粒子状物質処理装置
【課題】粒子状物質処理装置の故障を検出する。
【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、電圧を印加しているときに粒子数検出装置により検出される粒子数と、電圧を印加していないときに粒子数検出装置により検出される粒子数と、に基づいて、電圧を印加しているときの粒子数の低減率を算出する算出装置と、算出装置により算出される粒子数の低減率が閾値未満の場合に故障と判定する判定装置と、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、電圧を印加しているときに粒子数検出装置により検出される粒子数と、電圧を印加していないときに粒子数検出装置により検出される粒子数と、に基づいて、電圧を印加しているときの粒子数の低減率を算出する算出装置と、算出装置により算出される粒子数の低減率が閾値未満の場合に故障と判定する判定装置と、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】
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】
ところで、粒子状物質処理装置に故障や劣化が生じることにより、ＰＭを凝集させることが困難となる場合もある。たとえば、検出される印加電圧や電流が正常であっても、ＰＭを凝集させることができない場合もある。
【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故障を検出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、
前記電源から前記電極へ電圧を印加しているときに前記粒子数検出装置により検出される粒子数と、前記電源から前記電極へ電圧を印加していないときに前記粒子数検出装置により検出される粒子数と、に基づいて、前記電源から前記電極へ電圧を印加しているときの前記粒子数の低減率を算出する算出装置と、
前記算出装置により算出される前記粒子数の低減率が閾値未満の場合に故障と判定する判定装置と、
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】
したがって、電極に電圧を印加しているときに粒子数検出装置により検出される粒子状物質の粒子数は、ＰＭが凝集された後の粒子数となる。一方、電極に電圧を印加していないときには、ＰＭが凝集されないため、粒子数検出装置により検出される粒子数は、電極よりも上流側の粒子状物質の粒子数と同じになる。すなわち、ＰＭが凝集される前の粒子数となる。これは、内燃機関から排出されるＰＭ粒子数としてもよい。なお、粒子数は、
排気の単位体積当たりのＰＭ粒子の個数とすることができる。
【０００９】
そして、ＰＭが凝集された後の粒子数と、ＰＭが凝集される前の粒子数と、を比較することにより、ＰＭ粒子数の低減率が算出される。このＰＭ粒子数の低減率は、凝集する前のＰＭ粒子数に対する、凝集により減少したＰＭ粒子数の比率とすることができる。凝集する前のＰＭ粒子数は、電源から電極へ電圧を印加していないときに粒子数検出装置により検出される粒子数に相当する。また、凝集により減少したＰＭ粒子数は、電源から電極へ電圧を印加していないときに粒子数検出装置により検出される粒子数から、電源から電極へ電圧を印加しているきに粒子数検出装置により検出される粒子数を減算した値に相当する。
【００１０】
しかし、粒子状物質処理装置が故障すると、電圧を印加してもＰＭが凝集されなかったり、ＰＭの凝集が十分でなかったりすることがある。すなわち、故障している場合には、ＰＭ粒子数の低減率が正常の場合よりも低くなる。したがって、ＰＭ粒子数の低減率が閾値未満の場合には故障していると判定できる。この閾値は、粒子状物質処理装置が正常な場合の粒子数の低減率の下限値とすることができる。
【００１１】
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、
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するときの印加電圧を検出する電圧検出装置と、
を備え、
前記電源から前記電極へ電圧を印加しているときとは、前記電圧検出手段により検出される印加電圧よりも低い電圧を印加しているときであってもよい。
【００１２】
ここで、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。すなわち、ＰＭ粒子数の低減率が高くなる。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。すなわち、ＰＭ粒子数の低減率が低くなる。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。また、このような強い放電が起こるとＰＭ粒子数の低減率が低くなるため、このときに故障判定を行うと、誤判定の虞がある。
【００１３】
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してもよい。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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。このようにして、
ＰＭ粒子数の低減率をより高くすることができる。しかし、粒子状物質処理装置が故障していると、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧を大きくしても、ＰＭ粒子数の低減率が高くならない。すなわち、ＰＭ粒子数の低減率が高くなるはずの電圧を印加しているにもかかわらず、低減率が低い場合には、粒子状物質処理装置が故障していると判定できる。
【００１６】
