CN103917751A - 颗粒状物质处理装置 - Google Patents

Abstract

促进颗粒状物质的凝聚。包括：电极，设于内燃机的排气通路，能够改变施加电压；检测装置，检测通过电极的电流；判定装置，判定在由检测装置检测到的电流是否产生了脉冲电流；和控制装置，在由判定装置判定为产生了脉冲电流的情况下，使施加电压比当前时刻降低。

Description

颗粒状物质处理装置

技术领域

本发明涉及颗粒状物质处理装置。

背景技术

公知一种技术，在内燃机的排气通路设置放电电极，从该放电电极产生电晕放电，由此使颗粒状物质（以下，也称为PM。）带电来使PM凝聚（例如，参照专利文献1。）。通过使PM凝聚，能够减少PM的颗粒数。另外，PM的颗粒径变大，因此在下游侧设置过滤器时，容易由该过滤器捕集PM。此外，公知一种技术，在利用电晕放电的颗粒状物质处理装置中，确保放电电极的绝缘（例如，参照专利文献2。）。

但是，若产生电晕放电，则由于强放电而引起的高速电子，PM被粉碎而微细化。于是，使PM凝聚的效果变差。因此，PM的颗粒径变小且PM的颗粒数增加。

专利文献1:日本特开2006－194116号公报

专利文献2:日本特开2006－342730号公报

发明内容

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于促进颗粒状物质的凝聚。

为了达到上述目的，本发明的颗粒状物质处理装置，包括：电极，设于内燃机的排气通路，能够改变施加电压；检测装置，检测通过所述电极的电流；判定装置，判定在由所述检测装置检测到的电流是否产生了脉冲电流；和控制装置，在由所述判定装置判定为产生了脉冲电流的情况下，使所述施加电压比当前时刻降低。

于是，能够抑制在通过电极的电流产生脉冲电流。在此，认为在发生了脉冲电流时，在电极发生强放电。由于该强放电，会使PM微细化。对此，在发生了脉冲电流时，减小施加电压，从而能够抑制发生强放电。另外，即使是不产生电晕放电、电弧放电等强放电那样的施加电压，也能使PM凝聚。因此，若在发生了脉冲电流时减少施加电压来抑制发生脉冲电流，则既能够抑制PM微细化并能够使PM凝聚。

此外，在本发明中可以是，所述控制装置，在由所述判定装置判定为未产生脉冲电流的情况下，使所述施加电压比当前时刻增加。

在此，通过在不发生脉冲电流的范围内使施加电压更大，从而使PM更容易凝聚。即，通过在不发生脉冲电流的范围内增加施加电压，从而能够促进PM的凝聚。另外，也可以进行反馈控制，以使得在不发生脉冲电流的范围内施加电压成为最大。

此外，在本发明中可以是，包括：处理部，设于所述排气通路，设有所述电极；绝缘部，在所述处理部与所述排气通路之间进行电绝缘；接地部，使所述处理部接地；和电源，与所述电极连接，施加电压，所述检测装置在所述接地部检测电流。

即，检测装置可以在比电极靠电位的基准点侧检测电流。通常，与比电极靠接地侧相比，在比电极靠电源侧，布线变长、布线变粗。而且，在比电极靠电源侧有时积蓄电荷。于是，若在比电极靠电源侧检测电流的情况下，即使在电极发生了强放电，此时由检测装置检测到的电流的上升及下降变缓慢。因此，有时难以检测到脉冲电流。

另一方面，在比电极靠接地侧，可以相对地使布线变短且细。因此，在比电极靠接地侧检测电流的情况下，在发生了强放电时容易检测到脉冲电流。因而，通过在比电极靠接地侧检测电流，从而能够更可靠地检测到发生了强放电。因此，在发生了强放电时能够更可靠地减少施加电压，因此能够进一步促进PM的凝聚。

