と、
前記処理部と前記排気通路との間で電気を絶縁する絶縁部と、
前記処理部を接地させる接地部と、
前記接地部を通る電流を検出する電流検出装置と、
前記電流検出装置により検出される電流にパルス電流が発生したか否か判定する判定装置と、
前記判定装置によりパルス電流が発生したと判定されるまで前記電極に印加する電圧を増加させ、前記判定装置によりパルス電流が発生したと判定された場合に前記電極に印加する電圧を低減させることで、前記電極に印加する電圧をパルス電流が発生する電圧よりも低く調整するパルス電流抑制装置と、
を備え、
前記フィードバック制御装置は、前記パルス電流抑制装置により前記パルス電流が発生するよりも低く調整された電圧を初期値として前記フィードバック制御を開始することができる。
【００１１】
ここで、フィードバック制御装置によるフィードバック制御を開始するときに、印加電圧の初期値が小さいと、印加電圧が増加して一定の値に収束するまでに時間がかかってしまう。印加電圧が収束するまでは、ＰＭの凝集が十分でないため、印加電圧を速やかに収束させることが望ましい。このため、フィードバック制御装置によるフィードバック制御を開始するときの印加電圧の初期値を、パルス電流抑制装置により設定する。
【００１２】
ここで、パルス電流が発生したときには、電極において強い放電が発生していると考えられる。この強い放電によりＰＭが微細化される虞がある。これに対し、パルス電流が発生したときに、印加電圧を低減させることにより、強い放電が発生することを抑制できる。なお、コロナ放電やアーク放電などの強い放電を発生させないような印加電圧であっても、ＰＭを凝集させることはできる。したがって、パルス電流が発生したときに印加電圧を低減させてパルス電流の発生を抑制すれば、ＰＭが微細化されることを抑制しつつＰＭを凝集させることができる。
【００１３】
また、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧をより大きくすることにより、ＰＭがより凝集しやすくなる。すなわち、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧を増加させることにより、ＰＭの凝集を促進させることができる。なお、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧が最大となるようにフィードバック制御を行ってもよい。
【００１４】
このようにして設定される印加電圧は、粒子数検出装置により検出されるＰＭの粒子数が最も少なくなる印加電圧に近い値であると考えられる。このため、パルス電流が発生しない範囲で最大の印加電圧を初期値として、ＰＭの粒子数に基づいた印加電圧のフィードバック制御を開始すれば、ＰＭの粒子数が最も少なくなる印加電圧に速やかに収束させることができる。
【００１５】
なお、電流検出装置は、電極よりも電位の基準点側において電流を検出している。一般に、電極より電源側では、電極より接地側よりも、配線が長かったり、配線を太くしたり
する。また、電極よりも電源側では電荷が蓄えられることもある。そうすると、仮に電極よりも電源側において電流を検出した場合には、電極において強い放電が発生しても、そのときに電流検出装置により検出される電流の上昇および下降が緩慢となる。このため、パルス電流を検出することが困難な場合もある。
【００１６】
一方、電極より接地側では、相対的に配線を短く且つ細くすることができる。このため、電極より接地側において電流を検出した場合には、強い放電が発生したときにパルス電流を検出しやすい。したがって、電極よりも接地側において電流を検出することで、強い放電が発生したことをより確実に検出することができる。
【００１７】
また、絶縁部を備えることにより、接地部以外に電気が流れることを抑制できる。このため、強い放電が発生したときにパルス電流をより正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、粒子状物質の凝集を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る印加電圧の制御フローを示したフローチャートである。
【図３】実施例１に係る印加電圧の他の制御フローを示したフローチャートである。
【図４】実施例２に係る印加電圧の初期値を求めるフローを示したフローチャートである。
【図５】機関回転数と機関負荷とから、ＰＭ粒子数を算出するためのマップの一例を示した図である。
【図６】内燃機関からの排出ガス量とＰＭ粒子数とから、印加電圧を算出するためのマップの一例を示した図である。