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。したがって、電極よりも電源側において電流を検出した場合には、強い放電の発生を抑制できない虞がある。このため、ＰＭ粒子数の低減率が低くなる虞があるので、故障判定を行うと誤判定の虞がある。
【００１７】
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。これにより、故障判定の精度を高めることができる。
【００１８】
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。
【００１９】
また、本発明においては、前記閾値は、前記粒子数検出装置により検出される粒子数に応じて変更されてもよい。
【００２０】
これは、電源から電極へ電圧を印加していないときに粒子数検出装置により検出される粒子数に応じて閾値を変更するとしてもよい。ここで、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。したがって、ＰＭ粒子数が多いほど、ＰＭ粒子数の低減率が高くなる。これに合わせて、前記閾値を変更することができる。すなわち、ＰＭ粒子数が多いほどＰＭがより凝集し易いため、粒子状物質処理装置が正常ならば、ＰＭ粒子数の低減率はより高くなるはずである。このため、ＰＭ粒子数が多いほど、閾値を大きくし、ＰＭ粒子数が少ないほど、閾値を小さくすることができる。これにより、故障の判定精度をより高めることができる。
【００２１】
本発明においては、前記内燃機関からの排出ガス量を検出または推定する排出ガス量検出装置を備え、
前記閾値は、前記排出ガス量検出装置により検出される排出ガス量に応じて変更されてもよい。
【００２２】
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、ＰＭ粒子数の低減率が高くなる。これに合わせて、前記閾値を変更することができる。すなわち、排出ガス量が少ないほどＰＭがより凝集し易いため、粒子状物質処理装置が正常ならば、ＰＭ粒子数の低減率はより高くなるはずである。このため、排出ガス量が少ないほど、閾値を大きくし、排出ガス量が多いほど、閾値を小さくすることができる。これにより、故障の判定精度をより高めることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、粒子状物質処理装置の故障を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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】実施例に係る故障判定のフローを示したフローチャートである。
【図３】印加電圧と、ＰＭ粒子数と、ＰＭ粒子数の低減率との関係を示した図である。
【図４】印加電圧と、ＰＭ粒子数と、ＰＭ粒子数の低減率との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、本実施例では検出装置９が、本発明における電流検出装置に相当する。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
そして、制御装置７は、電極５へ電圧を印加しているときと、電極５へ電圧を印加していないときと、で夫々粒子数センサ７５により検出されるＰＭ粒子数に基づいて、粒子状物質処理装置１の故障を判定する。
【００３７】
ここで、電極５へ電圧を印加していない場合には、電極５から電子が放出されないため、ＰＭは凝集しない。このため、粒子数センサ７５により検出されるＰＭ粒子数は、ハウジング３に流入する排気中のＰＭ粒子数と同じになる。これは、内燃機関から排出される
ＰＭ粒子数とすることもできる。また、電極５へ電圧を印加していない場合に検出されるＰＭ粒子数を、ＰＭが凝集する前のＰＭ粒子数とすることができる。
【００３８】
一方、電極５へ電圧を印加している場合には、粒子状物質処理装置１が正常であれば、電極５から電子が放出されてＰＭが凝集する。すなわち、電極５へ電圧を印加していない場合と比較して、粒子数センサ７５により検出されるＰＭ粒子数は、少なくなる。すなわち、ＰＭ粒子数の低減率が高くなる。
【００３９】
ここで、ＰＭ粒子数の低減率は、ハウジング３に流入するＰＭ粒子数に対して、ハウジング３内で減少するＰＭ粒子数の比である。ハウジング３内で減少するＰＭ粒子数は、電極５へ電圧を印加していないときに粒子数センサ７５により検出されるＰＭ粒子数から、電極５へ電圧を印加しているときに粒子数センサ７５により検出されるＰＭ粒子数を減算して得ることができる。そして、ハウジング３内で減少するＰＭ粒子数を、電極５へ電圧を印加していないときに検出されるＰＭ粒子数で除算することにより、ＰＭ粒子数の低減率を算出することができる。
【００４０】
しかし、粒子状物質処理装置１が故障している場合には、電極５へ電圧を印加しても、電極５から電子が放出されなかったり、電子の放出が十分でなかったりする。このため、粒子状物質処理装置１が故障している場合には、正常な場合よりも、ＰＭ粒子数の減少量が小さいために、粒子数センサ７５により検出されるＰＭ粒子数は多くなる。すなわち、ＰＭ粒子数の低減率が低くなる。
【００４１】
そして、制御装置７は、ＰＭ粒子数の低減率を閾値と比較することで、故障を判定する。すなわち、粒子状物質処理装置１が故障している場合にはＰＭ粒子数の低減率が低くなるため、該低減率が閾値未満となった場合に粒子状物質処理装置１が故障していると判定する。なお、閾値は、粒子状物質処理装置１が正常な場合のＰＭ粒子数の低減率として予め実験等により求めておく。
【００４２】
図２は、本実施例に係る故障判定の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。
【００４３】
