粒子状物質処理装置
【課題】電極の再生時期の適正化を図る。
【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、電極の再生を行う再生装置と、電極に付着するＰＭの量の積算値を推定または検出する付着量積算装置と、内燃機関のフューエルカット中に前記検出装置により検出される電流に基づいて、電極から除去されるＰＭの量の積算値を推定する除去量積算装置と、付着量積算装置により得られるＰＭの量の積算値から、除去量積算装置により得られるＰＭの量の積算値を減算した値が閾値以上の場合に、電極の再生を行う再生時期判定装置と、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、電極を通る電流を検出する検出装置と、電極の再生を行う再生装置と、電極に付着するＰＭの量の積算値を推定または検出する付着量積算装置と、内燃機関のフューエルカット中に前記検出装置により検出される電流に基づいて、電極から除去されるＰＭの量の積算値を推定する除去量積算装置と、付着量積算装置により得られるＰＭの量の積算値から、除去量積算装置により得られるＰＭの量の積算値を減算した値が閾値以上の場合に、電極の再生を行う再生時期判定装置と、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。）。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】
また、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ＰＭ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２参照。）。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。
【０００４】
また、電極と該電極が取り付けられるハウジングとの間に電気が流れないように碍子が設けられ、コロナ放電用の電圧の数分の一程度の検査電圧を電極に印加したときの所定期間の平均電流が所定値以上の場合に、碍子にＰＭが付着して絶縁性能が低下していると判定する技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
しかし、コロナ放電が発生するよりも低い印加電圧であっても、ある程度の大きさになれば、排気中に含まれるＰＭなどの物質を介しても電流が通る。このため、検出される電流が、電極の付着物を介して通っているのか、排気中に浮遊するＰＭを介して通っているのか、を判断することは困難である。そして、従来では、排気中に浮遊するＰＭを介して通る電流については考慮されていなかった。したがって、電極を通る電流に基づいて電極の再生を行うか否か判定すると、判定精度が低くなる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９４１１６号公報
【特許文献２】特開２００６−１０５０８１号公報
【特許文献３】特開平０６−１７３６３５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、電極の再生時期の適正化を図ることを目的とする。
【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、
前記電極の付着物を除去する処理である電極の再生を行う再生装置と、
前記電極に付着するＰＭの量の積算値を推定または検出する付着量積算装置と、
前記内燃機関のフューエルカット中に前記検出装置により検出される電流に基づいて、前記電極から除去されるＰＭの量の積算値を推定する除去量積算装置と、
前記付着量積算装置により得られるＰＭの量の積算値から、前記除去量積算装置により得られるＰＭの量の積算値を減算した値が閾値以上の場合に、前記再生装置により前記電極の再生を行う再生時期判定装置と、
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ＰＭや水などの物質が付着すると、これら付着物を介して電極と排気通路との間に電気が流れ易くなる。すなわち、電極の絶縁性が低下する。このように、電極に付着物が存在すると、電極に電圧を印加したときに、該電極に電流が通っているにもかかわらず、ＰＭが凝集されていない場合がある。そして、電極にＰＭなどの物質が付着すると、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。このため、電極にＰＭなどの付着物が存在する場合には、電極から該付着物を除去する処理である電極の再生を行う。電極の再生は再生装置により行われる。
【００１１】
再生装置は、たとえば、電極の温度を上昇させることにより、該電極に付着している物質を酸化させるか又は蒸発させる。また、電極の温度を高くし、且つ、排気中の酸素濃度を高くしてもよい。また、電極を加熱してもよい。
【００１２】
電極の再生時期は、電極に付着するＰＭ量と、電極から除去されるＰＭ量と、に基づいて判定される。ここで、電極に付着するＰＭ量は、排気中のＰＭ粒子数と相関関係にある。このため、排気中のＰＭ粒子数を例えば内燃機関の運転状態から推定したり、センサにより検出したりすれば、電極に付着するＰＭ量を求めることができる。そして、電極に付着するＰＭ量を積算することにより、過去に電極に付着したＰＭの総量を得ることができる。
【００１３】
