粒子状物質処理装置
【課題】粒子状物質処理装置の消費電力を低減する。
【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、電極よりも上流側の粒子状物質の粒子数を検出または推定する粒子数検出装置と、粒子数検出装置により検出または推定される粒子状物質の粒子数が閾値よりも少ないときは、多いときよりも、電極に印加する電圧を小さくする制御装置と、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、電極よりも上流側の粒子状物質の粒子数を検出または推定する粒子数検出装置と、粒子数検出装置により検出または推定される粒子状物質の粒子数が閾値よりも少ないときは、多いときよりも、電極に印加する電圧を小さくする制御装置と、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、放電電極に電圧を印加することにより、消費電力が増加するため、燃費が悪化する虞がある。
【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、粒子状物質処理装置の消費電力を低減す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、
前記電極よりも上流側の粒子状物質の粒子数を検出または推定する粒子数検出装置と、
前記粒子数検出装置により検出または推定される粒子状物質の粒子数が閾値よりも少ないときは、多いときよりも、前記電極に印加する電圧を小さくする制御装置と、
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、ＰＭの粒子数が少ないほど、ＰＭ粒子間の距離が長くなるために、相対的に静電作用の影響が小さくなる。このため、ＰＭを効果的に凝集させるためには、ＰＭ粒子数が少ないほど、より大きな電圧を印加する必要がある。すなわち、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ため、ＰＭの凝集を促進させることができる。しかし、ＰＭの粒子数が十分少なければ、そもそもＰＭを凝集させる必要がない。すなわち、電極よりも上流側のＰＭの粒子数が閾値未満のときには、電極への印加電圧を低減させても、電極より下流側に流出するＰＭの粒子数は少ない。
【０００９】
このため制御装置は、電極よりも上流側のＰＭの粒子数に基づいて印加電圧を制御する。なお、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。そして、ＰＭを凝集させる必要性が高いときには電極により高い電圧を印加することでＰＭの凝集を促進させ、ＰＭを凝集させる必要性が低いときには電極への印加電圧をより低くすることにより消費電力を低減することができる。なお、印加電圧は、ＰＭの粒子数に応じて段階的に変更しても良く、連続的に変更しても良い。
【００１０】
また閾値は、電極への印加電圧を低減させたときに電極よりも下流側へ流出するＰＭの粒子数が許容値となるか否かの境の値とすることができる。また、閾値は、電極への電圧の印加を停止させたときに電極よりも下流側へ流出するＰＭの粒子数が許容値となるか否かの境の値としてもよい。さらに、閾値は、電極よりも上流側のＰＭの粒子数または内燃機関から排出されるＰＭの粒子数が許容値となっているか否かの境の値としてもよい。これらＰＭの粒子数の許容値は、法規に基づいて決定してもよい。
【００１１】
また、本発明においては、前記粒子数検出装置は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記電極よりも上流側の粒子状物質の粒子数を推定することができる。
【００１２】
すなわち、内燃機関の運転状態に応じて該内燃機関から排出されるＰＭの粒子数が変化する。このため、内燃機関の運転状態と、電極よりも下流側のＰＭの粒子数と、は相関関係にある。したがって、内燃機関の運転状態に基づいて、電極よりも下流側のＰＭの粒子数を簡易に推定することができる。なお、内燃機関の運転状態は、たとえば、機関回転数及び機関負荷としても良い。
【００１３】
また、本発明においては、前記粒子数検出装置は、前記電極よりも上流側に備えられ排気中の粒子状物質の粒子数を検出する粒子数センサを含んで構成してもよい。
【００１４】
このような粒子数センサによりＰＭの粒子数を検出することで、容易に且つ高精度にＰＭの粒子数を検出することができる。これにより、より適切に消費電力を低減させることができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記制御装置は、前記粒子数検出装置により検出または推定される粒子状物質の粒子数が前記閾値未満のときに、前記電極への電圧の印加を停止させることができる。
【００１６】
すなわち、ＰＭの粒子数が十分少なければ、ＰＭを凝集させる必要がない。このため、ＰＭの粒子数が閾値未満のときには、電極への電圧の印加を停止させることができる。これにより、消費電力を低減させることができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記排気通路を流通する排気の量を検出または推定する排気流量検出装置を備え、
前記制御装置は、前記排気流量検出装置により検出または推定される排気の量が規定値より多いときに、前記電極への電圧の印加を停止させることができる。
【００１８】
