粒子状物質処理装置
【課題】電極に付着した凝縮水により過大な電流が通ることを抑制する。
【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、電極を通る電流を検出する検出装置と、検出装置により検出される電流が所定値以上の場合に、電源から電極に供給する電力に上限を設定する電力上限設定装置と、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、電極を通る電流を検出する検出装置と、検出装置により検出される電流が所定値以上の場合に、電源から電極に供給する電力に上限を設定する電力上限設定装置と、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】
放電電極を通る電流が所定値以上のときに、該放電電極に粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）が付着していると判定し、放電電極からＰＭを除去するために印加電圧を増加させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。なお、電極から付着物を除去することを、電極の再生という。
【０００３】
また、機関始動直後に排気管内に発生した凝縮水がセンサ電極部に付着することによるこのセンサ電極部の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサの故障を判定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
また、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ＰＭ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３参照。）。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。
【０００５】
ここで、排気中に含まれる水が凝縮して電極に付着すると、凝縮水を介して電極と排気通路との間に電気が流れる。このため、電極を通る電流が大きくなり、電源や電極、その他の回路などの粒子状物質処理装置を構成する部材が劣化したり、故障したりする虞がある。また、大きな電流に耐え得るように装置を構成すると、コストアップとなる。さらに、電流が増加すると消費電力が大きくなるため、燃費が悪化する虞もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１０５０８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７５９１７号公報
【特許文献３】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】
【０００７】
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、その目的は、電極に付着した凝縮水により過大な電流が通ることを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、
前記電極を通る電流を検出する検出装置と、
前記検出装置により検出される電流が所定値以上の場合に、前記電源から前記電極に供給する電力に上限を設定する電力上限設定装置と、
を備える。
【０００９】
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。
【００１０】
ところで、電極に水が付着すると、排気中に浮遊しているＰＭを帯電させることが困難となるので、ＰＭを凝集させることが困難となる。一方、電極に付着した水を介して電極と排気通路との間に電気が流れると、検出装置により検出される電流が大きくなる。そして、電極に付着している水を介して通る電流は、排気中に浮遊しているＰＭを凝集するときに通る電流よりもはるかに大きい。
【００１１】
凝縮水を介して電極と排気通路との間に過大な電気が流れると、電源や電極などの粒子状物質処理装置を構成する部材が劣化したり、故障したりする虞がある。これに対し電力上限設定装置は、検出装置により検出される電流が所定値以上の場合に電力供給量に上限を設定する。すなわち、電極に水が付着したために電流が大きくなったとしても、電力が上限に達した場合に電流がさらに大きくなると電圧は小さくなる。電圧が小さくなることで電極から電子が放出され難くなるため、電流を抑制できるので、電極や電源などに過大な電流が通ることを抑制できる。また、電力に上限を設定しつつ電極に電圧を印加させておくことができるため、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００１２】
また、本発明においては、前記電源から前記電極に供給する電力が前記上限に達した後に、該電力が上限よりも低下した場合に、前記電極から水が除去されたと判定する水除去判定装置を備えることができる。
【００１３】
電極に水が付着したとしても、その後に排気通路や電極の温度が上昇すれば、電極から水が蒸発する。電極から水が蒸発した後に、印加電圧を適正な値に設定することにより、ＰＭの凝集を促進させることができる。ここで、電流が大きくなっている間は、印加電圧が低減されることにより、供給電力が前記上限で一定となるが、電極から水が除去されると、電流が小さくなり印加電圧が大きくなる。ここで、印加電圧は、もともと設定されている印加電圧よりも大きくならないため、電流が小さくなるにしたがって電力が小さくなる。この関係に基づいて、電極から水が除去されたと判定することができる。
【００１４】
本発明においては、前記検出装置により検出される電流に基づいて電気抵抗を算出する電気抵抗算出装置と、
前記電源から前記電極に供給する電力が前記上限に達した後に、前記電気抵抗算出装置により算出される電気抵抗が、所定値以上となった場合に、前記電極から水が除去されたと判定する水除去判定装置と、
を備えることができる。
【００１５】
ここで、電極に水が付着すると、電気抵抗が小さくなる。この電気抵抗は、印加電圧と検出される電流とに基づいて算出することができる。したがって、算出される電気抵抗に基づいて、電極に水が付着しているか否か判定することができる。そして、電極から水が除去されたときの電気抵抗を所定値として予め設定しておけば、電気抵抗が所定値以上となった場合に、電極から水が除去されたと判定できる。これにより、印加電圧を速やかに適正な値とすることができるため、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００１６】
本発明においては、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記電極から蒸発する水の量を推定する推定装置と、
前記電源から前記電極に供給する電力が前記上限に達した後に、前記推定装置により推定される水の量が所定値以上となった場合に、前記電極から水が除去されたと判定する水除去判定装置と、
を備えることができる。
【００１７】
ここで、内燃機関の運転状態に応じて排気通路や電極の温度が変化するため、該内燃機関の運転状態に基づいて、電極に付着した水の蒸発量を算出することができる。そして、電極に付着する水の量には限度があるため、この限度を所定値として設定しておけば、蒸発したと推定される水の量が所定値以上となった場合に、電極から水が除去されたと判定できる。これにより、印加電圧を速やかに適正な値とすることができるため、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００１８】
なお、電極に付着している水の量を推定し、該水の量が所定値以下となった場合に、前記電極から水が除去されたと判定することもできる。この所定値は、電極から水が除去されたとすることのできる水の付着量、または電極に電圧を印加しても過大な電流が流れない水の付着量とすることができる。この場合の所定値は０としてもよい。
【００１９】
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パルス電流判定装置と、
を備え、
前記検出装置は、前記接地部にて電流を検出し、
前記検出装置により検出される電流が、前記所定値未満の場合には、前記パルス電流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、前記パルス電流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を備えることができる。
【００２０】
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。
【００２１】
このため、電圧を印加したときに強い放電が発生しないように印加電圧を設定する。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。ここで、接地部において電流を検出している場合には、電極において強い放電が発生したときに、パルス電流が検出される。すなわち、パルス電流が発生しないように電圧を印加すれば、強い放電が発生することを抑制できる。
【００２２】
たとえば、印加電圧を徐々に増加させていき、パルス電流が発生したときに印加電圧を低減させる。これにより、強い放電が発生することを抑制できるため、ＰＭが微細化されることを抑制できる。
