WO2012124087A1 - 粒子状物質処理装置 - Google Patents

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三谷　信一
啓 野村
栄二 村瀬
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a particulate matter processing apparatus.
  • a technique is known in which a discharge electrode is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and corona discharge is generated from the discharge electrode to charge particulate matter (hereinafter also referred to as PM) to agglomerate PM (for example, (See Patent Document 1).
  • PM charge particulate matter
  • agglomerate PM for example, (See Patent Document 1).
  • an insulator is provided between the electrode and the housing to which the electrode is attached, so that an electric current does not flow, and an average of a predetermined period when an inspection voltage about a fraction of the voltage for corona discharge is applied to the electrode.
  • a technique is known in which when the current is greater than or equal to a predetermined value, it is determined that PM adheres to the insulator and the insulation performance is degraded (see, for example, Patent Document 3).
  • This technology detects that electricity flows through a substance attached to the insulator surface.
  • electricity can flow through a substance floating in the exhaust gas.
  • the current detected when electricity flows through a substance floating in the exhaust gas has not been considered. And the current at this time was not utilized.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to estimate the HC concentration in exhaust gas with high accuracy using a particulate matter processing apparatus.
  • the particulate matter processing apparatus is: In the particulate matter processing apparatus that comprises a processing unit in which an electrode is installed in an exhaust passage of an internal combustion engine, and aggregates PM by causing a potential difference between the electrode and the processing unit, A power source connected to the electrode for applying a voltage; An insulating part for insulating electricity between the processing part and the exhaust passage; A grounding unit for grounding the processing unit; A detection device for detecting current in the grounding unit; An estimation device that estimates the HC concentration in the exhaust based on the current detected by the detection device when a voltage is applied to the electrode by the power source; Is provided.
  • the detection device detects a current on the potential reference point side of the electrode.
  • the wiring is longer or thicker than the electrode on the ground side.
  • charges may be stored on the power supply side of the electrode. Then, if the current is detected on the power supply side with respect to the electrode, even if the current passing through the electrode changes, the rise and fall of the current detected by the detection device at that time becomes slow. For this reason, it may be difficult to accurately detect the current.
  • the wiring can be made relatively short and thin. For this reason, when the current is detected on the ground side from the electrode, the current can be detected more accurately.
  • PM when voltage is applied to the electrode, PM can be charged.
  • the charged PM moves toward the inner wall of the processing unit due to the Coulomb force or the flow of exhaust. Since PM that has reached the inner wall of the processing unit emits electrons to the processing unit, electricity flows to the ground side from the electrode. And since PM which emitted the electron aggregates with other PM which exists near, the number of particles can be decreased.
  • HC which is unburned fuel
  • the HC becomes a carrier, so that a current flows through the HC when a voltage is applied to the electrode.
  • This current is detected by the detection device.
  • the detected current is larger than when the current passes through the PM.
  • a control device that retards the ignition timing of the internal combustion engine when the current detected by the detection device is larger than the first threshold value than when the current is less than the first threshold value. Can be provided.
  • the HC oxidation reaction in the exhaust passage can be promoted, so that the HC concentration can be reduced.
  • the temperature of the exhaust can be raised, so that the temperature of the catalyst can be raised quickly.
  • retarding the ignition timing when the HC concentration is high the temperature of the catalyst can be quickly raised while reducing the HC concentration. If the catalyst temperature rises and is activated, HC can be purified.
  • a catalyst is provided upstream from the processing unit, HC hardly flows into the processing unit after the catalyst is activated, so that the current detected by the detection device is hardly affected by HC. Disappear.
  • the first threshold here can be a current detected when the HC concentration is the upper limit of the allowable range.
  • control device can increase the retard amount of the ignition timing of the internal combustion engine as the current detected by the detection device increases.
  • the HC concentration and the current detected by the detection device have a correlation, and it can be estimated that the higher the current detected by the detection device, the higher the HC concentration.
  • the effect of reducing HC increases as the ignition timing of the internal combustion engine is retarded. Therefore, it can be suppressed that the HC concentration can be effectively reduced by increasing the retard amount of the ignition timing as the current detected by the detection device increases.
  • the retard amount of the ignition timing is reduced to approach the optimum ignition timing, so that deterioration of fuel consumption can be suppressed, for example.
  • the retard amount of the ignition timing of the internal combustion engine may be increased as the HC concentration estimated by the estimation device is higher.
  • control device can retard the ignition timing when the internal combustion engine is started.
  • the HC concentration can be reduced by retarding the ignition timing when starting the internal combustion engine. Note that a period in which the amount of HC emission is large from the start of the internal combustion engine may be set as the start of the internal combustion engine. In addition, a period until the catalyst is activated or the internal combustion engine is warmed up may be a start time of the internal combustion engine. The ignition timing may be retarded immediately after the internal combustion engine is started.
  • the process of aggregating the particulate matter can be executed.
  • the process of aggregating the particulate matter is not executed.
  • the HC concentration when the HC concentration is high, the current passing through the electrode increases. If it does so, there exists a possibility that a particulate matter processing apparatus may deteriorate. Moreover, there is a possibility that fuel consumption may deteriorate due to an increase in power consumption. On the other hand, it can suppress that an electric current becomes large by reducing an applied voltage. On the other hand, if the HC concentration is low, the applied voltage can be increased. Further, by increasing the applied voltage, more electrons can be emitted from the electrode, so that PM aggregation can be further promoted.
  • the process of aggregating the particulate matter may be feedback control of the applied voltage based on the current detected by the detection device.
  • the applied voltage may be merely increased as compared with the case where the current is larger than the second threshold value.
  • the second threshold value is an upper limit value when the detected current is not affected by the HC concentration in the exhaust gas, and can be an upper limit value of the current that can cause the particulate matter to aggregate.
  • a reproducing device for reproducing the electrode for reproducing the electrode; A determination device that determines whether or not to regenerate the electrode by the reproducing device, based on the current detected by the detecting device; A prohibition device for prohibiting determination by the determination device when the current detected by the detection device is greater than a third threshold; Can be provided.
  • the current detected by the detection device increases. For example, if the detected current is larger than the current estimated from the exhaust state at that time, it can be determined that the deposit is present on the electrode.
  • attachment of an electrode is performed.
  • the deposits can be removed, for example, by increasing the temperature of the electrode. The removal of deposits from the electrode is called electrode regeneration.
  • the third threshold value is an upper limit value when the detected current is not affected by the HC concentration in the exhaust gas, and can be an upper limit value of the current that can determine whether or not electrode regeneration is necessary. .
  • the third threshold value may be the same value as the second threshold value.
  • the HC concentration in the exhaust gas can be estimated with high accuracy using the particulate matter processing apparatus.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a control flow of ignition timing according to the first embodiment.
  • 6 is a flowchart illustrating a control flow according to a second embodiment.
  • 10 is a flowchart illustrating a control flow of PM reduction processing according to Embodiment 2. It is the figure which showed an example of the map for calculating the number of PM particles from an engine speed and an engine load.
  • 10 is a flowchart illustrating a flow of electrode regeneration processing according to the second embodiment.
  • 10 is a flowchart illustrating a control flow according to a third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a particulate matter processing apparatus 1 according to the present embodiment.
  • the particulate matter processing apparatus 1 is provided in an exhaust passage 2 of a spark ignition type gasoline engine.
  • the internal combustion engine is provided with a spark plug 75.
  • the particulate matter treatment apparatus 1 includes a housing 3 whose both ends are connected to an exhaust passage 2.
  • the material of the housing 3 is a stainless steel material.
  • the housing 3 is formed in a hollow cylindrical shape having a diameter larger than that of the exhaust passage 2. Both ends of the housing 3 are formed in a tapered shape in which the cross-sectional area decreases as the distance from the end increases.
  • the exhaust flows through the exhaust passage 2 in the direction of the arrow and flows into the housing 3.
  • the housing 3 may be a part of the exhaust passage 2.
  • the housing 3 corresponds to the processing section in the present invention.
  • the exhaust passage 2 and the housing 3 are connected via an insulating portion 4.
  • the insulating part 4 is made of an electrical insulator.
  • the insulating portion 4 is sandwiched between a flange 21 formed at the end of the exhaust passage 2 and a flange 31 formed at the end of the housing 3.
  • the exhaust passage 2 and the housing 3 are fastened by bolts and nuts, for example.
  • these bolts and nuts are also insulated so that electricity does not flow through these bolts and nuts. In this way, electricity is prevented from flowing between the exhaust passage 2 and the housing 3.
  • An electrode 5 is attached to the housing 3.
  • the electrode 5 passes through the side surface of the housing 3, extends from the side surface of the housing 3 toward the central axis of the housing 3, bends in the vicinity of the central axis, and upstream of the exhaust flow, and is parallel to the central axis It extends toward the upstream side of the exhaust flow. For this reason, the end of the electrode 5 is located near the central axis of the housing 3.
