JP2012193703A - 粒子状物質処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】粒子状物質の凝集を促進させる。
【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、粒子数検出装置により検出される粒子状物質の粒子数が減少するように前記電源から前記電極に印加する電圧をフィードバック制御するフィードバック制御装置と、を備える。
【選択図】図2
【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、粒子数検出装置により検出される粒子状物質の粒子数が減少するように前記電源から前記電極に印加する電圧をフィードバック制御するフィードバック制御装置と、を備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、粒子状物質処理装置に関する。
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。
しかし、コロナ放電を発生させると、強い放電に起因する高速電子により、PMが粉砕されてしまい、微細化される。そうすると、PMを凝集させる効果が低くなる。このため、PMの粒子径が小さくなり且つPMの粒子数が増加する虞がある。
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、粒子状物質の凝集を促進させることを目的とする。
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、
前記粒子数検出装置により検出される粒子状物質の粒子数が減少するように前記電源から前記電極に印加する電圧をフィードバック制御するフィードバック制御装置と、
を備える。
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、
前記粒子数検出装置により検出される粒子状物質の粒子数が減少するように前記電源から前記電極に印加する電圧をフィードバック制御するフィードバック制御装置と、
を備える。
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。
ところで、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。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。
そこで、フィードバック制御装置は、排気中のPMの粒子数に基づいて印加電圧をフィードバック制御する。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。電極に電圧を印加すると、PMが凝集されることにより、PMの
粒子数は減少する。そして、粒子数検出装置は、電極よりも下流側のPMの粒子数を検出するため、PMを帯電させた後の粒子数を検出している。したがって、電極への印加電圧を変更することで、粒子数検出装置により検出されるPMの粒子数が変わる。そして、PMの凝集が促進されるほど、PMの粒子数は少なくなる。したがって、PMの粒子数が減少するように印加電圧をフィードバック制御することで、PMの粒子数を最も減少させることができる電圧を印加することができる。すなわち、PMの凝集を促進させることができる。
粒子数は減少する。そして、粒子数検出装置は、電極よりも下流側のPMの粒子数を検出するため、PMを帯電させた後の粒子数を検出している。したがって、電極への印加電圧を変更することで、粒子数検出装置により検出されるPMの粒子数が変わる。そして、PMの凝集が促進されるほど、PMの粒子数は少なくなる。したがって、PMの粒子数が減少するように印加電圧をフィードバック制御することで、PMの粒子数を最も減少させることができる電圧を印加することができる。すなわち、PMの凝集を促進させることができる。
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、
前記接地部を通る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したか否か判定する判定装置と、
前記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と、
を備え、
前記フィードバック制御装置は、前記パルス電流抑制装置により前記パルス電流が発生するよりも低く調整された電圧を初期値として前記フィードバック制御を開始することができる。
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、
前記接地部を通る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したか否か判定する判定装置と、
前記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と、
を備え、
前記フィードバック制御装置は、前記パルス電流抑制装置により前記パルス電流が発生するよりも低く調整された電圧を初期値として前記フィードバック制御を開始することができる。
ここで、フィードバック制御装置によるフィードバック制御を開始するときに、印加電圧の初期値が小さいと、印加電圧が増加して一定の値に収束するまでに時間がかかってしまう。印加電圧が収束するまでは、PMの凝集が十分でないため、印加電圧を速やかに収束させることが望ましい。このため、フィードバック制御装置によるフィードバック制御を開始するときの印加電圧の初期値を、パルス電流抑制装置により設定する。
ここで、パルス電流が発生したときには、電極において強い放電が発生していると考えられる。この強い放電によりPMが微細化される虞がある。これに対し、パルス電流が発生したときに、印加電圧を低減させることにより、強い放電が発生することを抑制できる。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。したがって、パルス電流が発生したときに印加電圧を低減させてパルス電流の発生を抑制すれば、PMが微細化されることを抑制しつつPMを凝集させることができる。
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。なお、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。
このようにして設定される印加電圧は、粒子数検出装置により検出されるPMの粒子数が最も少なくなる印加電圧に近い値であると考えられる。このため、パルス電流が発生しない範囲で最大の印加電圧を初期値として、PMの粒子数に基づいた印加電圧のフィードバック制御を開始すれば、PMの粒子数が最も少なくなる印加電圧に速やかに収束させることができる。
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。
