JP5699711B2 - 粒子状物質処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路に電極を有し、その電極への電圧印加によって排気中の粒子状物質を凝集させる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。）。ＰＭを凝集させることにより、結果的には、単位体積当たりに含まれるＰＭの粒子数を減少させることができる。また、凝集の結果としてのＰＭは、その粒子径が大きくなるため、例えば、放電電極の下流側にフィルタを設けた場合には、該フィルタにてＰＭを捕集しやすくなる。

また、内燃機関における燃焼制御の観点から、排気中に含まれるＰＭ量を測定する技術として、特許文献２に開示の技術がある。当該技術では、排気管に設けられたセンサ電極部に対して、所定の測定電圧と測定周期の交流信号を印加することで検出される静電容量の変化に基づいて、排気中のＰＭ量の測定が行われる。また、このセンサ電極が故障しているか、又は単に凝縮水が付着しているかを判断するために、内燃機関の始動からの所定に判定期間における静電容量の変化が利用される。

特開２００６−１９４１１６号公報 特開２０１０−２７５９１７号公報

内燃機関の排気通路に電極を設け、該電極に電圧印加をすることで排気通路を流れる排気中のＰＭを帯電させて、ＰＭを凝集させることで、排気に含まれる単位体積当たりのＰＭ数を低減させることが可能となる。これは、ＰＭの粒子数に起因する環境への負荷軽減に大きく寄与するものである。ここで、内燃機関が稼働している間は、通常は外気よりも高温の排気がその排気通路を流れているが、内燃機関が停止すると排気通路内での排気の流れが停止し徐々に外気に排気通路内の温度が奪われていくため、排気通路に設置された電極の周辺で、凝縮水が生成される場合がある。

電極周辺に凝縮水が生成されてしまうと、電極と排気通路との間の空間の抵抗が低下するため、当該空間での電子の放出が好適に行われず、排気中のＰＭの帯電が困難となり、また、抵抗低下に伴い過電流が流れるため電極を含む電気系統が故障するおそれがある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気通路に設けられ印加電圧を変更可能な電極を有し、印加電圧により該電極と該排気通路との間に電流を流すことで、排気中の粒子状物質を凝集させる粒子状物質処理装置において、電極における水の付着を正確に検出することを目的とする。

本発明においては、上記課題を解決するために、内燃機関の停止時と始動時のそれぞれにおける、電圧印加により電極を流れる電流値を比較することで、電極における水の付着を検出する構成とした。凝縮水が生成されるのは、比較的高温の排気の流れが停止し、そ
の流れが再開するまでの期間であることを考慮して、本発明は為されたものである。

詳細には、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ印加電圧を変更可能な電極を有し、印加電圧により該電極と該排気通路との間に電流を流すことで、排気中の粒子状物質を凝集させる粒子状物質処理装置であって、印加電圧によって前記電極を流れる電流を検出する検出装置と、前記内燃機関が停止状態にあるときに前記電極に電圧印加されたときの停止時電流を、前記検出装置を介して検出する第一検出手段と、前記内燃機関の始動時に前記電極に電圧印加されたときの始動時電流を、前記検出装置を介して検出する第二検出手段と、前記第二検出手段によって検出された前記始動時電流の、前記第一検出手段によって検出された前記停止時電流に対する超過程度に基づいて、前記電極における水付着を判断する判断手段と、を備える。

排気通路に設けられた電極への電圧印加が制御されることで、電極と排気通路との間の空間、すなわち排気が流れる空間（以下、「帯電空間」という。）に電流が流れ、以て排気中のＰＭが帯電されることになる。その結果、ＰＭ同士が静電気力によって凝集したり、また、帯電したＰＭが排気通路側へ誘引され、そこでＰＭ同士が凝集したりする結果、排気中のＰＭの粒子径が大きくなるとともに、そこに含まれる単位体積当たりの粒子数を低減することが可能となる。

このような排気中のＰＭ粒子数低減を効果的に行うためには、電極への電圧印加による帯電空間での電流が適切に流れることが必要であるが、電極周辺に水が付着することによって、帯電空間における抵抗が低下し、排気中のＰＭの帯電を好適に行うことが困難となる場合がある。また、付着水の存在により、電極と排気通路とが疑似的に短絡した状態となり得、その結果、過電流が発生し、電極を含む電気系統に悪影響を及ぼす可能性がある。特に、稼働していた内燃機関が停止し、その後再び稼働しようとするとき、排気通路内の温度変化に起因して、電極の周辺で凝縮水が生成される場合があり、この凝縮水により上記のような問題が顕著となり得る。