【００２３】
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。このため、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。
【００２４】
なお、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
そして、電極から水が除去された後であれば、パルス電流が検出されるまで印加電圧を大きくしても、過大な電流が通ることもないため、最適な印加電圧に調整し得る。なお、電極から水が除去された後に検出されるパルス電流の最大値は、電極に水が付着しているときに検出される電流よりも小さい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、電極に付着した凝縮水により過大な電流が通ることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例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２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４】実施例３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５】実施例４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６】実施例５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。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、機関温度センサ７３、エアフローメータ７４、外気温度センサ７５、排気通路温度センサ７６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。機関温度センサ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。外気温度センサ７５は、外気の温度を検出する。また、排気通路温度センサ７６は、ハウジング３よりも上流側の排気通路２に取り付けられており、該排気通路２の温度を検出する。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
ところで、碍子部５１を含む電極５に、排気通路２内で凝縮した水が付着すると、電極５の絶縁性が低下する。そして、この水を介して電極５とハウジング３との間に電気が流れ得る。このため、電極５を通る電流が大きくなり、電源６や電極５、その他の回路などの粒子状物質処理装置１を構成する部材が劣化したり、故障したりする虞がある。また、水を介して電気が流れるので、電極５から放出される電子が減少するため、排気中に浮遊しているＰＭを帯電させることが困難となり、ＰＭを凝集させることが困難となる。
【００４１】
そこで、電極５に水が付着していることを検出装置９により検出される電流に基づいて判定し、電極５に水が付着していると判定される場合に、電源６から供給する電力に上限を設ける。このように電力に上限を設定すると、電力が上限となっているときには、電流が増加したときに電圧が減少するため、電流の増加が抑制される。したがって、電流の増加を抑制することで、上記装置を保護することができる。また、電極５へは電力が供給されるため、ＰＭの凝集を継続することができる。ここで、電極５とハウジング３との間に水を介して電気が流れていないときには、排気中に浮遊するＰＭ量に応じて電流が変化する。このときに検出される電流は、比較的小さい。一方、電極５に付着している水を介して電流が通るときに検出される電流は、比較的大きい。したがって、検出電流が所定値以上の場合に電極５に水が付着していると判定できる。所定値は、電極５に付着している水を介して電流が通るときの検出電流の下限値として予め実験等により求めておく。なお、電力の上限は、予め実験等により最適値を求めておくことができる。
【００４２】
一方、電極５に水が付着していない場合には、印加電圧の目標値を算出し、該印加電圧の目標値となるように電圧を印加する。このときには、排気中のＰＭの粒子数に応じた電流が電極５を通る。
【００４３】
なお、本実施例では絶縁部４を備えているため、排気通路２へ電気が通ることが抑制される。したがって、電極５に付着した水及び排気中に浮遊するＰＭを介してハウジング３へ通る電流は、検出装置９により検出される。また、接地側電線５３において電流を検出することで、電流の検出精度を高めることができる。一般に、接地側電線５３よりも、電源側電線５２のほうの、配線が長かったり、配線を太くしたりする。そうすると、仮に電源側電線５２において電流を検出した場合には、実際の電流の変化に対して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、電流の検出精度が低くなる虞がある。
【００４４】
一方、接地側電線５３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、接地側電線５３において電流を検出したほうが、実際の電流の変化に対する応答性が高い。したがって、接地側電線５３において電流を検出することで、より正確に電流を検出することができる。ただし、電源側電線５２において電流を検出することもできる。
【００４５】
次に、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。
【００４６】
ステップＳ１０１では、内燃機関の運転状態が取得される。たとえば、機関回転数、機関負荷、内燃機関の温度など、これ以降の処理に必要となる値が読み込まれる。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、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）を機関温度センサ７３により検出する。
【００４７】
ステップＳ１０２では、電極５への印加電圧が算出される。印加電圧は、推定されるＰＭ粒子数（個／ｃｍ３）に応じて設定する。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。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を内燃機関の温度に応じて複数記憶しておき、該マップに基づいてＰＭ粒子数を算出してもよい。
【００４８】
なお、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。
【００４９】
そして、該ＰＭ粒子数及び内燃機関の排出ガス量（ｇ／ｓｅｃ）に基づいて印加電圧を算出する。この関係は予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。内燃機関の排出ガス量は、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。
【００５０】
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。
【００５１】
また、印加電圧は、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、印加電圧を予め定めておいた規定値としてもよい。さらに、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧を可及的に大きくしても良い。
【００５２】
そして、印加電圧が算出された後、この電圧を印加して、ステップＳ１０３へ進み、検出電流が取得される。この検出電流は、検出装置９により検出される値である。
【００５３】
ステップＳ１０４では、外気温度が取得される。この外気温度は、外気温度センサ７５により得る。
【００５４】
ステップＳ１０５では、排気通路２の温度が取得される。この排気通路２の温度は、排気通路温度センサ７６により得る。なお、内燃機関の運転状態や外気温度に基づいて、排気通路２の温度を推定してもよい。
【００５５】
ステップＳ１０６では、凝縮水が生成されているか推定される。これは、排気通路２の中で凝縮水が生成される条件が成立しているか否かに基づいて推定される。本ステップでは、電極５に水が付着しているか推定しているのではなく、排気通路２内に液体の水が存在するか推定している。凝縮水が生成されるのは、排気通路２の温度が比較的低いときであるため、該排気通路２の温度が閾値以下のときにおいて凝縮水が生成していると推定することができる。この閾値は、凝縮水が生成される排気通路２の温度の上限値として予め実験等により求めておく。また、内燃機関の始動から所定の期間は凝縮水が生成されると推定してもよい。さらに、排気通路２内に水が凝縮するか否かは、排気の温度、外気の温度、内燃機関の運転状態などによって決まるため、凝縮水が生成する条件をマップ化しておいてもよい。また、周知の技術により、凝縮水が生成されるか推定してもよい。
