JP4889717B2 - 粒子状物質検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒子状物質検出装置に関し、特に、粒子状物質が付着した電極部の電気的特性に基づいて粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置に関する。

近年、環境意識が高まるにつれて、燃焼を伴う設備・装置の使用に際しては、排気中に含まれる粒子状物質の除去が必要不可欠となっている。このため、これらの設備・装置には、排気中の粒子状物質を除去するための除去手段が設けられている。また、この除去手段が正常に機能し、粒子状物質を十分に除去できているか否かを確認すべく、粒子状物質検出装置を備えた故障診断システムが設けられている。

例えば、排気通路内に設けた電極部に対して所定の電圧を印加することにより、排気中の粒子状物質を電極部に付着させた後、電極部の電気的特性を測定し、測定された電気的特性から粒子状物質の濃度を検知することを特徴とする粒子状物質検出装置が提案されている（特許文献１参照）。
この装置によれば、粒子状物質の堆積量により変化する電極部の電気的特性を利用して、静電容量等の電気的特性の測定結果から粒子状物質の濃度を算出するため、排気中に含まれる粒子状物質を低濃度から検出することができ、信頼性の高い故障診断システムを提供することができる。
特開２００８−１３９２９４号公報

ところで、特許文献１の粒子状物質検出装置では、粒子状物質が付着した電極部の電気的特性に基づいて粒子状物質の濃度を検知するため、電極部に付着した粒子状物質を定期的に除去する必要がある。具体的には、ヒーターに高電圧を印加して電極部を昇温させ、電極部に付着した粒子状物質を燃焼除去している。

しかしながら、ヒーターに高電圧を印加して電極部を昇温させる際に、電極部と、電極部の電気的特性を検知する検知回路部とが接続された状態であるため、例えヒーターと電極部が絶縁部材で隔てられていた場合であっても、高電圧により絶縁破壊が生じ、検知回路部にも高電圧がかかる恐れがある。ひいては、精密機器である検知回路部に悪影響を与える恐れがある。

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、粒子状物質が付着した電極部の電気的特性に基づいて粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置であって、精密回路である検知回路部に悪影響を与えることなく、迅速且つ精度良く、電極部に付着した粒子状物質が燃焼除去されたか否かの判定が可能な粒子状物質検出装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、加熱手段により電極部を昇温させて粒子状物質の燃焼除去を行う際に、電極部と検知回路部とを遮断するとともに、加熱手段に定電流を供給したときに加熱手段に印加される電圧を測定することにより、精密回路である検知回路部に悪影響を与えることなく、迅速且つ精度良く、電極部に付着した粒子状物質が燃焼除去されたか否かの判定ができることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のような発明を提供する。

請求項１記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質が付着する電極部と、前記電極部からの出力値に応じて前記電極部の電気的特性を検知する検知回路部と、を備え、前記検知回路部で検知した電気的特性に基づいて排気中の粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置であって、前記電極部と前記検知回路部とを接続及び遮断する出力回路部と、電流が供給されると発熱し、前記電極部を昇温させて前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する加熱手段と、前記加熱手段に定電流を供給する定電流電源部と、前記加熱手段に印加されている電圧を測定する電圧測定手段と、前記定電流電源部を制御し、前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する際には、前記出力回路部を遮断するとともに、前記電圧測定手段により測定された電圧に基づいて、前記電極部に付着している粒子状物質が除去されたか否かを判定することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、電極部と検知回路部とを接続及び遮断する出力回路部と、電流が供給されると発熱し、電極部を昇温させて電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する加熱手段と、を含んで粒子状物質検出装置を構成した。また、電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する際に、出力回路部を遮断する制御手段を含んで粒子状物質検出装置を構成した。
これにより、電極部に付着した粒子状物質を燃焼除去する際に、出力回路部を遮断することができる。従って、加熱手段に高電圧が印加された場合であっても、電極部から精密機器である検知回路部へ電圧がかかることはなく、検知回路部に悪影響を与えることを回避できる。