そこで、本発明に係る粒子状物質処理装置では、第一検出手段によって停止時電流が検出され、且つ第二検出手段によって始動時電流が検出されるとともに、該始動時電流が該停止時電流を超過している場合に、その超過の程度に基づいて電極での水の付着の有無が判断手段によって判断される。すなわち、始動時電流と停止時電流との差分に基づいて、電極での水付着の有無が判断される。一般に、内燃機関が稼働している状態から停止状態へ遷移した場合、排気通路内の温度は低下していく環境に置かれる。そして、内燃機関が再び始動する時点では、その置かれてきた環境を反映して排気通路内で凝縮水が生成されることになる。したがって、始動時電流と停止時電流との差分は、電極周りの凝縮水の生成状態の推移を反映するものである。たとえば、内燃機関が停止してから、始動するまでの間に電極周りに凝縮水が生成されると、始動時電流と停止時電流との差分が大きくなると考えられる。一般に、電極周りに水が付着すると、水によりその周辺空間の抵抗が低下するため、上記のように凝縮水が生成されると始動時電流が停止時電流よりも大きくなると考えられる。したがって、本発明に係る粒子状物質処理装置においては、判断手段が、始動時電流の停止時電流に対する超過程度に基づいて、電極における水付着を判断することができる。

また、上記の粒子状物質処理装置において、前記判断手段は、前記第二検出手段によって検出された前記始動時電流が、前記第一検出手段によって検出された前記停止時電流に対して所定電流差より大きい場合に、前記電極に水が付着していると判断してもよい。すなわち、水付着による帯電空間の抵抗低下に起因する電流増加量が、所定電流差として定義される。なお、この所定電流差は、電極が置かれる環境、外気温度や電極の使用期間等によって電圧印加時に流れる電流が変動することを踏まえて変動させてもよい。たとえば
、電極の状態が、付着水以外の要因で電流が流れやすくなっている場合には、所定電流差をより大きく設定することで、不用意な水付着の判断を回避することができる。また、停止時電流の検出時の印加電圧と、始動時電流の検出時印加電圧とが異なる場合には、その電圧差を考慮して、所定電流差が決定されてもよい。

ここで、上述までの粒子状物質処理装置において、前記第一検出手段は、前記内燃機関の停止直後において、前記電極に電圧印加されたときの停止時電流を、前記検出装置を介して検出してもよい。内燃機関の停止直後に停止時電流を検出しておくことで、凝縮水の生成時点を、停止時電流の検出時と始動時電流の検出時との間により確実に含めることができるため、電極への水付着を適切に判断することが可能となる。

ここで、上述までの粒子状物質処理装置において、判断手段によって電極に水が付着していると判断された場合、電極への電圧印加による不具合を回避する必要がある。すなわち、帯電空間の抵抗が低下した状態で電極への電圧印加を継続すると、過電流等による電力消費、電気系統への不具合が懸念されることから、電極に水が付着していると判断された場合には、以下に示す電極への印加電圧の調整が行われるのが好ましい。

そこで、第一には、本発明に係る粒子状物質において、前記判断手段によって前記電極に水が付着していると判断されると、前記電極への印加電圧を、該電極に水が付着していると判断されない場合の所定印加電圧よりも低く調整する印加電圧調整手段を、更に備えるのが好ましい。このように印加電圧調整手段が、電極への印加電圧を水が付着していない状態よりも低くすることで、過電流の発生を抑制し、また過電流のピーク値を抑えることができる。なお、電極での付着水が自然な蒸発により消滅すれば過電流による不具合のおそれは低減されることから、その場合には、印加電圧調整手段は、再び電極への印加電圧を低下させる前の状態に戻せばよい。

次に、本発明に係る粒子状物質において、前記判断手段によって前記電極に水が付着していると判断されると、前記電極への印加電圧の上限が、前記内燃機関の始動時における前記電極と前記排気通路との間の空間の抵抗値に基づいて決定される絶縁破壊回避電圧に設定されてもよい。すなわち、水付着により低下した電極と排気通路との間の空間（上記帯電空間に相当）に応じて、過電流が生じない、もしくは電気系統に不具合を起こさない程度のピーク電流値とする程度に、電極への印加電圧の上限を絶縁破壊回避電圧に設定するものである。この絶縁破壊回避電圧は、帯電空間での抵抗の推移に応じて変動してもよく、また、電極周辺の付着水が蒸発するまで一定の電圧値に固定されてもよい。なお、電極での付着水が自然な蒸発により消滅すれば過電流による不具合のおそれは低減されることから、その場合には、絶縁破壊回避電圧による電極への印加電圧の制限は解除してもよい。