ここで、排気の量が少ないほど、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。したがって、排気の量が少ないほど、より小さな印加電圧でＰＭが凝集する。このため、排気の量が少ないほど、印加電圧を小さくすることができる。一方、排気の量が多くなると、ＰＭを凝集させるためには印加電圧をより大きくしなくてはならない。そうすると、ＰＭの粒子数が閾値未満の場合であっても、排気の量が少なければ、より小さな印加電圧でＰＭを凝集させることができる。逆に、ＰＭの粒子数が閾値未満の場合であって、排気の量が多い場合には、ＰＭを凝集させる必要はなく且つＰＭを凝集させるために印加電圧を大きくしなければならない。このような場合には、電極への電圧の印加を停止させることにより、消費電力を低減させることができる。
【００１９】
すなわち、ＰＭの粒子数が閾値未満で、且つ、排気の量が規定値よりも多い場合には、高い電圧を印加しても凝集されるＰＭは少ないため、高い電圧を印加する効果は低い。このような場合には、電圧の印加を停止させることで、消費電力を低減させることができる。
【００２０】
なお、規定値は、ＰＭの粒子数が閾値未満のときにおいて、電極への電圧の印加を停止させたときに電極よりも下流側へ流出するＰＭの粒子数が許容値となるか否かの境の値としてもよい。また、規定値は、ＰＭの粒子数が閾値未満のときにおいて、電極へ電圧を印加したときに、消費電力が許容される値である所定値以下となるか否かの境となる値としてもよい。さらに、規定値は、ＰＭの粒子数が閾値未満のときにおいて、ＰＭの粒子数の低減率が所定値よりも大きくなるか否かの境の値としてもよい。また、規定値は、一定値としてもよい。
【００２１】
また、規定値は、粒子数検出装置により得られるＰＭの粒子数に応じて変化させてもよい。たとえば、粒子数検出装置により検出または推定される電極よりも上流側のＰＭの粒子数が多いほど、規定値を大きくすることができる。すなわち、ＰＭの粒子数が多くなるほどＰＭを凝集させ易くなるため、排気の量がより多くなっても、ＰＭを凝集させることができる。また、排気の量の規定値を一定とし、排気の量に応じてＰＭの粒子数の閾値を変化させても良い。また、電極よりも下流側へ流出するＰＭの粒子数が許容範囲内となるように、ＰＭの粒子数の閾値及び排気の量の規定値を決定してもよい。なお、排気通路を流通する排気の量は、内燃機関からの排出ガス量としても良い。
【００２２】
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、
前記接地部にて電流を検出する電流検出装置と、
を備えることができる。
【００２３】
この場合、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。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、電流をより正確に検出することができる。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、電流をより正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、粒子状物質処理装置の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１，２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】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４】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。
【図５】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６】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】
【００２６】
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。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
また、ハウジング３よりも上流側の排気通路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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
ところで、ＰＭ粒子数が少ないほど、ＰＭ粒子間の距離が長くなるために、相対的に静電作用の影響が小さくなる。このためＰＭ粒子数が少ないほど、より大きな電圧を印加しなければＰＭは凝集しない。したがって、ＰＭ粒子数が少ないほど、より消費電力が大きくなる。しかし、ＰＭ粒子数が十分に少ないときには、そもそもＰＭを凝集させる必要がない。したがって、本実施例では、ＰＭ粒子数が十分に少ないときには、電極５への電圧の印加を停止させる。これにより、消費電力を低減させる。
【００３８】
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。
【００３９】
ステップＳ１０１からＳ１０３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。
【００４０】
このため、ステップＳ１０１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Ｓ１０２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。
【００４１】
ステップＳ１０３では、ＰＭ粒子数が算出される。ここで、図３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粒子数を推定する場合には、粒子数センサ７５は必要ない。なお、本ステップでは、粒子数センサ７５の検出値を用いてもよい。そして、本実施例においてはステップＳ１０３を処理する制御装置７が、本発明における粒子数検出装置に相当する。また、ＰＭ粒子数を粒子数センサ７５により検出した場合には、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。