また、請求項１記載の発明によれば、加熱手段に定電流を供給する定電流電源部と、加熱手段に印加されている電圧を測定する電圧測定手段と、定電流電源部を制御して電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する制御手段と、を含んで粒子状物質検出装置を構成した。
また、電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する際には、出力回路部を遮断するとともに、電圧測定手段により測定された電圧に基づいて、電極部に付着している粒子状物質が除去されたか否かを判定する制御手段を含んで粒子状物質検出装置を構成した。
これにより、従来技術では、電極部に付着している粒子状物質が除去されたか否かの判定を、電極部の電気的特性に基づいて行っていたところ、本発明によれば、定電流が供給されている加熱手段に印加された電圧を測定することにより行うことができる。

これは、電極部に付着している粒子状物質が燃焼すると、その燃焼熱によって、加熱手段の抵抗が大きくなる特性による。この特性により、定電流電源部が加熱手段に定電流を供給するためには、より大きな電圧を印加する必要がある。即ち、加熱手段に定電流を供給して電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する際に、粒子状物質が電極部に残存して燃焼している状態の場合には、加熱手段に印加される電圧は、粒子状物質が燃焼除去された後の電圧に比して大きい。このため、定電流が供給されている加熱手段に印加されている電圧を測定することにより、電極部に付着していた粒子状物質が燃焼除去されたか否かの判定を精度良く行うことができる。

従って、本発明によれば、粒子状物質が燃焼除去されたか否かの判定を行いながら粒子状物質の燃焼除去が可能となる。即ち、本発明によれば、精密回路である検知回路部に悪影響を与えることなく、迅速且つ精度良く、電極部に付着した粒子状物質が燃焼除去されたか否かの判定を行うことができる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の粒子状物質検出装置において、前記制御手段は、前記電圧測定手段により測定された電圧と予め設定された基準値との偏差を算出し、算出した偏差が所定時間の間、所定値より小さいときに、前記電極部に付着している粒子状物質が除去されたと判定することを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、電圧測定手段により測定された電圧と予め設定された基準値との偏差を算出し、算出した偏差が所定時間の間、所定値より小さいときに、電極部に付着している粒子状物質が除去されたと判定するように制御手段を構成した。ここで、予め設定された基準値とは、粒子状物質が燃焼していない、つまり電極部において粒子状物質が除去されたときの加熱手段に印加される電圧である。
これにより、精密回路である検知回路部に悪影響を与えることなく、さらに精度良く、電極部に付着した粒子状物質が燃焼除去されたか否かの判定を行うことができる。

請求項３記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質が付着する電極部と、前記電極部からの出力値に応じて前記電極部の電気的特性を検知する検知回路部と、を備え、前記検知回路部で検知した電気的特性に基づいて排気中の粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置であって、前記電極部と前記検知回路部とを接続及び遮断する出力回路部と、電流が供給されると発熱し、前記電極部を昇温させて前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する加熱手段と、前記加熱手段に定電圧を印加する定電圧電源部と、前記加熱手段に供給されている電流を測定する電流測定手段と、前記定電圧電源部を制御し、前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する際には、前記出力回路部を遮断するとともに、前記電流測定手段により測定された電流に基づいて、前記電極部に付着している粒子状物質が除去されたか否かを判定することを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、加熱手段に定電圧を印加する定電圧電源部と、加熱手段に供給されている電流を測定する電流測定手段と、定電圧電源部を制御して電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する制御手段と、を含んで粒子状物質検出装置を構成した。また、電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する際には、出力回路部を遮断するとともに、電流測定手段により測定された電流に基づいて、電極部に付着している粒子状物質が除去されたか否かを判定する制御手段を含んで粒子状物質検出装置を構成した。
即ち、本発明では、請求項１記載の粒子状物質検出装置における定電流電源部の代わりに定電圧電源部を設け、電圧測定手段の代わりに電流測定手段を設けて粒子状物質検出装置を構成した。

上述の通り、電極部に付着している粒子状物質が燃焼すると、その燃焼熱によって、加熱手段の抵抗が大きくなるという特性がある。このため、定電圧電源部が加熱手段に定電圧を印加するためには、より小さな電流を供給する必要がある。即ち、加熱手段に定電圧を印加して電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する際に、粒子状物質が電極部に残存して燃焼している状態の場合には、加熱手段に供給される電流は、粒子状物質が燃焼除去された後の電流に比して小さい。このため、定電圧が印加されている加熱手段に供給されている電流を測定することにより、電極部に付着していた粒子状物質が燃焼除去されたか否かの判定を精度良く行うことができる。
従って、本発明によれば、定電圧が印加されている加熱手段に供給されている電流を測定することによって、電極部に付着している粒子状物質が除去されたか否かの判定が可能となり、請求項１記載の発明と同等の効果が奏される。