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）を温度センサ７３により検出する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。また、電極５に電圧を印加していないときの粒子数センサ７５の検出値を用いることもできる。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。すなわち、以下のようにして印加電圧を算出しても良い。
【００４９】
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。
【００５０】
そこで、印加電圧をパルス電流が発生しない範囲に調節する。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、本発明における電圧検出装置に相当する。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。
【００５１】
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。
【００５２】
このように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、印加電圧及び検出電流が正常の範囲内か否か判定される。ここで、印加電圧または検出電流が異常の数値を示しているのならば、ＰＭ粒子数を検出するまでもなく故障であると判定できる。印加電圧及び検出電流の正常な範囲は、予め設定しておく。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１２へ進む。
【００５４】
ステップＳ１０５では、故障判定を行う時期となっているか否か判定される。たとえば、前回に故障判定が行われてからの内燃機関の運転時間の積算値が所定値に達しているか否かにより判定を行う。すなわち、運転時間の積算値が所定値に達する毎に、故障判定が
行われる。たとえば、内燃機関の積算運転時間が、所定値の倍数となっているときに、故障判定を行う時期になっていると判定してもよい。また、内燃機関を搭載する車両の走行距離が、所定値の倍数となっているときに、故障判定を行う時期になっていると判定してもよい。これら所定値は、故障判定が必要となる値として予め設定しておく。そして、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本ルーチンを終了させる。
【００５５】
ステップＳ１０６では、内燃機関が定常運転中であるか否か判定される。ＰＭ粒子数は、内燃機関の運転状態によって変化するため、故障判定の途中で内燃機関の運転状態が変化すると、故障判定が困難となる虞がある。したがって、本実施例では、内燃機関の定常運転中に故障判定を行う。クランクポジションセンサ７２により得られる機関回転数及びアクセル開度センサ７１により得られる機関負荷の所定期間における変化量が定常状態といえる所定の範囲内のときに、内燃機関が定常運転中であると判定される。ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００５６】
ステップＳ１０７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、電圧を印加しているときの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、印加電圧停止前粒子数ＰＭ１とする。
【００５７】
ステップＳ１０８では、電圧の印加が停止される。すなわち、印加電圧が０とされる。これにより、ＰＭが凝集しなくなる。
【００５８】
ステップＳ１０９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、電圧を印加していないときの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、印加電圧停止後粒子数ＰＭ２とする。
【００５９】
ステップＳ１１０では、ＰＭ粒子数の低減率が算出される。この低減率は以下の式により算出される。
低減率＝（ＰＭ２−ＰＭ１）／ＰＭ２
なお、本実施例においてはステップＳ１１０を処理する制御装置７が、本発明における算出装置に相当する。
【００６０】
ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０で算出されるＰＭ粒子数の低減率が閾値未満であるか否か判定される。本ステップでは、電圧を印加することによりＰＭ粒子数が十分に減少しているか否か判定している。閾値は、粒子状物質処理装置１が正常な場合のＰＭ粒子数の低減率の下限値であり、予め実験等により求めておく。ステップＳ１１１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１２へ進み、否定判定がなされた場合には粒子状物質処理装置１に故障はないため本ルーチンを終了させる。なお、本実施例においてはステップＳ１１１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。
【００６１】
ステップＳ１１２では、故障フラグがＯＮとされる。この故障フラグは、粒子状物質処理装置１が故障しているときにＯＮとされ、故障していないときにはＯＦＦとされるフラグである。故障フラグの初期値は、ＯＦＦである。そして、故障フラグがＯＮとされると、たとえば、車両の運転者に故障があることを知らせる警告灯を点灯させる。
【００６２】
以上説明したように、本実施例によれば、電圧の印加を停止させる前後のＰＭ粒子数から算出されるＰＭ粒子数の低減率に基づいて、粒子状物質処理装置１の故障を判定することができる。また、パルス電流が発生する電圧よりも低い電圧を印加することで、故障検出の精度を高めることができる。
【００６３】
（実施例２）
本実施例においては、前記図２のステップＳ１１１で用いられる閾値を、ＰＭ粒子数または内燃機関の排出ガス量の少なくとも一方に基づいて変更する。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。
