JP5994392B2 - 粒子状物質処理装置 - Google Patents

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。）。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。

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の粒子数が増加してしまう。また、内燃機関から排出されるＰＭの粒子数が多いほど、ＰＭを凝集させるために要する電力が大きくなる。このため、燃費が悪化する虞がある。

特開２００６−１９４１１６号公報 特開２０１１−２４７１５６号公報 特開２００１−３３６４３９号公報

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、その目的は、粒子状物質を凝集させることによる燃費の悪化を抑制することにある。

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印加電圧を変更可能な電極と、
前記電極を通る電流を検出する検出装置と、
前記検出装置にて検出される電流にパルス電流が発生しない範囲で前記電極への印加電圧が高くなるように調整する電圧制御装置と、
前記内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、
前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する通路内噴射弁と、
を備える内燃機関の粒子状物質処理装置において、
前記電極への通電量が大きいほど、前記筒内噴射弁から噴射する燃料量を減少させ、前記通路内噴射弁から噴射する燃料量を増加させる燃料制御装置を備える。

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。

そして、電圧制御装置によれば、電極を通る電流にパルス電流が発生することを抑制できる。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を凝集させることができる。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。なお、パルス電流が発生しない範囲とは、所定期間における電流の変化量が閾値以下となる範囲としてもよい。この所定期間及び閾値は、コロナ放電等の強い放電が発生しているか否かを判定するために設定される値である。

ところで、凝集するＰＭが多くなるほど、より多くの電流が電極に流れる。このため、排気中のＰＭ粒子数が多くなるほど、より多くの電流が流れ、これにより、ＰＭを凝集するために要する電力が大きくなる。すなわち、ＰＭ粒子数と、消費電力とには、相関関係がある。したがって、排気中のＰＭ粒子数が多くなると、消費電力が大きくなることにより、燃費が悪化する虞がある。

これに対し、制御装置は、電極への通電量が大きいほど、筒内噴射弁から噴射する燃料量を減少させ、通路内噴射弁から噴射する燃料量を増加させることで、燃費の悪化を抑制する。このときには、筒内噴射弁から噴射する燃料量と、通路内噴射弁から噴射する燃料量と、の和が変化しないようにしてもよい。また、トルク変動が発生しないように、全燃料噴射量を増減させてもよい。また、筒内噴射弁から噴射する燃料量を減少させ、通路内噴射弁から噴射する燃料量を増加させるとは、全燃料噴射量中の、筒内噴射弁から噴射する燃料量の比率を減少させ、通路内噴射弁から噴射する燃料量の比率を増加させるとしてもよい。そして、全燃料噴射量中の通路内噴射弁からの燃料噴射量の比率を高くすることにより、内燃機関から排出されるＰＭの粒子数を減少させることができる。これにより、ＰＭを凝集させるのに要する電力を減少させることができるので、燃費の悪化を抑制できる。

また、本発明においては、前記燃料制御装置は、前記内燃機関の低出力運転時で且つ前記電極への通電量が閾値以上の場合には、前記内燃機関の低出力運転時で且つ前記電極への通電量が閾値未満の場合、または前記内燃機関の高出力運転時よりも、前記筒内噴射弁から噴射する燃料量を減少させ、且つ、前記通路内噴射弁から噴射する燃料量を増加させることができる。

ここで、内燃機関の低出力運転時には、高出力運転時と比較して、ＰＭ粒子数が増加するため、ＰＭの凝集に要する電力が大きくなる。このため、低出力運転時であって電極への通電量が大きな場合には、通路内噴射弁からの燃料噴射量の比率を高くすることにより、燃費の悪化を抑制できる。また、内燃機関の低出力時であっても、通電量が閾値未満の場合には、通路内噴射弁から噴射する燃料量を増加させても燃費の悪化の抑制は見込めず、逆に燃費が悪化する虞がある。これに対し、通路内噴射弁及び筒内噴射弁からの燃料噴射量を変更しないことで、燃費の悪化を抑制できる。