請求項４記載の発明は、請求項３に記載の粒子状物質検出装置において、前記制御手段は、前記電流測定手段により測定された電流と予め設定された基準値との偏差を算出し、算出した偏差が所定時間の間、所定値より小さいときに、前記電極部に付着している粒子状物質が除去されたと判定することを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、電流測定手段により測定された電流と予め設定された基準値との偏差を算出し、算出した偏差が所定時間の間、所定値より小さいときに、電極部に付着している粒子状物質が除去されたと判定するように制御手段を構成した。ここで、予め設定された基準値とは、粒子状物質が燃焼していない、つまり電極部において粒子状物質が除去されたときの加熱手段に供給される電流である。
これにより、精密回路である検知回路部に悪影響を与えることなく、さらに精度良く、電極部に付着した粒子状物質が燃焼除去されたか否かの判定を行うことができ、請求項２記載の発明と同等の効果が奏される。

請求項５記載の発明は、請求項１から４いずれかに記載の粒子状物質検出装置において、前記電極部に所定の電圧を印加し、排気中の粒子状物質を前記電極部に付着させる電源部をさらに備えることを特徴とする。

請求項５記載の発明によれば、電極部に所定の電圧を印加し、排気中の粒子状物質を電極部に付着させる電源部を含んで粒子状物質検出装置を構成した。
これにより、電極部に電圧を印加して粒子状物質を積極的に付着させる構成としたため、電極部に付着する粒子状物質の量が増大する。このため、電極部に付着した粒子状物質を燃焼除去すべく、加熱手段に電圧を印加又は電流を供給する時間が長くなることから、上記構成を採用することは、精密回路である検知回路部を保護する観点から有効である。

本発明によれば、精密回路である検知回路部に悪影響を与えることなく、迅速且つ精度良く、電極部に付着した粒子状物質が燃焼除去されたか否かの判定が可能な粒子状物質検出装置を提供できる。即ち、本発明によれば、検知回路部を保護しつつ、迅速且つ確実な再生処理が可能な粒子状物質検出装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成には同一の番号を付し、その詳細な説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る粒子状物質検出装置１を備えた内燃機関５の排気系の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）５は、各気筒内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンである。

エンジン５の排気が流通する排気通路には、排気浄化フィルタ（以下、「ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）」という）６と、粒子状物質検出装置１とが、上流側からこの順で設けられている。

ＤＰＦ６は、多孔質体のフィルタ壁を備え、排気がこのフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中に含まれる炭素を主成分とした粒子状物質（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）」ともいう）を、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることにより、これを捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、チタン酸アルミニウムやコージェライト等を材料とした多孔質体が使用される。

本実施形態に係る粒子状物質検出装置１は、エンジン５の排気系、特に排気系に設置されたＤＰＦ６の下流に配置されて、ＤＰＦ６の故障診断装置として利用される。
本実施形態に係る粒子状物質検出装置１の構成を図２に示す。図２に示されるように、本実施形態に係る粒子状物質検出装置１は、エンジン５の排気通路に設けられ、排気中のＰＭが付着する電極部１１と、電極部１１からの出力値に応じて電極部１１の電気的特性を検知する検知回路部１２と、を備え、検知回路部１２で検知した電気的特性に基づいて、排気中のＰＭを検出する。

また、粒子状物質検出装置１は、電極部１１と検知回路部１２とを接続及び遮断する出力回路部１３と、電流が供給されると発熱し、電極部１１を昇温させて電極部１１に付着しているＰＭを燃焼除去するヒーター１４と、ヒーター１４に定電流を供給する定電流電源１５と、ヒーター１４に印加されている電圧を測定する電圧計１６と、定電流電源１５を制御し、電極部１１に付着しているＰＭを燃焼除去するＥＣＵ１０と、を備え、電極部１１に付着しているＰＭを燃焼除去する際には、出力回路部１３を遮断するとともに、電圧計１６により測定された電圧に基づいて、電極部１１に付着しているＰＭが除去されたか否かを判定する。