【００５６】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６において凝縮水が生成されたと推定されたか否か判定される。すなわち、電極５に水が付着する虞があるか否か判定される。ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、否定判定がなされた場合には電極５に付着した水を介して電流が通る虞がないため、本ルーチンを終了させる。なお、本ステップで凝縮水が生成されたか否か判定するのは、たとえば、電極５に付着したＰＭや、排気中に含まれる未燃燃料の影響により検出電流が大きくなることもあり得るため、これらと区別するためである。
【００５７】
ステップＳ１０８では、ステップＳ１０３で取得される検出電流が、所定値Ａ以上であるか否か判定される。この所定値Ａは、電極５に水が付着しているときに検出される電流の下限値であり、電極５に水が付着していないときに検出される電流よりも十分に大きな値である。ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、否定判定がなされた場合には電極５に水が付着していないため本ルーチンを終了させる。
【００５８】
ステップＳ１０９では、電源６から電極５へ供給する電力の上限である最大供給電力が設定される。これにより、過大な電流が流れることを抑制できる。なお、本実施例においてはステップＳ１０９を処理する制御装置７が、本発明における電力上限設定装置に相当する。
【００５９】
以上説明したように本実施例によれば、電極５に水が付着しているときには、印加電圧に上限を設けるため、過大な電流が流れることを抑制できる。これにより、粒子状物質処理装置１が劣化したり又は故障したりすることを抑制できる。
【００６０】
（実施例２）
本実施例では、印加電圧に上限が設けられた後に、通常の印加電圧に戻すときの条件を設定している。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。
【００６１】
ここで、内燃機関の運転時間が長くなると、排気通路２内の凝縮水が蒸発する。したがって、電極５に水が付着していても、時間の経過によりこの水が除去される。このようにして水が除去されたときに、速やかに印加電圧を大きくすることにより、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００６２】
そして、電極５に水が付着しているときには、電流が大きくなるため、電極５に供給される電力は、最大供給電力で一定となる。一方、電極５から水が除去されると、供給電力が最大供給電力よりも小さくなる。すなわち、供給電力が最大供給電力よりも小さくなった場合に、電極５から水が除去されたと判定できる。
【００６３】
次に、図３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。また、実施例１に示したフロー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。
【００６４】
本ルーチンでは、ステップＳ１０９に次いで、ステップＳ２０１が実行される。ステップＳ２０１では、電極５に供給される電力が所定値Ｂ未満であるか否か判定される。なお、所定値Ｂは、ステップＳ１０９において設定される最大供給電力に対して誤差の影響を考慮した値であり、最大供給電力よりも小さな値である。なお、所定値Ｂを最大供給電力と等しいとしても良い。本ステップでは、電極５から水が除去されか否か判定される。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ戻る。なお、本実施例においてはステップＳ２０１を処
理する制御装置７が、本発明における水除去判定装置に相当する。
【００６５】
ステップＳ２０２では、電極５への印加電圧が算出される。このときの印加電圧は、ステップＳ１０２と同様にして算出してもよい。また、以下のようにして印加電圧を算出しても良い。
【００６６】
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の凝集を促進させるためには、コロナ放電などの強い放電が起こるよりも低い電圧に調節するとよい。ここで、コロナ放電などの強い放電が発生すると、検出装置９によりパルス電流が検出される。
【００６７】
そこで本実施例では、印加電圧をパルス電流が発生しない範囲に調節してもよい。この場合、パルス電流が発生する印加電圧よりも小さな電圧を電極５に印加する。これにより、パルス電流が発生することを抑制し、ＰＭの粒子数が増加することを抑制する。このため、パルス電流が発生するまで印加電圧を大きくし、該パルス電流が発生し始める印加電圧を検出する。なお、本実施例ではパルス電流が発生し始める印加電圧を検出する制御装置７が、本発明におけるパルス電流判定装置に相当する。そして、パルス電流が発生した場合に電極５に印加する電圧を低減させることで、該電極５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。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印加電圧を検出してもよい。また、パルス電流が発生するか否かの境界となる印加電圧としてもよい。なお、本実施例ではこのように印加電圧を制御する制御装置７が、本発明におけるパルス電流抑制装置に相当する。
【００６８】
なお、本実施例では絶縁部４を備えており、さらに接地側電線５３において電流を検出しているため、より正確にパルス電流を検出することができる。
【００６９】
以上説明したように本実施例によれば、電極５に水が付着しているときには、過大な電流が通らないように最大供給電力を設定することにより、ＰＭを凝集させつつ装置の故障が発生することを抑制できる。また、供給電力に基づいて電極５から水が蒸発したことを判定できるため、水が蒸発した後にすぐに適正な電圧の印加を開始することができるため、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００７０】
（実施例３）
本実施例では、印加電圧に上限が設けられた後に、通常の印加電圧に戻すときの条件を、電極５に付着していた水の蒸発量に基づいて設定している。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。
【００７１】
ここで、内燃機関の運転時間が長くなると、排気通路２内の凝縮水が蒸発する。したがって、電極５に水が付着していても、時間の経過によりこの水が除去される。このようにして水が除去されたときに、速やかに印加電圧を大きくすることにより、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００７２】
そして、電極５に付着していた水の蒸発量は、排気の温度、外気の温度、内燃機関の運転状態などによって決まる。これらの関係を予め実験等により求めておいてもよい。これらの関係をマップ化しておいてもよい。また、周知の技術により、水の蒸発量を求めてもよい。この水の蒸発量が十分多くなった場合に、電極５から水が除去されたと考える。
【００７３】
次に、図４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。また、実施例１，２に示したフロー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。
【００７４】
本ルーチンでは、ステップＳ１０９に次いで、ステップＳ３０１が実行される。ステップＳ３０１では、電極５に付着していた水の蒸発量が算出される。水の蒸発量は、予め記憶されているマップに基づいて算出される。なお、本実施例においてはステップＳ３０１を処理する制御装置７が、本発明における推定装置に相当する。
【００７５】
ステップＳ３０２では、ステップＳ３０１で算出される蒸発量が所定値Ｃ以上であるか否か判定される。所定値Ｃは、電極５に付着している水の蒸発量として必要十分である値として予め実験等により求めておく。すなわち、電極５に付着している水の量を算出していないため、現時点で電極５に残存している水の量を算出することはできないが、電極５に付着し得る水の量には限度があるため、この限度の付着量以上の水が蒸発したと判定されれば、電極５には水が残存しないことになる。すなわち、本ステップでは、電極５から水が除去されか否か判定される。ステップＳ３０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０１へ戻る。なお、本実施例においてはステップＳ３０２を処理する制御装置７が、本発明における水除去判定装置に相当する。
【００７６】
以上説明したように本実施例によれば、電極５に水が付着しているときには、過大な電流が通らないように最大供給電力を設定することにより、ＰＭを凝集させつつ装置の故障が発生することを抑制できる。また、水の蒸発量に基づいて、電極５から水が蒸発したことを判定できるため、水が蒸発した後すぐに適正な電圧の印加を開始することができるので、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００７７】
（実施例４）
本実施例では、印加電圧に上限が設けられた後に、通常の印加電圧に戻すときの条件を、電気抵抗に基づいて設定している。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。
【００７８】
ここで、電極５に付着している水の量に応じて電気抵抗が変化する。すなわち、水が存在しないときには電気抵抗が大きくなるが、水が存在して該水を介して電極５とハウジング３との間に電気が流れると電気抵抗が小さくなる。したがって、電気抵抗が大きくなれば、電極５に付着していた水が蒸発し、電極５の絶縁性が回復したと推定できる。