また、内燃機関の低出力運転時には、システム全体の燃料消費量に占めるＰＭを凝集するために要する燃料消費量が相対的に大きくなる。このような場合に、筒内噴射弁から噴射する燃料量を減少させ、且つ、通路内噴射弁から噴射する燃料量を増加させることで、燃費の悪化を抑制できる。なお、閾値は、燃費の悪化が許容範囲を超えるときの通電量と
することができる。また、内燃機関の低出力運転時とは、内燃機関の運転領域を高出力領域と低出力領域との２つに等分したときの低出力領域で運転しているときとすることができる。また、内燃機関の運転領域を高出力領域、中出力領域、低出力領域の３に等分したときの低出力領域で運転しているときとしてもよい。

また、本発明においては、前記燃料制御装置は、燃料消費量が最も少なくなるように、前記筒内噴射弁及び前記通路内噴射弁から噴射する燃料量を決定することができる。

すなわち、電極への通電量が大きいほど、筒内噴射弁から噴射する燃料量を減少させ、通路内噴射弁から噴射する燃料量を増加させるとしても、燃料消費量が最も少なくなるように、両噴射弁からの燃料噴射量を調整することで、燃費の悪化をより抑制できる。

また、本発明においては、前記燃料消費量は、内燃機関の要求出力と、前記電極に供給される電力と、の和に、燃料消費率を乗算して求めてもよい。

燃料消費率は、内燃機関で単位時間に消費する燃料の質量と、内燃機関の出力と、の比（ｇ／（ｋＷ・ｈ））であり、この値に、内燃機関の要求出力と、前記電極に供給される電力と、の合計値を乗算することで、燃料消費量を求めることができる。このように、内燃機関を運転するために消費される燃料量と、電極に通電するために消費される燃料量と、の和を求めることができるので、この燃料消費量が最も少なくなるように、筒内噴射弁及び通路内噴射弁から噴射する燃料量を決定すれば、システム全体としての燃料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。

また、本発明においては、前記燃料制御装置は、前記内燃機関の温度が所定値未満の場合には、前記気筒内噴射弁からの燃料噴射を停止することができる。

ここで、内燃機関の温度が低い場合には、内燃機関から排出されるＰＭの粒子数が増大するため、ＰＭを凝集するために要する電力が増大する。これに対し、筒内噴射弁からの燃料噴射を停止（禁止でもよい。）することで、ＰＭの粒子数の増大を抑制できるので、消費電力の増大を抑制できる。これにより、燃費の悪化を抑制できる。

本発明によれば、粒子状物質を凝集させることによる燃費の悪化を抑制することができる。

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。 検出装置により検出される電流の推移を、印加電圧ごとに示した図である。 実施例１に係る燃料噴射量の制御フローを示したフローチャートである。 実施例１に係る燃料噴射量の制御フローを示したフローチャートである。 実施例２に係る燃料噴射量の制御フローを示したフローチャートである。 実施例３に係る燃料噴射量の制御フローを示した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。

（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、内燃機関３０の排気通路２に設けられる。なお、本実施例においては、内
燃機関３０はガソリン機関であるが、ディーゼル機関であってもよい。

内燃機関３０には、排気通路２が接続されている。この排気通路２に粒子状物質処理装置１が設けられている。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。なお、ハウジング３は排気通路２の一部としてもよい。

また、排気通路２とハウジング３とは、電気絶縁体を介して接続される。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。

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。なお、電極５を、排気の流れの下流側に向けて折り曲げてもよい。

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。検出装置９は、電流計としてもよい。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。

また、内燃機関３０には、吸気通路１１が接続されている。なお、内燃機関３０の内部に形成される吸気ポートも吸気通路１１の一部とする。

吸気通路１１の途中には、該吸気通路１１を流れる吸気の量を調整するスロットル１２が備えられている。スロットル１２よりも上流の吸気通路１１には、該吸気通路１１内を流れる空気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ２１が取り付けられている。このエアフローメータ２１により内燃機関３０の吸入空気量が検出される。