【００４２】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で算出されるＰＭ粒子数が閾値Ａ未満であるか否か判定される。閾値Ａは、電極５へ電圧を印加する必要があるＰＭ粒子数の下限値としてもよく、電極５への電圧の印加を停止させたときに、ハウジング３よりも下流に流出するＰＭ粒子数が許容範囲内となるか否かの境となるＰＭ粒子数としてもよい。また、閾値は、電極５へ電圧を印加したときに、ＰＭを凝集させることができるＰＭ粒子数の下限値としてもよい。ここで、ＰＭ粒子数が少ないほど、ＰＭ粒子間の距離が長くなるために、相対的に静電作用の影響が小さくなる。このためＰＭ粒子数が少ないほど、より大きな電圧を印加しなければＰＭが凝集されない。しかし、ＰＭ粒子数が十分少なければ、凝集させる必要もない。したがって、ＰＭを凝集させる必要があるほどＰＭ量が多いか否かに基づいて、閾値Ａを決定しても良い。閾値Ａは、予め実験等により最適値を求めておく。
【００４３】
ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５では、電極５への電圧の印加が停止される。なお、後述するステップＳ１０６と同様にして算出される印加電圧よりも、本ステップにおいて印加電圧を減少するとしてもよい。また、ＰＭ粒子数の減少に応じて印加電圧を段階的に減少させても良く、連続的に減少させても良い。
【００４４】
一方、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。そして、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０３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。
【００４５】
図４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。
【００４６】
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。
【００４７】
なお、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。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。
【００４８】
そして、印加電圧が算出された後、ステップＳ１０７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。この電流に基づいて、印加電圧を制御しても良い。
【００４９】
以上説明したように本実施例によれば、ＰＭを効果的に凝集させることができないとき又はＰＭを凝集させる必要がないときには、電極５への電圧の印加を停止させるか又は印加電圧を低減させることにより、消費電力を低減させることができる。これにより、燃費を向上させることができる。
【００５０】
（実施例２）
本実施例２では、ＰＭ粒子数及び排出ガス量に基づいて、電極５に電圧を印加するか否か判定する。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。
【００５１】
ここで、ＰＭの凝集のし易さは、排気の単位体積中に含まれるＰＭ粒子数と、内燃機関からの排出ガス量と、によって変わる。このため、本実施例では、ＰＭ粒子数が閾値Ａ未満で且つ排出ガス量が規定値Ｂよりも多いときに、電極５への電圧の印加を停止させる。
【００５２】
すなわち、ＰＭ粒子数が少なくても、排出ガス量が少なければ、ＰＭの慣性力が小さくなるため、ＰＭをより効率的に凝集させることができる。したがって、ＰＭ粒子数が閾値Ａ未満であっても、排出ガス量が規定値Ｂ以下であれば、ＰＭを効率良く凝集させることができる。このような場合には、電極５へ電圧を印加することにより、ＰＭを凝集させる。一方、排出ガス量が規定値Ｂよりも多くなるとＰＭの慣性力が大きくなるため、ＰＭを凝集させるためには、印加電圧をより大きくしなければならない。しかし、ＰＭ粒子数が少ない場合には、印加電圧を大きくしても、ＰＭの凝集が困難となる。このような場合には、消費電力が大きいにもかかわらずＰＭを凝集させる効果が低いために電圧の印加を停止させる。これにより、消費電力を低減させることができる。
【００５３】
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。なお、前記ルーチン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。
【００５４】
図５に示すルーチンでは、ステップＳ１０３が実行された後にステップＳ２０１が実行される。そして、ステップＳ２０１では、ステップＳ１０３で算出されるＰＭ粒子数が閾値Ａ未満で且つ内燃機関からの排出ガス量が規定値Ｂよりも多いか否か判定される。
【００５５】
閾値Ａは、実施例１と同様に得ることができる。また、規定値Ｂは、ＰＭ粒子数が閾値Ａ未満のときにおいて、電極５への電圧の印加を停止させたときに電極５よりも下流側へ流出するＰＭ粒子数が許容値となるか否かの境の値としてもよい。また、規定値Ｂは、ＰＭ粒子数が閾値Ａ未満のときにおいて、電極５へ電圧を印加したときに、消費電力が許容される値である所定値以下となるか否かの境となる値としてもよい。さらに、規定値Ｂは、ＰＭの粒子数が閾値Ａ未満のときにおいて、ＰＭ粒子数の低減率が所定値よりも大きくなるか否かの境の値としてもよい。また、規定値Ｂは、ＰＭを所定の効率で凝集させることができる排出ガス量としてもよい。また、規定値Ｂは、電極５へ電圧を印加する必要がある排出ガス量の上限値、または、電極５への電圧の印加を停止させたときに、ハウジング３から流出するＰＭ粒子数が許容範囲内となるか否かの境となる排出ガス量としてもよい。