此外，通过具有绝缘部，能够抑制电流流到接地部以外。因此，在发生了强放电时，能够更准确地检测到脉冲电流。

此外，在本发明中可以是，所述电极的电位比所述处理部的电位低。

在此，若使电极的电位比处理部的电位低，则能够使PM带负电。带负电的PM在库仑力、排气流的作用下向处理部的内壁移动。到达处理部的内壁的PM向处理部放出电子，因此电流向比电极靠接地侧流动。并且，放出了电子的PM与存在于附近的其他PM凝聚，因此能够减少颗粒数。

此外，在本发明中可以是，在使由所述检测装置检测到的电流通过高通滤波器而抽取到高频成分的情况下，所述判定装置判定为产生了脉冲电流。

可以利用高通滤波器抽取高频成分，截断低频成分。在此，低频成分是由于PM带电而产生的电流。此外，高频成分是由于强放电而产生的脉冲电流。在此，施加电压越大，则由检测装置检测到的电流越大。因此，有时仅凭只检测电流的最大值，无法区分是由于施加电压变大而使电流的最大值变大，还是由于产生了脉冲电流而使电流的最大值变大。对此，若利用高通滤波器抽取高频成分，则能够与施加电压无关地检测脉冲电流。

根据本发明，能够促进颗粒状物质的凝聚。

附图说明

图1是表示实施例的颗粒状物质处理装置的概略结构的图。

图2是按施加电压表示由检测装置检测到的电流的变迁的图。

图3是表示实施例的施加电压的控制流程的流程图。

图4是表示用于根据内燃机转速和内燃机负荷计算PM颗粒数的映射的一例的图。

图5是表示用于根据来自内燃机的排气量和PM颗粒数计算施加电压的映射的一例的图。

图6是将图2所示的电流通向高通滤波器，仅抽取高频成分时的图。

图7是表示实施例的颗粒状物质处理装置的概略结构的其它图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的颗粒状物质处理装置的具体实施方式。

（实施例1）

图1是表示本实施例的颗粒状物质处理装置1的概略结构的图。颗粒状物质处理装置1设于例如汽油内燃机的排气通路2。另外，也可以设于柴油内燃机的排气通路。

颗粒状物质处理装置1具有两端连接于排气通路2的外壳3而构成。外壳3的材料使用不锈钢材料。外壳3形成为直径比排气通路2大的中空的圆柱形。外壳3的两端形成为越接近端部而截面积越小的锥状。另外，在图1中，排气沿箭头方向在排气通路2流动而流入外壳3内。因此，外壳3可以作为排气通路2的一部分。另外，在本实施例中，外壳3相当于本发明的处理部。

排气通路2和外壳3经由绝缘部4而连接。绝缘部4由电绝缘体构成。绝缘部4被形成于排气通路2的端部的凸缘21和形成于外壳3的端部的凸缘31夹持。排气通路2和外壳3例如通过螺栓及螺母而紧固连接。并且，为使不经由这些螺栓及螺母而流动电流，对这些螺栓及螺母也实施了绝缘处理。如此，在排气通路2与外壳3之间不流动电流。

在外壳3安装有电极5。电极5贯穿外壳3的侧面，从该外壳3的侧面向该外壳3的中心轴方向延伸，在该中心轴附近向排气流的上游侧弯折，与该中心轴平行地朝向排气流的上游侧延伸。因此，电极5的端部位于外壳3的中心轴附近。此外，为使在电极5与外壳3之间不流动电流，在电极5设有由电绝缘体构成的绝缘子（碍子）部51。该绝缘子部51位于电极5与外壳3之间，具有将电绝缘、且将电极5固定于外壳3的作用。

并且，电极5经由电源侧电线52与电源6连接。电源6能够向电极5通电，并改变施加电压。该电源6经由电线与控制装置7及电池8连接。控制装置7控制电源6施加给电极5的电压。

此外，在外壳3连接有接地侧电线53，该外壳3经由接地侧电线53而接地。在接地侧电线53设有检测通过该接地侧电线53的电流的检测装置9。检测装置9例如通过测定设于接地侧电线53中途的电阻的两端的电位差来检测电流。该检测装置9经由电线与控制装置7连接。于是，由检测装置9检测到的电流被输入控制装置7。另外，在本实施例中，接地侧电线53相当于本发明的接地部。