一方、電極から除去されるＰＭ量は、フューエルカット中に検出される電流に基づいて推定することができる。ここで、電極にＰＭが付着した状態でフューエルカットが実行されると、酸素濃度の高い排気が電極の周りを通過する。また、電極には電圧が印加されているため、該電極の温度は高くなっている。したがって、電極の周りでは、温度が高く且つ酸素濃度が高い状態となるため、該電極に付着しているＰＭが酸化され除去される。このようにＰＭが酸化されるときには、電子の移動があるため、検出される電流が大きくなる。このため、電極から除去されるＰＭ量は、検出される電流と相関関係にある。したがって、フューエルカット中に検出される電流に基づいて、電極から除去されるＰＭ量を求めることができる。そして、電極から除去されるＰＭ量を積算することにより、電極から除去されたＰＭの総量を得ることができる。
【００１４】
さらに、電極に付着したＰＭの総量から、電極から除去されたＰＭの総量を減算することにより、そのときに電極に残留しているＰＭ量を求めることができる。そして、そのときに電極に残留しているＰＭ量が閾値以上の場合には、電極の再生を行う。この閾値は、電極の再生が必要となるＰＭの付着量とすることができる。このようにして、電極の再生時期の適正化を図ることができる。
【００１５】
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、
を備え、
前記検出装置は、前記接地部にて電流を検出することができる。
【００１６】
この場合、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、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。
【００１７】
本発明においては、前記除去量積算装置は、内燃機関のフューエルカット中に前記検出装置により検出される電流を積分した値に基づいて、前記電極から除去されるＰＭの量を算出し、該ＰＭの量を積算することができる。
【００１８】
すなわち、電流が大きいほど除去されるＰＭの量が多くなり、さらに、電流が大きくなる時間が長いほど除去されるＰＭの量が多くなるため、電流を時間で積分した値は、電極から除去されるＰＭの量と相関関係にある。したがって、この積分値に基づいて電極から除去されるＰＭの量を算出することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電極の再生時期の適正化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】フューエルカット中の電流の推移を示したタイムチャートである。
【図３】実施例に係る電極再生時期の判定フローを示したフローチャートである。
【図４】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５】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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
（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、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。そして、上流側でさらにハウジング３の側面側へ折れ曲がり、該ハウジング３の側面を貫通して外部へ通じている。
【００２６】
そして、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５１，５５が設けられている。この碍子部５１，５５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。
【００２７】
そして、電極５の一端は、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。また、電源６には、電位の基準点に接続するための接地電線５４が接続されている。この接地電線５４により電源６が接地される。
【００２８】
また、電極５の他端は、短絡電線５６を介して接地電線５４に接続されている。短絡電線５６の途中には、回路を開閉するためのスイッチ５７が設けられている。電源６により電圧を印加しているときにスイッチ５７をＯＮとすることにより、短絡電線５６を電気が流れる。このときには、電極５が短絡している状態となるため、該電極５の温度が上昇する。なお、本実施例においては短絡電線５６及びスイッチ５７が、本発明における再生装置に相当する。また、本実施例では、下流側の碍子部５１に電源側電線５２を接続し、上流側の碍子部５５に短絡電線５６を接続しているが、これに代えて、下流側の碍子部５１に短絡電線５６を接続し、上流側の碍子部５５に電源側電線５２を接続してもよい。
【００２９】
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、電源側電線５２よりも接地側電線５３のほうが電気的な容量が小さいため、接地側電線５３に検出装置９を設けたほうが電流を検出するときの応答性が高い。しかし、接地側電線５３に代えて、電源側電線５２に検出装置９を設けることもできる。
【００３０】
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てい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。
【００３１】
また、制御装置７には、スイッチ５７が電線を介して接続されており、制御装置７はスイッチ５７のＯＮ−ＯＦＦ操作を行う。ここで、電源６から電極５へ電圧が印加されているときにスイッチをＯＮとすることで、短絡電線５６に電流が通る。一方、スイッチをＯＦＦとすることで、短絡電線５６には電流が通らなくなる。
【００３２】
このように構成された粒子状物質処理装置１では、スイッチ５７がＯＦＦのときに電源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。