  • an insulator 51 made of an electrical insulator is provided on the electrode 5 so that electricity does not flow between the electrode 5 and the housing 3.
  • the insulator 51 is located between the electrode 5 and the housing 3, and has a function of insulating electricity and fixing the electrode 5 to the housing 3.
  • the electrode 5 is connected to the power supply 6 via the power supply side electric wire 52.
  • the power source 6 can energize the electrode 5 and change the applied voltage.
  • the power source 6 is connected to the control device 7 and the battery 8 through electric wires.
  • the control device 7 controls the voltage that the power source 6 applies to the electrode 5.
  • a ground side electric wire 53 is connected to the housing 3, and the housing 3 is grounded via the ground side electric wire 53.
  • the ground side electric wire 53 is provided with a detection device 9 that detects a current passing through the ground side electric wire 53.
  • the detection device 9 detects a current by measuring a potential difference between both ends of a resistor provided in the middle of the ground-side electric wire 53.
  • the detection device 9 is connected to the control device 7 via an electric wire. Then, the current detected by the detection device 9 is input to the control device 7.
  • the ground side electric wire 53 corresponds to the ground portion in the present invention.
  • the control device 7 is connected to an accelerator opening sensor 71, a crank position sensor 72, a temperature sensor 73, and an air flow meter 74.
  • the accelerator opening sensor 71 outputs an electrical signal corresponding to the amount of depression of the accelerator pedal by the driver, and detects the engine load.
  • the crank position sensor 72 detects the engine speed.
  • the temperature sensor 73 detects the temperature of the internal combustion engine by detecting the temperature of the cooling water of the internal combustion engine or the temperature of the lubricating oil.
  • the air flow meter 74 detects the intake air amount of the internal combustion engine. Further, the control device 7 controls the ignition timing of the spark plug 75.
  • electrons are emitted from the electrode 5 by applying a negative DC high voltage from the power source 6 to the electrode 5. That is, electrons are emitted from the electrode 5 by making the potential of the electrode 5 lower than that of the housing 3.
  • the electrons in the exhaust gas can be negatively charged by the electrons. Negatively charged PM moves due to Coulomb force and gas flow.
  • the PM reaches the housing 3, the electrons that have negatively charged the PM are emitted to the housing 3.
  • the PM that has released electrons to the housing 3 aggregates to increase the particle size.
  • the number of PM particles is reduced due to aggregation of PM. That is, by applying a voltage to the electrode 5, the particle diameter of PM can be increased and the number of PM particles can be reduced.
  • the electrode 5 is bent toward the upstream side of the exhaust flow, but instead, it may be bent toward the downstream side.
  • PM hardly adheres to the insulator portion 51. That is, since PM can be charged on the upstream side of the insulator portion 51, the PM moves toward the inner peripheral surface of the housing 3. For this reason, since PM colliding with the insulator part 51 decreases, it becomes difficult for PM to adhere to the insulator part 51.
  • the electrode 5 is bent toward the upstream side of the exhaust flow, the electrode 5 is easily deformed by receiving a force from the exhaust flow. For this reason, it is suitable when the electrode 5 is short.
  • FIG. 2 is a diagram showing the transition of the current detected by the detection device 9.
  • the horizontal axis is the elapsed time from the start of the internal combustion engine. When the time is zero, the internal combustion engine is started.
  • FIG. 2 shows changes in current detected for each applied voltage by changing the applied voltage. As shown in FIG. 2, at any applied voltage, the detected current is relatively large during the period from the start of the internal combustion engine to A, but the detected current thereafter is relatively small.
  • This relatively large detection current is an ion current generated by HC in the exhaust. That is, in the period from the start of the internal combustion engine to about A, the detected current is relatively large due to the ion current generated by the HC discharged from the internal combustion engine.
  • A can be set to 20 seconds, for example.
  • the concentration of HC flowing into the housing 3 has decreased, so that almost no ionic current is generated.
  • the current detected at this time is a current that passes mainly through the PM floating in the exhaust gas.
  • an ionic current is generated in the period from the start of the internal combustion engine to about A, but the timing at which the ionic current is generated differs depending on the operating state of the internal combustion engine, the type of fuel, and the like. .
  • the ion current by HC is much larger than the current passing through PM. For this reason, it can be said that the current detected by the detection device 9 has a correlation with the HC concentration in the exhaust gas. For this reason, the HC concentration in the exhaust gas can be estimated by detecting the current. That is, the particulate matter processing apparatus 1 can be used as an HC sensor for detecting the HC concentration in the exhaust gas. The relationship between the current detected by the detection device 9 and the HC concentration can be obtained in advance by experiments or the like.
  • the ignition timing is retarded to reduce the HC concentration.
  • the temperature of the gas discharged from the internal combustion engine rises.
  • the HC concentration decreases. That is, even if the HC concentration is high in the cylinder, the HC concentration can be reduced in the exhaust passage 2.
  • a catalyst is generally provided in the exhaust passage 2, but the temperature of the catalyst rises rapidly as the exhaust temperature increases. Then, the HC concentration decreases due to the activation of the catalyst.
  • a catalyst for oxidizing HC may be provided upstream of the particulate matter processing apparatus 1. As a result, HC hardly flows into the housing 3 after the catalyst is activated, so that the detection current does not increase due to HC. Then, control for aggregating PM can be easily performed.
  • the insulating portion 4 since the insulating portion 4 is provided, it is possible to prevent electricity from passing through the exhaust passage 2. Therefore, the current passing through the housing 3 via PM and HC is detected by the detection device 9. Further, by detecting the current in the ground side electric wire 53, the current detection accuracy can be increased. In general, the power supply side electric wire 52 is longer or thicker than the ground side electric wire 53. Then, if a current is detected in the power supply side electric wire 52, the rise and fall of the detected current with respect to the actual current change becomes slow. For this reason, there exists a possibility that the detection accuracy of an electric current may become low.
  • the wiring can be made relatively short and thin. For this reason, the response to the actual change in current is higher when the current is detected in the ground-side electric wire 53. Therefore, the current can be detected more accurately by detecting the current in the ground side electric wire 53. That is, the HC concentration can be estimated more accurately.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a control flow of the ignition timing according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed by the control device 7 every predetermined time.
  • step S101 the voltage applied to the electrode 5 is calculated.
  • the applied voltage is set according to the estimated number of PM particles (number / cm 3 ).
  • the number of PM particles is the number of PM particles discharged from the internal combustion engine, and is the number of PM particles before flowing into the housing 3. Since the number of PM particles is correlated with the engine speed, the engine load, and the temperature of the internal combustion engine (for example, the temperature of the lubricating oil or the temperature of the cooling water), the number of PM particles is calculated based on these values.
  • a plurality of maps for calculating the number of PM particles may be stored according to the temperature of the internal combustion engine from the engine speed and the engine load, and the number of PM particles may be calculated based on the map.
  • the engine speed is detected by the crank position sensor 72, and the engine load is detected by the accelerator opening sensor 71.
  • the temperature of the internal combustion engine is detected by a temperature sensor 73.
  • a sensor for detecting the number of PM particles may be attached to the exhaust passage 2 upstream of the housing 3 and the number of PM particles may be detected by the sensor.
  • the applied voltage is calculated based on the number of PM particles and the exhaust gas amount (g / sec) of the internal combustion engine. This relationship may be obtained in advance by experiments or the like and mapped. Since the exhaust gas amount of the internal combustion engine has a correlation with the intake air amount of the internal combustion engine, it can be obtained based on the intake air amount detected by the air flow meter 74.
  • the applied voltage may be a value such that the reduction rate of the number of PM particles becomes a predetermined value (for example, 40%).
  • the applied voltage may be a predetermined value that is determined in advance. In this case, the minimum applied voltage that can detect the HC concentration may be used. That is, the applied voltage may be made smaller than when aggregating PM.
  • step S102 the current is detected.
  • This current is a value detected by the detection device 9.
  • step S103 it is determined whether or not it is immediately after the internal combustion engine is started.
  • step S103 it is determined whether it is a time when the HC concentration can increase. That is, immediately after the start of the internal combustion engine, when the combustion state is likely to deteriorate, before the catalyst is activated, when the amount of HC discharged from the internal combustion engine is relatively large (the HC concentration may be relatively high). ) Etc.
  • the predetermined period from the start of the internal combustion engine it may be determined that it is immediately after the start. Further, it may be determined that the period in which the control for retarding the ignition timing from the start of the internal combustion engine is performed is at the start of the internal combustion engine.
  • step S103 it may be determined whether the internal combustion engine is starting.
  • step S103 If an affirmative determination is made in step S103, the process proceeds to step S104. If a negative determination is made, it is not necessary to decrease the HC concentration, and this routine is terminated.
  • step S104 it is determined whether or not the detected current obtained in step S102 is larger than the threshold value IHC .
  • the threshold value I HC is a detection current when the HC concentration is the upper limit value of the allowable range.