另外，在控制装置7连接有油门（加速踏板）开度传感器71、曲柄位置传感器72、温度传感器73、空气流量计74。油门开度传感器71输出与搭载有内燃机的车辆的驾驶者踏下油门踏板的量相应的电信号，检测内燃机负荷。曲柄位置传感器72检测内燃机转速。温度传感器73通过检测内燃机的冷却水的温度或润滑油的温度来检测内燃机的温度。空气流量计74检测内燃机的吸入空气量。

在这样构成的颗粒状物质处理装置1中，通过从电源6向电极5施加负的直流高电压，从而从该电极5放出电子。即，通过使电极5的电位比外壳3的电位低，从而从电极5放出电子。于是，能够用该电子使排气中的PM带负电。带负电的PM在库仑力和气流的作用下而移动。并且，当PM到达外壳3时，使PM带负电了的电子被向该外壳3放出。向外壳3放出了电子的PM发生凝聚而颗粒径变大。此外，通过PM发生凝聚，PM的颗粒数减少。即，通过向电极5施加电压，能够增大PM的颗粒径且减少PM的颗粒数。

另外，在本实施例中，使电极5向排气流的上游侧弯折，但也可以取代之，使其向下游侧弯折。在此，若如本实施例这样，使电极5朝向排气流的上游侧弯折，则PM难以附着到绝缘子部51。即，能够在比绝缘子部51靠上游侧使PM带电，因此该PM朝向外壳3的内周面。因此，与绝缘子部51冲撞的PM减少，所以PM难以附着到该绝缘子部51。但是，若使电极5朝向排气流的上游侧弯折，则电极5从排气流受到力而容易变形。因此，适于电极5较短的情况。另一方面，若使电极5朝向排气流的下游侧弯折，则PM容易附着于绝缘子部51，但电极5即使从排气流受到力也难以变形。因此，耐久性及可靠性提高，能够使电极5长。

此外，若增大对电极5施加的负电压，则从电极5放出更多的电子，因此能够进一步减少PM的颗粒数。但是，若过于增大对电极5的施加电压，则会产生电晕放电、电弧放电等强放电。若产生这样的强放电，则PM因高速电子而被微细化。因此，为了减少PM的颗粒数，调节成比产生电晕放电等强放电的电压低的电压即可。

在此，若在电极5产生强放电，则通过电极5的电流急剧上升后立刻下降。图2是按施加电压表示由检测装置9检测到的电流的变迁的图。施加电压越大，则由检测装置9检测到的电流越大。并且，在施加电压较小时检测的电流大致恒定。电流大致恒定时，不发生强放电。但是，由于因从电极5放出的电子使PM带负电，该PM向外壳3放出电子，因而检测到电流。即，即使不发生电晕放电等强放电，也能使PM凝聚。

另一方面，若施加电压较大，则由检测装置9检测到的电流变大，且发生脉冲电流。并且，施加电压越大，则发生脉冲电流的频率越高。该脉冲电流是由于电晕放电等强放电而产生。

因此，在本实施例中，在发生了脉冲电流时减小施加电压。由此，抑制发生脉冲电流，抑制PM的颗粒数增加。另一方面，增大施加电压直到发生脉冲电流。由此，能够尽可能地提高施加电压，因此能够进一步减少PM的颗粒数。另外，也可以在发生脉冲电流之前，根据电流读出要发生脉冲电流的预兆，在脉冲电流发生之前减小施加电压。

图3是表示本实施例的施加电压的控制流程的流程图。本例程是由控制装置7每隔预定时间而反复执行。

在步骤S101~S103，计算PM颗粒数（个／cm³）。PM颗粒数是每立方厘米的PM颗粒的个数。该PM颗粒数是从内燃机排出的PM颗粒数，是流入外壳3之前的PM颗粒数。PM颗粒数与内燃机转速、内燃机负荷及内燃机的温度（例如，润滑油的温度或冷却水的温度）存在相关关系，因此基于它们的值来计算。