また、粒子状物質検出装置１は、静電集塵式の粒子状物質検出装置であり、電極部１１に所定の電圧を印加し、排気中のＰＭを電極部１１に付着させる電源部１７（図示せず）をさらに備える。
電源部１７は、ＥＣＵ１０からの指令に基づいて動作し、所定の電圧を電極部１１に所定の時間に亘って印加し、これにより、排気中に含まれるＰＭを、後述する電極部１１のキャビティ１１３内に堆積させる。

図３は、電極部１１の構成を示す図である。より具体的には、図３（Ａ）は、電極部１１の電極板１１１の構成を示す斜視図であり、図３（Ｂ）は、２枚の電極板１１１，１１１を含んで構成された電極部１１の構成を示す斜視図である。

図３（Ａ）に示すように、電極板１１１は、略矩形状のアルミナ基板１１１Ａと、このアルミナ基板１１１Ａの表面に形成されたタングステン導体層１１１Ｂと、を備える。このタングステン導体層１１１Ｂは、アルミナ基板１１１Ａの略中央部において、略正方形状に形成された導体部と、この導体部からアルミナ基板１１１Ａの一端側へかけて線状に延びる導線部と、を含んで構成される。また、アルミナ基板１１１Ａの一端側には、このタングステン導体層１１１Ｂの導線部に積層して設けられたタングステン印刷部１１１Ｃが形成されている。
ここで、アルミナ基板１１１Ａの厚みは、約１ｍｍであり、タングステン導体層１１１Ｂの導体部の一辺の長さは、約１０ｍｍである。

図３（Ｂ）に示すように、電極部１１は、一対の電極板１１１，１１１を、板状のスペーサ１１２，１１２を介装して組み合わせることにより構成される。これらスペーサ１１２，１１２は、各電極板１１１の両端側に設けられており、これにより、各電極板１１１のタングステン導体層１１１Ｂの導体部には、粒子状物質が集塵されるキャビティ１１３が形成される。

図２に戻って、検知回路部１２は、電極部１１の電気的特性を検出するインピーダンス測定器１２１（図示せず）を含んで構成される。
インピーダンス測定器１２１は、ＥＣＵ１０からの指令に基づいて動作し、所定の測定電圧及び測定周期の交流信号のもとで電極部１１の静電容量を検出し、検出した静電容量値に略比例した検出信号をＥＣＵ１０に出力する。

ＥＣＵ１０は、定電流電源部及び電圧測定手段を備える本発明の制御手段を構成する。ＥＣＵ１０は、各種入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ１０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、検知回路部１２、リレー１３Ａ、定電流電源１５等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。

また、ＥＣＵ１０には、排気中に含まれるＰＭ濃度と電極部１１に付着するＰＭ量との相関関係を示すデータに加えて、電極部１１の電気的特性（静電容量等）と電極部１１に付着するＰＭ量との相関関係を示すデータが予め格納されており、検出した静電容量値から排気中のＰＭ濃度が算出される。

出力回路部１３は、電極部１１と検知回路部１２とを接続及び遮断する。出力回路部１３は、リレー１３Ａを備え、ＥＣＵ１０からの制御信号により、オン／オフ制御が行われる。

ヒーター１４は、発熱抵抗体であり、定電流電源１５により供給される所定の定電流によって発熱し、電極部１１を昇温させる。
ヒーター１４は、電極部１１と別個に設置されており、ヒーター１４と電極部１１との間には絶縁部材（図示せず）が介装されている。

電圧計１６は、定電流電源１５により所定の定電流が供給されたヒーター１４に印加されている電圧を測定する。電圧計１６は、ＥＣＵ１０に接続されており、測定された電圧値はＥＣＵ１０に出力される。

定電流電源１５は、所定の定電流をヒーター１４に供給する。
電源部１７は、所定の電圧を電極部１１に印加する。

次に、粒子状物質検出装置１のＰＭ除去手順について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

先ず、ＰＭ除去処理（再生処理）を開始するにあたり、ステップＳ１において、ＥＣＵ１０からの制御信号によりリレー１３Ａをオフ制御し、出力回路部１３を遮断する。
これにより、検知回路部１２が電極部１１から遮断される。