  • This threshold value I HC is obtained in advance by experiments or the like and stored in the control device 7.
  • the threshold value I HC corresponds to the first threshold value in the present invention.
  • step S104 the determination based on the detected current is performed. However, since the detected current and the HC concentration are correlated, the HC concentration is calculated from the detected current, and whether or not the HC concentration exceeds the allowable range. It may be determined. If the relationship between the detected current and the HC concentration is obtained in advance by experiments or the like and stored in the control device 7, the HC concentration can be calculated from the detected current. That is, in this embodiment, the control device 7 that processes step S104 corresponds to the estimation device according to the present invention.
  • step S105 the ignition timing is retarded.
  • the retardation amount at this time a preset value can be used.
  • the retard amount of the ignition timing may be increased as the detected current increases, that is, as the HC concentration increases. That is, the ion current increases as the HC concentration increases, so that the detection current increases.
  • the HC concentration is high, the HC concentration is reduced by increasing the retard amount of the ignition timing.
  • the relationship between the detected current and the retard amount of the ignition timing may be obtained in advance through experiments or the like and mapped.
  • step S106 it is determined whether or not the detected current is less than or equal to a threshold value IHC . That is, it is determined whether or not the HC concentration has fallen to an allowable range by increasing the retard amount of the ignition timing.
  • step S106 If an affirmative determination is made in step S106, this routine is terminated, and if a negative determination is made, the routine returns to step S105 and the ignition timing is retarded again.
  • the HC concentration in the exhaust can be estimated using the detected current. Then, the HC concentration in the exhaust gas can be reduced by feedback controlling the retard amount of the ignition timing based on the detected current or the HC concentration.
  • the HC concentration can vary depending on the type of fuel, it is possible to control so that the discharged HC concentration is less than or equal to the threshold value regardless of which fuel is used.
  • Example 2 In the present embodiment, the PM reduction process or the electrode 5 regeneration process is performed after the HC concentration in the exhaust gas falls below the threshold value. Since other devices are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the PM reduction process is a process for applying a voltage suitable for PM aggregation.
  • the negative voltage applied to the electrode 5 is increased, more electrons are emitted from the electrode 5. For this reason, since aggregation of PM can be promoted, the number of particles of PM can be further reduced.
  • the voltage applied to the electrode 5 is increased too much, strong discharge such as corona discharge or arc discharge can occur. When such a strong discharge occurs, PM is miniaturized by high-speed electrons. Therefore, in order to promote the aggregation of PM, the voltage may be adjusted to a voltage lower than that of strong discharge such as corona discharge. That is, PM can be aggregated even when strong discharge such as corona discharge is not generated.
  • the applied voltage becomes relatively large, the current detected by the detection device 9 increases and a pulse current is generated.
  • the frequency with which the pulse current is generated increases.
  • This pulse current is generated by a strong discharge such as a corona discharge.
  • the applied voltage is reduced when a pulse current is generated.
  • production of a pulse current is suppressed and it suppresses that the particle number of PM increases.
  • the applied voltage is increased until a pulse current is generated.
  • the applied voltage can be increased as much as possible, the aggregation of PM can be further promoted.
  • a sign that the pulse current is generated may be read from the current, and the applied voltage may be reduced before the pulse current is generated.
  • the regeneration process of the electrode 5 is a process for removing deposits such as PM and water adhering to the electrode 5 including the insulator part 51.
  • deposits such as PM and water adhering to the electrode 5 including the insulator part 51.
  • the regeneration processing of the electrode 5 is executed. To do.
  • the regeneration of the electrode 5 is performed, for example, by increasing the temperature of the electrode 5 or increasing the oxygen concentration in the exhaust gas.
  • the electrode 5 is regenerated by applying a voltage from the power supply 6 while the electrode 5 is short-circuited.
  • the temperature of the electrode 5 can be raised and the deposits can be removed by burning or evaporation.
  • the oxygen concentration in the exhaust gas may be increased while applying a voltage to the electrode 5.
  • the crankshaft of the internal combustion engine can be rotated by the motor without supplying fuel to the internal combustion engine.
  • exhaustion can be raised. Further, by temporarily increasing the engine speed before stopping the internal combustion engine and stopping the fuel supply when the engine speed is high, air can be discharged into the exhaust passage. Then, when the internal combustion engine stops thereafter, the electrode 5 may be short-circuited or the applied voltage may be increased. Further, when the fuel is cut during the deceleration operation, the oxygen concentration in the exhaust gas becomes high. At this time, the electrode 5 may be short-circuited or the applied voltage may be increased.
  • the current detected by the detection device 9 becomes larger. That is, the detected current (hereinafter also referred to as the detected current) is larger than the current (hereinafter also referred to as the estimated current) corresponding to the estimated amount of PM in the exhaust gas. Then, if a threshold value is set based on the estimated current, it is possible to determine whether electricity is flowing between the electrode 5 and the housing 3 through the deposit by comparing the threshold value and the detected current. it can.
  • the threshold value is a value obtained by giving a margin to the estimated current in consideration of tolerances and errors of various sensors. A predetermined value may be added to the estimated current, or the estimated current may be multiplied by a predetermined value.
  • the detected current is larger than the threshold value, it can be determined that electricity is flowing between the electrode 5 and the housing 3 via the deposit.
  • the amount of PM in the exhaust gas varies depending on the operating state of the internal combustion engine, and is calculated, for example, according to the operating state of the internal combustion engine.
  • a sensor for detecting the PM amount may be provided, and the PM amount in the exhaust gas may be obtained by the sensor.
  • a threshold value in a predetermined operation state (for example, an idle operation state) may be obtained in advance by experiments or the like, and it may be determined whether or not the regeneration process of the electrode 5 is necessary in the predetermined operation state.
  • a threshold value to be compared with the detected current may be determined in advance. In this case, the threshold value may be changed according to the driving state.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a control flow according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed by the control device 7 every predetermined time.
  • symbol is attached
  • step S103 when it determines with it being immediately after starting in step S103, you may make an applied voltage lower than the applied voltage calculated by step S101. If it does so, degradation of the power supply 6 etc. by an ion current can be suppressed. Then, the detection current may be acquired again.
  • step S201 it is determined whether or not the elapsed time from the start of the internal combustion engine is longer than the predetermined time A and the detected current is smaller than the threshold value IHC2 . In this step, it is determined whether there is a possibility that the HC concentration will increase thereafter. That is, if the elapsed time from the start of the internal combustion engine is short, the combustion state is not stable, and therefore the HC concentration may increase again even if the HC concentration once decreases.
  • the detected current is less than or equal to the threshold value IHC , if the exhaust gas contains HC, the detected current is affected. This detected current is also used when the PM reduction process is performed or when the electrode 5 is regenerated. And when the ion current resulting from HC is contained in the detection current, these processes become difficult. Therefore, it is determined whether or not the detected current has sufficiently decreased.
  • the elapsed time from the start of the internal combustion engine may be, for example, the elapsed time from the time when the process for starting the internal combustion engine is started, or the elapsed time from the time when the engine speed increases to idle rotation.
  • the predetermined time A is different depending on which elapsed time is used.
  • the predetermined time A is obtained in advance by experiments or the like as the time required for the amount of HC discharged from the internal combustion engine to sufficiently decrease.
  • the threshold value I HC2 is determined in advance through experiments or the like as a current detected when the amount of HC discharged from the internal combustion engine becomes small enough to determine whether regeneration of the electrode 5 is necessary or to perform PM reduction processing. I ask for it.
  • the control device 7 that processes step S201 corresponds to the prohibition device in the present invention.
  • the threshold value I HC2 corresponds to the second threshold value or the third threshold value in the present invention.
  • step S201 If an affirmative determination is made in step S201, the process proceeds to step S202. If a negative determination is made, step S201 is executed again.
  • step S202 PM reduction processing is performed.
  • an applied voltage that is optimal for PM aggregation is calculated. The PM reduction process will be described later.
  • step S203 the electrode 5 is regenerated.
  • the regeneration process of the electrode 5 will be described later.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a control flow of PM reduction processing according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed by the control device 7 every predetermined time.
  • the number of PM particles (pieces / cm 3 ) is calculated.
  • the number of PM particles is the number of PM particles per cubic centimeter.
  • the number of PM particles is the number of PM particles discharged from the internal combustion engine, and is the number of PM particles before flowing into the housing 3. Since the number of PM particles is correlated with the engine speed, the engine load, and the temperature of the internal combustion engine (for example, the temperature of the lubricating oil or the temperature of the cooling water), the number of PM particles is calculated based on these values.
  • step S301 the engine speed and the engine load are acquired.
  • the engine speed is detected by a crank position sensor 72, and the engine load is detected by an accelerator opening sensor 71.
  • step S302 the temperature of the internal combustion engine is acquired.
  • the temperature of the internal combustion engine is detected by a temperature sensor 73.
  • step S303 the number of PM particles is calculated.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a map for calculating the number of PM particles from the engine speed and the engine load.