【００６４】
図３は、印加電圧と、ＰＭ粒子数と、ＰＭ粒子数の低減率との関係を示した図である。この図３は、ハウジング３に流入するＰＭ粒子数が異なる四通り（円形、三角形、菱形、逆三角形）の関係を示している。印加電圧が０（ｋＶ）のときが、電極５への電圧の印加を停止したときに相当する。すなわち、印加電圧０（ｋＶ）のときのＰＭ粒子数が、ハウジング３に流入するＰＭ粒子数に相当する。ハウジング３に流入するＰＭ粒子数は、円形の場合が最も多く、三角形、菱形、逆三角形の順に少なくなる。
【００６５】
そして、ハウジング３に流入するＰＭ粒子数が最も多い円形では、ＰＭ粒子数低減率が最も高くなっている。一方、ハウジング３に流入するＰＭ粒子数が最も少ない逆三角形では、ＰＭ粒子数低減率が最も低くなっている。そして、図３によれば、ハウジング３に流入するＰＭ粒子数が多いほど、ＰＭ粒子数低減率が高くなることが分かる。
【００６６】
ここで、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、ＰＭ粒子数の低減率が高くなる。そして、ＰＭ粒子数は、内燃機関の個体差や経年変化により変化し得る。
【００６７】
したがって、ＰＭ粒子数に応じて閾値を変更することで、故障検出の精度を高めることができる。ここで、粒子状物質処理装置１が正常ならば、ＰＭ粒子数が多いほどＰＭ粒子数の低減率は高くなるはずである。このため、ＰＭ粒子数が多いほど、閾値を大きくする。たとえば、ＰＭ粒子数と、補正係数との関係を予め実験等により求めておく。そして、検出される印加電圧停止後粒子数ＰＭ２から補正係数を求めて、閾値に乗算することにより、閾値を変更する。なお、補正係数は、閾値が、図３に示したＰＭ粒子数低減率から所定の範囲となるように設定してもよい。
【００６８】
このように、ＰＭ粒子数が多いほど、閾値を大きくすることにより、故障の判定精度をより高めることができる。
【００６９】
また、内燃機関の排出ガス量によっても、ＰＭ粒子数低減率が変わる。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、ＰＭ粒子数の低減率が高くなる。
【００７０】
図４は、印加電圧と、ＰＭ粒子数と、ＰＭ粒子数の低減率との関係を示した図である。この図４は、内燃機関からの排出ガス量が異なる四通り（円形、三角形、菱形、逆三角形）の関係を示している。排出ガス量は、円形の場合が最も多く、三角形、菱形、逆三角形の順に少なくなる。印加電圧が０（ｋＶ）のときが、電極５への電圧の印加を停止したときに相当する。そして、印加電圧０（ｋＶ）のときのＰＭ粒子数が、どの排出ガス量であっても略等しい値となるように内燃機関の運転状態を調整している。
【００７１】
そして、排出ガス量が最も多い円形では、ＰＭ粒子数低減率が最も低くなっている。一方、排出ガス量が最も少ない逆三角形では、ＰＭ粒子数低減率が最も高くなっている。そして、図４によれば、排出ガス量が少ないほど、ＰＭ粒子数低減率が高くなることが分か
る。
【００７２】
したがって、排出ガス量に応じて閾値を変更することで、故障検出の精度を高めることができる。ここで、粒子状物質処理装置１が正常ならば、排出ガス量が少ないほどＰＭ粒子数の低減率は高くなるはずである。このため、排出ガス量が少ないほど、閾値を大きくする。たとえば、排出ガス量と、補正係数との関係を予め実験等により求めておく。そして、検出される排出ガス量から補正係数を求めて、閾値に乗算することにより、閾値を変更する。なお、内燃機関の排出ガス量（ｇ／ｓｅｃ）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。なお、本実施例においては排出ガス量を算出する制御装置７が、本発明における排出ガス量検出装置に相当する。
【００７３】
このように、排出ガス量が少ないほど、閾値を大きくすることにより、故障の判定精度をより高めることができる。
【００７４】
さらに、ＰＭ粒子数及び排出ガス量の両方に基づいて、閾値を変更してもよい。たとえば、ＰＭ粒子数と排出ガス量と補正係数との関係を予め実験等により求めておく。そして、検出されるＰＭ粒子数と排出ガス量とから補正係数を求めて、閾値に乗算することにより、閾値を変更する。これにより、故障検出の精度をさらに高めることができる。
【００７５】
以上説明したように本実施例によれば、ＰＭ粒子数または内燃機関の排出ガス量の少なくとも一方に基づいて閾値を変更することにより、故障検出の精度をより高めることができる。
【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
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】
ところで、粒子状物質処理装置に故障や劣化が生じることにより、ＰＭを凝集させることが困難となる場合もある。たとえば、検出される印加電圧や電流が正常であっても、ＰＭを凝集させることができない場合もある。
【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故障を検出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、
前記電源から前記電極へ電圧を印加しているときに前記粒子数検出装置により検出される粒子数と、前記電源から前記電極へ電圧を印加していないときに前記粒子数検出装置により検出される粒子数と、に基づいて、前記電源から前記電極へ電圧を印加しているときの前記粒子数の低減率を算出する算出装置と、
前記算出装置により算出される前記粒子数の低減率が閾値未満の場合に故障と判定する判定装置と、
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】