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。
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。
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。
本発明によれば、粒子状物質の凝集を促進させることができる。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ところで、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ため、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。そうすると、PMの凝集が妨げられてしまう。
そこで本実施例では、粒子数センサ75により検出されるPMの粒子数が減少するように、印加電圧をフィードバック制御する。すなわち、電極5への印加電圧が大きくなることによりPMの凝集が促進されるが、印加電圧を大きくしすぎると強い放電によりPMが微細化されるため、PMの凝集が最も促進される印加電圧が存在する。そして、PMの凝集が最も促進される印加電圧では、粒子数センサ75により検出されるPMの粒子数が最も少なくなる。したがって、PMの粒子数が最も少なるように印加電圧をフィードバック制御することにより、PMの凝集を促進させることができる。
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。なお、本実施例においては図2に示したフローを処理する制御装置7が、本発明におけるフィードバック制御装置に相当する。
ステップS101では、電極5への印加電圧が算出される。この印加電圧は、印加電圧のフィードバック制御を開始する際の初期値となる。本フローでは、印加電圧の初期値を比較的小さな値としてフィードバック制御を開始し、印加電圧を上昇させていく。このため、本ステップで算出される印加電圧は、収束すると推定される印加電圧よりも余裕を持たせた低い値に設定される。この印加電圧の初期値は、予め実験等により求めておくことができる。また、印加電圧の初期値を0(V)としてもよい。
ステップS102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、印加電圧を増加する前の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、印加電圧変更前粒子数PM1とする。
ステップS103では、電極5への印加電圧が増加される。このときの印加電圧の増加量は、予め設定しておく。
ステップS104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、印加電圧を増加した後の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、印加電圧変更後粒子数PM2とする。
ステップS105では、印加電圧変更前粒子数PM1が、印加電圧変更後粒子数PM2よりも小さいか否か判定している。すなわち、ステップS103で印加電圧を増加したことにより、PMの粒子数が増加したか否か判定している。ここで、印加電圧を増加したときに、PMの粒子数が増加した場合には、PMの粒子数の極小値を通過したと判定できる
。すなわち、印加電圧の最適値を超えたと判定できる。
。すなわち、印加電圧の最適値を超えたと判定できる。
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ステップS107へ進む。
ステップS106では、電極5への印加電圧が減少される。このときの印加電圧の減少量は、ステップS103における印加電圧の増加量と同じとする。本ステップでは、印加電圧をステップS103において増加される前の状態に戻している。すなわち、印加電圧を増加させることにより、印加電圧の最適値を超えてしまったので、印加電圧を増加させる前の状態に戻すことにより、印加電圧を最適値に近づけている。
一方、ステップS107では、印加電圧変更後粒子数PM2の値を、印加電圧変更前粒子数PM1に代入する。すなわち、ステップS103戻って再度印加電圧が増加されるため、ステップS104において取得されたPMの粒子数を印加電圧変更前粒子数PM1としている。そして、ステップS103へ戻る。
このようにして、PMの粒子数が最も少なくなるように印加電圧をフィードバック制御することができる。なお、ステップS101では、印加電圧の初期値をPMの粒子数が最も少なくなる印加電圧よりも低い値に設定しているが、PMの粒子数が最も少なくなる印加電圧よりも高い値に設定することもできる。この場合、印加電圧を減少させていくことも考えられる。この場合のフローを図3に基づいて説明する。
図3は、本実施例に係る印加電圧の他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、図2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。なお、本実施例においては図3に示したフローを処理する制御装置7も、本発明におけるフィードバック制御装置に相当する。
ここで、ステップS101では、印加電圧を比較的高い値に設定することができる。そして、ステップS105で否定判定がなされた場合には、ステップS111へ進む。ステップS111では、ステップS107と同じ処理がなされる。
ステップS112では、電極5への印加電圧が減少される。すなわち、印加電圧が最適値を超えている状態であるため、印加電圧を減少させる。ステップS112では、ステップS106と同じ処理がなされる。
ステップS113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、印加電圧を減少した後の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、印加電圧変更後粒子数PM2とする。
ステップS114では、印加電圧変更前粒子数PM1が、印加電圧変更後粒子数PM2よりも小さいか否か判定している。すなわち、ステップS112で印加電圧を減少したことにより、PMの粒子数が増加したか否か判定している。ここで、印加電圧を減少したときに、PMの粒子数が増加した場合には、印加電圧を減少しすぎてPMの粒子数の極小値を通過したと判定できる。すなわち、印加電圧の最適値を超えたと判定できる。
ステップS114で肯定判定がなされた場合にはステップS115へ進む。一方、ステップS114で否定判定がなされた場合にはステップS111へ戻り、印加電圧の減少が繰り返される。
ステップS115では、電極5への印加電圧が増加される。このときの印加電圧の増加量は、ステップS103における印加電圧の増加量と同じとする。本ステップでは、印加電圧をステップS112において減少される前の状態に戻している。すなわち、印加電圧を減少させることにより、印加電圧の最適値を超えてしまったので、印加電圧を減少させる前の状態に戻すことにより、印加電圧を最適値に近づけている。