【００７９】
次に、図５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。また、実施例１−３に示したフロー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。
【００８０】
ステップＳ４０１では、電気抵抗Ｒが算出される。電気抵抗Ｒは、電極５とハウジング３との間の電気抵抗としても良く、回路全体の電気抵抗としても良い。電気抵抗Ｒは、検出電流と、印加電圧とに基づいて算出される。他の機器や電線の電気抵抗を予め実験等により求めておいてもよい。なお、本実施例ではステップＳ４０１を処理する制御装置７が、本発明における電気抵抗算出装置に相当する。
【００８１】
ステップＳ４０２では、ステップＳ４０１で算出される電気抵抗Ｒが所定値Ｄ以上であ
るか否か判定される。本ステップでは、電極５に付着していた水が蒸発して、電気抵抗Ｒが十分に大きくなっているか否か判定している。すなわち、所定値Ｄは、電極５に付着していた水が蒸発したときの電気抵抗の下限値である。そして、電気抵抗Ｒが所定値Ｄ以上である場合には、電極５から水が除去されたと判定することができる。ステップＳ４０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進む。一方、ステップＳ４０２で否定判定がなされた場合にはステップＳ４０１へ戻る。すなわち、電気抵抗Ｒが所定値Ｄ以上となるまで、繰り返し電気抵抗Ｒが算出される。なお、本実施例ではステップＳ４０２を処理する制御装置７が、本発明における水除去判定装置に相当する。
【００８２】
以上説明したように本実施例によれば、電極５に水が付着しているときには、過大な電流が通らないように最大供給電力を設定することにより、ＰＭを凝集させつつ装置の故障が発生することを抑制できる。また、電気抵抗に基づいて、電極５から水が蒸発したことを判定できるため、水が蒸発した後すぐに適正な電圧の印加を開始することができるので、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００８３】
（実施例５）
本実施例では、電極５にＰＭが付着しているのか又は水が付着しているのかを判断し、電極５にＰＭが付着している場合には、電極５の再生を行う。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。
【００８４】
ここで、電極５にＰＭが付着した場合には、水が付着した場合と同様に、過大な電流が通る虞がある。このため、電極５にＰＭが付着して検出電流が大きくなった場合には、電極５の再生を行う。ここで、電極５に水が付着する条件は限られているため、この条件が成立していないときに検出電流が大きくなった場合には、電極５にＰＭが付着していると考えられる。したがって、電極５に水が付着している場合と、ＰＭが付着している場合と、を区別することができる。
【００８５】
図６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。また、実施例１−４に示したフロー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。
【００８６】
ステップＳ５０１では、電極５に水が到達する条件が成立しているか推定される。たとえば、排気通路２内に凝縮水が存在しており、且つ、アクセル開度が大きくなって排気の量が増加したときに、排気通路２の壁面に付着していた凝縮水が飛散して電極５に付着する。このように、凝縮水が存在する条件と、凝縮水が電極５に到達する条件と、が共に成立したときに電極５に水が到達すると推定される。そして、排気通路２に凝縮水が存在するか否かは、前記ステップＳ１０６と同様にして推定することができる。また、水が電極５に到達するか否かは、たとえばエアフローメータ７４により検出される吸入空気量に基づいて推定する。たとえば、吸入空気量が閾値以上の場合に水が電極５に到達すると判定される。なお、本ステップでは、電極５に付着する水の量を推定してもよい。この量は、内燃機関の運転状態などに基づいて周知の技術により推定することができる。たとえば、排気中の存在する液滴の水が所定の割合で電極５に付着するものと仮定してもよい。
【００８７】
ステップＳ５０２では、ステップＳ５０１において電極５に水が到達する条件が成立していると推定されたか否か判定される。なお、本ステップでは、電極５に付着している水の量が閾値以上であるか否か判定してもよい。この閾値は、検出電流が所定値Ａとなる水の付着量である。ここで、ステップＳ１０８において検出電流が所定値Ａ以上と判定されているため、電極５に水かＰＭの何れかが付着していると考えられる。そして、電極５に水が到達する条件が成立していると推定される場合には、電極５に水が付着することにより検出電流が大きくなっているものと考えられる。したがって、ステップＳ５０２で肯定
判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、最大供給電力が設定される。一方、ステップＳ５０２で否定判定がなされた場合には、電極５にＰＭが付着していると考えられるため、ステップＳ５０３へ進んで電極５の再生が行われる。
【００８８】
ここで、電極５の再生は、碍子部５１を含む電極５に付着しているＰＭなどの付着物を除去するための処理である。たとえば、電極５を短絡させることにより、該電極５の温度を上昇させて付着物を燃焼または蒸発させて除去する。なお、ＰＭを速やかに酸化させるためには、排気中の酸素濃度が高いほうがよい。このため、電極５を短絡させる前または短絡させているときに、排気中の酸素濃度が高くなるようにしてもよい。排気中の酸素濃度を高くするために、たとえば、車両の駆動源として内燃機関及びモータを備えるハイブリッド車においては、内燃機関に燃料を供給せずにモータにより内燃機関のクランク軸を回転させてもよい。これにより、内燃機関から空気を排出することができるため、排気中の酸素濃度を高めることができる。また、内燃機関を停止させる前に機関回転数を一旦上昇させ、該機関回転数が高い状態のときに燃料の供給を停止することで、排気通路内に空気を排出させることができる。そして、その後に内燃機関が停止したときに電極５を短絡させればよい。また、減速運転中のフューエルカット時には、排気中の酸素濃度が高くなるため、このときに電極５を短絡させてもよい。
【００８９】
以上説明したように本実施例によれば、電極５にＰＭが付着している場合と、水が付着している場合と、を区別することができる。電極５にＰＭが付着している場合には、電極５の再生が行われるため、過大な電流が通るのを抑制すると共に、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【符号の説明】
【００９０】
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 機関温度センサ
７４ エアフローメータ
７５ 外気温度センサ
７６ 排気通路温度センサ
【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】
放電電極を通る電流が所定値以上のときに、該放電電極に粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）が付着していると判定し、放電電極からＰＭを除去するために印加電圧を増加させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。なお、電極から付着物を除去することを、電極の再生という。
【０００３】
また、機関始動直後に排気管内に発生した凝縮水がセンサ電極部に付着することによるこのセンサ電極部の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサの故障を判定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
また、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ＰＭ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３参照。）。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。
【０００５】
ここで、排気中に含まれる水が凝縮して電極に付着すると、凝縮水を介して電極と排気通路との間に電気が流れる。このため、電極を通る電流が大きくなり、電源や電極、その他の回路などの粒子状物質処理装置を構成する部材が劣化したり、故障したりする虞がある。また、大きな電流に耐え得るように装置を構成すると、コストアップとなる。さらに、電流が増加すると消費電力が大きくなるため、燃費が悪化する虞もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１０５０８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７５９１７号公報
【特許文献３】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】
【０００７】