次に、本発明に係る粒子状物質において、前記判断手段によって前記電極に水が付着していると判断されると、前記電極への電圧印加を禁止する禁止手段を、更に備えてもよい。このようにすることで、確実に過電流による不具合の発生は抑制される。

また、本発明に係る粒子状物質において、前記判断手段によって前記電極に水が付着していると判断されると、前記電極と前記排気通路との間に電流が流れない状態としつつ、該電極を通電加熱する加熱手段を、更に備えてもよい。このような構成を採用することで、電極およびその周囲を効果的に加熱することが可能となる。この加熱により、電極に付着していた水を蒸発させることができ、速やかに帯電空間の抵抗を正常な状態、すなわち電極に電圧を印加した際に排気中のＰＭを帯電させることが可能となる状態とすることができる。

なお、加熱手段による通電時間は、電極に付着した水の量に基づいて変動してもよい。また、通電による消費電力等に応じて、通電時間を適宜調整してもよい。これらにより、加熱手段の通電加熱による消費電力を低く抑えることが可能となる。

本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられ印加電圧を変更可能な電極を有し、印加電圧により該電極と該排気通路との間に電流を流すことで、排気中の粒子状物質を凝集させる粒子状物質処理装置において、電極における水の付着を正確に検出することが可能となる。

本発明の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１に示す粒子状物質処理装置で実行される、排気中のＰＭ粒子数を低減する処理に関するフローチャートである。 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の一例を示した図である。 内燃機関からの排気流量とＰＭ粒子数とから、印加電圧を算出するためのマップの一例を示した図である。 図１に示す粒子状物質処理装置で実行される、電極への水の付着を確認するための処理に関する第一のフローチャートである。 図１に示す粒子状物質処理装置で実行される、電極への水の付着を確認するための処理に関する第二のフローチャートである。 本発明の実施例に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す第二の図である。 本発明の実施例に係る粒子状物質処理装置の概略構成を示す第三の図である。 図８に示す粒子状物質処理装置で実行される、電極への水の付着を確認するための処理に関するフローチャートである。

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。

図１は、本発明の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、また、ディーゼル機関の排気通路に設けることもできる。いずれの内燃機関の排気通路に設けられる場合であれ、電極５への電圧印加により排気中のＰＭを帯電させ、ＰＭ同士の凝集を促進させることで、排気中のＰＭ粒子の粒径増大、それに伴う粒子数の低減を図ることができる。以下に、粒子状物質処理装置１の詳細を説明する。

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の内部の空間が、上記の帯電空間となる。

ここで、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との間には電気的絶縁状態が形成されている。

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とが直接接触して電気が流れないように、電極５には電気的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。このように碍子部５１を介して電極５がハウジング３に取り付けられることで、該電極５がハウジング３内の帯電空間内に位置することになる。

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。このような構成により、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、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、粒子状物質処理装置１が接続された内燃機関を搭載す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、その機関負荷を検出する。クランクポジションセンサ７２は、当該内燃機関の機関回転数を検出する。温度センサ７３は、当該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、当該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、電極５とハウジング３との間の帯電空間を通して電流が流れる。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を通り、設置側電線５３を介して外部へと流れ出る。この結果、ハウジング３へ電子を放出したＰＭ同士は、互いに凝集して粒子径が大きくなる。また、ＰＭが凝集することで、排気中の単位体積当たりのＰＭの粒子数は低減する。このように、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排気中の単位体積当たりの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。

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、内燃機関の稼働に併せて、制御装置７により所定の時間毎に繰り返し実行される。この制御装置７は、実質的にはＣＰＵ、メモリ、ハードディスク等を含むコンピュータに相当し、そこで制御プログラムが実行されることで図２に示すフローチャートに係る処理や後述する図５、図６、図９に示すフローチャートに係る処理、その他の処理等が実行される。