また、吸気通路１１には、燃料を吸気通路１１（吸気ポートとしてもよい）内へ向けて噴射する通路内噴射弁３１が取り付けられている。また、内燃機関３０には、気筒内へ燃料を噴射する筒内噴射弁３２が取り付けられている。さらに、内燃機関３０には、気筒内に電気火花を発生させる点火プラグ３３が取り付けられている。また、内燃機関３０には、該内燃機関３０の温度を検出する温度センサ２２が取り付けられている。なお、温度センサ２２は、内燃機関３０の冷却水の温度又は潤滑油の温度を測定してもよい。

ここで、制御装置７は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関３０の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関３０を制御する。

制御装置７には、上記各種センサの他、アクセル開度センサ２３およびクランクポジションセンサ２４が電線を介して接続されている。制御装置７はアクセル開度センサ２３からアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関３０に要求される機関負荷または機関出力等を算出する。また、制御装置７はクランクポジションセンサ２４から内燃機関３０の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関３０の機関回転数を算出する。

一方、制御装置７には、電源６、スロットル１２、通路内噴射弁３１、筒内噴射弁３２、点火プラグ３３が電気配線を介して接続されており、該制御装置７によりこれらの機器が制御される。

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。

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。したがって、ＰＭの粒子数を減少させるためには、コロナ放電などの強い放電が起こるよりも低い電圧に調節するとよい。

ここで、電極５において強い放電が起こると、電極５を通る電流が急激に上昇した後すぐに下降する。図２は、検出装置９により検出される電流の推移を、印加電圧ごとに示した図である。印加電圧が大きくなるほど、検出装置９により検出される電流が大きくなる。そして、印加電圧が比較的小さいときに検出される電流は略一定になる。電流が略一定のときには、強い放電は発生していない。しかし、電極５から放出される電子によりＰＭが負に帯電し、該ＰＭがハウジング３に電子を放出しているために電流が検出される。すなわち、コロナ放電などの強い放電が発生していなくても、ＰＭを凝集させることができる。

一方、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、パルス電流が発生したときに印加電圧を小さくする。これにより、パルス電流が発生することを抑制し、ＰＭの粒子数が増加することを抑制する。一方、パルス電流が発生するまでは、印加電圧を大きくする。これにより、印加電圧を可及的に高くすることができるため、ＰＭの粒子数をより減少させることができる。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。

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。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。なお、本実施例においては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制御装置７が、本発明における電圧制御装置に相当する。

ここで、電極５を流れる電流と、ＰＭが凝集した量（ＰＭの粒子数の減少量としてもよい）と、には相関関係がある。すなわち、ＰＭ凝集量が多いほど、電極５を流れる電流が大きくなる。このため、排気中にＰＭが多く含まれるほど、電極５を流れる電流が大きくなる。つまり、排気中に含まれるＰＭの粒子数が多くなるほど、粒子状物質処理装置１の消費電力が大きくなる。このため、燃費が悪化する虞がある。この燃費の悪化は、内燃機関３０の低出力時ほど、より顕著になる。

一方、内燃機関３０から排出されるＰＭの粒子数は、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量と、筒内噴射弁３２からの燃料噴射量と、を合わせた全燃料噴射量中の、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量と、筒内噴射弁３２からの燃料噴射量と、の比率によって変わる。すなわち、通路内噴射弁３１から供給する燃料量と、筒内噴射弁３２から供給する燃料量と、に応じて排気中のＰＭ粒子数が変わる。一般に、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率を高くし、筒内噴射弁３２からの燃料噴射量の比率を低くするほど、内燃機関３０から排出されるＰＭ粒子数が少なくなる。

なお、全燃料噴射量は、例えば内燃機関３０の運転状態により決定される。また、初期の通路内噴射弁３１からの燃料噴射量、及び、筒内噴射弁３２からの燃料噴射量も、例えば内燃機関３０の運転状態により決定される。これらの関係は、予め実験等により求めて制御装置７に記憶しておくことができる。