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、その目的は、電極に付着した凝縮水により過大な電流が通ることを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、
前記電極を通る電流を検出する検出装置と、
前記検出装置により検出される電流が所定値以上の場合に、前記電源から前記電極に供給する電力に上限を設定する電力上限設定装置と、
を備える。
【０００９】
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。
【００１０】
ところで、電極に水が付着すると、排気中に浮遊しているＰＭを帯電させることが困難となるので、ＰＭを凝集させることが困難となる。一方、電極に付着した水を介して電極と排気通路との間に電気が流れると、検出装置により検出される電流が大きくなる。そして、電極に付着している水を介して通る電流は、排気中に浮遊しているＰＭを凝集するときに通る電流よりもはるかに大きい。
【００１１】
凝縮水を介して電極と排気通路との間に過大な電気が流れると、電源や電極などの粒子状物質処理装置を構成する部材が劣化したり、故障したりする虞がある。これに対し電力上限設定装置は、検出装置により検出される電流が所定値以上の場合に電力供給量に上限を設定する。すなわち、電極に水が付着したために電流が大きくなったとしても、電力が上限に達した場合に電流がさらに大きくなると電圧は小さくなる。電圧が小さくなることで電極から電子が放出され難くなるため、電流を抑制できるので、電極や電源などに過大な電流が通ることを抑制できる。また、電力に上限を設定しつつ電極に電圧を印加させておくことができるため、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００１２】
また、本発明においては、前記電源から前記電極に供給する電力が前記上限に達した後に、該電力が上限よりも低下した場合に、前記電極から水が除去されたと判定する水除去判定装置を備えることができる。
【００１３】
電極に水が付着したとしても、その後に排気通路や電極の温度が上昇すれば、電極から水が蒸発する。電極から水が蒸発した後に、印加電圧を適正な値に設定することにより、ＰＭの凝集を促進させることができる。ここで、電流が大きくなっている間は、印加電圧が低減されることにより、供給電力が前記上限で一定となるが、電極から水が除去されると、電流が小さくなり印加電圧が大きくなる。ここで、印加電圧は、もともと設定されている印加電圧よりも大きくならないため、電流が小さくなるにしたがって電力が小さくなる。この関係に基づいて、電極から水が除去されたと判定することができる。
【００１４】
本発明においては、前記検出装置により検出される電流に基づいて電気抵抗を算出する電気抵抗算出装置と、
前記電源から前記電極に供給する電力が前記上限に達した後に、前記電気抵抗算出装置により算出される電気抵抗が、所定値以上となった場合に、前記電極から水が除去されたと判定する水除去判定装置と、
を備えることができる。
【００１５】
ここで、電極に水が付着すると、電気抵抗が小さくなる。この電気抵抗は、印加電圧と検出される電流とに基づいて算出することができる。したがって、算出される電気抵抗に基づいて、電極に水が付着しているか否か判定することができる。そして、電極から水が除去されたときの電気抵抗を所定値として予め設定しておけば、電気抵抗が所定値以上となった場合に、電極から水が除去されたと判定できる。これにより、印加電圧を速やかに適正な値とすることができるため、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００１６】
本発明においては、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記電極から蒸発する水の量を推定する推定装置と、
前記電源から前記電極に供給する電力が前記上限に達した後に、前記推定装置により推定される水の量が所定値以上となった場合に、前記電極から水が除去されたと判定する水除去判定装置と、
を備えることができる。
【００１７】
ここで、内燃機関の運転状態に応じて排気通路や電極の温度が変化するため、該内燃機関の運転状態に基づいて、電極に付着した水の蒸発量を算出することができる。そして、電極に付着する水の量には限度があるため、この限度を所定値として設定しておけば、蒸発したと推定される水の量が所定値以上となった場合に、電極から水が除去されたと判定できる。これにより、印加電圧を速やかに適正な値とすることができるため、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００１８】
なお、電極に付着している水の量を推定し、該水の量が所定値以下となった場合に、前記電極から水が除去されたと判定することもできる。この所定値は、電極から水が除去されたとすることのできる水の付着量、または電極に電圧を印加しても過大な電流が流れない水の付着量とすることができる。この場合の所定値は０としてもよい。
【００１９】
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パルス電流判定装置と、
を備え、
前記検出装置は、前記接地部にて電流を検出し、
前記検出装置により検出される電流が、前記所定値未満の場合には、前記パルス電流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、前記パルス電流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を備えることができる。
【００２０】
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。
【００２１】
このため、電圧を印加したときに強い放電が発生しないように印加電圧を設定する。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。ここで、接地部において電流を検出している場合には、電極において強い放電が発生したときに、パルス電流が検出される。すなわち、パルス電流が発生しないように電圧を印加すれば、強い放電が発生することを抑制できる。
【００２２】
たとえば、印加電圧を徐々に増加させていき、パルス電流が発生したときに印加電圧を低減させる。これにより、強い放電が発生することを抑制できるため、ＰＭが微細化されることを抑制できる。
【００２３】
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。このため、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。
【００２４】
なお、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
そして、電極から水が除去された後であれば、パルス電流が検出されるまで印加電圧を大きくしても、過大な電流が通ることもないため、最適な印加電圧に調整し得る。なお、電極から水が除去された後に検出されるパルス電流の最大値は、電極に水が付着しているときに検出される電流よりも小さい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、電極に付着した凝縮水により過大な電流が通ることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例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２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４】実施例３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５】実施例４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６】実施例５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。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、機関温度センサ７３、エアフローメータ７４、外気温度センサ７５、排気通路温度センサ７６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。機関温度センサ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。外気温度センサ７５は、外気の温度を検出する。また、排気通路温度センサ７６は、ハウジング３よりも上流側の排気通路２に取り付けられており、該排気通路２の温度を検出する。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
ところで、碍子部５１を含む電極５に、排気通路２内で凝縮した水が付着すると、電極５の絶縁性が低下する。そして、この水を介して電極５とハウジング３との間に電気が流れ得る。このため、電極５を通る電流が大きくなり、電源６や電極５、その他の回路などの粒子状物質処理装置１を構成する部材が劣化したり、故障したりする虞がある。また、水を介して電気が流れるので、電極５から放出される電子が減少するため、排気中に浮遊しているＰＭを帯電させることが困難となり、ＰＭを凝集させることが困難となる。
【００４１】