  • the control device 7 stores a plurality of this relationship according to the temperature of the internal combustion engine. Then, the number of PM particles is obtained from the engine speed and the engine load using a map corresponding to the detected temperature of the internal combustion engine. This map is obtained in advance by experiments or the like. Although the number of PM particles may be detected using such a map, a sensor for detecting the number of PM particles is attached to the exhaust passage 2 upstream of the housing 3, and the number of PM particles is detected by the sensor. May be.
  • step S304 the applied voltage to the electrode 5 is calculated based on the number of PM particles calculated in step S303.
  • This applied voltage is a voltage initially applied to the electrode 5.
  • feedback control is performed so that the applied voltage is maximized within a range where no pulse current is generated. That is, in this step, the initial value of the applied voltage is set in order to shorten the time until the highest applied voltage is reached in a range where no pulse current is generated.
  • the initial value of the applied voltage is set based on FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a map for calculating the applied voltage (V) from the exhaust gas amount (g / sec) from the internal combustion engine and the number of PM particles ( ⁇ 10 5 particles / cm 3 ). is there.
  • This map is obtained in advance by experiments or the like. Since the exhaust gas amount from the internal combustion engine is correlated with the intake air amount of the internal combustion engine, it can be obtained based on the intake air amount detected by the air flow meter 74.
  • the initial value of the applied voltage may be a value such that the reduction rate of the number of PM particles becomes a predetermined value (for example, 40%).
  • the initial value of the applied voltage may be a predetermined value that is determined in advance. This specified value can be a value with a margin so that no pulse current is generated.
  • step S305 the current is acquired. This current is a value detected by the detection device 9.
  • step S306 it is determined whether a high frequency component of current is present.
  • the pulse current can be extracted as a high frequency component of the current. Therefore, the high-frequency component is extracted by passing the current detected by the detection device 9 through a high-pass filter. Thus, when a high frequency component is extracted by passing through a high-pass filter, it is determined that a high frequency component exists.
  • the standard deviation S of the current detected n times is calculated by the following equation.
  • Im is a detection current
  • Iave is an average value of the detection current.
  • the predetermined value Smax is a fixed value for determining the presence / absence of a high-frequency component, and is obtained in advance through experiments or the like. Further, for example, it can be determined that a high-frequency component is present when the rate of increase in the detected current is greater than or equal to a threshold and the amount of increase is greater than or equal to the threshold. If a positive determination is made in step S306, the process proceeds to step S307.
  • step S307 the applied voltage is decreased to suppress the generation of the pulse current.
  • the amount by which the applied voltage is decreased may be determined in advance by an experiment or the like.
  • step S308 it is determined whether or not there is a high frequency component. That is, it is determined whether or not the pulse current is not generated due to the decrease in the applied voltage. This determination is performed in the same manner as in step S306. If an affirmative determination is made in step S308, this routine is terminated. On the other hand, if a negative determination is made in step S308, the process returns to step S307, and the applied voltage is decreased again. Thus, the applied voltage is decreased until no pulse current is generated.
  • step S306 the process proceeds to step S309.
  • step S309 the applied voltage is increased. Thereby, aggregation of PM is promoted.
  • the amount by which the applied voltage is increased may be obtained in advance by an experiment or the like.
  • step S310 it is determined whether a high frequency component exists. That is, it is determined whether or not a pulse current is generated due to an increase in applied voltage. This determination is performed in the same manner as in step S306. If an affirmative determination is made in step S310, the process proceeds to step S307 to suppress the generation of the pulse current. On the other hand, if a negative determination is made in step S310, the process returns to step S309, and the applied voltage is increased again. In this way, the applied voltage is increased until a pulse current is generated.
  • the applied voltage can be made as high as possible within the range where no pulse current is generated. Thereby, since aggregation of PM can be promoted more, the number of PM particles can be further reduced.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of the regeneration process of the electrode 5 according to the present embodiment.
  • This routine is executed by the control device 7. For example, it may be executed every time the vehicle travels a predetermined distance. Moreover, you may perform for every driving
  • step S401 the detected current I1 is acquired. That is, the current actually detected by the detection device 9 when the voltage is applied to the electrode 5 is acquired.
  • step S402 an estimated current I2 is calculated. That is, the current estimated to be detected by the detection device 9 when it is assumed that there is no deposit on the electrode 5 is calculated.
  • the engine speed and the engine load are correlated with the PM amount in the exhaust.
  • the estimated current I2 can be calculated from the engine speed and the engine load. This relationship is obtained in advance through experiments or the like and mapped and stored in the control device 7.
  • step S403 it is determined whether or not the detected current I1 obtained in step S401 is larger than a value obtained by adding the predetermined value B to the estimated current I2 obtained in step S402.
  • a value obtained by adding the predetermined value B to the estimated current I2 corresponds to the threshold value.
  • the predetermined value B is set so that the estimated current has a margin in consideration of tolerances and errors of various sensors. This predetermined value B can be obtained in advance by experiments or the like.
  • step S403 If an affirmative determination is made in step S403, the process proceeds to step S404, and if a negative determination is made, this routine is terminated.
  • the control device 7 that processes step S403 corresponds to the determination device according to the present invention.
  • step S404 the electrode 5 regeneration process is executed. That is, while applying a voltage to the electrode 5, the electrode 5 is short-circuited or the oxygen concentration in the exhaust gas is positively increased. In this way, deposits on the electrode 5 are removed. Thereafter, the process returns to step S403.
  • the control device 7 that processes step S404 corresponds to the playback device in the present invention.
  • the applied voltage can be adjusted when the detected current is not affected by HC. .
  • the applied voltage can be adjusted to a more appropriate value.
  • it is determined whether or not the electrode 5 needs to be regenerated after the HC concentration in the exhaust gas is quickly reduced it is possible to determine when there is no influence of HC on the detected current. Thereby, the determination accuracy can be increased.
  • Example 3 when it is estimated that the HC concentration in the exhaust gas is high, the regeneration process of the electrode 5 or the PM reduction process is prohibited on the assumption that the detected current is an ionic current due to HC. Since other devices are the same as those in the first and second embodiments, the description thereof is omitted.
  • the HC concentration in the exhaust gas can be estimated from the detected current. Further, the HC concentration in the exhaust gas can be estimated to some extent from the operating state of the internal combustion engine. Therefore, whether or not an ion current is generated by HC can be estimated from the detected current or the operating state of the internal combustion engine. In addition, by installing an HC sensor that detects the HC concentration upstream of the housing 3, it is possible to detect HC flowing into the housing 3.
  • Whether or not to regenerate the electrode 5 is determined based on whether or not the detected current I1 is larger than a value obtained by adding the predetermined value B to the estimated current I2, as described in step S403. That is, when electricity is flowing through the deposit on the electrode 5, the detected current is larger than the estimated current, so that determination based on the detected current can be performed rather than the estimated current.
  • the detection current also increases when an ion current is generated by HC. For this reason, when it is determined whether or not the electrode 5 needs to be regenerated when an ionic current is generated by HC, there is a risk of erroneous determination. For this reason, when the HC concentration in the exhaust gas is high, the determination as to whether or not to regenerate the electrode 5 is prohibited. Therefore, the regeneration process of the electrode 5 is not performed.
  • the detection current is also used when calculating the optimum applied voltage for promoting the aggregation of PM. Therefore, when the detection current increases due to the influence of HC, it may be difficult to calculate the optimum applied voltage. For this reason, when the HC concentration in the exhaust gas is high, PM reduction processing is prohibited. In other words, the process of calculating the applied voltage or adjusting the applied voltage is prohibited.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a control flow according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed by the control device 7 every predetermined time.
  • the HC concentration in the exhaust is estimated. For this reason, the temperature of the internal combustion engine (for example, the temperature of the lubricating oil or the temperature of the cooling water) and the environmental temperature (for example, the atmospheric temperature or the intake air temperature) that are correlated with the HC concentration are acquired.
  • the temperature of the internal combustion engine for example, the temperature of the lubricating oil or the temperature of the cooling water
  • the environmental temperature for example, the atmospheric temperature or the intake air temperature
  • step S501 the temperature of the internal combustion engine is acquired.
  • step S502 the environmental temperature is acquired.
  • a sensor for detecting the atmospheric temperature is provided, and the ambient temperature is acquired based on the sensor.
  • step S503 the HC concentration is estimated.
  • the relationship between the temperature of the internal combustion engine, the environmental temperature, and the HC concentration may be obtained in advance through experiments or the like and mapped and stored in the control device 7.
  • a sensor for detecting the HC concentration may be provided upstream or downstream of the housing 3, and the HC concentration may be detected by the sensor. Further, the HC concentration can be estimated from the detected current.
  • step S504 it is determined whether or not the HC concentration estimated in step S503 is higher than the threshold value C.