そして、内燃機関３０の低出力時には、ＰＭの凝集のために消費される電力が大きくなるので、内燃機関３０の燃料消費率（ＢＳＦＣ：内燃機関３０で単位時間に消費する燃料の質量と内燃機関３０の出力との比（ｇ／（ｋＷ・ｈ）））が大きくなる。すなわち、燃費が悪化する。しかし、筒内噴射弁３２からの燃料噴射量を減少させ、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量を増加させることで、内燃機関３０から排出されるＰＭ粒子数を減少させることができるので、ＰＭの凝集のために消費される電力を低減させることができる。このときには、ＰＭの凝集のために消費される電力が大きくなるほど、全燃料噴射量中の通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率を増加させることで、ＰＭの粒子数が増加することを抑制できる。これより、消費電力を低減させることができる。

なお、本実施例においては、電極５への通電量が大きいほど、すなわちＰＭの凝集のために消費される電力が大きいほど、筒内噴射弁３２から噴射する燃料量を減少させ、通路内噴射弁３１から噴射する燃料量を増加させる制御装置７が、本発明における燃料制御装置に相当する。

図３は、本実施例に係る燃料噴射量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実行される。

ステップＳ１０１では、内燃機関３０の要求出力ＰＥＮＧが算出される。この内燃機関３０の要求出力ＰＥＮＧは、内燃機関３０に要求される出力であり、アクセル開度センサ２３の検出値、スロットル１２の開度、エアフローメータ２１の検出値などにより算出される。これらの関係は、予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。

ステップＳ１０２では、通路内噴射弁３１及び筒内噴射弁３２からの燃料噴射量を決定する。本ステップでは、全燃料噴射量中の、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量と、筒内噴射弁３２からの燃料噴射量と、の比率を決定している。通路内噴射弁３１からの燃料噴
射量、筒内噴射弁３２からの燃料噴射量は、例えばステップＳ１０１で算出される内燃機関３０の要求出力ＰＥＮＧ、または、内燃機関３０の運転状態により決定される。この関係は、予め記憶しておくことができる。

ステップＳ１０３では、ＰＭ凝集電力ＰＰＭが検出される。ＰＭ凝集電力ＰＰＭは、ＰＭを凝集するために消費される電力であり、電源６から印加する電圧及び検出装置９にて検出される電流に基づいて算出される。本ステップでは、電極５への通電量を検出している。

ステップＳ１０４では、通路内噴射弁３１及び筒内噴射弁３２からの燃料噴射量を決定する。このときには、ステップＳ１０３で検出されるＰＭ凝集電力ＰＰＭが大きいほど、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量を多くし、筒内噴射弁３２からの燃料噴射量を少なくする。このときに、全燃料噴射量は変化させないようにする。これらの関係は、予め実験等により求めて制御装置７に記憶させておく。

なお、ＰＭ凝集電力ＰＰＭが、前回ルーチン実行時と比較して大きな場合には、通路内噴射弁３１からの燃料噴射の比率が高くなるように該比率を所定値だけ増加させてもよい。また、ＰＭ凝集電力ＰＰＭが、前回ルーチン実行時と比較して小さな場合には、通路内噴射弁３１からの燃料噴射の比率が低くなるように該比率を所定値だけ減少させてもよい。また、これら所定値は、ＰＭ凝集電力ＰＰＭに応じて変化させてもよい。

また、ステップＳ１０１で算出される内燃機関３０の要求出力ＰＥＮＧが小さいほど、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量を多くし、筒内噴射弁３２からの燃料噴射量を少なくしてもよい。また、内燃機関３０の要求出力ＰＥＮＧが閾値以下で、且つ、ＰＭ凝集電力ＰＰＭが閾値以上の場合には、内燃機関３０の要求出力ＰＥＮＧが閾値よりも大きな場合、または、ＰＭ凝集電力ＰＰＭが閾値未満の場合よりも、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量を多くし、且つ、筒内噴射弁３２からの燃料噴射量を少なくしてもよい。なお、内燃機関３０の要求出力ＰＥＮＧにおける閾値は、内燃機関３０の要求出力が低出力とされるときの上限値とすることができる。また、ＰＭ凝集電力ＰＰＭにおける閾値は、燃費の悪化が許容範囲を超えるときのＰＭ凝集電力とすることができる。