次いで、ステップＳ２において、ＥＣＵ１０からの制御信号により定電流電源１５を制御し、ヒーター１４に供給する定電流を、安定動作定電流Ｉｍｅａｓから再生定電流Ｉｒｅｇｅｎに変更する。
これにより、ヒーター１４からの発熱で電極部１１が加熱され、電極部１１に付着しているＰＭの燃焼除去が実行される。

次いで、ステップＳ３において、予め設定された通常のＰＭ除去処理（再生処理）時間ｔｒｅｇｅｎが経過しているか否かを判断する。
ｔｒｅｇｅｎが経過しておりＹＥＳと判断された場合には、ステップＳ４に進み、ｔｒｅｇｅｎが経過しておらずＮＯと判断された場合には、ｔｒｅｇｅｎが経過するまでＰＭ除去処理（再生処理）を継続する。

次いで、ステップＳ４において、再生定電流Ｉｒｅｇｅｎが供給されているヒーター１４に印加されている電圧Ｖを電圧計１６で測定し、測定した電圧Ｖと予め設定された基準値Ｖｒｅｇｅｎとの偏差を算出し、算出した偏差が所定時間Δｔｒｅｇｅｎ秒間、所定値Ｖｅｒｒより小さいか否かを判断する。即ち、測定した電圧Ｖが、｜Ｖ−Ｖｒｅｇｅｎ｜≦ＶｅｒｒをΔｔｒｅｇｅｎ秒間満たすか否かを判断する。
ここで、Ｖｒｅｇｅｎは予め設定された基準値であり、具体的には、ＰＭが燃焼していない、つまり電極部１１においてＰＭが完全に除去されたときのヒーター１４に印加される電圧である。また、Ｖｅｒｒは予め設定された偏差である。
測定した電圧Ｖが、｜Ｖ−Ｖｒｅｇｅｎ｜≦ＶｅｒｒをΔｔｒｅｇｅｎ秒間満たしておりＹＥＳと判断された場合には、ステップＳ５に進む。また、測定した電圧Ｖが、｜Ｖ−Ｖｒｅｇｅｎ｜≦ＶｅｒｒをΔｔｒｅｇｅｎ秒間満たしておらずＮＯと判断された場合には、電圧Ｖが、｜Ｖ−Ｖｒｅｇｅｎ｜≦ＶｅｒｒをΔｔｒｅｇｅｎ秒間満たすようになるまでＰＭ除去処理（再生処理）を継続する。

ここで、上記ステップＳ４の制御を行ったときのヒーター１４の電圧値の変化について、電極部１１にＰＭが付着している場合と付着していない場合とを比較した結果を図５に示す。図５に示されるように、電極部１１にＰＭが付着している場合には、加熱によりＰＭが燃焼して燃焼熱が発生し、抵抗が上がる結果、ＰＭが付着していない場合に比して電圧値が高い。このため、電極部１１にＰＭが付着している場合、当初の電圧値は高いものの、ＰＭが燃焼除去されるに従って電圧値は低下し、やがては一定値となる。上記ステップＳ４の制御は、このような特性を利用したものである。

次いで、ステップＳ５において、ＰＭ除去処理（再生処理）終了とみなし、ＥＣＵ１０からの制御信号により定電流電源１５の供給電流量を、再生定電流Ｉｒｅｇｅｎから安定動作定電流Ｉｍｅａｓに変更する。変更後、ＥＣＵ１０からの制御信号によりリレー１３Ａをオン制御し、出力回路部１３を接続する。
これにより、検知回路部１２が電極部１１に接続され、ＰＭ除去処理（再生処理）を終了する。

以上のような手順により、ＰＭ除去処理（再生処理）が行われる粒子状物質検出装置１によれば、以下のような効果が奏される。
本実施形態によれば、電極部１１と検知回路部１２とを接続及び遮断する出力回路部１３と、電流が供給されると発熱し、電極部１１を昇温させて電極部１１に付着しているＰＭを燃焼除去するヒーター１４と、を含んで粒子状物質検出装置１を構成した。また、電極部１１に付着しているＰＭを燃焼除去する際に、出力回路部１３を遮断する制御手段としてのＥＣＵ１０を含んで粒子状物質検出装置１を構成した。
これにより、電極部１１に付着したＰＭを燃焼除去する際に、出力回路部１３を遮断することができる。従って、ヒーター１４に高電圧が印加された場合であっても、電極部１１から精密機器である検知回路部１２へ電圧がかかることはなく、検知回路部１２に悪影響を与えることを回避できる。