  • the threshold value C is an upper limit value of the HC concentration that can accurately determine whether or not the regeneration of the electrode 5 is necessary, or an upper limit value of the HC concentration that can accurately calculate the applied voltage, or The upper limit value of the HC concentration that can accurately control the applied voltage is obtained in advance by experiments or the like. That is, in this step, it is determined whether it is possible to accurately determine whether or not the electrode 5 needs to be regenerated, or whether it is possible to accurately calculate the applied voltage or control the applied voltage. is doing.
  • step S504 If an affirmative determination is made in step S504, the process proceeds to step S505, and if a negative determination is made, this routine is terminated.
  • step S505 a determination is made as to whether or not the electrode 5 needs to be regenerated, and a prohibition process for prohibiting calculation of the applied voltage and control of the applied voltage is executed.
  • the circuit can be interrupted, so that deterioration of the power source 6 and the like due to the influence of the ion current can be suppressed.

Abstract

　粒子状物質処理装置１を利用して排気中のＨＣ濃度を高精度に推定する。電極５が設置される処理部３を内燃機関の排気通路２に備え、電極５と処理部３とに電位差を生じさせることでＰＭを凝集させる粒子状物質処理装置１において、電極５に接続され電圧を印加する電源６と、処理部３と排気通路２との間で電気を絶縁する絶縁部４と、処理部３を接地させる接地部５３と、接地部５３において電流を検出する検出装置９と、電源６により電極５に電圧を印加したときに検出装置９により検出される電流に基づいて排気中のＨＣ濃度を推定する推定装置７と、を備える。

Description

粒子状物質処理装置
　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。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。
　また、放電電極を通る電流が所定値以上のときに、該放電電極にＰＭが付着していると判定し、放電電極からＰＭを除去するために印加電圧を増加させる技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
　また、電極と該電極が取り付けられるハウジングとの間に電気が流れないように碍子が設けられ、コロナ放電用の電圧の数分の一程度の検査電圧を電極に印加したときの所定期間の平均電流が所定値以上の場合に、碍子にＰＭが付着して絶縁性能が低下していると判定する技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
　この技術では、碍子の表面に付着した物質を介して電気が流れることを検出している。ここで、コロナ放電などの強い放電が発生する電圧より低い電圧を電極へ印加する場合であっても、排気中に浮遊している物質を介して電気が流れ得る。しかし、従来では、排気中に浮遊している物質を介して電気が流れたときに検出される電流については考慮されていなかった。そして、このときの電流を活用することもなかった。
　なお、始動直後に点火時期が遅角される機関において、点火時期を遅角しているときに、排気通路に設けられているイオンセンサを用いてＨＣを検出しつつ空燃比のフィードバック制御する技術が知られている（例えば、特許文献４参照。）。しかし、イオンセンサと粒子状物質処理装置とを共に設けるとすると、コストアップとなると共に、双方を取り付ける場所も確保しなくてはならない。
特開２００６－１９４１１６号公報 特開２００６－１０５０８１号公報 特開平６－１７３６３５号公報 特開平８－２６１０４８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、粒子状物質処理装置を利用して排気中のＨＣ濃度を高精度に推定す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、
　電極が設置される処理部を内燃機関の排気通路に備え、電極と処理部とに電位差を生じさせることでＰＭを凝集させる粒子状物質処理装置において、
　前記電極に接続され電圧を印加する電源と、
　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、
　前記接地部において電流を検出する検出装置と、
　前記電源により前記電極に電圧を印加したときに前記検出装置により検出される電流に基づいて排気中のＨＣ濃度を推定する推定装置と、
　を備える。
　すなわち、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する。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、電極を通る電流が変化しても、そのときに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、電流を正確に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、電流をより正確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している。これにより、検出装置にて正確に電流を検出することができる。
　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処理部の内壁へ向かって移動する。処理部の内壁に到達したＰＭは、処理部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。
　また、排気中に未燃燃料であるＨＣが含まれると、該ＨＣがキャリアとなるため、電極に電圧を印加したときにＨＣを介して電流が通る。この電流は、検出装置において検出される。そして、排気中のＨＣ濃度と検出される電流とには相関関係がある。しかも、ＨＣを介して電流が通る場合には、ＰＭを介して電流が通る場合よりも、検出される電流が大きい。すなわち、検出装置において検出される電流の大きさをみれば、排気中にＨＣが存在していると推定できる。そして、排気中のＨＣ濃度が高いほど電流が大きくなるため、検出装置において検出される電流に基づいてＨＣ濃度を推定することができる。そして、絶縁部を備えていることにより、検出装置にて正確に電流を検出することができるため、ＨＣ濃度を正確に求めることができる。
　また、本発明においては、前記検出装置により検出される電流が、第１閾値よりも大きな場合には、該第１閾値以下の場合よりも、前記内燃機関の点火時期を遅角させる制御装置を備えることができる。
　ここで、火花点火式の内燃機関において、点火時期を遅角させることにより、排気通路内におけるＨＣの酸化反応を促進させることができるため、ＨＣ濃度を低減させることができる。また、点火時期を遅角させることにより、排気の温度を上昇させることができるため、触媒の温度を速やかに上昇させることができる。なお、処理部よりも上流側に触媒を備えていてもよい。そして、ＨＣ濃度が高いときに点火時期を遅角させることにより、ＨＣ濃度を低減させつつ触媒の温度を速やかに上昇させることができる。触媒の温度が上昇して活性化すれば、ＨＣを浄化することができる。また、処理部よりも上流側に触媒を備えていれば、触媒が活性化した後は、処理部にはＨＣがほとんど流入しなくなるため、検出装置により検出される電流はＨＣの影響をほとんど受けなくなる。なお、ここでいう第１閾値は、ＨＣ濃度が許容範囲の上限となっているときに検出される電流とすることができる。
　また、本発明においては、前記制御装置は、前記検出装置により検出される電流が大きいほど、前記内燃機関の点火時期の遅角量を大きくすることができる。
　ＨＣ濃度と検出装置により検出される電流とは相関関係にあり、検出装置により検出される電流が大きいほど、ＨＣ濃度が高いと推定することができる。一方、内燃機関の点火時期を遅角させるほど、ＨＣの低減効果が大きくなる。したがって、検出装置により検出される電流が大きいほど、点火時期の遅角量を大きくすることにより、ＨＣ濃度を効果的に低減させることができることを抑制できる。また、ＨＣ濃度が低いときには、点火時期の遅角量が小さくされることにより最適な点火時期に近付くので、たとえば燃費の悪化を抑制できる。なお、推定装置により推定されるＨＣ濃度が高いほど、内燃機関の点火時期の遅角量を大きくしてもよい。
　また、本発明においては、前記制御装置は、前記内燃機関の始動時に点火時期を遅角させることができる。
　内燃機関の始動時には、ＨＣが多く排出される。また、触媒の温度が低いために、ＨＣを浄化することが困難な場合もある。したがって、内燃機関の始動時には、ＨＣ濃度の低減が求められる。これに対して、内燃機関の始動時に点火時期を遅角させることにより、ＨＣ濃度を低減させることができる。なお、内燃機関の始動開始からＨＣの排出量が多い期間を内燃機関の始動時としてもよい。また、触媒が活性化するか、または内燃機関の暖機が完了するまでの期間を内燃機関の始動時としてもよい。内燃機関の始動直後に点火時期を遅角させるとしてもよい。
　また、本発明においては、前記検出装置により検出される電流が第２閾値以下の場合に、粒子状物質を凝集させる処理を実行することができる。
　すなわち、ＨＣ濃度が高い場合には、粒子状物質を凝集させる処理を実行しない。ここで、ＨＣ濃度が高いときには、電極を通る電流が大きくなる。そうすると、粒子状物質処理装置が劣化する虞がある。また、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、印加電圧を減少させることで、電流が大きくなることを抑制できる。一方、ＨＣ濃度が低ければ、印加電圧をより大きくすることができる。そして、印加電圧を大きくすることで、電極からより多くの電子を放出させることができるため、ＰＭの凝集をより促進させることができる。