すなわち、制御装置７は、内燃機関３０の低出力運転時で且つ電極５への通電量が閾値以上の場合には、内燃機関３０の低出力運転時で且つ電極５への通電量が閾値未満の場合、または内燃機関３０の高出力運転時よりも、筒内噴射弁３２から噴射する燃料量を減少させ、且つ、通路内噴射弁３１から噴射する燃料量を増加させることができる。ここで、内燃機関３０の低出力運転時には、システム全体の燃料消費量に占めるＰＭ凝集電力ＰＰＭを発生させるための燃料消費量が相対的に大きくなる。このような場合に、筒内噴射弁３２から噴射する燃料量を減少させ、且つ、通路内噴射弁３１から噴射する燃料量を増加させることで、燃費の悪化を抑制できる。

このようにして、ＰＭ凝集電力ＰＰＭが大きいほど、筒内噴射弁３２から噴射する燃料量を減少させ、通路内噴射弁３１から噴射する燃料量を増加させることができる。

なお、燃費の悪化が最小となるように、通路内噴射弁３１及び筒内噴射弁３２からの燃料噴射量を決定してもよい。すなわち、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率を高くするときに、燃費が最も向上するように燃料噴射量を決定してもよい。次に、燃費が最も向上するように、全燃料噴射量中の通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率を決定するフローについて説明する。

図４は、本実施例に係る燃料噴射量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実行される。なお、図３に示したフロー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。

ステップＳ２０１では、燃料消費量ＧＦ１が以下の式により算出される。
ＧＦ１＝（ＰＥＮＧ＋ＰＰＭ）×ＢＳＦＣ１
ここで、ＢＳＦＣ１は、内燃機関３０の燃料消費率である。

ステップＳ２０２では、全燃料噴射量中の、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率を、現時点から所定値Ａだけ増加させ、その後、増加させる前の比率から所定値Ｂだけ減少させる。本ステップでは、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率を実際に変化させる。これに合わせて、筒内噴射弁３２からの燃料噴射量の比率も変化させ、全燃料噴射量は変化させないようにする。これにより、内燃機関３０から排出されるＰＭ粒子数が変化し、ＰＭ凝集電力ＰＰＭが変化する。所定値Ａおよび所定値Ｂは、予め最適値を求めておく。

ステップＳ２０３では、ＰＭ凝集電力ＰＰＭＡ，ＰＰＭＢが検出される。ＰＭ凝集電力ＰＰＭＡは、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率を、現時点から所定値Ａだけ増加させたときにＰＭを凝集するために消費される電力であり、電源６から印加する電圧及び検出装置９にて検出される電流に基づいて算出される。また、ＰＭ凝集電力ＰＰＭＢは、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率を、現時点から所定値Ｂだけ減少させたときにＰＭを凝集するために消費される電力であり、電源６から印加する電圧及び検出装置９にて検出される電流に基づいて算出される。すなわち、本ステップでは、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率を増減させたときの夫々の場合について、消費電力を検出している。

ステップＳ２０４では、燃料消費量ＧＦＡ，ＧＦＢが以下の式により夫々算出される。燃料消費量ＧＦＡは、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率を、現時点から所定値Ａだけ増加させたときの燃料消費量である。また、燃料消費量ＧＦＢは、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率を、現時点から所定値Ｂだけ減少させたときの燃料消費量である。
ＧＦＡ＝（ＰＥＮＧ＋ＰＰＭＡ）×ＢＳＦＣＡ
ＧＦＢ＝（ＰＥＮＧ＋ＰＰＭＢ）×ＢＳＦＣＢ
ここで、ＢＳＦＣＡおよびＢＳＦＣＢは、夫々の燃料噴射量の比率のときの内燃機関３０の燃料消費率である。