【図７】実施例３に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る粒子状物質処理装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２１】
（実施例１）
図１は、本実施例に係る粒子状物質処理装置１の概略構成を示す図である。粒子状物質処理装置１は、例えばガソリン機関の排気通路２に設けられる。なお、ディーゼル機関の排気通路に設けることもできる。
【００２２】
粒子状物質処理装置１は、両端が排気通路２に接続されているハウジング３を備えて構成される。ハウジング３の材料には、ステンレス鋼材を用いている。ハウジング３は、排気通路２よりも直径の大きな中空の円柱形に形成されている。ハウジング３の両端は、端部に近くなるほど断面積が小さくなるテーパ状に形成されている。なお、図１においては、排気が排気通路２を矢印の方向に流れて、ハウジング３内に流入する。このため、ハウジング３は排気通路２の一部としてもよい。なお、本実施例においてはハウジング３が、本発明における処理部に相当する。
【００２３】
排気通路２とハウジング３とは、絶縁部４を介して接続されている。絶縁部４は、電気の絶縁体からなる。絶縁部４は、排気通路２の端部に形成されるフランジ２１と、ハウジング３の端部に形成されるフランジ３１と、に挟まれる。排気通路２とハウジング３とは、たとえばボルト及びナットにより締結される。そして、これらボルト及びナットを介して電気が流れないように、これらボルト及びナットにも絶縁処理を施しておく。このよう
にして、排気通路２とハウジング３との間に電気が流れないようにしている。
【００２４】
ハウジング３には、電極５が取り付けられている。電極５は、ハウジング３の側面を貫通しており、該ハウジング３の側面から該ハウジング３の中心軸方向へ延びて該中心軸近傍において排気の流れの上流側へ折れ曲がり、該中心軸と平行に排気の流れの上流側へ向かって伸びている。このため、電極５の端部はハウジング３の中心軸近傍に位置する。また、電極５とハウジング３との間に電気が流れないように、電極５には電気の絶縁体からなる碍子部５１が設けられている。この碍子部５１は、電極５とハウジング３との間に位置しており、電気を絶縁すると共に、電極５をハウジング３に固定するための機能を有する。
【００２５】
そして、電極５は電源側電線５２を介して電源６に接続されている。電源６は、電極５へ通電すると共に、印加電圧を変更することができる。この電源６は、電線を介して制御装置７及びバッテリ８に接続されている。制御装置７は、電源６が電極５に印加する電圧を制御する。
【００２６】
また、ハウジング３には接地側電線５３が接続されており、該ハウジング３は接地側電線５３を介して接地されている。接地側電線５３には、該接地側電線５３を通る電流を検出する検出装置９が設けられている。検出装置９は、例えば、接地側電線５３の途中に設けられる抵抗の両端の電位差を測定することで電流を検出する。この検出装置９は、電線を介して制御装置７に接続されている。そして、検出装置９により検出される電流が制御装置７に入力される。なお、本実施例においては接地側電線５３が、本発明における接地部に相当する。また、本実施例においては検出装置９が、本発明における電流検出装置に相当する。
【００２７】
また、ハウジング３よりも下流側の排気通路２には、排気中のＰＭの粒子数を検出する粒子数センサ７５が設けられている。この粒子数センサ７５は、排気中の単位体積当たりのＰＭの粒子数を検出する。粒子数センサ７５は、電線を介して制御装置７に接続されている。粒子数センサ７５により検出されたＰＭの粒子数は、制御装置７に入力される。なお、本実施例では粒子数センサ７５が、本発明における粒子数検出装置に相当する。
【００２８】
なお、制御装置７には、アクセル開度センサ７１、クランクポジションセンサ７２、温度センサ７３、エアフローメータ７４が接続されている。アクセル開度センサ７１は、内燃機関が搭載される車両の運転者がアクセルペダルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し、機関負荷を検出する。クランクポジションセンサ７２は、機関回転数を検出する。温度センサ７３は、内燃機関の冷却水の温度または潤滑油の温度を検出することで内燃機関の温度を検出する。エアフローメータ７４は、内燃機関の吸入空気量を検出する。
【００２９】