したがって、電極に電圧を印加しているときに粒子数検出装置により検出される粒子状物質の粒子数は、ＰＭが凝集された後の粒子数となる。一方、電極に電圧を印加していないときには、ＰＭが凝集されないため、粒子数検出装置により検出される粒子数は、電極よりも上流側の粒子状物質の粒子数と同じになる。すなわち、ＰＭが凝集される前の粒子数となる。これは、内燃機関から排出されるＰＭ粒子数としてもよい。なお、粒子数は、
排気の単位体積当たりのＰＭ粒子の個数とすることができる。
【０００９】
そして、ＰＭが凝集された後の粒子数と、ＰＭが凝集される前の粒子数と、を比較することにより、ＰＭ粒子数の低減率が算出される。このＰＭ粒子数の低減率は、凝集する前のＰＭ粒子数に対する、凝集により減少したＰＭ粒子数の比率とすることができる。凝集する前のＰＭ粒子数は、電源から電極へ電圧を印加していないときに粒子数検出装置により検出される粒子数に相当する。また、凝集により減少したＰＭ粒子数は、電源から電極へ電圧を印加していないときに粒子数検出装置により検出される粒子数から、電源から電極へ電圧を印加しているきに粒子数検出装置により検出される粒子数を減算した値に相当する。
【００１０】
しかし、粒子状物質処理装置が故障すると、電圧を印加してもＰＭが凝集されなかったり、ＰＭの凝集が十分でなかったりすることがある。すなわち、故障している場合には、ＰＭ粒子数の低減率が正常の場合よりも低くなる。したがって、ＰＭ粒子数の低減率が閾値未満の場合には故障していると判定できる。この閾値は、粒子状物質処理装置が正常な場合の粒子数の低減率の下限値とすることができる。
【００１１】
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、
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するときの印加電圧を検出する電圧検出装置と、
を備え、
前記電源から前記電極へ電圧を印加しているときとは、前記電圧検出手段により検出される印加電圧よりも低い電圧を印加しているときであってもよい。
【００１２】
ここで、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。すなわち、ＰＭ粒子数の低減率が高くなる。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。すなわち、ＰＭ粒子数の低減率が低くなる。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。また、このような強い放電が起こるとＰＭ粒子数の低減率が低くなるため、このときに故障判定を行うと、誤判定の虞がある。
【００１３】
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してもよい。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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。このようにして、
ＰＭ粒子数の低減率をより高くすることができる。しかし、粒子状物質処理装置が故障していると、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧を大きくしても、ＰＭ粒子数の低減率が高くならない。すなわち、ＰＭ粒子数の低減率が高くなるはずの電圧を印加しているにもかかわらず、低減率が低い場合には、粒子状物質処理装置が故障していると判定できる。
【００１６】
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。したがって、電極よりも電源側において電流を検出した場合には、強い放電の発生を抑制できない虞がある。このため、ＰＭ粒子数の低減率が低くなる虞があるので、故障判定を行うと誤判定の虞がある。
【００１７】
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。これにより、故障判定の精度を高めることができる。
【００１８】
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。
【００１９】
また、本発明においては、前記閾値は、前記粒子数検出装置により検出される粒子数に応じて変更されてもよい。
【００２０】
これは、電源から電極へ電圧を印加していないときに粒子数検出装置により検出される粒子数に応じて閾値を変更するとしてもよい。ここで、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。したがって、ＰＭ粒子数が多いほど、ＰＭ粒子数の低減率が高くなる。これに合わせて、前記閾値を変更することができる。すなわち、ＰＭ粒子数が多いほどＰＭがより凝集し易いため、粒子状物質処理装置が正常ならば、ＰＭ粒子数の低減率はより高くなるはずである。このため、ＰＭ粒子数が多いほど、閾値を大きくし、ＰＭ粒子数が少ないほど、閾値を小さくすることができる。これにより、故障の判定精度をより高めることができる。
【００２１】
本発明においては、前記内燃機関からの排出ガス量を検出または推定する排出ガス量検出装置を備え、
前記閾値は、前記排出ガス量検出装置により検出される排出ガス量に応じて変更されてもよい。
【００２２】
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、ＰＭ粒子数の低減率が高くなる。これに合わせて、前記閾値を変更することができる。すなわち、排出ガス量が少ないほどＰＭがより凝集し易いため、粒子状物質処理装置が正常ならば、ＰＭ粒子数の低減率はより高くなるはずである。このため、排出ガス量が少ないほど、閾値を大きくし、排出ガス量が多いほど、閾値を小さくすることができる。これにより、故障の判定精度をより高めることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、粒子状物質処理装置の故障を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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】実施例に係る故障判定のフローを示したフローチャートである。