ステップＳ２０５では、燃料消費量ＧＦ１、燃料消費量ＧＦＡ、燃料消費量ＧＦＢの中で、最小の値となる燃料噴射量が選択される。そして、この最小の燃料噴射量のときの通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率が、以後の通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率とされる。すなわち、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量を実際に変化させて、燃費が最も向上する燃料噴射量を選択する。なお、所定値Ａおよび所定値Ｂを徐々に小さくしつつ、本ルーチンを複数回実行して、燃料消費量を最小値に収束させてもよい。

以上説明したように、本実施例によれば、ＰＭ粒子数が多くなる場合に、通路内噴射弁３１及び筒内噴射弁３２からの燃料噴射量の比率を調整することで、燃費の悪化を抑制できる。

（実施例２）
本実施例では、実施例１で算出される燃料消費量ＧＦ１，ＧＦＡ，ＧＦＢ、所定値Ａ、所定値Ｂを、環境温度及び内燃機関３０の温度と関連付けて制御装置７に記憶させ、学習する。これにより、燃料消費量が最小となるときの通路内噴射弁３１及び筒内噴射弁３２
からの燃料噴射量の比率を求めるまでの燃料の消費を低減することができるので、燃費悪化をさらに抑制することができる。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。

図５は、本実施例に係る燃料噴射量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実行される。なお、前記フロー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。

ステップＳ３０１では、環境温度及び内燃機関３０の温度が検出される。これらは、内燃機関３０から排出されるＰＭ粒子数に影響を与える温度である。すなわち、これらの値によって、ＰＭ粒子数が変化するため、これらの値も燃料消費量と共に記憶される。内燃機関３０の温度は、内燃機関３０の冷却水温度、又は、内燃機関３０の潤滑油温度としてもよい。また、環境温度は、外気温度としてもよい。

ステップＳ３０２では、最小となる燃料消費量が、環境温度及び内燃機関３０の温度と共に制御装置７に記憶される。このようにして、学習が行われる。そして、次回に環境温度及び内燃機関３０の温度が同じ条件となった場合には、図５に示すフローを実施することなく、学習結果に基づいて、通路内噴射弁３１及び筒内噴射弁３２からの燃料噴射量が決定される。

以上説明したように、本実施例によれば、燃料消費量が最小となるときの通路内噴射弁３１及び筒内噴射弁３２からの燃料噴射量の比率を学習することで、燃費の悪化をより抑制できる。

（実施例３）
本実施例では、環境温度が低く且つ内燃機関３０の温度が低いときに、ＰＭ凝集のために消費される電力が多くなることに対し、筒内噴射弁３２からの燃料噴射を禁止（停止としてもよい。）することで燃費の悪化を抑制する。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。

このため、本実施例では、環境温度が所定値Ｃよりも低く、且つ、内燃機関３０の温度が所定値Ｄよりも低い場合には、筒内噴射弁３２からの燃料噴射を禁止する。そして、環境温度が所定値Ｃ以上となるか、または、内燃機関３０の温度が所定値Ｄ以上となる場合に、筒内噴射弁３２からの燃料噴射を再開する。すなわち、ＰＭ凝集のために消費される電力が少なくなると考えられる状態のときにのみ、筒内噴射弁３２からの燃料噴射を許可する。また、内燃機関３０の高負荷運転時においても、筒内噴射弁３２からの燃料噴射を許可する。

なお、筒内噴射弁３２の温度上昇を抑制する要求、または、内燃機関３０の高負荷運転の要求があった場合には、筒内噴射弁３２からの燃料噴射が禁止されていたとしても、筒内噴射弁３２からの燃料噴射を再開してもよい。すなわち、筒内噴射弁３２から燃料を噴射させることにより、筒内噴射弁３２に温度の低い燃料を供給することができるので、筒内噴射弁３２の温度上昇を抑制することができる。

図６は、本実施例に係る燃料噴射量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実行される。なお、前記フロー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。

ステップＳ４０１では、内燃機関３０の負荷が検出される。内燃機関３０の負荷は、例えば、アクセル開度センサ２３の検出値、スロットル１２の開度、エアフローメータ２１
の検出値などにより算出される。これらの関係は、予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。