また、本実施形態によれば、ヒーター１４に定電流を供給する定電流電源１５と、ヒーター１４に印加されている電圧を測定する電圧計１６と、定電流電源１５を制御して電極部１１に付着しているＰＭを燃焼除去する制御手段としてのＥＣＵ１０と、を含んで粒子状物質検出装置１を構成した。
また、電極部１１に付着しているＰＭを燃焼除去する際には、出力回路部１３を遮断するとともに、電圧計１６により測定された電圧に基づいて、電極部１１に付着しているＰＭが除去されたか否かを判定する制御手段としてのＥＣＵ１０を含んで粒子状物質検出装置１を構成した。
これにより、従来技術では、電極部に付着しているＰＭが除去されたか否かの判定を、電極部の電気的特性に基づいて行っていたところ、本実施形態によれば、定電流が供給されているヒーター１４に印加された電圧を測定することにより行うことができる。

これは、電極部１１に付着しているＰＭが燃焼すると、その燃焼熱によって、ヒーター１４の抵抗が大きくなる特性による。この特性により、定電流電源１５がヒーター１４に定電流を供給するためには、より大きな電圧を印加する必要がある。即ち、ヒーター１４に定電流を供給して電極部１１に付着しているＰＭを燃焼除去する際に、ＰＭが電極部１１に残存して燃焼している状態の場合には、ヒーター１４に印加される電圧は、ＰＭが燃焼除去された後の電圧に比して大きい。このため、定電流が供給されているヒーター１４に印加されている電圧を測定することにより、電極部１１に付着していたＰＭが燃焼除去されたか否かの判定を精度良く行うことができる。

従って、本実施形態によれば、ＰＭが燃焼除去されたか否かの判定を行いながらＰＭの燃焼除去が可能となる。即ち、本実施形態によれば、精密回路である検知回路部１２に悪影響を与えることなく、迅速且つ精度良く、電極部１１に付着したＰＭが燃焼除去されたか否かの判定を行うことができる。

また、本実施形態によれば、電圧計１６により測定された電圧と予め設定された基準値との偏差を算出し、算出した偏差が所定時間の間、所定値より小さいときに、電極部１１に付着しているＰＭが除去されたとＥＣＵ１０が判定するように構成した。
これにより、精密回路である検知回路部１２に悪影響を与えることなく、さらに精度良く、電極部１１に付着したＰＭが燃焼除去されたか否かの判定を行うことができる。

また、本実施形態によれば、電極部１１に所定の電圧を印加し、排気中のＰＭを電極部１１に付着させる電源部１７を含んで粒子状物質検出装置１を構成した。
これにより、電極部１１に電圧を印加してＰＭを積極的に付着させる構成としたため、電極部１１に付着するＰＭの量が増大する。このため、電極部１１に付着したＰＭを燃焼除去すべく、ヒーター１４に電圧を印加する時間が長くなることから、上記構成を採用することは、精密回路である検知回路部１２を保護する観点から有効である。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る粒子状物質検出装置２は、第１実施形態と同様に、エンジン５の排気系に設置されたＤＰＦ６の下流に配置されて、ＤＰＦ６の故障診断装置として利用される。
第２実施形態に係る粒子状物質検出装置２の構成を図６に示す。図６に示されるように、粒子状物質検出装置２は、粒子状物質検出装置１における定電流電源１５の代わりに定電圧電源２５を備えるとともに、電圧計１６の代わりに電流計２６を備える。また、定電圧電源２５を制御し、電極部１１に付着しているＰＭを燃焼除去するＥＣＵ２０を備え、電流計２６により測定された電流に基づいて、電極部１１に付着しているＰＭが除去されたか否かを判定する。