【００３３】
ところで、碍子部５１を含む電極５にＰＭまたは水などの物質が付着すると、電極５の絶縁性が低下する。そして、これら付着物を介して電極５とハウジング３との間に電気が流れ得る。そうすると、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。このため、電極５の再生処理を実施する。
【００３４】
ここで、電極５の再生処理とは、碍子部５１，５５を含む電極５に付着しているＰＭや水などの付着物を除去するための処理である。本実施例では、スイッチ５７をＯＮとしつつ電源６から電圧を印加することにより電極５の再生処理を行う。すなわち、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。
【００３５】
電極５の再生は、電極５に付着していると推定されるＰＭ量が閾値以上となったときに行う。すなわち、電極５に付着しているＰＭ量が多くなると、電極５の絶縁性が低下するため、ＰＭの凝集が困難となるので、電極５の再生を行う。閾値は、電極５の再生が必要となるＰＭ量の下限値である。これは、ＰＭの凝集が困難となるＰＭの付着量としてもよい。また、閾値は、ＰＭの凝集が実際に困難となる前に電極５の再生が行われるように、ある程度の余裕を持たせた値としてもよい。
【００３６】
電極５に付着しているＰＭ量は、過去に電極５に付着したＰＭ量の積算値から、過去に電極５から除去されたＰＭ量の積算値を減算することにより算出する。過去に電極５に付着したＰＭ量は、内燃機関から排出されるＰＭ粒子数（個／ｃｍ３）と相関関係にある。このため、ＰＭ粒子数を積算しておき、積算値に所定の係数を乗算することで、過去に電極５に付着したＰＭ量の積算値（以下、付着ＰＭ積算量という。）を得ることができる。なお、ＰＭ粒子数に所定の係数を乗算した値を積算して付着ＰＭ積算量を求めても良い。
【００３７】
一方、過去に電極５から除去されたＰＭ量の積算値は、検出装置９により検出される電流に基づいて算出することができる。
【００３８】
ここで、図２は、フューエルカット中の電流の推移を示したタイムチャートである。検出電流とは、検出装置９により検出される電流である。また、図２中の「フューエルカット中」と記載されている期間において、内燃機関のフューエルカットが行われている。すなわち、内燃機関への燃料の供給が停止されている。なお、機関回転数が過度に低下しないように、少量の燃料を供給している場合にもフューエルカット中に含むことができる。
【００３９】
図２に示されるように、フューエルカット中には、検出電流が増加する。ここで、フューエルカット中には排気中の酸素濃度が高くなるため、電極５に付着しているＰＭが酸化される。ＰＭが酸化されるときに電子の移動があるため、検出電流が増加するものと考えられる。このため、検出電流が増加するときの増加量や検出電流が増加する継続時間は、電極５から除去されたＰＭ量と相関関係にある。したがって、本実施例では、検出電流の積分値に基づいて、電極５から除去されたＰＭ量を算出する。なお、検出電流が所定値Ｉ０以上となったときに、電極５からＰＭが除去されているものとする。この所定値Ｉ０は、電極５からＰＭが除去されているときに検出される電流の下限値として予め実験等により求めておく。なお、図２では、ｔ１の時点で検出電流Ｉ（ｔ１）が所定値Ｉ０以上となり、ｔ２の時点で検出電流Ｉ（ｔ２）が所定値Ｉ０以下となっている。積分値は、図２において、検出電流Ｉ（ｔ）以下で且つ所定値Ｉ０以上となっている部分の面積として求められる。これは、図２において、ハッチングを施している部分の面積に相当する。この面積を通電面積Ｓとする。この通電面積Ｓは以下の式により求めることができる。
【数１】
【００４０】
このようにして得られる通電面積Ｓは、電極５から除去されたＰＭ量と相関関係にある。このため、この通電面積Ｓに所定の係数を乗算することで、１回のフューエルカット当たりに電極５から除去されるＰＭ量を算出することができる。このＰＭ量を積算することで、過去に電極５から除去されたＰＭ量の積算値（以下、除去ＰＭ積算量という。）を得ることができる。なお、通電面積Ｓを積算しておき、この積算値に所定の係数を乗算することで、除去ＰＭ積算量を得ることもできる。
【００４１】
そして、付着ＰＭ積算量から、除去ＰＭ積算量を減算することで、そのときに電極５に付着しているＰＭ量（以下、残留ＰＭ量という。）を算出することができる。この残留ＰＭ量が閾値以上となった場合に、電極５の再生を行う。
【００４２】
次に、図３は、本実施例に係る電極再生時期の判定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。
【００４４】
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７
１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。
【００４５】
ステップＳ１０３では、ＰＭ粒子数が算出される。ここで、図４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。
【００４６】
なお、ハウジング３よりも上流側の排気通路２に、排気中のＰＭの粒子数を検出する粒子数センサを設け、該粒子数センサの検出値を用いることもできる。この粒子数センサは、排気中の単位体積当たりのＰＭの粒子数を検出する。粒子数センサは、電線を介して制御装置７に接続される。そして、粒子数センサにより検出されたＰＭの粒子数は、制御装置７に入力される。
【００４７】
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により検出した場合には、粒子数センサが、本発明における粒子数検出装置に相当する。