【００５６】
また、規定値Ｂは、検出または推定される電極５よりも上流側のＰＭ粒子数に応じて変化させてもよい。たとえば、検出または推定される電極よりも上流側のＰＭ粒子数が多い
ほど、規定値Ｂを大きくすることができる。すなわち、ＰＭ粒子数が多くなるほどＰＭを凝集させ易くなるため、排出ガス量がより多くなっても、ＰＭを効果的に凝集させることができる。規定値ＢとＰＭ粒子数との関係は予め実験等により最適値を求めることができる。この関係はマップ化しておいてもよい。また、規定値Ｂは、ＰＭ粒子数によらず一定の値としても良い。この場合にも、規定値Ｂの最適値は実験等により求めることができる。また、規定値Ｂを一定とし、排出ガス量に応じてＰＭ粒子数の閾値Ａを変化させても良い。また、電極５よりも下流側へ流出するＰＭの粒子数が許容範囲内となるように、閾値Ａ及び規定値Ｂを決定してもよい。この関係は予め実験等により求めることができる。
【００５７】
なお、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。そして、本実施例においては吸入空気量に基づいて排出ガス量を推定する制御装置７が、本発明における排気流量検出装置に相当する。
【００５８】
ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。一方、ステップＳ２０１で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【００５９】
なお、ＰＭ粒子数が閾値Ａ未満であっても、内燃機関からの排出ガス量が多くなると、ハウジング３を通過するＰＭ粒子の総量が多くなる。したがって、ＰＭ粒子数が少なくても、排出ガス量によっては、大気中へ放出されるＰＭ粒子の総量が多くなる虞がある。このため、大気中へ放出されるＰＭ粒子の総数が許容範囲を超える場合には、電極５に電圧を印加してもよい。たとえば、排出ガス量に上限値を設け、排出ガス量が上限値を超えるときには、電極５に電圧を印加してもよい。すなわち、ステップＳ２０１において、ＰＭ粒子数が閾値Ａ未満であって、排出ガス量が規定値Ｂよりも多く且つ上限値以下のときに電圧の印加を停止させてもよい。
【００６０】
以上説明したように本実施例によれば、ＰＭを効果的に凝集させることができないとき又はＰＭを凝集させる必要がないときには、電極５への電圧の印加を停止させるか又は印加電圧を低減させることにより、消費電力を低減させることができる。これにより、燃費を向上させることができる。
【００６１】
また、ＰＭ粒子数及び排出ガス量に基づいて、電圧の印加を停止させるか否か判断するため、より適切に電圧の印加を停止させることができるため、ＰＭの凝集を促進させつつ、消費電力をより低減させることができる。
【００６２】
（実施例３）
図６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。
【００６３】
図６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。
【００６４】
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、ＰＭ粒子数及び排出ガス量に基づいて電圧の印加を停止させるか否か判断することができる。このため、消費電力を低減させることができる。
【符号の説明】
【００６５】
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
７５ 粒子数センサ
【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】
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、放電電極に電圧を印加することにより、消費電力が増加するため、燃費が悪化する虞がある。
【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、粒子状物質処理装置の消費電力を低減す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、
前記電極よりも上流側の粒子状物質の粒子数を検出または推定する粒子数検出装置と、
前記粒子数検出装置により検出または推定される粒子状物質の粒子数が閾値よりも少ないときは、多いときよりも、前記電極に印加する電圧を小さくする制御装置と、
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、ＰＭの粒子数が少ないほど、ＰＭ粒子間の距離が長くなるために、相対的に静電作用の影響が小さくなる。このため、ＰＭを効果的に凝集させるためには、ＰＭ粒子数が少ないほど、より大きな電圧を印加する必要がある。すなわち、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ため、ＰＭの凝集を促進させることができる。しかし、ＰＭの粒子数が十分少なければ、そもそもＰＭを凝集させる必要がない。すなわち、電極よりも上流側のＰＭの粒子数が閾値未満のときには、電極への印加電圧を低減させても、電極より下流側に流出するＰＭの粒子数は少ない。
【０００９】