因此，在步骤S101，取得内燃机转速及内燃机负荷。内燃机转速由曲柄位置传感器72检测，内燃机负荷由油门开度传感器71检测。此外，在步骤S102，取得内燃机的温度。内燃机的温度由温度传感器73检测。

在步骤S103，计算PM颗粒数。在此，图4是表示用于根据内燃机转速和内燃机负荷计算出PM颗粒数的映射（map）的一例的图。控制装置7根据内燃机的温度存储多组该关系。并且，使用与所检测的内燃机的温度相应的映射，根据内燃机转速及内燃机负荷求出PM颗粒数。该映射预先通过实验等而求出。另外，可以使用这样的映射检测PM颗粒数，但也可以在比外壳3靠上游侧的排气通路2安装检测PM颗粒数的传感器，利用该传感器检测PM颗粒数。

然后，在步骤S104，基于在步骤S103计算出的PM颗粒数计算向电极5施加的施加电压。该施加电压是最初向电极5施加的电压。然后，将在步骤S104计算出的施加电压作为初始值，进行反馈控制以使得在不发生脉冲电流的范围内使施加电压最大。即，在本步骤中，为了缩短到在不发生脉冲电流的范围内达到最大的施加电压的时间，而设定施加电压的初始值。基于图5设定施加电压的初始值。

图5是表示用于根据来自内燃机的排气量（g／sec）和PM颗粒数（×10⁵个／cm³）计算施加电压（V）的映射的一例的图。该映射预先通过实验等而求出。来自内燃机的排气量与内燃机的吸入空气量存在相关关系，因此可以基于由空气流量计74检测的吸入空气量而求出。

在此，排气量越少，则PM的惯性力越小，因此相对地静电作用的影响变大。因此，PM容易凝聚。所以，排气量越少，则在越小的施加电压下PM发生凝聚。因此，排气量越少，则使施加电压越小。此外，PM颗粒数越多，则PM颗粒之间的距离变短，因此相对地静电作用的影响变大。因此，PM颗粒数越多，则在越小的施加电压下PM发生凝聚。因此，PM颗粒数越多，则减小施加电压。

另外，施加电压的初始值例如可以是使PM颗粒数的减少率成为预定值（例如40％）的值。此外，也可以使施加电压的初始值为预先设定的规定值。该规定值可以是具有富裕量以使得不产生脉冲电流的值。

然后，在计算出施加电压后，进入步骤S105，取得电流。该电流是由检测装置9检测到的值。此时检测到的电流例如如图2所示那样变迁。

然后，在步骤S106，判定是否存在电流的高频成分。脉冲电流能够作为电流的高频成分而抽取。因此，将由检测装置9检测到的电流通到高通滤波器，抽取高频成分。图6是将图2所示的电流通到高通滤波器，仅抽取高频成分时的图。如此，在使电流通过高通滤波器从而抽取到高频成分的情况下，判定为存在高频成分。

另外，关于是否存在电流的高频成分，也可以基于电流的标准偏差是否大于预定值而判定。在此，用下式计算n次检测到的电流的标准偏差S。

[数1]

$S=\sqrt{\frac{\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(I_m-\mathrm{Iave})}^2}{n}}$

其中，Im是检测电流，Iave是检测电流的平均值。

判定计算出的标准偏差S是否大于预定值Smax，在大于预定值Smax时判定为存在高频成分。预定值Smax是用于判定有无高频成分的固定值，预先通过实验等而求出。此外，例如也可以在检测电流的上升率为阈值以上且上升量为阈值以上的情况下，判定为存在高频成分。另外，在本实施例中，处理步骤S106的控制装置7相当于本发明的判定装置。然后，在步骤S106判定为肯定时，进入步骤S107。