このように構成された粒子状物質処理装置１では、電源６から電極５へ負の直流高電圧を印加することで、該電極５から電子が放出される。すなわち、ハウジング３よりも電極５のほうの電位を低くすることで、電極５から電子を放出させている。そして、この電子により排気中のＰＭを負に帯電させることができる。負に帯電したＰＭは、クーロン力とガス流によって移動する。そして、ＰＭがハウジング３へ到達すると、ＰＭを負に帯電させた電子は該ハウジング３へと放出される。ハウジング３へ電子を放出したＰＭは凝集して粒子径が大きくなる。また、ＰＭが凝集することで、ＰＭの粒子数は低減する。すなわち、電極５へ電圧を印加することで、ＰＭの粒子径を大きくし且つＰＭの粒子数を低減させることができる。
【００３０】
なお、本実施例では、電極５を排気の流れの上流側に向けて折り曲げているが、これに代えて、下流側に向けて折り曲げてもよい。ここで、本実施例のように、電極５を排気の
流れの上流側に向けて折り曲げると、碍子部５１にＰＭが付着し難い。すなわち、碍子部５１よりも上流側においてＰＭを帯電されることができるため、該ＰＭがハウジング３の内周面に向かう。このため、碍子部５１に衝突するＰＭが減少するので、該碍子部５１にＰＭが付着し難くなる。しかし、電極５を排気の流れの上流側へ向けて折り曲げると、排気の流れから力を受けて電極５が変形し易い。このため、電極５が短い場合に適している。一方、電極５を排気の流れの下流側に向けて折り曲げると、碍子部５１にＰＭが付着し易いが、排気の流れから力を受けても電極５が変形し難い。このため、耐久性及び信頼性が高く、電極５を長くすることができる。
【００３１】
ところで、電極５に印加する負の電圧を大きくすると、電極５からより多くの電子が放出されるため、ＰＭの粒子数をより減少させることができる。しかし、電極５への印加電圧を大きくし過ぎると、コロナ放電やアーク放電などの強い放電が起こり得る。このような強い放電が起こると、高速電子によりＰＭが微細化されてしまう。そうすると、ＰＭの凝集が妨げられてしまう。
【００３２】
そこで本実施例では、粒子数センサ７５により検出されるＰＭの粒子数が減少するように、印加電圧をフィードバック制御する。すなわち、電極５への印加電圧が大きくなることによりＰＭの凝集が促進されるが、印加電圧を大きくしすぎると強い放電によりＰＭが微細化されるため、ＰＭの凝集が最も促進される印加電圧が存在する。そして、ＰＭの凝集が最も促進される印加電圧では、粒子数センサ７５により検出されるＰＭの粒子数が最も少なくなる。したがって、ＰＭの粒子数が最も少なるように印加電圧をフィードバック制御することにより、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００３３】
図２は、本実施例に係る印加電圧の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、制御装置７により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本実施例においては図２に示したフローを処理する制御装置７が、本発明におけるフィードバック制御装置に相当する。
【００３４】
ステップＳ１０１では、電極５への印加電圧が算出される。この印加電圧は、印加電圧のフィードバック制御を開始する際の初期値となる。本フローでは、印加電圧の初期値を比較的小さな値としてフィードバック制御を開始し、印加電圧を上昇させていく。このため、本ステップで算出される印加電圧は、収束すると推定される印加電圧よりも余裕を持たせた低い値に設定される。この印加電圧の初期値は、予め実験等により求めておくことができる。また、印加電圧の初期値を０（Ｖ）としてもよい。
【００３５】
ステップＳ１０２では、粒子数センサ７５により検出されるＰＭの粒子数が取得される。本ステップでは、印加電圧を増加する前のＰＭの粒子数を検出している。本ステップで取得されるＰＭの粒子数を、印加電圧変更前粒子数ＰＭ１とする。
【００３６】
ステップＳ１０３では、電極５への印加電圧が増加される。このときの印加電圧の増加量は、予め設定しておく。
【００３７】
ステップＳ１０４では、粒子数センサ７５により検出されるＰＭの粒子数が取得される。本ステップでは、印加電圧を増加した後のＰＭの粒子数を検出している。本ステップで取得されるＰＭの粒子数を、印加電圧変更後粒子数ＰＭ２とする。
【００３８】
ステップＳ１０５では、印加電圧変更前粒子数ＰＭ１が、印加電圧変更後粒子数ＰＭ２よりも小さいか否か判定している。すなわち、ステップＳ１０３で印加電圧を増加したことにより、ＰＭの粒子数が増加したか否か判定している。ここで、印加電圧を増加したときに、ＰＭの粒子数が増加した場合には、ＰＭの粒子数の極小値を通過したと判定できる
。すなわち、印加電圧の最適値を超えたと判定できる。
【００３９】
ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。
【００４０】