このため制御装置は、電極よりも上流側のＰＭの粒子数に基づいて印加電圧を制御する。なお、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。そして、ＰＭを凝集させる必要性が高いときには電極により高い電圧を印加することでＰＭの凝集を促進させ、ＰＭを凝集させる必要性が低いときには電極への印加電圧をより低くすることにより消費電力を低減することができる。なお、印加電圧は、ＰＭの粒子数に応じて段階的に変更しても良く、連続的に変更しても良い。
【００１０】
また閾値は、電極への印加電圧を低減させたときに電極よりも下流側へ流出するＰＭの粒子数が許容値となるか否かの境の値とすることができる。また、閾値は、電極への電圧の印加を停止させたときに電極よりも下流側へ流出するＰＭの粒子数が許容値となるか否かの境の値としてもよい。さらに、閾値は、電極よりも上流側のＰＭの粒子数または内燃機関から排出されるＰＭの粒子数が許容値となっているか否かの境の値としてもよい。これらＰＭの粒子数の許容値は、法規に基づいて決定してもよい。
【００１１】
また、本発明においては、前記粒子数検出装置は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記電極よりも上流側の粒子状物質の粒子数を推定することができる。
【００１２】
すなわち、内燃機関の運転状態に応じて該内燃機関から排出されるＰＭの粒子数が変化する。このため、内燃機関の運転状態と、電極よりも下流側のＰＭの粒子数と、は相関関係にある。したがって、内燃機関の運転状態に基づいて、電極よりも下流側のＰＭの粒子数を簡易に推定することができる。なお、内燃機関の運転状態は、たとえば、機関回転数及び機関負荷としても良い。
【００１３】
また、本発明においては、前記粒子数検出装置は、前記電極よりも上流側に備えられ排気中の粒子状物質の粒子数を検出する粒子数センサを含んで構成してもよい。
【００１４】
このような粒子数センサによりＰＭの粒子数を検出することで、容易に且つ高精度にＰＭの粒子数を検出することができる。これにより、より適切に消費電力を低減させることができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記制御装置は、前記粒子数検出装置により検出または推定される粒子状物質の粒子数が前記閾値未満のときに、前記電極への電圧の印加を停止させることができる。
【００１６】
すなわち、ＰＭの粒子数が十分少なければ、ＰＭを凝集させる必要がない。このため、ＰＭの粒子数が閾値未満のときには、電極への電圧の印加を停止させることができる。これにより、消費電力を低減させることができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記排気通路を流通する排気の量を検出または推定する排気流量検出装置を備え、
前記制御装置は、前記排気流量検出装置により検出または推定される排気の量が規定値より多いときに、前記電極への電圧の印加を停止させることができる。
【００１８】
ここで、排気の量が少ないほど、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。したがって、排気の量が少ないほど、より小さな印加電圧でＰＭが凝集する。このため、排気の量が少ないほど、印加電圧を小さくすることができる。一方、排気の量が多くなると、ＰＭを凝集させるためには印加電圧をより大きくしなくてはならない。そうすると、ＰＭの粒子数が閾値未満の場合であっても、排気の量が少なければ、より小さな印加電圧でＰＭを凝集させることができる。逆に、ＰＭの粒子数が閾値未満の場合であって、排気の量が多い場合には、ＰＭを凝集させる必要はなく且つＰＭを凝集させるために印加電圧を大きくしなければならない。このような場合には、電極への電圧の印加を停止させることにより、消費電力を低減させることができる。
【００１９】
すなわち、ＰＭの粒子数が閾値未満で、且つ、排気の量が規定値よりも多い場合には、高い電圧を印加しても凝集されるＰＭは少ないため、高い電圧を印加する効果は低い。このような場合には、電圧の印加を停止させることで、消費電力を低減させることができる。
【００２０】
なお、規定値は、ＰＭの粒子数が閾値未満のときにおいて、電極への電圧の印加を停止させたときに電極よりも下流側へ流出するＰＭの粒子数が許容値となるか否かの境の値としてもよい。また、規定値は、ＰＭの粒子数が閾値未満のときにおいて、電極へ電圧を印加したときに、消費電力が許容される値である所定値以下となるか否かの境となる値としてもよい。さらに、規定値は、ＰＭの粒子数が閾値未満のときにおいて、ＰＭの粒子数の低減率が所定値よりも大きくなるか否かの境の値としてもよい。また、規定値は、一定値としてもよい。
【００２１】
また、規定値は、粒子数検出装置により得られるＰＭの粒子数に応じて変化させてもよい。たとえば、粒子数検出装置により検出または推定される電極よりも上流側のＰＭの粒子数が多いほど、規定値を大きくすることができる。すなわち、ＰＭの粒子数が多くなるほどＰＭを凝集させ易くなるため、排気の量がより多くなっても、ＰＭを凝集させることができる。また、排気の量の規定値を一定とし、排気の量に応じてＰＭの粒子数の閾値を変化させても良い。また、電極よりも下流側へ流出するＰＭの粒子数が許容範囲内となるように、ＰＭの粒子数の閾値及び排気の量の規定値を決定してもよい。なお、排気通路を流通する排気の量は、内燃機関からの排出ガス量としても良い。
【００２２】
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、
前記接地部にて電流を検出する電流検出装置と、
を備えることができる。
【００２３】