まず、Ｓ１０１からＳ１０３の処理において、排気中に含まれるＰＭ粒子数（個／ｃｍ^３）が算出される。ＰＭ粒子数は、一立方センチメートルあたりのＰＭ粒子の数である。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、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７１により検出される。また、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。

Ｓ１０３では、ＰＭ粒子数が算出される。ここで、図３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（図３に示すのは、内燃機関の温度が２０℃の場合のマップである。）。そして、Ｓ１０２で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粒子数が求められる。このマップは、予め実験等により準備されている。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粒子数を直接検出してもよい。

次に、Ｓ１０４では、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。この印加電圧は、内燃機関が始動し排気通路２内を排気が流れ始めたときに電極５へ最初に印加する電圧である。そして、Ｓ１０４で算出される印加電圧を初期値として、過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（Ｓ１０５の処理）。具体的には、検出装置９によって検出される電流値が所定の閾値を超えないように、電極５への印加電圧がフィードバック制御される。ここで、印加電圧の初期値は図４に示すマップに基づいて設定される。

図４は、内燃機関からの排気流量（ｇ／ｓｅｃ）とＰＭ粒子数（×１０^５個／ｃｍ^３）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、予め実験等により準備される。内燃機関からの排気流量は、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、排気通路２を流れる排気流量が少ないほど、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、帯電したＰＭ同士が凝集しやすくなる。したがって、排気流量が少ないほど、より小さな印加電圧でＰＭ同士が凝集する。この点を踏まえて、図４に示すマップでは、排気流量が少ないほど印加電圧が小さくされている。一方で、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。この点を踏まえて、図４に示すマップでは、ＰＭ粒子数が多いほど印加電圧は小さくされている。なお、印加電圧の初期値としては、たとえば、ＰＭ粒子数の低減率が所定値（たとえば４０％）となるような電圧値としてもよく、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、過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。

このように、図２に示すように電極５への印加電圧をフィードバック制御することで、過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。これにより、ＰＭの凝集をより促進させることができるため、ＰＭ粒子数をより減少させることができる。

ここで、内燃機関が稼働している間は、比較的高温の排気が排気通路２内を流れているが、その内燃機関が停止すると排気通路２内に排気の一部が残留した状態で、徐々にその熱が周囲に奪われていき、排気通路２内の温度が低下していく。その過程において、排気に晒されるようにハウジング３に配置されている電極５においては、排気中に含まれていた水分が凝縮し、電極５の周囲に凝縮水が生成される場合がある。そして、この凝縮水が存在することによるハウジング３内の帯電空間の電気的抵抗が低下し、電極５からハウジング３に対して過電流が流れてしまうおそれがある。この過電流は、電力の無駄な消費につながるばかりでなく、電源を含む電極５に関する電気系統に不具合を及ぼすおそれがあるため、極力回避するのが好ましい。そこで、以降においては、電極５の凝縮水の付着を適切に確認し得る水付着確認処理について、図５に基づいて詳細に説明する。この水付着確認処理は、上述したように制御装置７によって実行される。

先ず、Ｓ２０１では、内燃機関においてイグニッションがオフされたか否か、すなわち内燃機関が稼働状態から停止状態に遷移したか否かが判定される。当該判定で肯定判定されればＳ２０２へ進み、否定判定されれば本水付着確認処理を終了する。Ｓ２０２では、内燃機関が停止している状態において電極５に電圧印加したときの、電極５とハウジング３間を流れる電流である停止時電流Ｉｉｇｏｆｆを検出するために、所定の電圧である停止時電圧を電極５に印加する。本来、内燃機関１が停止している状態では排気は排出されないため、電極５に電圧印加する必要はないが、上記停止時電流Ｉｉｇｏｆｆを検出するために停止時電圧の印加を行うものである。そして、Ｓ２０３において、この停止時電圧の印加により流れる停止時電流Ｉｉｇｏｆｆが、検出装置９を介して検出される。Ｓ２０３の処理が終了すると、Ｓ２０４へ進む。