ステップＳ１０６では、電極５への印加電圧が減少される。このときの印加電圧の減少量は、ステップＳ１０３における印加電圧の増加量と同じとする。本ステップでは、印加電圧をステップＳ１０３において増加される前の状態に戻している。すなわち、印加電圧を増加させることにより、印加電圧の最適値を超えてしまったので、印加電圧を増加させる前の状態に戻すことにより、印加電圧を最適値に近づけている。
【００４１】
一方、ステップＳ１０７では、印加電圧変更後粒子数ＰＭ２の値を、印加電圧変更前粒子数ＰＭ１に代入する。すなわち、ステップＳ１０３戻って再度印加電圧が増加されるため、ステップＳ１０４において取得されたＰＭの粒子数を印加電圧変更前粒子数ＰＭ１としている。そして、ステップＳ１０３へ戻る。
【００４２】
このようにして、ＰＭの粒子数が最も少なくなるように印加電圧をフィードバック制御することができる。なお、ステップＳ１０１では、印加電圧の初期値をＰＭの粒子数が最も少なくなる印加電圧よりも低い値に設定しているが、ＰＭの粒子数が最も少なくなる印加電圧よりも高い値に設定することもできる。この場合、印加電圧を減少させていくことも考えられる。この場合のフローを図３に基づいて説明する。
【００４３】
図３は、本実施例に係る印加電圧の他の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、制御装置７により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、図２と同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例においては図３に示したフローを処理する制御装置７も、本発明におけるフィードバック制御装置に相当する。
【００４４】
ここで、ステップＳ１０１では、印加電圧を比較的高い値に設定することができる。そして、ステップＳ１０５で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１では、ステップＳ１０７と同じ処理がなされる。
【００４５】
ステップＳ１１２では、電極５への印加電圧が減少される。すなわち、印加電圧が最適値を超えている状態であるため、印加電圧を減少させる。ステップＳ１１２では、ステップＳ１０６と同じ処理がなされる。
【００４６】
ステップＳ１１３では、粒子数センサ７５により検出されるＰＭの粒子数が取得される。本ステップでは、印加電圧を減少した後のＰＭの粒子数を検出している。本ステップで取得されるＰＭの粒子数を、印加電圧変更後粒子数ＰＭ２とする。
【００４７】
ステップＳ１１４では、印加電圧変更前粒子数ＰＭ１が、印加電圧変更後粒子数ＰＭ２よりも小さいか否か判定している。すなわち、ステップＳ１１２で印加電圧を減少したことにより、ＰＭの粒子数が増加したか否か判定している。ここで、印加電圧を減少したときに、ＰＭの粒子数が増加した場合には、印加電圧を減少しすぎてＰＭの粒子数の極小値を通過したと判定できる。すなわち、印加電圧の最適値を超えたと判定できる。
【００４８】
ステップＳ１１４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１５へ進む。一方、ステップＳ１１４で否定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ戻り、印加電圧の減少が繰り返される。
【００４９】
ステップＳ１１５では、電極５への印加電圧が増加される。このときの印加電圧の増加量は、ステップＳ１０３における印加電圧の増加量と同じとする。本ステップでは、印加電圧をステップＳ１１２において減少される前の状態に戻している。すなわち、印加電圧を減少させることにより、印加電圧の最適値を超えてしまったので、印加電圧を減少させる前の状態に戻すことにより、印加電圧を最適値に近づけている。
【００５０】
以上説明したように本実施例によれば、電極５よりも下流側で検出されるＰＭの粒子数に基づいて印加電圧をフィードバック制御することにより、ＰＭの粒子数をより少なくすることができる。すなわち、ＰＭの凝集をより促進させることができる。
【００５１】
（実施例２）
本実施例２では、実施例１で説明したフィードバック制御を行うときの印加電圧の初期値を、電極５を通る電流に基づいて設定する。その他の装置などは実施例１と同じため説明を省略する。
【００５２】
ここで、電極５に印加する負の電圧を大きくすると、電極５からより多くの電子が放出される。このため、ＰＭの凝集を促進させることができるので、ＰＭの粒子数をより減少させることができる。しかし、電極５への印加電圧を大きくし過ぎると、コロナ放電やアーク放電などの強い放電が起こり得る。このような強い放電が起こると、高速電子によりＰＭが微細化されてしまう。したがって、ＰＭの凝集が最も促進される印加電圧は、コロナ放電などの強い放電が発生する印加電圧の近傍にあると考えられる。