定電圧電源２５は、所定の定電圧をヒーター１４に印加する。
電流計２６は、定電圧電源２５により所定の定電圧が印加されたヒーター１４に供給されている電流を測定する。電流計２６は、ＥＣＵ２０に接続されており、測定された電流値はＥＣＵ２０に出力される。
ＥＣＵ２０は、定電圧電源部及び電流測定手段を備える本発明の制御手段を構成し、ＥＣＵ２０は、第１実施形態の定電流電源１５に制御信号を出力する出力回路の代わりに、定電圧電源２５に制御信号を出力する出力回路を備える。
その他の構成については、第１実施形態に係る粒子状物質検出装置１と同様であるため、省略する。

次に、粒子状物質検出装置２のＰＭ除去手順について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。

先ず、ＰＭ除去処理（再生処理）を開始するにあたり、ステップＳ１において、ＥＣＵ２０からの制御信号によりリレー１３Ａをオフ制御し、出力回路部１３を遮断する。
これにより、検知回路部１２が電極部１１から遮断される。

次いで、ステップＳ２において、ＥＣＵ２０からの制御信号により定電圧電源２５を制御し、ヒーター１４に印加する定電圧を、安定動作定電圧Ｖｍｅａｓから再生定電圧Ｖｒｅｇｅｎに変更する。
これにより、ヒーター１４からの発熱で電極部１１が加熱され、電極部１１に付着しているＰＭの燃焼除去が実行される。

次いで、ステップＳ３において、予め設定された通常のＰＭ除去処理（再生処理）時間ｔｒｅｇｅｎが経過しているか否かを判断する。
ｔｒｅｇｅｎが経過しておりＹＥＳと判断された場合には、ステップＳ４に進み、ｔｒｅｇｅｎが経過しておらずＮＯと判断された場合には、ｔｒｅｇｅｎが経過するまでＰＭ除去処理（再生処理）を継続する。

次いで、ステップＳ４において、再生定電圧Ｖｒｅｇｅｎが印加されているヒーター１４に供給されている電流Ｉを電流計２６で測定し、測定した電流Ｉと予め設定された基準値Ｉｒｅｇｅｎとの偏差を算出し、算出した偏差が所定時間Δｔｒｅｇｅｎ秒間、所定値Ｉｅｒｒより小さいか否かを判断する。即ち、測定した電流Ｉが、｜Ｉ−Ｉｒｅｇｅｎ｜≦ＩｅｒｒをΔｔｒｅｇｅｎ秒間満たすか否かを判断する。
ここで、Ｉｒｅｇｅｎは予め設定された基準値であり、具体的には、ＰＭが燃焼していない、つまり電極部１１においてＰＭが完全に除去されたときのヒーター１４に供給される電流である。また、Ｉｅｒｒは予め設定された偏差である。
測定した電流Ｉが、｜Ｉ−Ｉｒｅｇｅｎ｜≦ＩｅｒｒをΔｔｒｅｇｅｎ秒間満たしておりＹＥＳと判断された場合には、ステップＳ５に進む。また、測定した電流Ｉが、｜Ｉ−Ｉｒｅｇｅｎ｜≦ＩｅｒｒをΔｔｒｅｇｅｎ秒間満たしておらずＮＯと判断された場合には、電圧Ｉが、｜Ｉ−Ｉｒｅｇｅｎ｜≦ＩｅｒｒをΔｔｒｅｇｅｎ秒間満たすようになるまでＰＭ除去処理（再生処理）を継続する。

ここで、上記ステップＳ４の制御を行ったときのヒーター１４の電流値の変化について、電極部１１にＰＭが付着している場合と付着していない場合とを比較した結果を図８に示す。図８に示されるように、電極部１１にＰＭが付着している場合には、加熱によりＰＭが燃焼して燃焼熱が発生し、抵抗が上がる結果、ＰＭが付着していない場合に比して電流値が小さい。このため、電極部１１にＰＭが付着している場合の電流値は小さいものの、ＰＭが燃焼除去されるに従って電流値は大きくなり、やがては一定値となる。上記ステップＳ４の制御は、このような特性を利用したものである。

次いで、ステップＳ５において、ＰＭ除去処理（再生処理）終了とみなし、ＥＣＵ２０からの制御信号により定電圧電源２５の印加電圧を、再生定電圧Ｖｒｅｇｅｎから安定動作定電圧Ｖｍｅａｓに変更する。変更後、ＥＣＵ２０からの制御信号によりリレー１３Ａをオン制御し、出力回路部１３を接続する。
これにより、検知回路部１２が電極部１１に接続され、ＰＭ除去処理（再生処理）を終了する。