この場合、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。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、電流をより正確に検出することができる。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、電流をより正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、粒子状物質処理装置の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１，２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】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４】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。
【図５】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６】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】
【００２６】
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。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
また、ハウジング３よりも上流側の排気通路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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
ところで、ＰＭ粒子数が少ないほど、ＰＭ粒子間の距離が長くなるために、相対的に静電作用の影響が小さくなる。このためＰＭ粒子数が少ないほど、より大きな電圧を印加しなければＰＭは凝集しない。したがって、ＰＭ粒子数が少ないほど、より消費電力が大きくなる。しかし、ＰＭ粒子数が十分に少ないときには、そもそもＰＭを凝集させる必要がない。したがって、本実施例では、ＰＭ粒子数が十分に少ないときには、電極５への電圧の印加を停止させる。これにより、消費電力を低減させる。
【００３８】
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。
【００３９】
ステップＳ１０１からＳ１０３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。
【００４０】
このため、ステップＳ１０１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Ｓ１０２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。
【００４１】
ステップＳ１０３では、ＰＭ粒子数が算出される。ここで、図３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粒子数を推定する場合には、粒子数センサ７５は必要ない。なお、本ステップでは、粒子数センサ７５の検出値を用いてもよい。そして、本実施例においてはステップＳ１０３を処理する制御装置７が、本発明における粒子数検出装置に相当する。また、ＰＭ粒子数を粒子数センサ７５により検出した場合には、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。
【００４２】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で算出されるＰＭ粒子数が閾値Ａ未満であるか否か判定される。閾値Ａは、電極５へ電圧を印加する必要があるＰＭ粒子数の下限値としてもよく、電極５への電圧の印加を停止させたときに、ハウジング３よりも下流に流出するＰＭ粒子数が許容範囲内となるか否かの境となるＰＭ粒子数としてもよい。また、閾値は、電極５へ電圧を印加したときに、ＰＭを凝集させることができるＰＭ粒子数の下限値としてもよい。ここで、ＰＭ粒子数が少ないほど、ＰＭ粒子間の距離が長くなるために、相対的に静電作用の影響が小さくなる。このためＰＭ粒子数が少ないほど、より大きな電圧を印加しなければＰＭが凝集されない。しかし、ＰＭ粒子数が十分少なければ、凝集させる必要もない。したがって、ＰＭを凝集させる必要があるほどＰＭ量が多いか否かに基づいて、閾値Ａを決定しても良い。閾値Ａは、予め実験等により最適値を求めておく。
【００４３】
ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５では、電極５への電圧の印加が停止される。なお、後述するステップＳ１０６と同様にして算出される印加電圧よりも、本ステップにおいて印加電圧を減少するとしてもよい。また、ＰＭ粒子数の減少に応じて印加電圧を段階的に減少させても良く、連続的に減少させても良い。
【００４４】
一方、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。そして、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０３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。
【００４５】
図４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。
【００４６】
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。
【００４７】