ステップＳ４０２では、環境温度ＥＴＨＡが所定値Ｃよりも低く、且つ、内燃機関３０の温度ＥＴＨＷが所定値Ｄよりも低いか否か判定される。所定値Ｃ及び所定値Ｄは、筒内噴射弁３２から燃料を噴射させているときにＰＭ凝集のための電力が許容範囲内となる温度の下限値である。すなわち、本ステップでは、筒内噴射弁３２から燃料を噴射させると、ＰＭ凝集のための電力が許容範囲を超えるか否か判定している。ステップＳ４０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ４０６へ進む。

ステップＳ４０３では、内燃機関３０の負荷率（内燃機関３０の負荷の最大値に対する現在の負荷の割合）が所定値Ｅよりも小さいか否か判定される。所定値Ｅは、筒内噴射弁３２から燃料を噴射させることが必要とされる負荷率の下限値である。ステップＳ４０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ４０６へ進む。

ステップＳ４０４では、筒内噴射弁３２の温度が所定値Ｆよりも低いか否か判定される。所定値Ｆは、筒内噴射弁３２の冷却が必要のない温度の下限値であり、予め実験等により求められる。筒内噴射弁３２の温度は、内燃機関３０の運転状態から推定してもよく、センサを取り付けて測定してもよい。ステップＳ４０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ４０６へ進む。

ステップＳ４０５では、通路内噴射弁３１からの燃料噴射量の比率を１００％とする。すなわち、筒内噴射弁３２からの燃料噴射を禁止する。

ステップＳ４０６では、通路内噴射弁３１及び筒内噴射弁３２の両方から燃料噴射を実施する。この場合、実施例１または実施例２で説明したように、通路内噴射弁３１及び筒内噴射弁３２の燃料噴射量が決定される。

以上説明したように、本実施例によれば、環境温度が低く且つ内燃機関３０の温度が低いときに筒内噴射弁３２からの燃料噴射を禁止することで、ＰＭ粒子数の増加を抑制することができるので、消費電力を低減することができ、燃費の悪化を抑制できる。

１ 粒子状物質処理装置
２ 排気通路
３ ハウジング
５ 電極
６ 電源
７ 制御装置
９ 検出装置
１１ 吸気通路
１２ スロットル
２１ エアフローメータ
２２ 温度センサ
２３ アクセル開度センサ
２４ クランクポジションセンサ
３１ 通路内噴射弁
３２ 筒内噴射弁
３３ 点火プラグ
５１ 碍子部
５２ 電源側電線
５３ 接地側電線

Claims (4)

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と、
   前記電極を通る電流を検出する検出装置と、
   前記検出装置にて検出される電流にパルス電流が発生しない範囲で前記電極への印加電圧が高くなるように調整する電圧制御装置と、
   前記内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、
   前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する通路内噴射弁と、
   を備える内燃機関の粒子状物質処理装置において、
   前記電極への通電量が大きいほど、前記筒内噴射弁から噴射する燃料量を減少させ、前記通路内噴射弁から噴射する燃料量を増加させる燃料制御装置を備え、
   前記燃料制御装置は、前記内燃機関の低出力運転時で且つ前記電極への通電量が閾値以上の場合には、前記内燃機関の低出力運転時で且つ前記電極への通電量が閾値未満の場合、または前記内燃機関の高出力運転時よりも、前記筒内噴射弁から噴射する燃料量を減少させ、且つ、前記通路内噴射弁から噴射する燃料量を増加させる粒子状物質処理装置。
2. 前記燃料制御装置は、燃料消費量が最も少なくなるように、前記筒内噴射弁及び前記通路内噴射弁から噴射する燃料量を決定する請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
3. 前記燃料消費量は、内燃機関の要求出力と、前記電極に供給される電力と、の和に、燃料消費率を乗算して求められる請求項２に記載の粒子状物質処理装置。
4. 前記燃料制御装置は、前記内燃機関の温度が所定値未満の場合には、前記筒内噴射弁からの燃料噴射を停止する請求項１から３の何れか１項に記載の粒子状物質処理装置。

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