【００４８】
ステップＳ１０４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。これは、ＰＭを凝集するための印加電圧である。
【００４９】
図５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。
【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】
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。
【００５２】
そして、印加電圧が算出された後、ステップＳ１０５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。
【００５３】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０３で算出されるＰＭ粒子数が積算される。そして、ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で算出されるＰＭ粒子数の積算値に基づいて、付着ＰＭ積算量が算出される。付着ＰＭ積算量は、ステップＳ１０６で算出されるＰＭ粒子数の積算値に所定の係数を乗算することにより得る。この所定の係数は、予め実験等により求めておく。なお、本実施例においてはステップＳ１０７を処理する制御装置７が、本発明における付着量積算装置に相当する。
【００５４】
ステップＳ１０８では、フューエルカット中であるか否か判定される。すなわち、電極５に付着しているＰＭが除去される状態であるか否か判定される。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除去ＰＭ積算量は変化しないためステップＳ１１２へ進む。
【００５５】
ステップＳ１０９では、通電面積Ｓが算出される。すなわち、図２においてハッチングを施した面積である通電面積Ｓが、上記積分式により算出される。
【００５６】
ステップＳ１１０では、除去ＰＭ量が算出される。除去ＰＭ量は、ステップＳ１０９で算出される通電面積Ｓに所定の係数を乗算して得る。この所定の係数は、予め実験等により求めておく。
【００５７】
ステップＳ１１１では、除去ＰＭ積算量が算出される。すなわち、ステップＳ１１０で算出される除去ＰＭ量が積算される。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、本発明における除去量積算装置に相当する。
【００５８】
ステップＳ１１２では、残留ＰＭ量が算出される。すなわち、ステップＳ１０７で算出される付着ＰＭ積算量から、ステップＳ１１１で算出される除去ＰＭ積算量が減算される。
【００５９】
ステップＳ１１３では、ステップＳ１１２で算出される残留ＰＭ量が、閾値以上であるか否か判定される。ここでいう閾値は、電極５の再生が必要となる残留ＰＭ量の下限値として予め実験等により求めておく。すなわち、本ステップでは、電極５の再生が必要か否か判定している。
【００６０】
ステップＳ１１３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１４へ進み、否定判定がなされた場合には電極５の再生は必要ないため本ルーチンを終了させる。
【００６１】
ステップＳ１１４では、電極再生フラグがＯＮとされる。電極再生フラグは、電極５の再生が必要なときにＯＮとなり、電極５の再生が必要ないときにＯＦＦとなるフラグである。なお、電極再生フラグの初期値はＯＦＦである。そして、電極再生フラグがＯＮとなると、電極５の再生に適した運転状態のときに電極５の再生処理が行われる。なお、本実施例においてはステップＳ１１３及びステップＳ１１４を処理する制御装置７が、本発明における再生時期判定装置に相当する。
【００６２】
このようにして、フューエルカット中の電流に基づいて、電極５から除去されるＰＭ量を算出することで、電極５に残留しているＰＭ量を推定することができる。これにより、電極５の再生時期の適正化を図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。また、必要以上に電極５の再生が行われることを抑制できるため、エネルギの消費量を低減することができるので、燃費の悪化を抑制できる。
【符号の説明】
【００６３】
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
５４ 接地電線
５５ 碍子部
５６ 短絡電線
５７ スイッチ
７１ アクセル開度センサ
７２ クランクポジションセンサ
７３ 温度センサ
７４ エアフローメータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に放電電極を設け、該放電電極からコロナ放電を発生させることにより粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を帯電させてＰＭを凝集させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。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】
また、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ＰＭ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２参照。）。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。
【０００４】