そこで、電極５に水が付着していることを検出装置９により検出される電流に基づいて判定し、電極５に水が付着していると判定される場合に、電源６から供給する電力に上限を設ける。このように電力に上限を設定すると、電力が上限となっているときには、電流が増加したときに電圧が減少するため、電流の増加が抑制される。したがって、電流の増加を抑制することで、上記装置を保護することができる。また、電極５へは電力が供給されるため、ＰＭの凝集を継続することができる。ここで、電極５とハウジング３との間に水を介して電気が流れていないときには、排気中に浮遊するＰＭ量に応じて電流が変化する。このときに検出される電流は、比較的小さい。一方、電極５に付着している水を介して電流が通るときに検出される電流は、比較的大きい。したがって、検出電流が所定値以上の場合に電極５に水が付着していると判定できる。所定値は、電極５に付着している水を介して電流が通るときの検出電流の下限値として予め実験等により求めておく。なお、電力の上限は、予め実験等により最適値を求めておくことができる。
【００４２】
一方、電極５に水が付着していない場合には、印加電圧の目標値を算出し、該印加電圧の目標値となるように電圧を印加する。このときには、排気中のＰＭの粒子数に応じた電流が電極５を通る。
【００４３】
なお、本実施例では絶縁部４を備えているため、排気通路２へ電気が通ることが抑制される。したがって、電極５に付着した水及び排気中に浮遊するＰＭを介してハウジング３へ通る電流は、検出装置９により検出される。また、接地側電線５３において電流を検出することで、電流の検出精度を高めることができる。一般に、接地側電線５３よりも、電源側電線５２のほうの、配線が長かったり、配線を太くしたりする。そうすると、仮に電源側電線５２において電流を検出した場合には、実際の電流の変化に対して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、電流の検出精度が低くなる虞がある。
【００４４】
一方、接地側電線５３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、接地側電線５３において電流を検出したほうが、実際の電流の変化に対する応答性が高い。したがって、接地側電線５３において電流を検出することで、より正確に電流を検出することができる。ただし、電源側電線５２において電流を検出することもできる。
【００４５】
次に、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。
【００４６】
ステップＳ１０１では、内燃機関の運転状態が取得される。たとえば、機関回転数、機関負荷、内燃機関の温度など、これ以降の処理に必要となる値が読み込まれる。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、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）を機関温度センサ７３により検出する。
【００４７】
ステップＳ１０２では、電極５への印加電圧が算出される。印加電圧は、推定されるＰＭ粒子数（個／ｃｍ３）に応じて設定する。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。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を内燃機関の温度に応じて複数記憶しておき、該マップに基づいてＰＭ粒子数を算出してもよい。
【００４８】
なお、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。
【００４９】
そして、該ＰＭ粒子数及び内燃機関の排出ガス量（ｇ／ｓｅｃ）に基づいて印加電圧を算出する。この関係は予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。内燃機関の排出ガス量は、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。
【００５０】
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。
【００５１】
また、印加電圧は、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、印加電圧を予め定めておいた規定値としてもよい。さらに、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧を可及的に大きくしても良い。
【００５２】
そして、印加電圧が算出された後、この電圧を印加して、ステップＳ１０３へ進み、検出電流が取得される。この検出電流は、検出装置９により検出される値である。
【００５３】
ステップＳ１０４では、外気温度が取得される。この外気温度は、外気温度センサ７５により得る。
【００５４】
ステップＳ１０５では、排気通路２の温度が取得される。この排気通路２の温度は、排気通路温度センサ７６により得る。なお、内燃機関の運転状態や外気温度に基づいて、排気通路２の温度を推定してもよい。
【００５５】
ステップＳ１０６では、凝縮水が生成されているか推定される。これは、排気通路２の中で凝縮水が生成される条件が成立しているか否かに基づいて推定される。本ステップでは、電極５に水が付着しているか推定しているのではなく、排気通路２内に液体の水が存在するか推定している。凝縮水が生成されるのは、排気通路２の温度が比較的低いときであるため、該排気通路２の温度が閾値以下のときにおいて凝縮水が生成していると推定することができる。この閾値は、凝縮水が生成される排気通路２の温度の上限値として予め実験等により求めておく。また、内燃機関の始動から所定の期間は凝縮水が生成されると推定してもよい。さらに、排気通路２内に水が凝縮するか否かは、排気の温度、外気の温度、内燃機関の運転状態などによって決まるため、凝縮水が生成する条件をマップ化しておいてもよい。また、周知の技術により、凝縮水が生成されるか推定してもよい。
【００５６】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６において凝縮水が生成されたと推定されたか否か判定される。すなわち、電極５に水が付着する虞があるか否か判定される。ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、否定判定がなされた場合には電極５に付着した水を介して電流が通る虞がないため、本ルーチンを終了させる。なお、本ステップで凝縮水が生成されたか否か判定するのは、たとえば、電極５に付着したＰＭや、排気中に含まれる未燃燃料の影響により検出電流が大きくなることもあり得るため、これらと区別するためである。
【００５７】
ステップＳ１０８では、ステップＳ１０３で取得される検出電流が、所定値Ａ以上であるか否か判定される。この所定値Ａは、電極５に水が付着しているときに検出される電流の下限値であり、電極５に水が付着していないときに検出される電流よりも十分に大きな値である。ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、否定判定がなされた場合には電極５に水が付着していないため本ルーチンを終了させる。
【００５８】
ステップＳ１０９では、電源６から電極５へ供給する電力の上限である最大供給電力が設定される。これにより、過大な電流が流れることを抑制できる。なお、本実施例においてはステップＳ１０９を処理する制御装置７が、本発明における電力上限設定装置に相当する。
【００５９】
以上説明したように本実施例によれば、電極５に水が付着しているときには、印加電圧に上限を設けるため、過大な電流が流れることを抑制できる。これにより、粒子状物質処理装置１が劣化したり又は故障したりすることを抑制できる。
【００６０】
（実施例２）
本実施例では、印加電圧に上限が設けられた後に、通常の印加電圧に戻すときの条件を設定している。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。
【００６１】
ここで、内燃機関の運転時間が長くなると、排気通路２内の凝縮水が蒸発する。したがって、電極５に水が付着していても、時間の経過によりこの水が除去される。このようにして水が除去されたときに、速やかに印加電圧を大きくすることにより、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００６２】
そして、電極５に水が付着しているときには、電流が大きくなるため、電極５に供給される電力は、最大供給電力で一定となる。一方、電極５から水が除去されると、供給電力が最大供給電力よりも小さくなる。すなわち、供給電力が最大供給電力よりも小さくなった場合に、電極５から水が除去されたと判定できる。
【００６３】
次に、図３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。また、実施例１に示したフロー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。
【００６４】