以上説明したように本実施例によれば、電極5よりも下流側で検出されるPMの粒子数に基づいて印加電圧をフィードバック制御することにより、PMの粒子数をより少なくすることができる。すなわち、PMの凝集をより促進させることができる。
(実施例2)
本実施例2では、実施例1で説明したフィードバック制御を行うときの印加電圧の初期値を、電極5を通る電流に基づいて設定する。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。
本実施例2では、実施例1で説明したフィードバック制御を行うときの印加電圧の初期値を、電極5を通る電流に基づいて設定する。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。
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の凝集が最も促進される印加電圧は、コロナ放電などの強い放電が発生する印加電圧の近傍にあると考えられる。
ところで、印加電圧が比較的大きくなると、検出装置9により検出される電流が大きくなると共に、パルス電流が発生する。そして、印加電圧が大きくなるほど、パルス電流が発生する頻度が高くなる。このパルス電流は、コロナ放電などの強い放電により発生する。
そこで本実施例では、パルス電流が発生するまでは、印加電圧を大きくする。そして、パルス電流が発生したときに、印加電圧を小さくすると共に、小さくした後の印加電圧を実施例1で説明したフィードバック制御における印加電圧の初期値とする。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前に印加電圧を小さくしてもよい。
図4は、本実施例に係る印加電圧の初期値を求める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。
ステップS201からS203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。
このため、ステップS201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S202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。
ステップS203では、PM粒子数が算出される。ここで、図5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粒子数を検出してもよいが、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に電圧を印加する前の粒子数センサ75の検出値を用いてもよい。
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粒子数を検出してもよいが、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に電圧を印加する前の粒子数センサ75の検出値を用いてもよい。
そして、ステップS204では、ステップS203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。この印加電圧は、電極5へ最初に印加する電圧である。そして、ステップS204で算出される印加電圧を初期値として、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧が最も大きくなるようにフィードバック制御を行う。すなわち、本ステップでは、パルス電流が発生しない範囲で最も大きな印加電圧に到達するまでの時間を短縮するために印加電圧の初期値を設定している。印加電圧の初期値は図6に基づいて設定される。
図6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。
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。
なお、印加電圧の初期値は、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、印加電圧の初期値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。
そして、印加電圧が算出された後、ステップS205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。
そして、ステップS206では、電流の高周波成分が存在するか否か判定される。パルス電流は、電流の高周波成分として抽出可能である。そこで、検出装置9により検出される電流をハイパスフィルタに通して、高周波成分を抽出する。そして、ハイパスフィルタを通したことにより高周波成分が抽出された場合に、高周波成分が存在すると判定される。
なお、電流の高周波成分が存在するか否かは、電流の標準偏差が所定値よりも大きいか否かに基づいて判定することもできる。算出された標準偏差が所定値よりも大きいか否か判定し、大きな場合には高周波成分が存在すると判定する。所定値は、高周波成分の有無を判定するための固定値であり、予め実験等により求めておく。また、たとえば、検出電流の上昇率が閾値以上で且つ上昇量が閾値以上の場合に、高周波成分が存在すると判定することもできる。なお、本実施例においてはステップS206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。そして、ステップS206で肯定判定がなされた場合には、ステップS207へ進む。
ステップS207では、パルス電流の発生を抑制するために、印加電圧が減少される。印加電圧を減少する量は、予め実験等により最適値を求めておいてもよい。なお、本実施例においてはステップS207を処理する制御装置7が、本発明におけるパルス電流抑制装置に相当する。
そして、ステップS208では、高周波成分が存在しないか否か判定される。すなわち、印加電圧が減少したことによりパルス電流が発生しなくなったか否か判定している。この判定は、ステップS206と同様に行う。ステップS208で肯定判定がなされた場合には、本ルーチンを終了させる。一方、ステップS208で否定判定がなされた場合には、ステップS207へ戻り、印加電圧が再度減少される。このように、パルス電流が発生しなくなるまで印加電圧が減少される。
一方、ステップS206で否定判定がなされた場合には、ステップS209へ進む。
ステップS209では、印加電圧が増加される。これにより、PMの凝集を促進させる。印加電圧を増加する量は、予め実験等により最適値を求めておいてもよい。