また、電極と該電極が取り付けられるハウジングとの間に電気が流れないように碍子が設けられ、コロナ放電用の電圧の数分の一程度の検査電圧を電極に印加したときの所定期間の平均電流が所定値以上の場合に、碍子にＰＭが付着して絶縁性能が低下していると判定する技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
しかし、コロナ放電が発生するよりも低い印加電圧であっても、ある程度の大きさになれば、排気中に含まれるＰＭなどの物質を介しても電流が通る。このため、検出される電流が、電極の付着物を介して通っているのか、排気中に浮遊するＰＭを介して通っているのか、を判断することは困難である。そして、従来では、排気中に浮遊するＰＭを介して通る電流については考慮されていなかった。したがって、電極を通る電流に基づいて電極の再生を行うか否か判定すると、判定精度が低くなる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９４１１６号公報
【特許文献２】特開２００６−１０５０８１号公報
【特許文献３】特開平０６−１７３６３５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、電極の再生時期の適正化を図ることを目的とする。
【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、
前記電極の付着物を除去する処理である電極の再生を行う再生装置と、
前記電極に付着するＰＭの量の積算値を推定または検出する付着量積算装置と、
前記内燃機関のフューエルカット中に前記検出装置により検出される電流に基づいて、前記電極から除去されるＰＭの量の積算値を推定する除去量積算装置と、
前記付着量積算装置により得られるＰＭの量の積算値から、前記除去量積算装置により得られるＰＭの量の積算値を減算した値が閾値以上の場合に、前記再生装置により前記電極の再生を行う再生時期判定装置と、
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ＰＭや水などの物質が付着すると、これら付着物を介して電極と排気通路との間に電気が流れ易くなる。すなわち、電極の絶縁性が低下する。このように、電極に付着物が存在すると、電極に電圧を印加したときに、該電極に電流が通っているにもかかわらず、ＰＭが凝集されていない場合がある。そして、電極にＰＭなどの物質が付着すると、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。このため、電極にＰＭなどの付着物が存在する場合には、電極から該付着物を除去する処理である電極の再生を行う。電極の再生は再生装置により行われる。
【００１１】
再生装置は、たとえば、電極の温度を上昇させることにより、該電極に付着している物質を酸化させるか又は蒸発させる。また、電極の温度を高くし、且つ、排気中の酸素濃度を高くしてもよい。また、電極を加熱してもよい。
【００１２】
電極の再生時期は、電極に付着するＰＭ量と、電極から除去されるＰＭ量と、に基づいて判定される。ここで、電極に付着するＰＭ量は、排気中のＰＭ粒子数と相関関係にある。このため、排気中のＰＭ粒子数を例えば内燃機関の運転状態から推定したり、センサにより検出したりすれば、電極に付着するＰＭ量を求めることができる。そして、電極に付着するＰＭ量を積算することにより、過去に電極に付着したＰＭの総量を得ることができる。
【００１３】
一方、電極から除去されるＰＭ量は、フューエルカット中に検出される電流に基づいて推定することができる。ここで、電極にＰＭが付着した状態でフューエルカットが実行されると、酸素濃度の高い排気が電極の周りを通過する。また、電極には電圧が印加されているため、該電極の温度は高くなっている。したがって、電極の周りでは、温度が高く且つ酸素濃度が高い状態となるため、該電極に付着しているＰＭが酸化され除去される。このようにＰＭが酸化されるときには、電子の移動があるため、検出される電流が大きくなる。このため、電極から除去されるＰＭ量は、検出される電流と相関関係にある。したがって、フューエルカット中に検出される電流に基づいて、電極から除去されるＰＭ量を求めることができる。そして、電極から除去されるＰＭ量を積算することにより、電極から除去されたＰＭの総量を得ることができる。
【００１４】
さらに、電極に付着したＰＭの総量から、電極から除去されたＰＭの総量を減算することにより、そのときに電極に残留しているＰＭ量を求めることができる。そして、そのときに電極に残留しているＰＭ量が閾値以上の場合には、電極の再生を行う。この閾値は、電極の再生が必要となるＰＭの付着量とすることができる。このようにして、電極の再生時期の適正化を図ることができる。
【００１５】
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、
を備え、
前記検出装置は、前記接地部にて電流を検出することができる。
【００１６】
この場合、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、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。
【００１７】
本発明においては、前記除去量積算装置は、内燃機関のフューエルカット中に前記検出装置により検出される電流を積分した値に基づいて、前記電極から除去されるＰＭの量を算出し、該ＰＭの量を積算することができる。
【００１８】
すなわち、電流が大きいほど除去されるＰＭの量が多くなり、さらに、電流が大きくなる時間が長いほど除去されるＰＭの量が多くなるため、電流を時間で積分した値は、電極から除去されるＰＭの量と相関関係にある。したがって、この積分値に基づいて電極から除去されるＰＭの量を算出することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電極の再生時期の適正化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】フューエルカット中の電流の推移を示したタイムチャートである。