在步骤S107，为了抑制脉冲电流的发生，而减少施加电压。减少施加电压的量可以预先通过实验等而求出最佳值。

然后，在步骤S108，判定是否不存在高频成分。即，判定是否通过减少了施加电压而使得不再发生脉冲电流。该判定与步骤S106同样地进行。在步骤S108判定为肯定时，结束本例程。另一方面，在步骤S108判定为否定时，返回步骤S107，再次减少施加电压。如此，使施加电压减少，直到不产生脉冲电流。

另一方面，在步骤S106判定为否定时，进入步骤S109。

在步骤S109，施加电压增加。由此，促进PM的凝聚。增加施加电压的量可以预先通过实验等而求出最佳值。

然后，在步骤S110，判定是否存在高频成分。即，判定是否由于施加电压增加而产生了脉冲电流。该判定与步骤S106同样地进行。在步骤S110判定为肯定时，为了抑制发生脉冲电流而进入步骤S107。另一方面，在步骤S110判定为否定时，返回步骤S109，再次增加施加电压。如此，增加施加电压，直到发生脉冲电流。

这样，通过对施加电压进行反馈控制，能够在不发生脉冲电流的范围内尽可能地提高施加电压。由此，能够进一步促进PM的凝聚，因此能够进一步减少PM颗粒数。

另外，在本实施例中，可以将施加电压的初始值设为0或较小的值，逐渐增加施加电压直到检测到高频成分。另一方面，也可以将施加电压的初始值设为较大的值，在检测到高频成分时减少施加电压。此时的施加电压的初始值可以是能发生强放电的值。在该情况下，可以不进行施加电压的增加。即，在步骤S106判定为否定时，可以不执行步骤S109及步骤S110而结束处理。

在此，图7是表示本实施例的颗粒状物质处理装置100的概略结构的图。对与图1所示的颗粒状物质处理装置1的不同点进行说明。

在图7所示的颗粒状物质处理装置100中，在电源6与电极5之间的电源侧电线52设有检测通过该电源侧电线52的电流的检测装置9。通过这样在电源侧电线52设置检测装置9，从而不需要图1所示的绝缘部4。即，即使从外壳3向排气通路2侧流过电流，也能利用检测装置9检测到通过电极5的电流。

在这样构成的颗粒状物质处理装置100中，也能检测通过电极5的电流。但是，通常，与接地侧电线53相比电源侧电线52的直径粗且长度长，因此电容量变大。所以，即使发生了电晕放电等强放电，也难以检测到脉冲电流。因此，图1所示的颗粒状物质处理装置1能够更准确地检测强放电，因此能够更有效地抑制该强放电。

附图标记的说明

1颗粒状物质处理装置

2排气通路

3外壳

4绝缘部

5电极

6电源

7控制装置

8电池

9检测装置

21凸缘

31凸缘

51绝缘子部

52电源侧电线

53接地侧电线

Claims (5)

1.一种颗粒状物质处理装置，包括：

电极，设于内燃机的排气通路，能够改变施加电压；

检测装置，检测通过所述电极的电流；

判定装置，判定在由所述检测装置检测到的电流是否产生了脉冲电流；和

控制装置，在由所述判定装置判定为产生了脉冲电流的情况下，使所述施加电压比当前时刻降低。

2.根据权利要求1所述的颗粒状物质处理装置，

所述控制装置，在由所述判定装置判定为未产生脉冲电流的情况下，使所述施加电压比当前时刻增加。

3.根据权利要求1或2所述的颗粒状物质处理装置，包括：

处理部，设于所述排气通路，设有所述电极；

绝缘部，在所述处理部与所述排气通路之间进行电绝缘；

接地部，使所述处理部接地；和

电源，与所述电极连接，施加电压，

所述检测装置在所述接地部检测电流。

4.根据权利要求3所述的颗粒状物质处理装置，

所述电极的电位比所述处理部的电位低。

5.根据权利要求1~4中的任一项所述的颗粒状物质处理装置，

在使由所述检测装置检测到的电流通过高通滤波器而抽取到高频成分的情况下，所述判定装置判定为产生了脉冲电流。