そして、ステップS210では、高周波成分が存在するか否か判定される。すなわち、印加電圧が増加したことによりパルス電流が発生したか否か判定している。この判定は、ステップS206と同様に行う。ステップS210で肯定判定がなされた場合には、パルス電流の発生を抑制するためにステップS207へ進む。一方、ステップS210で否定判定がなされた場合には、ステップS209へ戻り、印加電圧が再度増加される。このようにして、パルス電流が発生するまで印加電圧が増加される。
このように、印加電圧をフィードバック制御することで、パルス電流が発生しない範囲で印加電圧を可及的に高くすることができる。そして、ステップS208で肯定判定がなされたときの印加電圧を、実施例1の図2または図3のステップS101で算出される印加電圧とする。これにより、PMの粒子数に基づいたフィードバック制御を行ったときに、PMの粒子数が最も少なくなる印加電圧に速やかに収束させることができる。
なお、ステップS207における印加電圧の減少量及びステップS209における印加電圧の増加量は、ステップS103における印加電圧の増加量、ステップS106における印加電圧の減少量、ステップS112における印加電圧の減少量、及びステップS115における印加電圧の増加量よりも大きな値とする。すなわち、図4のフローにおける印加電圧の増減量よりも、図2及び図3のフローにおける印加電圧の増減量のほうを小さくする。これにより、図4のフローを実施することによって、印加電圧の最適値に速やかに近付けることができる。そして、その後に図2及び図3のフローを実施することで、より正確に印加電圧の最適値に近付けることができる。
(実施例3)
ここで、図7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。
ここで、図7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。
図7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。
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、粒子数センサ75により
検出されるPMの粒子数に基づいて印加電圧をフィードバック制御することができる。また、電極5を通る電流を検出することができる。しかし、一般に、電源側電線52のほうが接地側電線53よりも、径が太く且つ長さが長くなるため、電気的な容量が大きくなる。したがって、コロナ放電などの強い放電が発生したとしても、パルス電流を検出し難くなる。このため、図1に示した粒子状物質処理装置1のほうが、強い放電をより正確に検出することができるので、該強い放電をより効果的に抑制することができる。
検出されるPMの粒子数に基づいて印加電圧をフィードバック制御することができる。また、電極5を通る電流を検出することができる。しかし、一般に、電源側電線52のほうが接地側電線53よりも、径が太く且つ長さが長くなるため、電気的な容量が大きくなる。したがって、コロナ放電などの強い放電が発生したとしても、パルス電流を検出し難くなる。このため、図1に示した粒子状物質処理装置1のほうが、強い放電をより正確に検出することができるので、該強い放電をより効果的に抑制することができる。
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
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
Claims (2)
- 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、
前記粒子数検出装置により検出される粒子状物質の粒子数が減少するように前記電源から前記電極に印加する電圧をフィードバック制御するフィードバック制御装置と、
を備える粒子状物質処理装置。 - 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、
前記接地部を通る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したか否か判定する判定装置と、
前記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と、
を備え、
前記フィードバック制御装置は、前記パルス電流抑制装置により前記パルス電流が発生するよりも低く調整された電圧を初期値として前記フィードバック制御を開始する請求項1に記載の粒子状物質処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011059431A JP2012193703A (ja) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | 粒子状物質処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2011059431A JP2012193703A (ja) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | 粒子状物質処理装置 |
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JP2012193703A true JP2012193703A (ja) | 2012-10-11 |
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ID=47085812
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JP2011059431A Pending JP2012193703A (ja) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | 粒子状物質処理装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2012193703A (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09127181A (ja) * | 1995-10-30 | 1997-05-16 | Kawasaki Steel Corp | 電力設備のコロナ放電検出装置 |
JP2005183099A (ja) * | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Minebea Co Ltd | 放電灯点灯回路 |
JP2006112383A (ja) * | 2004-10-18 | 2006-04-27 | Denso Corp | 排気浄化装置 |
-
2011
- 2011-03-17 JP JP2011059431A patent/JP2012193703A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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