【図３】実施例に係る電極再生時期の判定フローを示したフローチャートである。
【図４】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５】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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
（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、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。そして、上流側でさらにハウジング３の側面側へ折れ曲がり、該ハウジング３の側面を貫通して外部へ通じている。
【００２６】
そして、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５１，５５が設けられている。この碍子部５１，５５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。
【００２７】
そして、電極５の一端は、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。また、電源６には、電位の基準点に接続するための接地電線５４が接続されている。この接地電線５４により電源６が接地される。
【００２８】
また、電極５の他端は、短絡電線５６を介して接地電線５４に接続されている。短絡電線５６の途中には、回路を開閉するためのスイッチ５７が設けられている。電源６により電圧を印加しているときにスイッチ５７をＯＮとすることにより、短絡電線５６を電気が流れる。このときには、電極５が短絡している状態となるため、該電極５の温度が上昇する。なお、本実施例においては短絡電線５６及びスイッチ５７が、本発明における再生装置に相当する。また、本実施例では、下流側の碍子部５１に電源側電線５２を接続し、上流側の碍子部５５に短絡電線５６を接続しているが、これに代えて、下流側の碍子部５１に短絡電線５６を接続し、上流側の碍子部５５に電源側電線５２を接続してもよい。
【００２９】
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、電源側電線５２よりも接地側電線５３のほうが電気的な容量が小さいため、接地側電線５３に検出装置９を設けたほうが電流を検出するときの応答性が高い。しかし、接地側電線５３に代えて、電源側電線５２に検出装置９を設けることもできる。
【００３０】
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てい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。
【００３１】
また、制御装置７には、スイッチ５７が電線を介して接続されており、制御装置７はスイッチ５７のＯＮ−ＯＦＦ操作を行う。ここで、電源６から電極５へ電圧が印加されているときにスイッチをＯＮとすることで、短絡電線５６に電流が通る。一方、スイッチをＯＦＦとすることで、短絡電線５６には電流が通らなくなる。
【００３２】
このように構成された粒子状物質処理装置１では、スイッチ５７がＯＦＦのときに電源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。
【００３３】
ところで、碍子部５１を含む電極５にＰＭまたは水などの物質が付着すると、電極５の絶縁性が低下する。そして、これら付着物を介して電極５とハウジング３との間に電気が流れ得る。そうすると、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。このため、電極５の再生処理を実施する。
【００３４】
ここで、電極５の再生処理とは、碍子部５１，５５を含む電極５に付着しているＰＭや水などの付着物を除去するための処理である。本実施例では、スイッチ５７をＯＮとしつつ電源６から電圧を印加することにより電極５の再生処理を行う。すなわち、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。
【００３５】
電極５の再生は、電極５に付着していると推定されるＰＭ量が閾値以上となったときに行う。すなわち、電極５に付着しているＰＭ量が多くなると、電極５の絶縁性が低下するため、ＰＭの凝集が困難となるので、電極５の再生を行う。閾値は、電極５の再生が必要となるＰＭ量の下限値である。これは、ＰＭの凝集が困難となるＰＭの付着量としてもよい。また、閾値は、ＰＭの凝集が実際に困難となる前に電極５の再生が行われるように、ある程度の余裕を持たせた値としてもよい。
【００３６】
電極５に付着しているＰＭ量は、過去に電極５に付着したＰＭ量の積算値から、過去に電極５から除去されたＰＭ量の積算値を減算することにより算出する。過去に電極５に付着したＰＭ量は、内燃機関から排出されるＰＭ粒子数（個／ｃｍ３）と相関関係にある。このため、ＰＭ粒子数を積算しておき、積算値に所定の係数を乗算することで、過去に電極５に付着したＰＭ量の積算値（以下、付着ＰＭ積算量という。）を得ることができる。なお、ＰＭ粒子数に所定の係数を乗算した値を積算して付着ＰＭ積算量を求めても良い。
【００３７】
一方、過去に電極５から除去されたＰＭ量の積算値は、検出装置９により検出される電流に基づいて算出することができる。