【００５３】
ところで、印加電圧が比較的大きくなると、検出装置９により検出される電流が大きくなると共に、パルス電流が発生する。そして、印加電圧が大きくなるほど、パルス電流が発生する頻度が高くなる。このパルス電流は、コロナ放電などの強い放電により発生する。
【００５４】
そこで本実施例では、パルス電流が発生するまでは、印加電圧を大きくする。そして、パルス電流が発生したときに、印加電圧を小さくすると共に、小さくした後の印加電圧を実施例１で説明したフィードバック制御における印加電圧の初期値とする。なお、パルス電流が発生する前に、パルス電流が発生する予兆を電流から読み取って、パルス電流が発生する前に印加電圧を小さくしてもよい。
【００５５】
図４は、本実施例に係る印加電圧の初期値を求めるフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、制御装置７により所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００５６】
ステップＳ２０１からＳ２０３において、ＰＭ粒子数（個／ｃｍ３）を算出している。このＰＭ粒子数は、内燃機関から排出されるＰＭ粒子数であり、ハウジング３に流入する前のＰＭ粒子数である。ＰＭ粒子数は、機関回転数、機関負荷、及び内燃機関の温度（たとえば、潤滑油の温度または冷却水の温度）と相関関係にあるため、これらの値に基づいて算出する。
【００５７】
このため、ステップＳ２０１では、機関回転数及び機関負荷が取得される。機関回転数は、クランクポジションセンサ７２により検出され、機関負荷は、アクセル開度センサ７１により検出される。また、ステップＳ２０２では、内燃機関の温度が取得される。内燃機関の温度は温度センサ７３により検出される。
【００５８】
ステップＳ２０３では、ＰＭ粒子数が算出される。ここで、図５は、機関回転数と機関負荷とから、ＰＭ粒子数を算出するためのマップの一例を示した図である。この関係は、内燃機関の温度に応じて制御装置７が複数記憶している。そして、検出された内燃機関の
温度に応じたマップを用いて機関回転数及び機関負荷からＰＭ粒子数を求める。このマップは、予め実験等により求められる。なお、このようなマップを用いてＰＭ粒子数を検出してもよいが、ＰＭ粒子数を検出するセンサをハウジング３よりも上流側の排気通路２に取り付けて、該センサによりＰＭ粒子数を検出してもよい。また、電極５に電圧を印加する前の粒子数センサ７５の検出値を用いてもよい。
【００５９】
そして、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で算出されるＰＭ粒子数に基づいて電極５への印加電圧が算出される。この印加電圧は、電極５へ最初に印加する電圧である。そして、ステップＳ２０４で算出される印加電圧を初期値として、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧が最も大きくなるようにフィードバック制御を行う。すなわち、本ステップでは、パルス電流が発生しない範囲で最も大きな印加電圧に到達するまでの時間を短縮するために印加電圧の初期値を設定している。印加電圧の初期値は図６に基づいて設定される。
【００６０】
図６は、内燃機関からの排出ガス量（ｇ／ｓｅｃ）とＰＭ粒子数（×１０５個／ｃｍ３）とから、印加電圧（Ｖ）を算出するためのマップの一例を示した図である。このマップは、予め実験等により求められる。内燃機関からの排出ガス量は、内燃機関の吸入空気量と相関関係にあるため、エアフローメータ７４により検出される吸入空気量に基づいて求めることができる。
【００６１】
ここで、排出ガス量が少ないほど、ＰＭの慣性力が小さくなるため、相対的に静電作用の影響が大きくなる。このため、ＰＭが凝集しやすくなる。したがって、排出ガス量が少ないほど、より小さな印加電圧でＰＭが凝集する。このため、排出ガス量が少ないほど、印加電圧を小さくする。また、ＰＭ粒子数が多いほど、ＰＭ粒子間の距離が短くなるために、相対的に静電作用の影響が大きくなる。このためＰＭ粒子数が多いほど、より小さな印加電圧でＰＭが凝集する。このため、ＰＭ粒子数が多いほど、印加電圧を小さくする。
【００６２】
なお、印加電圧の初期値は、たとえば、ＰＭ粒子数の低減率が所定値（たとえば４０％）となるような値としてもよい。また、印加電圧の初期値を予め定めておいた規定値としてもよい。この規定値は、パルス電流が発生しないように余裕を持たせた値とすることができる。