　なお、印加電圧を大きくしすぎるとコロナ放電やアーク放電などの強い放電が発生する。この強い放電が発生すると高速電子によりＰＭが微細化されてしまう。そこで、該強い放電が発生しない範囲で印加電圧を可及的に増加させることで、ＰＭの凝集を促進させることができる。強い放電が発生すると、パルス電流が発生するため、検出装置においてパルス電流が検出された場合には、印加電圧を低減させることによりＰＭが微細化されることを抑制できる。粒子状物質を凝集させる処理とは、検出装置において検出される電流に基づいて印加電圧をフィードバック制御することとしてもよい。なお、検出装置により検出される電流が第２閾値以下の場合には、第２閾値より大きな場合よりも、印加電圧を高くするだけでもよい。第２閾値は、検出電流が排気中のＨＣ濃度の影響を受けない場合の上限値であり、粒子状物質を凝集させることができる電流の上限値とすることができる。
　また、本発明においては、前記電極の再生を行う再生装置と、
　前記検出装置により検出される電流に基づいて、前記再生装置による電極の再生を行うか否か判定する判定装置と、
　前記検出装置により検出される電流が第３閾値よりも大きな場合に前記判定装置による判定を禁止する禁止装置と、
　を備えることができる。
　電極に付着したＰＭまたは水などの物質を介して電極と処理部との間に電気が流れると、検出装置により検出される電流が大きくなる。例えば、この検出される電流がそのときの排気の状態から推定される電流よりも大きければ、電極に付着物が存在していると判定できる。
　ここで、電極にＰＭまたは水などの物質が付着すると、排気中に浮遊しているＰＭを帯電させることが困難となるので、ＰＭを凝集させることが困難となる。このため、電極の付着物を除去する処理が行われる。付着物の除去は、たとえば電極の温度を上昇させることにより行うことができる。なお、電極から付着物を除去することを、電極の再生という。
　しかし、排気中のＨＣ濃度が高い場合には、検出装置により検出される電流が大きくなるため、電極の付着物を介して電気が流れている場合と区別し難い。したがって、検出される電流が第３閾値よりも大きな場合には、判定装置による判定を禁止する。これにより、必要がないのにもかかわらず、電極の再生処理が行われることを抑制できる。このため、たとえば、必要のないときに電極の温度を上昇させることがなくなるため、燃費を向上させることができる。なお、第３閾値は、検出電流が排気中のＨＣ濃度の影響を受けない場合の上限値であり、電極の再生が必要か否かを判定することができる電流の上限値とすることができる。第３閾値は、第２閾値と同じ値としてもよい。
　本発明によれば、粒子状物質処理装置を利用して排気中のＨＣ濃度を高精度に推定することができる。
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示した図である。 実施例１に係る点火時期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ＰＭ低減処理の制御フローを示した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。 実施例２に係る電極の再生処理のフローを示したフローチャートである。 実施例３に係る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、火花点火式のガソリン機関の排気通路２に設けられる。内燃機関には、点火プラグ７５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。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。
　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。
　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、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。また、制御装置７は、点火プラグ７５の点火時期を制御する。
　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。
　ところで、排気中に未燃燃料であるＨＣが含まれていると、電極５へ電圧を印加したときにＨＣが電子のキャリアとなって電気が流れる。ＨＣ濃度が高いときには、排気中のＰＭを介して通る電流よりも大きな電流が流れる。
　ここで、図２は、検出装置９により検出される電流の推移を示した図である。横軸は、内燃機関の始動からの経過時間である。時間が０のときに内燃機関が始動されている。図２は、印加電圧を変化させて、印加電圧毎に夫々検出された電流の推移を示している。図２に示されるように、どの印加電圧においても、内燃機関の始動からＡまでの期間は検出電流が比較的大きいが、それ以降の検出電流は比較的小さい。この比較的大きな検出電流は排気中のＨＣにより生じるイオン電流である。すなわち、内燃機関の始動からおよそＡまでの期間は、内燃機関から排出されるＨＣにより生じるイオン電流により検出電流が比較的大きくなっている。なお、Ａはたとえば２０秒とすることができる。
　一方、内燃機関の始動からおよそＡまでの期間が経過した後は、ハウジング３に流入するＨＣ濃度が低下したために、イオン電流がほとんど発生していない。なお、ＨＣ濃度が低下する場合には、内燃機関から排出されるＨＣ量が低下する場合、または、触媒の活性化によりＨＣが浄化されている場合が考えられる。そして、このときに検出される電流は、主に排気中を浮遊しているＰＭを介して通る電流である。なお、図２に示した検出電流では、内燃機関の始動からおよそＡまでの期間でイオン電流が発生しているが、内燃機関の運転状態や燃料の種類などによりイオン電流が発生する時期は異なる。
　そして、ＨＣによるイオン電流は、ＰＭを介して通る電流よりもはるかに大きい。このため、検出装置９により検出される電流は、排気中のＨＣ濃度と相関関係にあるといえる。このため、電流を検出することで、排気中のＨＣ濃度を推定することができる。すなわち、排気中のＨＣ濃度を検出するＨＣセンサとして粒子状物質処理装置１を用いることができる。検出装置９により検出される電流と、ＨＣ濃度との関係は予め実験等により求めておくことができる。
　そして、ＨＣ濃度が許容される上限（第１閾値）よりも高いときには、ＨＣ濃度を低減させるために点火時期を遅角させる。ここで、点火時期を遅角させることにより、内燃機関から排出されるガスの温度が上昇する。このため、排気通路２の中でＨＣと酸素との反応が促進されるため、ＨＣ濃度が低下する。すなわち、気筒内においてＨＣ濃度が高くても、排気通路２内でＨＣ濃度を低下させることができる。また、排気通路２には一般的に触媒が設けられているが、排気の温度が高くなることにより触媒の温度が速やかに上昇する。そして、触媒の活性化によりＨＣ濃度が低下する。なお、本実施例では、粒子状物質処理装置１よりも上流側にＨＣを酸化させるための触媒を設けてもよい。これにより、触媒が活性化した後はハウジング３にＨＣがほとんど流入しなくなるため、ＨＣによる検出電流の増加がなくなる。そうすると、ＰＭを凝集させるための制御を容易に行うことができる。
　また、絶縁部４を備えているため、排気通路２へ電気が通ることが抑制される。したがって、ＰＭやＨＣを介してハウジング３へ通る電流は、検出装置９により検出される。また、接地側電線５３において電流を検出することで、電流の検出精度を高めることができる。一般に、接地側電線５３よりも、電源側電線５２のほうの、配線が長かったり、配線を太くしたりする。そうすると、仮に電源側電線５２において電流を検出した場合には、実際の電流の変化に対して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、電流の検出精度が低くなる虞がある。
　一方、接地側電線５３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、接地側電線５３において電流を検出したほうが、実際の電流の変化に対する応答性が高い。したがって、接地側電線５３において電流を検出することで、より正確に電流を検出することができる。すなわち、より正確にＨＣ濃度を推定することができる。
　次に、図３は、本実施例に係る点火時期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。
　ステップＳ１０１では、電極５への印加電圧が算出される。印加電圧は、推定されるＰＭ粒子数（個／ｃｍ３）に応じて設定する。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。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を内燃機関の温度に応じて複数記憶しておき、該マップに基づいてＰＭ粒子数を算出してもよい。
　なお、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、内燃機関の温度は温度センサ７３により検出される。また、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。
　そして、該ＰＭ粒子数及び内燃機関の排出ガス量（ｇ／ｓｅｃ）に基づいて印加電圧を算出する。こ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。内燃機関の排出ガス量は、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。また、印加電圧は、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、印加電圧を予め定めておいた規定値としてもよい。この場合、ＨＣ濃度を検出可能な最低限の印加電圧としてもよい。すなわち、ＰＭを凝集させるときよりも印加電圧を小さくしてもよい。
　そして、印加電圧が算出された後、ステップＳ１０２へ進み、電流が検出される。この電流は、検出装置９により検出される値である。
　ステップＳ１０３では、内燃機関の始動直後であるか否か判定される。ステップＳ１０３では、ＨＣ濃度が高くなり得る時期であるか否か判定している。すなわち、内燃機関の始動直後とは、燃焼状態が悪化し易いとき、触媒が活性する前のとき、内燃機関から排出されるＨＣ量が比較的多いとき（ＨＣ濃度が比較的高いときとしてもよい）などである。内燃機関の始動開始から所定期間の間は、始動直後であると判定してもよい。また、内燃機関の始動開始から点火時期を遅角する制御が行われている期間は内燃機関の始動時であると判定してもよい。また、ステップＳ１０３では、内燃機関の始動時であるか否か判定してもよい。
　そして、ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、否定判定がなされた場合にはＨＣ濃度を低下させる必要はないため本ルーチンを終了させる。
　ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２で得られる検出電流が閾値ＩＨＣよりも大きいか否か判定される。本ステップでは、ＨＣ濃度を低下させる必要があるか否か判定される。閾値ＩＨＣは、ＨＣ濃度が許容範囲の上限値となっているときの検出電流である。この閾値ＩＨＣ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、本実施例においては閾値ＩＨＣが、本発明における第１閾値に相当する。