次にＳ２０４では、内燃機関においてイグニッションがオンされたか否か、すなわち内燃機関が停止状態から稼働状態へ始動したか否かが判定される。当該判定で肯定判定されればＳ２０５へ進み、否定判定されれば再びＳ２０４の判定が行われる。Ｓ２０５では、内燃機関が始動する状態において電極５に電圧印加したときの、電極５とハウジング３間を流れる電流である始動時電流Ｉｉｇｏｎを検出するために、所定の電圧である始動時電圧を電極５に印加する。この時点における電圧印加は、排気中のＰＭ粒子数を低減することを主たる目的とするものではなく、上記始動時電流Ｉｉｇｏｎを検出するために停止時電圧の印加を行うものである。したがって、このとき電極５に印加される始動時電圧は、上述した図４に示すマップによって算出される印加電圧ではなく、後述するＳ２０７での
比較処理を良好に行うために、Ｓ２０２で印加した停止時電圧と同じ印加電圧であるのが好ましい。そして、Ｓ２０６において、この始動時電圧の印加により流れる始動時電流Ｉｉｇｏｎが、検出装置９を介して検出される。Ｓ２０６の処理が終了すると、Ｓ２０７へ進む。

Ｓ２０７では、Ｓ２０３で検出された停止時電流ＩｉｇｏｆｆとＳ２０６で検出された始動時電流Ｉｉｇｏｎとの比較処理が行われる。具体的には、停止時電流Ｉｉｇｏｆｆと始動時電流Ｉｉｇｏｎとの差分（以下、単に「電流差」という。）が所定の電流差（本発明に係る所定電流差に相当）αより大きいか否かが判断される。内燃機関の停止により電極５の周辺で凝縮水が生成されると、内燃機関が再び始動するときには、電極５とハウジング３との間の空間（帯電空間）の抵抗が低下するため、仮に凝縮水が電極５に付着していれば、停止時電圧と始動時電圧が同じであれば、上記電流差が正の値となり、凝縮水の付着による抵抗低下の程度が大きくなるほど、その電流差の値は増加する。したがって、電極５の正常な動作が確保される程度、すなわち不具合を及ぼし得る過電流が発生しない程度の電流差を上記電流差αとすればよい。また、Ｓ２０３およびＳ２０６における検出装置９の検出誤差を考慮して、上記電流差αの値を決定してもよい。

ここで、上記電流差αは、粒子状物質処理装置１の置かれた環境、特に電極５の周囲の環境に応じて適宜調整してもよい。上記の実施例では、停止時電圧と始動時電圧とを同じとなるように設定したが、必要に応じて、停止時電圧と始動時電圧とを異ならしめてもよい。例えば、凝縮水が電極５の周囲に生成されるのが確実である状況下においては、始動時電圧を停止時電圧と同じように高く設定してしまうと、いたずらに過電流が流れ、電気系統に不具合を及ぼす可能性が高くなる。そこで、そのような場合には、始動時電圧を停止時電圧より低く設定しても構わない。この場合は、低く設定された停止時電圧を考慮して、上記電流差αが設定される。また、仮に停止時電圧と始動時電圧とが同じであっても、周囲温度が異なる場合には、流れる電流値が変化することを踏まえて、Ｓ２０３とＳ２０６の検出時の外気温度差を考慮して、上記電流差αを補正してもよい。

Ｓ２０７で肯定判定されるとＳ２０８へ進み、否定判定されると本付着確認処理を終了する。Ｓ２０８では、Ｓ２０７での肯定判定を踏まえて、電極５に水が付着していると判断され、その結果、電極５への電圧印加が禁止される。すなわち、内燃機関が始動しているにもかかわらず、電極５への電圧印加が禁止されるため、その禁止状態が続く限りにおいては、図２に示す排気中のＰＭ粒子数の低減処理は行われない。ただし、内燃機関から比較的高温の排気が排気通路２へ排出されることから、電極５における水は蒸発が期待され、その付着水が蒸発すれば、改めて図２に示す排気中のＰＭ粒子数の低減処理が実行される。Ｓ２０８の処理の後、本水付着確認処理は終了する。

このように、本水付着確認処理においては、内燃機関でのイグニッションをオフした時点と、イグニッションをオンした時点とで検出される電流の差分である電流差を踏まえて、電極５への水の付着が確認される。電極５とハウジング３との間の帯電空間の抵抗の低下は、凝縮水の付着以外でも、例えば排気中のＰＭが電極５の周辺に付着していくことでも生じ得る。電極５へのＰＭの付着は、内燃機関の稼働累積時間に伴い、次第に増加していくのが一般であるため、電極５への影響は長期間で捉える必要がある。一方で、凝縮水の場合は、内燃機関が停止し再び始動するまでの間において電極５の周囲の排気温度が変化することによって生じることから、内燃機関でのイグニッションのオフとオンのそれぞれの時点で、電極５に与える影響が異なると考えられ、上記のように内燃機関でのイグニッションをオフした時点と、イグニッションをオンした時点とで検出される電流の差分を考慮すれば、確実に凝縮水の付着による抵抗低下を確認することができる。すなわち、本水付着確認処理によれば、電極５への凝縮水の付着と、電極５へのＰＭの付着とを区別して確認することが可能となる。