【００６３】
そして、印加電圧が算出された後、ステップＳ２０５へ進み、電流が取得される。この電流は、検出装置９により検出される値である。
【００６４】
そして、ステップＳ２０６では、電流の高周波成分が存在するか否か判定される。パルス電流は、電流の高周波成分として抽出可能である。そこで、検出装置９により検出される電流をハイパスフィルタに通して、高周波成分を抽出する。そして、ハイパスフィルタを通したことにより高周波成分が抽出された場合に、高周波成分が存在すると判定される。
【００６５】
なお、電流の高周波成分が存在するか否かは、電流の標準偏差が所定値よりも大きいか否かに基づいて判定することもできる。算出された標準偏差が所定値よりも大きいか否か判定し、大きな場合には高周波成分が存在すると判定する。所定値は、高周波成分の有無を判定するための固定値であり、予め実験等により求めておく。また、たとえば、検出電流の上昇率が閾値以上で且つ上昇量が閾値以上の場合に、高周波成分が存在すると判定することもできる。なお、本実施例においてはステップＳ２０６を処理する制御装置７が、本発明における判定装置に相当する。そして、ステップＳ２０６で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０７へ進む。
【００６６】
ステップＳ２０７では、パルス電流の発生を抑制するために、印加電圧が減少される。印加電圧を減少する量は、予め実験等により最適値を求めておいてもよい。なお、本実施例においてはステップＳ２０７を処理する制御装置７が、本発明におけるパルス電流抑制装置に相当する。
【００６７】
そして、ステップＳ２０８では、高周波成分が存在しないか否か判定される。すなわち、印加電圧が減少したことによりパルス電流が発生しなくなったか否か判定している。この判定は、ステップＳ２０６と同様に行う。ステップＳ２０８で肯定判定がなされた場合には、本ルーチンを終了させる。一方、ステップＳ２０８で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０７へ戻り、印加電圧が再度減少される。このように、パルス電流が発生しなくなるまで印加電圧が減少される。
【００６８】
一方、ステップＳ２０６で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０９へ進む。
【００６９】
ステップＳ２０９では、印加電圧が増加される。これにより、ＰＭの凝集を促進させる。印加電圧を増加する量は、予め実験等により最適値を求めておいてもよい。
【００７０】
そして、ステップＳ２１０では、高周波成分が存在するか否か判定される。すなわち、印加電圧が増加したことによりパルス電流が発生したか否か判定している。この判定は、ステップＳ２０６と同様に行う。ステップＳ２１０で肯定判定がなされた場合には、パルス電流の発生を抑制するためにステップＳ２０７へ進む。一方、ステップＳ２１０で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０９へ戻り、印加電圧が再度増加される。このようにして、パルス電流が発生するまで印加電圧が増加される。
【００７１】
このように、印加電圧をフィードバック制御することで、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧を可及的に高くすることができる。そして、ステップＳ２０８で肯定判定がなされたときの印加電圧を、実施例１の図２または図３のステップＳ１０１で算出される印加電圧とする。これにより、ＰＭの粒子数に基づいたフィードバック制御を行ったときに、ＰＭの粒子数が最も少なくなる印加電圧に速やかに収束させることができる。
【００７２】
なお、ステップＳ２０７における印加電圧の減少量及びステップＳ２０９における印加電圧の増加量は、ステップＳ１０３における印加電圧の増加量、ステップＳ１０６における印加電圧の減少量、ステップＳ１１２における印加電圧の減少量、及びステップＳ１１５における印加電圧の増加量よりも大きな値とする。すなわち、図４のフローにおける印加電圧の増減量よりも、図２及び図３のフローにおける印加電圧の増減量のほうを小さくする。これにより、図４のフローを実施することによって、印加電圧の最適値に速やかに近付けることができる。そして、その後に図２及び図３のフローを実施することで、より正確に印加電圧の最適値に近付けることができる。
【００７３】
（実施例３）
ここで、図７は、本実施例３に係る粒子状物質処理装置１００の概略構成を示す図である。図１に示す粒子状物質処理装置１と異なる点について説明する。
【００７４】