以上のような手順により、ＰＭ除去処理（再生処理）が行われる粒子状物質検出装置２によれば、第１実施形態に係る粒子状物質検出装置１と同等の効果が奏される。
即ち、本実施形態によれば、ヒーター１４に高電圧が印加された場合であっても、電極部１１から精密機器である検知回路部１２へ電圧がかかることはなく、検知回路部１２に悪影響を与えることを回避できる。
また、本実施形態によれば、ＰＭが燃焼除去されたか否かの判定を行いながらＰＭの燃焼除去が可能となり、精密回路である検知回路部１２に悪影響を与えることなく、迅速且つ精度良く、電極部１１に付着したＰＭが燃焼除去されたか否かの判定を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、電極部に電圧を印加して積極的に粒子状物質を付着させる静電集塵式に限られず、粒子状物質が付着した電極部の電気的特性に基づいて排気中の粒子状物質を検出する装置であれば、本発明を適用できる。

粒子状物質検出装置１が設置された排気系の構成を示す図である。 粒子状物質検出装置１の構成を示す図である。 電極部１１の構成を示す図である。 粒子状物質検出装置１のＰＭ除去手順を示すフローチャートである。 図４のフローにおけるステップＳ４の制御を行ったときのヒーター１４の電圧値の変化を示す図である。 粒子状物質検出装置２の構成を示す図である。 粒子状物質検出装置２のＰＭ除去手順を示すフローチャートである。 図７のフローにおけるステップＳ４の制御を行ったときのヒーター１４の電流値の変化を示す図である。

符号の説明

１、２ 粒子状物質検出装置
５ エンジン
６ ＤＰＦ
１０、２０ ＥＣＵ
１１ 電極部
１２ 検知回路部
１３ 出力回路部
１３Ａ リレー
１４ ヒーター
１５ 定電流電源
１６ 電圧計
２５ 定電圧電源
２６ 電流計

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質が付着する電極部と、
   前記電極部からの出力値に応じて前記電極部の電気的特性を検知する検知回路部と、を備え、前記検知回路部で検知した電気的特性に基づいて排気中の粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置であって、
   前記電極部と前記検知回路部とを接続及び遮断する出力回路部と、
   電流が供給されると発熱し、前記電極部を昇温させて前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する加熱手段と、
   前記加熱手段に定電流を供給する定電流電源部と、
   前記加熱手段に印加されている電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記定電流電源部を制御し、前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する際には、前記出力回路部を遮断するとともに、前記電圧測定手段により測定された電圧に基づいて、前記電極部に付着している粒子状物質が除去されたか否かを判定することを特徴とする粒子状物質検出装置。
2. 前記制御手段は、前記電圧測定手段により測定された電圧と予め設定された基準値との偏差を算出し、算出した偏差が所定時間の間、所定値より小さいときに、前記電極部に付着している粒子状物質が除去されたと判定することを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
3. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質が付着する電極部と、
   前記電極部からの出力値に応じて前記電極部の電気的特性を検知する検知回路部と、を備え、前記検知回路部で検知した電気的特性に基づいて排気中の粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置であって、
   前記電極部と前記検知回路部とを接続及び遮断する出力回路部と、
   電流が供給されると発熱し、前記電極部を昇温させて前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する加熱手段と、
   前記加熱手段に定電圧を印加する定電圧電源部と、
   前記加熱手段に供給されている電流を測定する電流測定手段と、
   前記定電圧電源部を制御し、前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去する際には、前記出力回路部を遮断するとともに、前記電流測定手段により測定された電流に基づいて、前記電極部に付着している粒子状物質が除去されたか否かを判定することを特徴とする粒子状物質検出装置。
4. 前記制御手段は、前記電流測定手段により測定された電流と予め設定された基準値との偏差を算出し、算出した偏差が所定時間の間、所定値より小さいときに、前記電極部に付着している粒子状物質が除去されたと判定することを特徴とする請求項３に記載の粒子状物質検出装置。
5. 前記粒子状物質検出装置は、前記電極部に所定の電圧を印加し、排気中の粒子状物質を前記電極部に付着させる電源部をさらに備えることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の粒子状物質検出装置。

Images