【図３】印加電圧と、ＰＭ粒子数と、ＰＭ粒子数の低減率との関係を示した図である。
【図４】印加電圧と、ＰＭ粒子数と、ＰＭ粒子数の低減率との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、本実施例では検出装置９が、本発明における電流検出装置に相当する。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
そして、制御装置７は、電極５へ電圧を印加しているときと、電極５へ電圧を印加していないときと、で夫々粒子数センサ７５により検出されるＰＭ粒子数に基づいて、粒子状物質処理装置１の故障を判定する。
【００３７】
ここで、電極５へ電圧を印加していない場合には、電極５から電子が放出されないため、ＰＭは凝集しない。このため、粒子数センサ７５により検出されるＰＭ粒子数は、ハウジング３に流入する排気中のＰＭ粒子数と同じになる。これは、内燃機関から排出される
ＰＭ粒子数とすることもできる。また、電極５へ電圧を印加していない場合に検出されるＰＭ粒子数を、ＰＭが凝集する前のＰＭ粒子数とすることができる。
【００３８】
一方、電極５へ電圧を印加している場合には、粒子状物質処理装置１が正常であれば、電極５から電子が放出されてＰＭが凝集する。すなわち、電極５へ電圧を印加していない場合と比較して、粒子数センサ７５により検出されるＰＭ粒子数は、少なくなる。すなわち、ＰＭ粒子数の低減率が高くなる。
【００３９】
ここで、ＰＭ粒子数の低減率は、ハウジング３に流入するＰＭ粒子数に対して、ハウジング３内で減少するＰＭ粒子数の比である。ハウジング３内で減少するＰＭ粒子数は、電極５へ電圧を印加していないときに粒子数センサ７５により検出されるＰＭ粒子数から、電極５へ電圧を印加しているときに粒子数センサ７５により検出されるＰＭ粒子数を減算して得ることができる。そして、ハウジング３内で減少するＰＭ粒子数を、電極５へ電圧を印加していないときに検出されるＰＭ粒子数で除算することにより、ＰＭ粒子数の低減率を算出することができる。
【００４０】
しかし、粒子状物質処理装置１が故障している場合には、電極５へ電圧を印加しても、電極５から電子が放出されなかったり、電子の放出が十分でなかったりする。このため、粒子状物質処理装置１が故障している場合には、正常な場合よりも、ＰＭ粒子数の減少量が小さいために、粒子数センサ７５により検出されるＰＭ粒子数は多くなる。すなわち、ＰＭ粒子数の低減率が低くなる。
【００４１】
そして、制御装置７は、ＰＭ粒子数の低減率を閾値と比較することで、故障を判定する。すなわち、粒子状物質処理装置１が故障している場合にはＰＭ粒子数の低減率が低くなるため、該低減率が閾値未満となった場合に粒子状物質処理装置１が故障していると判定する。なお、閾値は、粒子状物質処理装置１が正常な場合のＰＭ粒子数の低減率として予め実験等により求めておく。
【００４２】
図２は、本実施例に係る故障判定の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。
【００４３】
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）を温度センサ７３により検出する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。また、電極５に電圧を印加していないときの粒子数センサ７５の検出値を用いることもできる。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。すなわち、以下のようにして印加電圧を算出しても良い。
【００４９】
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。
【００５０】
そこで、印加電圧をパルス電流が発生しない範囲に調節する。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、本発明における電圧検出装置に相当する。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。
【００５１】
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。
【００５２】
このように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、印加電圧及び検出電流が正常の範囲内か否か判定される。ここで、印加電圧または検出電流が異常の数値を示しているのならば、ＰＭ粒子数を検出するまでもなく故障であると判定できる。印加電圧及び検出電流の正常な範囲は、予め設定しておく。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１２へ進む。
【００５４】
ステップＳ１０５では、故障判定を行う時期となっているか否か判定される。たとえば、前回に故障判定が行われてからの内燃機関の運転時間の積算値が所定値に達しているか否かにより判定を行う。すなわち、運転時間の積算値が所定値に達する毎に、故障判定が
行われる。たとえば、内燃機関の積算運転時間が、所定値の倍数となっているときに、故障判定を行う時期になっていると判定してもよい。また、内燃機関を搭載する車両の走行距離が、所定値の倍数となっているときに、故障判定を行う時期になっていると判定してもよい。これら所定値は、故障判定が必要となる値として予め設定しておく。そして、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本ルーチンを終了させる。
【００５５】