そして、水付着を正確に確認することが可能であることから、Ｓ２０８で電極５への電圧印加が禁止されたとしても、機関始動後所定時間経過すれば付着した水は蒸発すると考えられるため、電極５への電圧印加を再開することができる。なお、Ｓ２０２およびＳ２０３の処理は内燃機関が停止状態となった直後に行われるのが好ましいが、停止状態へ遷移した後に一定の時間が経過した時点に行われても構わない。

図６に、図１に示した粒子状物質処理装置１において実行される水付着確認処理の第二の実施例に係るフローチャートを示す。なお、図６に示す水付着確認処理に含まれる各処理のうち図５に示す水付着確認処理に含まれる処理と同一の処理については、同一の参照番号を付すことで、その詳細な説明は割愛する。そこで、図６に示す水付着確認処理においては、Ｓ２０７の判定において肯定判定されるとＳ３０１へ進み、否定判定されると本水付着確認処理を終了する。

ここで、Ｓ３０１では、Ｓ２０７での肯定判定を踏まえて、電極５に水が付着していると判断され、その結果、電極５へ印加される電圧が制限される。具体的には、電極５とハウジング３との間の帯電空間の抵抗値に基づいて決定される絶縁破壊回避電圧を上限として、電極５への印加電圧が制限される。ここで、帯電空間の抵抗値は、電極５に電圧印加されたときの検出装置９による検出電流値から算出され、この抵抗値が低いほど、絶縁破壊回避電圧は低くなるように調整され、且つ当該抵抗値が所定の閾値以下となる場合には、絶縁破壊回避電圧をゼロに設定し、実質的に電極５への電圧印加が禁止される。

電極５への水の付着が確認された場合でも、このように印加電圧を制限することで、すなわち水が付着していない状態と比べて印加電圧を低くなるように調整することで、十分ではないにしても排気中のＰＭ粒子数の低減処理を実行することができ、少なからずとも排気による環境負荷を軽減することができる。なお、内燃機関からは比較的高温の排気が排気通路２へ排出されることから、電極５における水はいずれ蒸発が期待され、その付着水が蒸発すれば、電極５への印加電圧を元の状態、すなわち高い印加電圧に戻すことができる。

図７に、本発明に係る粒子状物質処理装置の別の実施例に関する概略構成を示す。図７に示す粒子状物質処理装置１００と図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。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、図７に示す粒子状物質処理装置１００については、コロナ放電などの強い放電が発生したとしても、図１に示す粒子状物質処理装置１と比べてパルス電流を検出し難くなる。

そこで、たとえば、図２に示す印加電圧のフィードバック制御を行う際に、パルス電流等の高周波成分を有する電流を検出し、それをフィードバック制御に反映させる必要がある場合には、図１に示す粒子状物質処理装置１が有用であり、そのような必要がない場合には、図７に示す形態の粒子状物質処理装置１００も採用し得る。

図８に、本発明に係る粒子状物質処理装置の別の実施例に関する概略構成を示す。図８に示す粒子状物質処理装置１１０と図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８に示す粒子状物質処理装置１１０では、電極５および電源６を含むように短絡回路６１が形成される。この短絡回路６１は、途中にスイッチ６３を介して、電極５、短絡用抵抗６２、電源６を含み、スイッチ６３は、制御装置７からの指示により開閉する。スイッチ６３が開状態となっている場合は短絡回路６１が遮断されていることから、電源６による印加電圧は電極５に印加され、図２に示す排気中のＰＭ粒子数の低減処理に供される。一方で、スイッチ６３が閉状態となっている場合では、短絡回路６１により電源６からの供給電圧は、電極５、短絡用抵抗６２に印加され、該回路内を電流が流れる。その結果、電極５において発熱が生じ、仮に電極５の周辺に水が付着している場合にはその付着水を効果的に蒸発させることが可能となるように構成されている。