本ルーチンでは、ステップＳ１０９に次いで、ステップＳ２０１が実行される。ステップＳ２０１では、電極５に供給される電力が所定値Ｂ未満であるか否か判定される。なお、所定値Ｂは、ステップＳ１０９において設定される最大供給電力に対して誤差の影響を考慮した値であり、最大供給電力よりも小さな値である。なお、所定値Ｂを最大供給電力と等しいとしても良い。本ステップでは、電極５から水が除去されか否か判定される。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ戻る。なお、本実施例においてはステップＳ２０１を処
理する制御装置７が、本発明における水除去判定装置に相当する。
【００６５】
ステップＳ２０２では、電極５への印加電圧が算出される。このときの印加電圧は、ステップＳ１０２と同様にして算出してもよい。また、以下のようにして印加電圧を算出しても良い。
【００６６】
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の凝集を促進させるためには、コロナ放電などの強い放電が起こるよりも低い電圧に調節するとよい。ここで、コロナ放電などの強い放電が発生すると、検出装置９によりパルス電流が検出される。
【００６７】
そこで本実施例では、印加電圧をパルス電流が発生しない範囲に調節してもよい。この場合、パルス電流が発生する印加電圧よりも小さな電圧を電極５に印加する。これにより、パルス電流が発生することを抑制し、ＰＭの粒子数が増加することを抑制する。このため、パルス電流が発生するまで印加電圧を大きくし、該パルス電流が発生し始める印加電圧を検出する。なお、本実施例ではパルス電流が発生し始める印加電圧を検出する制御装置７が、本発明におけるパルス電流判定装置に相当する。そして、パルス電流が発生した場合に電極５に印加する電圧を低減させることで、該電極５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。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印加電圧を検出してもよい。また、パルス電流が発生するか否かの境界となる印加電圧としてもよい。なお、本実施例ではこのように印加電圧を制御する制御装置７が、本発明におけるパルス電流抑制装置に相当する。
【００６８】
なお、本実施例では絶縁部４を備えており、さらに接地側電線５３において電流を検出しているため、より正確にパルス電流を検出することができる。
【００６９】
以上説明したように本実施例によれば、電極５に水が付着しているときには、過大な電流が通らないように最大供給電力を設定することにより、ＰＭを凝集させつつ装置の故障が発生することを抑制できる。また、供給電力に基づいて電極５から水が蒸発したことを判定できるため、水が蒸発した後にすぐに適正な電圧の印加を開始することができるため、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００７０】
（実施例３）
本実施例では、印加電圧に上限が設けられた後に、通常の印加電圧に戻すときの条件を、電極５に付着していた水の蒸発量に基づいて設定している。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。
【００７１】
ここで、内燃機関の運転時間が長くなると、排気通路２内の凝縮水が蒸発する。したがって、電極５に水が付着していても、時間の経過によりこの水が除去される。このようにして水が除去されたときに、速やかに印加電圧を大きくすることにより、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００７２】
そして、電極５に付着していた水の蒸発量は、排気の温度、外気の温度、内燃機関の運転状態などによって決まる。これらの関係を予め実験等により求めておいてもよい。これらの関係をマップ化しておいてもよい。また、周知の技術により、水の蒸発量を求めてもよい。この水の蒸発量が十分多くなった場合に、電極５から水が除去されたと考える。
【００７３】
次に、図４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。また、実施例１，２に示したフロー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。
【００７４】
本ルーチンでは、ステップＳ１０９に次いで、ステップＳ３０１が実行される。ステップＳ３０１では、電極５に付着していた水の蒸発量が算出される。水の蒸発量は、予め記憶されているマップに基づいて算出される。なお、本実施例においてはステップＳ３０１を処理する制御装置７が、本発明における推定装置に相当する。
【００７５】
ステップＳ３０２では、ステップＳ３０１で算出される蒸発量が所定値Ｃ以上であるか否か判定される。所定値Ｃは、電極５に付着している水の蒸発量として必要十分である値として予め実験等により求めておく。すなわち、電極５に付着している水の量を算出していないため、現時点で電極５に残存している水の量を算出することはできないが、電極５に付着し得る水の量には限度があるため、この限度の付着量以上の水が蒸発したと判定されれば、電極５には水が残存しないことになる。すなわち、本ステップでは、電極５から水が除去されか否か判定される。ステップＳ３０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０１へ戻る。なお、本実施例においてはステップＳ３０２を処理する制御装置７が、本発明における水除去判定装置に相当する。
【００７６】
以上説明したように本実施例によれば、電極５に水が付着しているときには、過大な電流が通らないように最大供給電力を設定することにより、ＰＭを凝集させつつ装置の故障が発生することを抑制できる。また、水の蒸発量に基づいて、電極５から水が蒸発したことを判定できるため、水が蒸発した後すぐに適正な電圧の印加を開始することができるので、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００７７】
（実施例４）
本実施例では、印加電圧に上限が設けられた後に、通常の印加電圧に戻すときの条件を、電気抵抗に基づいて設定している。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。
【００７８】
ここで、電極５に付着している水の量に応じて電気抵抗が変化する。すなわち、水が存在しないときには電気抵抗が大きくなるが、水が存在して該水を介して電極５とハウジング３との間に電気が流れると電気抵抗が小さくなる。したがって、電気抵抗が大きくなれば、電極５に付着していた水が蒸発し、電極５の絶縁性が回復したと推定できる。
【００７９】
次に、図５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。また、実施例１−３に示したフロー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。
【００８０】
ステップＳ４０１では、電気抵抗Ｒが算出される。電気抵抗Ｒは、電極５とハウジング３との間の電気抵抗としても良く、回路全体の電気抵抗としても良い。電気抵抗Ｒは、検出電流と、印加電圧とに基づいて算出される。他の機器や電線の電気抵抗を予め実験等により求めておいてもよい。なお、本実施例ではステップＳ４０１を処理する制御装置７が、本発明における電気抵抗算出装置に相当する。
【００８１】
ステップＳ４０２では、ステップＳ４０１で算出される電気抵抗Ｒが所定値Ｄ以上であ
るか否か判定される。本ステップでは、電極５に付着していた水が蒸発して、電気抵抗Ｒが十分に大きくなっているか否か判定している。すなわち、所定値Ｄは、電極５に付着していた水が蒸発したときの電気抵抗の下限値である。そして、電気抵抗Ｒが所定値Ｄ以上である場合には、電極５から水が除去されたと判定することができる。ステップＳ４０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進む。一方、ステップＳ４０２で否定判定がなされた場合にはステップＳ４０１へ戻る。すなわち、電気抵抗Ｒが所定値Ｄ以上となるまで、繰り返し電気抵抗Ｒが算出される。なお、本実施例ではステップＳ４０２を処理する制御装置７が、本発明における水除去判定装置に相当する。
【００８２】
以上説明したように本実施例によれば、電極５に水が付着しているときには、過大な電流が通らないように最大供給電力を設定することにより、ＰＭを凝集させつつ装置の故障が発生することを抑制できる。また、電気抵抗に基づいて、電極５から水が蒸発したことを判定できるため、水が蒸発した後すぐに適正な電圧の印加を開始することができるので、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【００８３】
（実施例５）
本実施例では、電極５にＰＭが付着しているのか又は水が付着しているのかを判断し、電極５にＰＭが付着している場合には、電極５の再生を行う。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。
【００８４】
ここで、電極５にＰＭが付着した場合には、水が付着した場合と同様に、過大な電流が通る虞がある。このため、電極５にＰＭが付着して検出電流が大きくなった場合には、電極５の再生を行う。ここで、電極５に水が付着する条件は限られているため、この条件が成立していないときに検出電流が大きくなった場合には、電極５にＰＭが付着していると考えられる。したがって、電極５に水が付着している場合と、ＰＭが付着している場合と、を区別することができる。
【００８５】