なお、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。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。
【００４８】
そして、印加電圧が算出された後、ステップＳ１０７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。この電流に基づいて、印加電圧を制御しても良い。
【００４９】
以上説明したように本実施例によれば、ＰＭを効果的に凝集させることができないとき又はＰＭを凝集させる必要がないときには、電極５への電圧の印加を停止させるか又は印加電圧を低減させることにより、消費電力を低減させることができる。これにより、燃費を向上させることができる。
【００５０】
（実施例２）
本実施例２では、ＰＭ粒子数及び排出ガス量に基づいて、電極５に電圧を印加するか否か判定する。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。
【００５１】
ここで、ＰＭの凝集のし易さは、排気の単位体積中に含まれるＰＭ粒子数と、内燃機関からの排出ガス量と、によって変わる。このため、本実施例では、ＰＭ粒子数が閾値Ａ未満で且つ排出ガス量が規定値Ｂよりも多いときに、電極５への電圧の印加を停止させる。
【００５２】
すなわち、ＰＭ粒子数が少なくても、排出ガス量が少なければ、ＰＭの慣性力が小さくなるため、ＰＭをより効率的に凝集させることができる。したがって、ＰＭ粒子数が閾値Ａ未満であっても、排出ガス量が規定値Ｂ以下であれば、ＰＭを効率良く凝集させることができる。このような場合には、電極５へ電圧を印加することにより、ＰＭを凝集させる。一方、排出ガス量が規定値Ｂよりも多くなるとＰＭの慣性力が大きくなるため、ＰＭを凝集させるためには、印加電圧をより大きくしなければならない。しかし、ＰＭ粒子数が少ない場合には、印加電圧を大きくしても、ＰＭの凝集が困難となる。このような場合には、消費電力が大きいにもかかわらずＰＭを凝集させる効果が低いために電圧の印加を停止させる。これにより、消費電力を低減させることができる。
【００５３】
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。なお、前記ルーチン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。
【００５４】
図５に示すルーチンでは、ステップＳ１０３が実行された後にステップＳ２０１が実行される。そして、ステップＳ２０１では、ステップＳ１０３で算出されるＰＭ粒子数が閾値Ａ未満で且つ内燃機関からの排出ガス量が規定値Ｂよりも多いか否か判定される。
【００５５】
閾値Ａは、実施例１と同様に得ることができる。また、規定値Ｂは、ＰＭ粒子数が閾値Ａ未満のときにおいて、電極５への電圧の印加を停止させたときに電極５よりも下流側へ流出するＰＭ粒子数が許容値となるか否かの境の値としてもよい。また、規定値Ｂは、ＰＭ粒子数が閾値Ａ未満のときにおいて、電極５へ電圧を印加したときに、消費電力が許容される値である所定値以下となるか否かの境となる値としてもよい。さらに、規定値Ｂは、ＰＭの粒子数が閾値Ａ未満のときにおいて、ＰＭ粒子数の低減率が所定値よりも大きくなるか否かの境の値としてもよい。また、規定値Ｂは、ＰＭを所定の効率で凝集させることができる排出ガス量としてもよい。また、規定値Ｂは、電極５へ電圧を印加する必要がある排出ガス量の上限値、または、電極５への電圧の印加を停止させたときに、ハウジング３から流出するＰＭ粒子数が許容範囲内となるか否かの境となる排出ガス量としてもよい。
【００５６】
また、規定値Ｂは、検出または推定される電極５よりも上流側のＰＭ粒子数に応じて変化させてもよい。たとえば、検出または推定される電極よりも上流側のＰＭ粒子数が多い
ほど、規定値Ｂを大きくすることができる。すなわち、ＰＭ粒子数が多くなるほどＰＭを凝集させ易くなるため、排出ガス量がより多くなっても、ＰＭを効果的に凝集させることができる。規定値ＢとＰＭ粒子数との関係は予め実験等により最適値を求めることができる。この関係はマップ化しておいてもよい。また、規定値Ｂは、ＰＭ粒子数によらず一定の値としても良い。この場合にも、規定値Ｂの最適値は実験等により求めることができる。また、規定値Ｂを一定とし、排出ガス量に応じてＰＭ粒子数の閾値Ａを変化させても良い。また、電極５よりも下流側へ流出するＰＭの粒子数が許容範囲内となるように、閾値Ａ及び規定値Ｂを決定してもよい。この関係は予め実験等により求めることができる。
【００５７】
なお、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。そして、本実施例においては吸入空気量に基づいて排出ガス量を推定する制御装置７が、本発明における排気流量検出装置に相当する。
【００５８】
ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。一方、ステップＳ２０１で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【００５９】
なお、ＰＭ粒子数が閾値Ａ未満であっても、内燃機関からの排出ガス量が多くなると、ハウジング３を通過するＰＭ粒子の総量が多くなる。したがって、ＰＭ粒子数が少なくても、排出ガス量によっては、大気中へ放出されるＰＭ粒子の総量が多くなる虞がある。このため、大気中へ放出されるＰＭ粒子の総数が許容範囲を超える場合には、電極５に電圧を印加してもよい。たとえば、排出ガス量に上限値を設け、排出ガス量が上限値を超えるときには、電極５に電圧を印加してもよい。すなわち、ステップＳ２０１において、ＰＭ粒子数が閾値Ａ未満であって、排出ガス量が規定値Ｂよりも多く且つ上限値以下のときに電圧の印加を停止させてもよい。