図７に示す粒子状物質処理装置１００では、電源６と、電極５と、の間の電源側電線５２に、該電源側電線５２を通る電流を検出する検出装置９が設けられている。このように、検出装置９を電源側電線５２に設けることにより、図１に示される絶縁部４は必要ない。すなわち、ハウジング３から排気通路２側へ電気が流れたとしても、検出装置９によれば電極５を通る電流を検出することができる。
【００７５】
このように構成された粒子状物質処理装置１００においても、粒子数センサ７５により
検出されるＰＭの粒子数に基づいて印加電圧をフィードバック制御することができる。また、電極５を通る電流を検出することができる。しかし、一般に、電源側電線５２のほうが接地側電線５３よりも、径が太く且つ長さが長くなるため、電気的な容量が大きくなる。したがって、コロナ放電などの強い放電が発生したとしても、パルス電流を検出し難くなる。このため、図１に示した粒子状物質処理装置１のほうが、強い放電をより正確に検出することができるので、該強い放電をより効果的に抑制することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１ 粒子状物質処理装置
２ 排気通路
３ ハウジング
４ 絶縁部
５ 電極
６ 電源
７ 制御装置
８ バッテリ
９ 検出装置
２１ フランジ
３１ フランジ
５１ 碍子部
５２ 電源側電線
５３ 接地側電線
７１ アクセル開度センサ
７２ クランクポジションセンサ
７３ 温度センサ
７４ エアフローメータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられる電極と、
前記電極に接続され電圧を印加する電源と、
前記電極よりも下流側の粒子状物質の粒子数を検出する粒子数検出装置と、
前記粒子数検出装置により検出される粒子状物質の粒子数が減少するように前記電源から前記電極に印加する電圧をフィードバック制御するフィードバック制御装置と、
を備える粒子状物質処理装置。
【請求項２】
前記排気通路に設けられ前記電極が設置される処理部と、
前記処理部と前記排気通路との間で電気を絶縁する絶縁部と、
前記処理部を接地させる接地部と、
前記接地部を通る電流を検出する電流検出装置と、
前記電流検出装置により検出される電流にパルス電流が発生したか否か判定する判定装置と、
前記判定装置によりパルス電流が発生したと判定されるまで前記電極に印加する電圧を増加させ、前記判定装置によりパルス電流が発生したと判定された場合に前記電極に印加する電圧を低減させることで、前記電極に印加する電圧をパルス電流が発生する電圧よりも低く調整するパルス電流抑制装置と、
を備え、
前記フィードバック制御装置は、前記パルス電流抑制装置により前記パルス電流が発生するよりも低く調整された電圧を初期値として前記フィードバック制御を開始する請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられる電極と、
前記電極に接続され電圧を印加する電源と、
前記電極よりも下流側の粒子状物質の粒子数を検出する粒子数検出装置と、
前記粒子数検出装置により検出される粒子状物質の粒子数が減少するように前記電源から前記電極に印加する電圧をフィードバック制御するフィードバック制御装置と、
を備える粒子状物質処理装置。
【請求項２】
前記排気通路に設けられ前記電極が設置される処理部と、
前記処理部と前記排気通路との間で電気を絶縁する絶縁部と、
前記処理部を接地させる接地部と、
前記接地部を通る電流を検出する電流検出装置と、
前記電流検出装置により検出される電流にパルス電流が発生したか否か判定する判定装置と、
前記判定装置によりパルス電流が発生したと判定されるまで前記電極に印加する電圧を増加させ、前記判定装置によりパルス電流が発生したと判定された場合に前記電極に印加する電圧を低減させることで、前記電極に印加する電圧をパルス電流が発生する電圧よりも低く調整するパルス電流抑制装置と、
を備え、
前記フィードバック制御装置は、前記パルス電流抑制装置により前記パルス電流が発生するよりも低く調整された電圧を初期値として前記フィードバック制御を開始する請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１９３７０３（Ｐ２０１２−１９３７０３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５９４３１（Ｐ２０１１−５９４３１）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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