【００３８】
ここで、図２は、フューエルカット中の電流の推移を示したタイムチャートである。検出電流とは、検出装置９により検出される電流である。また、図２中の「フューエルカット中」と記載されている期間において、内燃機関のフューエルカットが行われている。すなわち、内燃機関への燃料の供給が停止されている。なお、機関回転数が過度に低下しないように、少量の燃料を供給している場合にもフューエルカット中に含むことができる。
【００３９】
図２に示されるように、フューエルカット中には、検出電流が増加する。ここで、フューエルカット中には排気中の酸素濃度が高くなるため、電極５に付着しているＰＭが酸化される。ＰＭが酸化されるときに電子の移動があるため、検出電流が増加するものと考えられる。このため、検出電流が増加するときの増加量や検出電流が増加する継続時間は、電極５から除去されたＰＭ量と相関関係にある。したがって、本実施例では、検出電流の積分値に基づいて、電極５から除去されたＰＭ量を算出する。なお、検出電流が所定値Ｉ０以上となったときに、電極５からＰＭが除去されているものとする。この所定値Ｉ０は、電極５からＰＭが除去されているときに検出される電流の下限値として予め実験等により求めておく。なお、図２では、ｔ１の時点で検出電流Ｉ（ｔ１）が所定値Ｉ０以上となり、ｔ２の時点で検出電流Ｉ（ｔ２）が所定値Ｉ０以下となっている。積分値は、図２において、検出電流Ｉ（ｔ）以下で且つ所定値Ｉ０以上となっている部分の面積として求められる。これは、図２において、ハッチングを施している部分の面積に相当する。この面積を通電面積Ｓとする。この通電面積Ｓは以下の式により求めることができる。
【数１】
【００４０】
このようにして得られる通電面積Ｓは、電極５から除去されたＰＭ量と相関関係にある。このため、この通電面積Ｓに所定の係数を乗算することで、１回のフューエルカット当たりに電極５から除去されるＰＭ量を算出することができる。このＰＭ量を積算することで、過去に電極５から除去されたＰＭ量の積算値（以下、除去ＰＭ積算量という。）を得ることができる。なお、通電面積Ｓを積算しておき、この積算値に所定の係数を乗算することで、除去ＰＭ積算量を得ることもできる。
【００４１】
そして、付着ＰＭ積算量から、除去ＰＭ積算量を減算することで、そのときに電極５に付着しているＰＭ量（以下、残留ＰＭ量という。）を算出することができる。この残留ＰＭ量が閾値以上となった場合に、電極５の再生を行う。
【００４２】
次に、図３は、本実施例に係る電極再生時期の判定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。
【００４４】
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７
１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。
【００４５】
ステップＳ１０３では、ＰＭ粒子数が算出される。ここで、図４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。
【００４６】
なお、ハウジング３よりも上流側の排気通路２に、排気中のＰＭの粒子数を検出する粒子数センサを設け、該粒子数センサの検出値を用いることもできる。この粒子数センサは、排気中の単位体積当たりのＰＭの粒子数を検出する。粒子数センサは、電線を介して制御装置７に接続される。そして、粒子数センサにより検出されたＰＭの粒子数は、制御装置７に入力される。
【００４７】
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により検出した場合には、粒子数センサが、本発明における粒子数検出装置に相当する。
【００４８】
ステップＳ１０４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。これは、ＰＭを凝集するための印加電圧である。
【００４９】
図５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。
【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】
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。
【００５２】
そして、印加電圧が算出された後、ステップＳ１０５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。
【００５３】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０３で算出されるＰＭ粒子数が積算される。そして、ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で算出されるＰＭ粒子数の積算値に基づいて、付着ＰＭ積算量が算出される。付着ＰＭ積算量は、ステップＳ１０６で算出されるＰＭ粒子数の積算値に所定の係数を乗算することにより得る。この所定の係数は、予め実験等により求めておく。なお、本実施例においてはステップＳ１０７を処理する制御装置７が、本発明における付着量積算装置に相当する。
【００５４】
ステップＳ１０８では、フューエルカット中であるか否か判定される。すなわち、電極５に付着しているＰＭが除去される状態であるか否か判定される。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除去ＰＭ積算量は変化しないためステップＳ１１２へ進む。
【００５５】
ステップＳ１０９では、通電面積Ｓが算出される。すなわち、図２においてハッチングを施した面積である通電面積Ｓが、上記積分式により算出される。