ステップＳ１０６では、内燃機関が定常運転中であるか否か判定される。ＰＭ粒子数は、内燃機関の運転状態によって変化するため、故障判定の途中で内燃機関の運転状態が変化すると、故障判定が困難となる虞がある。したがって、本実施例では、内燃機関の定常運転中に故障判定を行う。クランクポジションセンサ７２により得られる機関回転数及びアクセル開度センサ７１により得られる機関負荷の所定期間における変化量が定常状態といえる所定の範囲内のときに、内燃機関が定常運転中であると判定される。ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００５６】
ステップＳ１０７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、電圧を印加しているときの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、印加電圧停止前粒子数ＰＭ１とする。
【００５７】
ステップＳ１０８では、電圧の印加が停止される。すなわち、印加電圧が０とされる。これにより、ＰＭが凝集しなくなる。
【００５８】
ステップＳ１０９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、電圧を印加していないときの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、印加電圧停止後粒子数ＰＭ２とする。
【００５９】
ステップＳ１１０では、ＰＭ粒子数の低減率が算出される。この低減率は以下の式により算出される。
低減率＝（ＰＭ２−ＰＭ１）／ＰＭ２
なお、本実施例においてはステップＳ１１０を処理する制御装置７が、本発明における算出装置に相当する。
【００６０】
ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０で算出されるＰＭ粒子数の低減率が閾値未満であるか否か判定される。本ステップでは、電圧を印加することによりＰＭ粒子数が十分に減少しているか否か判定している。閾値は、粒子状物質処理装置１が正常な場合のＰＭ粒子数の低減率の下限値であり、予め実験等により求めておく。ステップＳ１１１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１２へ進み、否定判定がなされた場合には粒子状物質処理装置１に故障はないため本ルーチンを終了させる。なお、本実施例においてはステップＳ１１１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。
【００６１】
ステップＳ１１２では、故障フラグがＯＮとされる。この故障フラグは、粒子状物質処理装置１が故障しているときにＯＮとされ、故障していないときにはＯＦＦとされるフラグである。故障フラグの初期値は、ＯＦＦである。そして、故障フラグがＯＮとされると、たとえば、車両の運転者に故障があることを知らせる警告灯を点灯させる。
【００６２】
以上説明したように、本実施例によれば、電圧の印加を停止させる前後のＰＭ粒子数から算出されるＰＭ粒子数の低減率に基づいて、粒子状物質処理装置１の故障を判定することができる。また、パルス電流が発生する電圧よりも低い電圧を印加することで、故障検出の精度を高めることができる。
【００６３】
（実施例２）
本実施例においては、前記図２のステップＳ１１１で用いられる閾値を、ＰＭ粒子数または内燃機関の排出ガス量の少なくとも一方に基づいて変更する。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。
【００６４】
図３は、印加電圧と、ＰＭ粒子数と、ＰＭ粒子数の低減率との関係を示した図である。この図３は、ハウジング３に流入するＰＭ粒子数が異なる四通り（円形、三角形、菱形、逆三角形）の関係を示している。印加電圧が０（ｋＶ）のときが、電極５への電圧の印加を停止したときに相当する。すなわち、印加電圧０（ｋＶ）のときのＰＭ粒子数が、ハウジング３に流入するＰＭ粒子数に相当する。ハウジング３に流入するＰＭ粒子数は、円形の場合が最も多く、三角形、菱形、逆三角形の順に少なくなる。
【００６５】
そして、ハウジング３に流入するＰＭ粒子数が最も多い円形では、ＰＭ粒子数低減率が最も高くなっている。一方、ハウジング３に流入するＰＭ粒子数が最も少ない逆三角形では、ＰＭ粒子数低減率が最も低くなっている。そして、図３によれば、ハウジング３に流入するＰＭ粒子数が多いほど、ＰＭ粒子数低減率が高くなることが分かる。
【００６６】
ここで、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、ＰＭ粒子数の低減率が高くなる。そして、ＰＭ粒子数は、内燃機関の個体差や経年変化により変化し得る。
【００６７】
したがって、ＰＭ粒子数に応じて閾値を変更することで、故障検出の精度を高めることができる。ここで、粒子状物質処理装置１が正常ならば、ＰＭ粒子数が多いほどＰＭ粒子数の低減率は高くなるはずである。このため、ＰＭ粒子数が多いほど、閾値を大きくする。たとえば、ＰＭ粒子数と、補正係数との関係を予め実験等により求めておく。そして、検出される印加電圧停止後粒子数ＰＭ２から補正係数を求めて、閾値に乗算することにより、閾値を変更する。なお、補正係数は、閾値が、図３に示したＰＭ粒子数低減率から所定の範囲となるように設定してもよい。
【００６８】
このように、ＰＭ粒子数が多いほど、閾値を大きくすることにより、故障の判定精度をより高めることができる。
【００６９】
また、内燃機関の排出ガス量によっても、ＰＭ粒子数低減率が変わる。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、ＰＭ粒子数の低減率が高くなる。
【００７０】