【００６０】
以上説明したように本実施例によれば、ＰＭを効果的に凝集させることができないとき又はＰＭを凝集させる必要がないときには、電極５への電圧の印加を停止させるか又は印加電圧を低減させることにより、消費電力を低減させることができる。これにより、燃費を向上させることができる。
【００６１】
また、ＰＭ粒子数及び排出ガス量に基づいて、電圧の印加を停止させるか否か判断するため、より適切に電圧の印加を停止させることができるため、ＰＭの凝集を促進させつつ、消費電力をより低減させることができる。
【００６２】
（実施例３）
図６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。
【００６３】
図６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。
【００６４】
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、ＰＭ粒子数及び排出ガス量に基づいて電圧の印加を停止させるか否か判断することができる。このため、消費電力を低減させることができる。
【符号の説明】
【００６５】
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
７５ 粒子数センサ
【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、
前記電極よりも上流側の粒子状物質の粒子数を検出または推定する粒子数検出装置と、
前記粒子数検出装置により検出または推定される粒子状物質の粒子数が閾値よりも少ないときは、多いときよりも、前記電極に印加する電圧を小さくする制御装置と、
を備える粒子状物質処理装置。
【請求項２】
前記粒子数検出装置は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記電極よりも上流側の粒子状物質の粒子数を推定する請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項３】
前記粒子数検出装置は、前記電極よりも上流側に備えられ排気中の粒子状物質の粒子数を検出する粒子数センサを含んで構成される請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記粒子数検出装置により検出または推定される粒子状物質の粒子数が前記閾値未満のときに、前記電極への電圧の印加を停止させる請求項１から３の何れか１項に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項５】
前記排気通路を流通する排気の量を検出または推定する排気流量検出装置を備え、
前記制御装置は、前記排気流量検出装置により検出または推定される排気の量が規定値より多いときに、前記電極への電圧の印加を停止させる請求項４に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項６】
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、
前記接地部にて電流を検出する電流検出装置と、
を備える請求項１から５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、
前記電極よりも上流側の粒子状物質の粒子数を検出または推定する粒子数検出装置と、
前記粒子数検出装置により検出または推定される粒子状物質の粒子数が閾値よりも少ないときは、多いときよりも、前記電極に印加する電圧を小さくする制御装置と、
を備える粒子状物質処理装置。
【請求項２】
前記粒子数検出装置は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記電極よりも上流側の粒子状物質の粒子数を推定する請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項３】
前記粒子数検出装置は、前記電極よりも上流側に備えられ排気中の粒子状物質の粒子数を検出する粒子数センサを含んで構成される請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記粒子数検出装置により検出または推定される粒子状物質の粒子数が前記閾値未満のときに、前記電極への電圧の印加を停止させる請求項１から３の何れか１項に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項５】
前記排気通路を流通する排気の量を検出または推定する排気流量検出装置を備え、
前記制御装置は、前記排気流量検出装置により検出または推定される排気の量が規定値より多いときに、前記電極への電圧の印加を停止させる請求項４に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項６】
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、
前記接地部にて電流を検出する電流検出装置と、
を備える請求項１から５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２０１２−２１９６６９（Ｐ２０１２−２１９６６９Ａ）
【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２０１１−８４６４０（Ｐ２０１１−８４６４０）
【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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