　そして、ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、否定判定がなされた場合にはＨＣ濃度を低下させる必要はないため本ルーチンを終了させる。なお、ステップＳ１０４では、検出電流に基づいた判定を行っているが、検出電流とＨＣ濃度とは相関関係にあるため、検出電流からＨＣ濃度を算出し、該ＨＣ濃度が許容範囲を超えたか否か判定してもよい。検出電流とＨＣ濃度との関係を予め実験等により求めて制御装置７へ記憶させておけば、検出電流からＨＣ濃度を算出することができる。すなわち、本実施例においてはステップＳ１０４を処理する制御装置７が、本発明における推定装置に相当する。
　ステップＳ１０５では、点火時期が遅角される。このときの遅角量は、予め設定されている値を用いることができる。また、検出電流が大きいほど、すなわち、ＨＣ濃度が高くなるほど、点火時期の遅角量を大きくしてもよい。すなわち、ＨＣ濃度が高くなるほどイオン電流が大きくなるため、検出電流が大きくなる。ＨＣ濃度が高いときには、点火時期の遅角量をより大きくすることで、ＨＣ濃度を低減させる。検出電流と点火時期の遅角量と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Ｓ１０６では、検出電流が閾値ＩＨＣ以下であるか否か判定される。すなわち、点火時期の遅角量を大きくしたことによりＨＣ濃度が許容範囲まで低下したか否か判定される。
　ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させ、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ戻り点火時期が再度遅角される。
　このように、検出電流を用いて排気中のＨＣ濃度を推定することができる。そして、検出電流またはＨＣ濃度に基づいて点火時期の遅角量をフィードバック制御することで、排気中のＨＣ濃度を低下させることができる。ここで、燃料の種類によってＨＣ濃度が変化し得るが、いずれの燃料を用いた場合であっても、排出されるＨＣ濃度が閾値以下となるように制御することができる。
（実施例２）
　本実施例においては、排気中のＨＣ濃度が閾値以下となった後に、ＰＭ低減処理または電極５の再生処理を行う。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、ＰＭ低減処理とは、ＰＭの凝集に適した電圧を印加するための処理である。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の凝集を促進させるためには、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。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を凝集させることはできる。
　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の凝集をより促進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。
　また、電極５の再生処理とは、碍子部５１を含む電極５に付着しているＰＭや水などの付着物を除去するための処理である。電極５にＰＭなどが付着すると、この付着物を介して電極５とハウジング３との間に電気が流れる。すなわち、絶縁性が低下する。そうすると、排気中に浮遊しているＰＭを帯電させることが困難となるため、ＰＭを凝集させることが困難となる。
　そこで、本実施例では、電極５とハウジング３との間に付着物を介して電気が流れているか否か判定し、電気が流れていると判定された場合には電極５の再生処理を実行する。電極５の再生は、たとえば電極５の温度を上昇させたり、排気中の酸素濃度を高くしたりして行われる。
　たとえば、電極５を短絡させつつ電源６から電圧を印加することにより電極５の再生処理を行う。電極５を短絡させることにより、該電極５の温度を上昇させて付着物を燃焼または蒸発させて除去することができる。また、ＰＭを速やかに酸化させるためには、排気中の酸素濃度が高いほうがよい。このため、電極５に電圧を印加しつつ、排気中の酸素濃度が高くなるようにしてもよい。たとえば、車両の駆動源として内燃機関及びモータを備えるハイブリッド車においては、内燃機関に燃料を供給せずにモータにより内燃機関のクランク軸を回転させることができる。これにより、内燃機関から空気を排出することができるため、排気中の酸素濃度を高めることができる。また、内燃機関を停止させる前に機関回転数を一旦上昇させ、該機関回転数が高い状態のときに燃料の供給を停止することで、排気通路内に空気を排出させることができる。そして、その後に内燃機関が停止したときに電極５を短絡させるか、または印加電圧を高くすればよい。また、減速運転中のフューエルカット時には、排気中の酸素濃度が高くなるため、このときに電極５を短絡させるか、または印加電圧を高くしてもよい。
　なお、付着物を介して電極５とハウジング３との間に電気が流れているか否かを、検出装置９により検出される電流に基づいて判定する。電極５とハウジング３との間に付着物を介して電気が流れていないときには、排気中に浮遊するＰＭ量に応じて電流が変化する。したがって、排気中のＰＭ量を推定し、該推定されるＰＭ量に応じた電流が検出されれば、電極５とハウジング３との間に付着物を介して電気が流れていないと判定できる。
　一方、電極５とハウジング３との間に付着物を介して電気が流れているときには、検出装置９により検出される電流がより大きくなる。すなわち、推定される排気中のＰＭ量に応じた電流（以下、推定電流ともいう。）よりも、検出される電流（以下、検出電流ともいう。）のほうが大きくなる。そうすると、推定電流に基づいて閾値を設定すれば、該閾値と検出電流とを比較することで、付着物を介して電極５とハウジング３との間に電気が流れているか否か判定することができる。なお、閾値は、推定電流に各種センサなどの公差や誤差を考慮して余裕を持たせた値とする。推定電流に所定値を加算しても良いし、推定電流に所定値を乗算してもよい。
　そうすると、検出電流のほうが閾値よりも大きければ、電極５とハウジング３との間に付着物を介して電気が流れていると判定できる。なお、排気中のＰＭ量は、内燃機関の運転状態に応じて変化するため、たとえば該内燃機関の運転状態に応じて算出される。また、ＰＭ量を検出するセンサを備えて、該センサにより排気中のＰＭ量を得てもよい。また、所定の運転状態（たとえばアイドル運転状態）のときの閾値を予め実験等により求めておき、該所定の運転状態のときに電極５の再生処理が必要か否か判定してもよい。また、検出電流と比較する閾値を予め決定しておいてもよい。この場合、運転状態に応じて閾値を変更してもよい。
　図４は、本実施例に係る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Ｓ１０３若しくは１０４で否定判定がなされた場合、またはステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にステップＳ２０１へ進む。
　なお、ステップＳ１０３において始動直後であると判定された場合には、印加電圧をステップＳ１０１で算出される印加電圧よりも低くしても良い。そうすると、イオン電流による電源６などの劣化を抑制できる。そして、検出電流を再度取得しても良い。
　ステップＳ２０１では、内燃機関の始動からの経過時間が所定時間Ａよりも長く、且つ、検出電流が閾値ＩＨＣ２よりも小さいか否か判定される。本ステップでは、この後にＨＣ濃度が上昇する虞があるか否か判定している。すなわち、内燃機関の始動からの経過時間が短いと、燃焼状態が安定していないため、一度ＨＣ濃度が低下しても、再度ＨＣ濃度が上昇する虞がある。　
　また、検出電流が閾値ＩＨＣ以下であっても、排気中にＨＣが含まれていると、検出電流に影響を与えてしまう。この検出電流は、ＰＭ低減処理を実施するときや、電極５の再生処理を実施するときにも用いられる。そして、ＨＣに起因したイオン電流が検出電流に含まれていると、これらの処理が困難となる。したがって、検出電流が十分に低下したか否か判定する。
　内燃機関の始動からの経過時間は、たとえば、内燃機関を始動させる処理が開始された時点からの経過時間、または機関回転数がアイドル回転まで上昇した時点からの経過時間としてもよい。いずれの経過時間を採用するのかにより、所定時間Ａも異なる。所定時間Ａは、内燃機関から排出されるＨＣ量が十分に低下するのに要する時間として予め実験等により求めておく。閾値ＩＨＣ２は、内燃機関から排出されるＨＣ量が、電極５の再生が必要か否かの判定またはＰＭ低減処理を行うことができるほど小さくなったときに検出される電流として予め実験等により求めておく。なお、本実施例においてはステップＳ２０１を処理する制御装置７が、本発明における禁止装置に相当する。また、本実施例においては閾値ＩＨＣ２が、本発明における第２閾値または第３閾値に相当する。
　ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０１を再度実行する。
　ステップＳ２０２では、ＰＭ低減処理が行われる。本ステップでは、ＰＭの凝集に最適となる印加電圧が算出される。ＰＭ低減処理については後述する。
　次に、ステップＳ２０３では、電極５の再生処理が行われる。電極５の再生処理については後述する。
　次に、ＰＭ低減処理について説明する。図５は、本実施例に係るＰＭ低減処理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。
　ステップＳ３０１からＳ３０３において、ＰＭ粒子数（個／ｃｍ３）を算出している。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、ステップＳ３０１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Ｓ３０２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Ｓ３０３では、ＰＭ粒子数が算出される。ここで、図６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。
　そして、ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３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Ｓ３０４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７に基づいて設定される。
　図７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Ｓ３０５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Ｓ３０６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。このように、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。ここで、ｎ回検出される電流の標準偏差Ｓを以下の式により算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ただし、Ｉｍは検出電流、Ｉａｖｅは検出電流の平均値である。