図４は、印加電圧と、ＰＭ粒子数と、ＰＭ粒子数の低減率との関係を示した図である。この図４は、内燃機関からの排出ガス量が異なる四通り（円形、三角形、菱形、逆三角形）の関係を示している。排出ガス量は、円形の場合が最も多く、三角形、菱形、逆三角形の順に少なくなる。印加電圧が０（ｋＶ）のときが、電極５への電圧の印加を停止したときに相当する。そして、印加電圧０（ｋＶ）のときのＰＭ粒子数が、どの排出ガス量であっても略等しい値となるように内燃機関の運転状態を調整している。
【００７１】
そして、排出ガス量が最も多い円形では、ＰＭ粒子数低減率が最も低くなっている。一方、排出ガス量が最も少ない逆三角形では、ＰＭ粒子数低減率が最も高くなっている。そして、図４によれば、排出ガス量が少ないほど、ＰＭ粒子数低減率が高くなることが分か
る。
【００７２】
したがって、排出ガス量に応じて閾値を変更することで、故障検出の精度を高めることができる。ここで、粒子状物質処理装置１が正常ならば、排出ガス量が少ないほどＰＭ粒子数の低減率は高くなるはずである。このため、排出ガス量が少ないほど、閾値を大きくする。たとえば、排出ガス量と、補正係数との関係を予め実験等により求めておく。そして、検出される排出ガス量から補正係数を求めて、閾値に乗算することにより、閾値を変更する。なお、内燃機関の排出ガス量（ｇ／ｓｅｃ）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。なお、本実施例においては排出ガス量を算出する制御装置７が、本発明における排出ガス量検出装置に相当する。
【００７３】
このように、排出ガス量が少ないほど、閾値を大きくすることにより、故障の判定精度をより高めることができる。
【００７４】
さらに、ＰＭ粒子数及び排出ガス量の両方に基づいて、閾値を変更してもよい。たとえば、ＰＭ粒子数と排出ガス量と補正係数との関係を予め実験等により求めておく。そして、検出されるＰＭ粒子数と排出ガス量とから補正係数を求めて、閾値に乗算することにより、閾値を変更する。これにより、故障検出の精度をさらに高めることができる。
【００７５】
以上説明したように本実施例によれば、ＰＭ粒子数または内燃機関の排出ガス量の少なくとも一方に基づいて閾値を変更することにより、故障検出の精度をより高めることができる。
【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
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、
前記電源から前記電極へ電圧を印加しているときに前記粒子数検出装置により検出される粒子数と、前記電源から前記電極へ電圧を印加していないときに前記粒子数検出装置により検出される粒子数と、に基づいて、前記電源から前記電極へ電圧を印加しているときの前記粒子数の低減率を算出する算出装置と、
前記算出装置により算出される前記粒子数の低減率が閾値未満の場合に故障と判定する判定装置と、
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、
前記接地部にて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するときの印加電圧を検出する電圧検出装置と、
を備え、
前記電源から前記電極へ電圧を印加しているときとは、前記電圧検出手段により検出される印加電圧よりも低い電圧を印加しているときである請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項３】
前記閾値は、前記粒子数検出装置により検出される粒子数に応じて変更される請求項１または２に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項４】
前記内燃機関からの排出ガス量を検出または推定する排出ガス量検出装置を備え、
前記閾値は、前記排出ガス量検出装置により検出される排出ガス量に応じて変更される請求項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、
前記電源から前記電極へ電圧を印加しているときに前記粒子数検出装置により検出される粒子数と、前記電源から前記電極へ電圧を印加していないときに前記粒子数検出装置により検出される粒子数と、に基づいて、前記電源から前記電極へ電圧を印加しているときの前記粒子数の低減率を算出する算出装置と、
前記算出装置により算出される前記粒子数の低減率が閾値未満の場合に故障と判定する判定装置と、
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、
前記接地部にて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するときの印加電圧を検出する電圧検出装置と、
を備え、
前記電源から前記電極へ電圧を印加しているときとは、前記電圧検出手段により検出される印加電圧よりも低い電圧を印加しているときである請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項３】
前記閾値は、前記粒子数検出装置により検出される粒子数に応じて変更される請求項１または２に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項４】
前記内燃機関からの排出ガス量を検出または推定する排出ガス量検出装置を備え、
前記閾値は、前記排出ガス量検出装置により検出される排出ガス量に応じて変更される請求項１から３の何れか１項に記載の粒子状物質処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２１９６７０（Ｐ２０１２−２１９６７０Ａ）
【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２０１１−８４６４２（Ｐ２０１１−８４６４２）
【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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