【００５６】
ステップＳ１１０では、除去ＰＭ量が算出される。除去ＰＭ量は、ステップＳ１０９で算出される通電面積Ｓに所定の係数を乗算して得る。この所定の係数は、予め実験等により求めておく。
【００５７】
ステップＳ１１１では、除去ＰＭ積算量が算出される。すなわち、ステップＳ１１０で算出される除去ＰＭ量が積算される。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、本発明における除去量積算装置に相当する。
【００５８】
ステップＳ１１２では、残留ＰＭ量が算出される。すなわち、ステップＳ１０７で算出される付着ＰＭ積算量から、ステップＳ１１１で算出される除去ＰＭ積算量が減算される。
【００５９】
ステップＳ１１３では、ステップＳ１１２で算出される残留ＰＭ量が、閾値以上であるか否か判定される。ここでいう閾値は、電極５の再生が必要となる残留ＰＭ量の下限値として予め実験等により求めておく。すなわち、本ステップでは、電極５の再生が必要か否か判定している。
【００６０】
ステップＳ１１３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１４へ進み、否定判定がなされた場合には電極５の再生は必要ないため本ルーチンを終了させる。
【００６１】
ステップＳ１１４では、電極再生フラグがＯＮとされる。電極再生フラグは、電極５の再生が必要なときにＯＮとなり、電極５の再生が必要ないときにＯＦＦとなるフラグである。なお、電極再生フラグの初期値はＯＦＦである。そして、電極再生フラグがＯＮとなると、電極５の再生に適した運転状態のときに電極５の再生処理が行われる。なお、本実施例においてはステップＳ１１３及びステップＳ１１４を処理する制御装置７が、本発明における再生時期判定装置に相当する。
【００６２】
このようにして、フューエルカット中の電流に基づいて、電極５から除去されるＰＭ量を算出することで、電極５に残留しているＰＭ量を推定することができる。これにより、電極５の再生時期の適正化を図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。また、必要以上に電極５の再生が行われることを抑制できるため、エネルギの消費量を低減することができるので、燃費の悪化を抑制できる。
【符号の説明】
【００６３】
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
５４ 接地電線
５５ 碍子部
５６ 短絡電線
５７ スイッチ
７１ アクセル開度センサ
７２ クランクポジションセンサ
７３ 温度センサ
７４ エアフローメータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられる電極と、
前記電極に接続され電圧を印加する電源と、
前記電極を通る電流を検出する検出装置と、
前記電極の付着物を除去する処理である電極の再生を行う再生装置と、
前記電極に付着するＰＭの量の積算値を推定または検出する付着量積算装置と、
前記内燃機関のフューエルカット中に前記検出装置により検出される電流に基づいて、前記電極から除去されるＰＭの量の積算値を推定する除去量積算装置と、
前記付着量積算装置により得られるＰＭの量の積算値から、前記除去量積算装置により得られるＰＭの量の積算値を減算した値が閾値以上の場合に、前記再生装置により前記電極の再生を行う再生時期判定装置と、
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、
を備え、
前記検出装置は、前記接地部にて電流を検出する請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項３】
前記除去量積算装置は、内燃機関のフューエルカット中に前記検出装置により検出される電流を積分した値に基づいて、前記電極から除去されるＰＭの量を算出し、該ＰＭの量を積算する請求項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、
前記電極の付着物を除去する処理である電極の再生を行う再生装置と、
前記電極に付着するＰＭの量の積算値を推定または検出する付着量積算装置と、
前記内燃機関のフューエルカット中に前記検出装置により検出される電流に基づいて、前記電極から除去されるＰＭの量の積算値を推定する除去量積算装置と、
前記付着量積算装置により得られるＰＭの量の積算値から、前記除去量積算装置により得られるＰＭの量の積算値を減算した値が閾値以上の場合に、前記再生装置により前記電極の再生を行う再生時期判定装置と、
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、
を備え、
前記検出装置は、前記接地部にて電流を検出する請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
【請求項３】
前記除去量積算装置は、内燃機関のフューエルカット中に前記検出装置により検出される電流を積分した値に基づいて、前記電極から除去されるＰＭの量を算出し、該ＰＭの量を積算する請求項１または２に記載の粒子状物質処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２１９６７３（Ｐ２０１２−２１９６７３Ａ）
【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２０１１−８４６９８（Ｐ２０１１−８４６９８）
【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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