　算出された標準偏差Ｓが所定値Ｓｍａｘ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Ｓｍａｘ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。そして、ステップＳ３０６で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ３０７へ進む。
　ステップＳ３０７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。
　そして、ステップＳ３０８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Ｓ３０６と同様に行う。ステップＳ３０８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Ｓ３０８で否定判定がなされた場合には、ステップＳ３０７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Ｓ３０６で否定判定がなされた場合には、ステップＳ３０９へ進む。
　ステップＳ３０９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Ｓ３１０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Ｓ３０６と同様に行う。ステップＳ３１０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Ｓ３０７へ進む。一方、ステップＳ３１０で否定判定がなされた場合には、ステップＳ３０９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。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。
　次に、電極５の再生処理について説明する。図８は、本実施例に係る電極５の再生処理の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により実行される。たとえば、車両が所定の距離を走行する毎に実行してもよい。また、１回の走行毎に実行してもよい。
　ステップＳ４０１では、検出電流Ｉ１が取得される。すなわち、電極５に対して電圧を印加したときに、検出装置９により実際に検出される電流が取得される。
　ステップＳ４０２では、推定電流Ｉ２が算出される。すなわち、電極５に付着物が存在しないと仮定したときに検出装置９により検出されると推定される電流が算出される。
　たとえば、機関回転数及び機関負荷と、排気中のＰＭ量とは相関関係にある。そして、排気中のＰＭ量と、推定電流Ｉ２と、にも相関関係がある。したがって、機関回転数及び機関負荷から、推定電流Ｉ２を算出することができる。この関係は予め実験等により求めてマップ化し、制御装置７に記憶させておく。
　また、排気中のＰＭ量を検出するセンサを設け、該センサにより得られるＰＭ量に基づいて推定電流Ｉ２を算出することもできる。この関係は予め実験等により求めてマップ化し、制御装置７に記憶させておく。
　ステップＳ４０３では、ステップＳ４０１で得られる検出電流Ｉ１が、ステップＳ４０２で得られる推定電流Ｉ２に所定値Ｂを加えた値よりも大きいか否か判定される。ここで、推定電流Ｉ２に所定値Ｂを加えた値が閾値に相当する。所定値Ｂは、推定電流に各種センサなどの公差や誤差を考慮して余裕を持たせるために設定される。この所定値Ｂは、予め実験等により得ることができる。そして、本ステップでは、電極５の再生が必要であるか否か判定している。検出電流Ｉ１が推定電流Ｉ２の近傍であれば、電極５の絶縁は確保されていると判定することができる。
　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、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。なお、本実施例においてはステップＳ４０３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。
　ステップＳ４０４では、電極５の再生処理が実行される。すなわち、電極５に電圧を印加しつつ、電極５を短絡させるか又は排気中の酸素濃度を積極的に高くする。このようにして、電極５の付着物が除去される。その後、ステップＳ４０３へ戻る。なお、本実施例においてはステップＳ４０４を処理する制御装置７が、本発明における再生装置に相当する。
　このように、検出電流Ｉ１と推定電流Ｉ２とに基づいて、電極５の絶縁性の低下を判定できる。そして、電極５の絶縁性が低下したと判定された場合には、電極５の再生処理が行われる。
　以上説明したように本実施例によれば、排気中のＨＣ濃度を速やかに低下させた後に、ＰＭ低減処理を行うため、検出電流にＨＣの影響がないときに印加電圧を調整することができる。これにより、印加電圧をより適正な値に合わせることができる。また、排気中のＨＣ濃度を速やかに低下させた後に、電極５に再生が必要か否か判定しているため、検出電流にＨＣの影響がないときに判定をすることができる。これにより、判定精度を高めることができる。
（実施例３）
　本実施例においては、排気中のＨＣ濃度が高いと推定される場合には、検出電流がＨＣによるイオン電流であるとして、電極５の再生処理、または、ＰＭ低減処理を禁止する。その他の装置などは実施例１，２と同じため説明を省略する。
　ここで、上述のように、検出電流から排気中のＨＣ濃度を推定することができる。また、内燃機関の運転状態などから、排気中のＨＣ濃度はある程度推定可能である。したがって、ＨＣによるイオン電流が生じているか否かを、検出電流または内燃機関の運転状態から推定することができる。また、ハウジング３よりも上流側にＨＣ濃度を検出するＨＣセンサを取り付けることにより、該ハウジング３に流入するＨＣを検出することもできる。
　排気中のＨＣ濃度が高いときには、イオン電流が大きくなるため、検出電流がイオン電流の影響を大きく受ける。電極５を再生するか否かは、前記ステップＳ４０３で説明したように、検出電流Ｉ１が、推定電流Ｉ２に所定値Ｂを加えた値よりも大きいか否かに基づいて判定される。すなわち、電極５の付着物を介して電気が流れている場合には、推定電流よりも検出電流が大きくなるため、推定電流よりも検出電流に基づいた判定が可能となる。しかし、ＨＣによるイオン電流が生じた場合にも、検出電流が大きくなる。このため、ＨＣによるイオン電流が生じているときに、電極５の再生が必要か否かを判定すると、判定を誤る虞がある。このため、排気中のＨＣ濃度が高いときには、電極５を再生するか否かの判定を禁止する。したがって、電極５の再生処理を行わない。
　また、ＰＭの低減処理において、ＰＭの凝集を促進させるために最適となる印加電圧を算出するときにも、検出電流が用いられる。したがって、ＨＣの影響を受けて検出電流が大きくなると、最適な印加電圧を算出することが困難となる虞がある。このため、排気中のＨＣ濃度が高いときには、ＰＭ低減処理を禁止する。すなわち、印加電圧を算出したり印加電圧を調整したりする処理を禁止する。
　図９は、本実施例に係る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。
　まず、排気中のＨＣ濃度が推定される。このため、ＨＣ濃度と相関関係にある内燃機関の温度（たとえば、潤滑油の温度または冷却水の温度）及び環境温度（例えば大気温度または吸入空気温度）が取得される。
　すなわち、ステップＳ５０１では、内燃機関の温度が取得される。そして、ステップＳ５０２では、環境温度が取得される。たとえば、大気温度を検出するセンサを設けておき、該センサに基づいて環境温度を取得する。
　ステップＳ５０３では、ＨＣ濃度が推定される。内燃機関の温度及び環境温度と、ＨＣ濃度との関係は予め実験等により求めてマップ化しておき、制御装置７に記憶させておいてもよい。また、本実施例ではＨＣ濃度を検出するセンサをハウジング３よりも上流側または下流側に備えておき、該センサによりＨＣ濃度を検出してもよい。また、検出電流からＨＣ濃度を推定することもできる。
　ステップＳ５０４では、ステップＳ５０３において推定されるＨＣ濃度が閾値Ｃよりも高いか否か判定される。閾値Ｃは、電極５の再生が必要であるか否かの判定を正確に行うことができるＨＣ濃度の上限値、または、印加電圧の算出を正確に行うことができるＨＣ濃度の上限値、もしくは印加電圧の制御を正確に行うことができるＨＣ濃度の上限値として予め実験等により求めておく。すなわち、本ステップでは、電極５の再生が必要であるか否かの判定を正確に行うことができるか、または、印加電圧の算出もしくは印加電圧の制御を正確に行うことができるか否か判定している。
　ステップＳ５０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０５へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
　ステップＳ５０５では、電極５の再生が必要であるか否かの判定、及び、印加電圧の算出、印加電圧の制御を禁止する禁止処理が実行される。
　以上説明したように本実施例によれば、排気中のＨＣ濃度が高いためにイオン電流が大きいと判定されたときには、検出電流を用いた処理を禁止する。これにより、電極５の再生が必要でないにもかかわらず、電極５の再生が行われることを抑制できる。また、電極５に電圧を印加する必要がなくなるため、回路を遮断することができるので、イオン電流の影響で電源６などが劣化することを抑制できる。
１     粒子状物質処理装置
２     排気通路
３     ハウジング
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
７５   点火プラグ

Claims (6)

  1. 　電極が設置される処理部を内燃機関の排気通路に備え、電極と処理部とに電位差を生じさせることでＰＭを凝集させる粒子状物質処理装置において、
    　前記電極に接続され電圧を印加する電源と、
    　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、
    　前記接地部において電流を検出する検出装置と、
    　前記電源により前記電極に電圧を印加したときに前記検出装置により検出される電流に基づいて排気中のＨＣ濃度を推定する推定装置と、
    　を備える粒子状物質処理装置。
  2. 　前記検出装置により検出される電流が、第１閾値よりも大きな場合には、該第１閾値以下の場合よりも、前記内燃機関の点火時期を遅角させる制御装置を備える請求項１に記載の粒子状物質処理装置。
  3. 　前記制御装置は、前記検出装置により検出される電流が大きいほど、前記内燃機関の点火時期の遅角量を大きくする請求項２に記載の粒子状物質処理装置。
  4. 　前記制御装置は、前記内燃機関の始動時に点火時期を遅角させる請求項２または３に記載の粒子状物質処理装置。
  5. 　前記検出装置により検出される電流が第２閾値以下の場合に、粒子状物質を凝集させる処理を実行する請求項１から４の何れか１項に記載の粒子状物質処理装置。
  6. 　前記電極の再生を行う再生装置と、
    　前記検出装置により検出される電流に基づいて、前記再生装置による電極の再生を行うか否か判定する判定装置と、
    　前記検出装置により検出される電流が第３閾値よりも大きな場合に前記判定装置による判定を禁止する禁止装置と、
    　を備える請求項１から５の何れか１項に記載の粒子状物質処理装置。
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