このように構成される粒子状物質処理装置１１０において実行される水付着確認処理について、図９に基づいて説明する。なお、図９に示す水付着確認処理に含まれる各処理のうち図５に示す水付着確認処理に含まれる処理と同一の処理については、同一の参照番号を付すことで、その詳細な説明は割愛する。なお、図９に示す水付着確認処理においては、Ｓ２０１の処理が行われる時点においては、スイッチ６３は開状態となっている。そして、Ｓ２０７の判定において肯定判定されるとＳ４０１へ進み、否定判定されると本水付着確認処理を終了する。

ここで、Ｓ４０１では、Ｓ２０７での肯定判定を踏まえて、電極５に水が付着していると判断され、その結果、短絡回路６１において回路切替が行われ、すなわちスイッチ６３が開状態から閉状態へと切り替えられる。これにより、電源６からの供給電圧により、短絡回路６１内を電流が流れ、その結果、電極５において発熱が生じ始める。Ｓ４０１の処理が終了すると、Ｓ４０２へ進む。Ｓ４０２では、Ｓ４０１での通電開始により電極５での付着水の蒸発が完了したか否かが判定される。具体的には、当初電極５に付着していた水の量は、例えば始動時電流Ｉｉｇｏｎに基づいて推定され、また、スイッチ６３の閉状態への移行による通電時間に基づいて電極５での蒸発量が推定される。したがって、この通電時間に応じて、付着水の蒸発完了を判定することが可能である。そして、Ｓ４０２で肯定判定されるとＳ４０３へ進み、否定判定されると再びＳ４０２の処理が行われる。

Ｓ４０３では、Ｓ４０２の判定により電極５の付着水が蒸発完了したことを踏まえて、短絡回路６１において回路切替が行われ、すなわちスイッチ６３が閉状態から開状態へと切り替えられる。これにより、電源６からの供給電圧が電極５に印加され、排気中のＰＭ粒子数の低減処理に供されることになる。Ｓ４０３の終了後、本水付着確認処理を終了する。

このように電極５に付着した水を積極的に蒸発させる構成を有することで、粒子状物質処理装置１１０は、仮に凝縮水が電極５に付着したとしても、速やかに正常な状態に復帰することが可能であり、以て、水付着により電極５が使用できない期間を短縮し、排気による環境負荷を軽減させることができる。

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
６１・・・・短絡回路
６２・・・・短絡用抵抗
６３・・・・スイッチ
１００・・・・粒子状物質処理装置
１１０・・・・粒子状物質処理装置

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ印加電圧を変更可能な電極を有し、該内燃機関が稼働している間は排気中のＰＭ粒子数に基づいた印加電圧により該電極と該排気通路との間に電流を流すことで、排気中の粒子状物質を凝集させる粒子状物質処理装置であって、
   印加電圧によって前記電極を流れる電流を検出する検出装置と、
   前記内燃機関の停止直後に前記電極に停止時電圧が印加されたときの停止時電流を、前記検出装置を介して検出する第一検出手段と、
   前記内燃機関の始動時に、前記停止時電圧と同じ電圧が前記電極に印加されたときの始動時電流を、前記検出装置を介して検出する第二検出手段と、
   前記第二検出手段によって検出された前記始動時電流の、前記第一検出手段によって検出された前記停止時電流に対する超過程度に基づいて、前記電極における水付着を判断する判断手段と、
   を備え、
   前記判断手段は、前記第二検出手段によって検出された前記始動時電流が、前記第一検出手段によって検出された前記停止時電流に対して所定電流差より大きい場合に、前記電極に水が付着していると判断する、
   粒子状物質処理装置。
2. 前記判断手段によって前記電極に水が付着していると判断されると、前記電極への印加電圧を、該電極に水が付着していると判断されない場合の所定印加電圧よりも低く調整する印加電圧調整手段を、更に備える、請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
3. 前記判断手段によって前記電極に水が付着していると判断されると、前記電極への印加電圧の上限が、前記内燃機関の始動時における前記電極と前記排気通路との間の空間の抵抗値に基づいて決定される絶縁破壊回避電圧に設定される、
   請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
4. 前記判断手段によって前記電極に水が付着していると判断されると、前記電極への電圧印加を禁止する禁止手段を、更に備える、請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
5. 前記判断手段によって前記電極に水が付着していると判断されると、前記電極と前記排
   気通路との間に電流が流れない状態としつつ、該電極を通電加熱する加熱手段を、更に備える、請求項１に記載の粒子状物質処理装置。

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