図６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。また、実施例１−４に示したフロー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。
【００８６】
ステップＳ５０１では、電極５に水が到達する条件が成立しているか推定される。たとえば、排気通路２内に凝縮水が存在しており、且つ、アクセル開度が大きくなって排気の量が増加したときに、排気通路２の壁面に付着していた凝縮水が飛散して電極５に付着する。このように、凝縮水が存在する条件と、凝縮水が電極５に到達する条件と、が共に成立したときに電極５に水が到達すると推定される。そして、排気通路２に凝縮水が存在するか否かは、前記ステップＳ１０６と同様にして推定することができる。また、水が電極５に到達するか否かは、たとえばエアフローメータ７４により検出される吸入空気量に基づいて推定する。たとえば、吸入空気量が閾値以上の場合に水が電極５に到達すると判定される。なお、本ステップでは、電極５に付着する水の量を推定してもよい。この量は、内燃機関の運転状態などに基づいて周知の技術により推定することができる。たとえば、排気中の存在する液滴の水が所定の割合で電極５に付着するものと仮定してもよい。
【００８７】
ステップＳ５０２では、ステップＳ５０１において電極５に水が到達する条件が成立していると推定されたか否か判定される。なお、本ステップでは、電極５に付着している水の量が閾値以上であるか否か判定してもよい。この閾値は、検出電流が所定値Ａとなる水の付着量である。ここで、ステップＳ１０８において検出電流が所定値Ａ以上と判定されているため、電極５に水かＰＭの何れかが付着していると考えられる。そして、電極５に水が到達する条件が成立していると推定される場合には、電極５に水が付着することにより検出電流が大きくなっているものと考えられる。したがって、ステップＳ５０２で肯定
判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、最大供給電力が設定される。一方、ステップＳ５０２で否定判定がなされた場合には、電極５にＰＭが付着していると考えられるため、ステップＳ５０３へ進んで電極５の再生が行われる。
【００８８】
ここで、電極５の再生は、碍子部５１を含む電極５に付着しているＰＭなどの付着物を除去するための処理である。たとえば、電極５を短絡させることにより、該電極５の温度を上昇させて付着物を燃焼または蒸発させて除去する。なお、ＰＭを速やかに酸化させるためには、排気中の酸素濃度が高いほうがよい。このため、電極５を短絡させる前または短絡させているときに、排気中の酸素濃度が高くなるようにしてもよい。排気中の酸素濃度を高くするために、たとえば、車両の駆動源として内燃機関及びモータを備えるハイブリッド車においては、内燃機関に燃料を供給せずにモータにより内燃機関のクランク軸を回転させてもよい。これにより、内燃機関から空気を排出することができるため、排気中の酸素濃度を高めることができる。また、内燃機関を停止させる前に機関回転数を一旦上昇させ、該機関回転数が高い状態のときに燃料の供給を停止することで、排気通路内に空気を排出させることができる。そして、その後に内燃機関が停止したときに電極５を短絡させればよい。また、減速運転中のフューエルカット時には、排気中の酸素濃度が高くなるため、このときに電極５を短絡させてもよい。
【００８９】
以上説明したように本実施例によれば、電極５にＰＭが付着している場合と、水が付着している場合と、を区別することができる。電極５にＰＭが付着している場合には、電極５の再生が行われるため、過大な電流が通るのを抑制すると共に、ＰＭの凝集を促進させることができる。
【符号の説明】
【００９０】
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 機関温度センサ
７４ エアフローメータ
７５ 外気温度センサ
７６ 排気通路温度センサ
【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、
前記電極を通る電流を検出する検出装置と、
前記検出装置により検出される電流が所定値以上の場合に、前記電源から前記電極に供給する電力に上限を設定する電力上限設定装置と、
を備える粒子状物質処理装置。
【請求項２】
前記電源から前記電極に供給する電力が前記上限に達した後に、該電力が上限よりも低下した場合に、前記電極から水が除去されたと判定する水除去判定装置を備える請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項３】
前記検出装置により検出される電流に基づいて電気抵抗を算出する電気抵抗算出装置と、
前記電源から前記電極に供給する電力が前記上限に達した後に、前記電気抵抗算出装置により算出される電気抵抗が、所定値以上となった場合に、前記電極から水が除去されたと判定する水除去判定装置と、
を備える請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項４】
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記電極から蒸発する水の量を推定する推定装置と、
前記電源から前記電極に供給する電力が前記上限に達した後に、前記推定装置により推定される水の量が所定値以上となった場合に、前記電極から水が除去されたと判定する水除去判定装置と、
を備える請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項５】
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パルス電流判定装置と、
を備え、
前記検出装置は、前記接地部にて電流を検出し、
前記検出装置により検出される電流が、前記所定値未満の場合には、前記パルス電流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、前記パルス電流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を備える請求項１から４の何れか１項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、
前記電極を通る電流を検出する検出装置と、
前記検出装置により検出される電流が所定値以上の場合に、前記電源から前記電極に供給する電力に上限を設定する電力上限設定装置と、
を備える粒子状物質処理装置。
【請求項２】
前記電源から前記電極に供給する電力が前記上限に達した後に、該電力が上限よりも低下した場合に、前記電極から水が除去されたと判定する水除去判定装置を備える請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項３】
前記検出装置により検出される電流に基づいて電気抵抗を算出する電気抵抗算出装置と、
前記電源から前記電極に供給する電力が前記上限に達した後に、前記電気抵抗算出装置により算出される電気抵抗が、所定値以上となった場合に、前記電極から水が除去されたと判定する水除去判定装置と、
を備える請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項４】
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記電極から蒸発する水の量を推定する推定装置と、
前記電源から前記電極に供給する電力が前記上限に達した後に、前記推定装置により推定される水の量が所定値以上となった場合に、前記電極から水が除去されたと判定する水除去判定装置と、
を備える請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項５】
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パルス電流判定装置と、
を備え、
前記検出装置は、前記接地部にて電流を検出し、
前記検出装置により検出される電流が、前記所定値未満の場合には、前記パルス電流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、前記パルス電流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を備える請求項１から４の何れか１項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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２１９６７９（Ｐ２０１２−２１９６７９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４８１１（Ｐ２０１１−８４８１１）
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【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１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【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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