顆粒狀物質處理裝置制造方法

顆粒狀物質處理裝置制造方法
【專利摘要】利用顆粒狀物質處理裝置（1）高精度地推定排氣中的HC濃度。顆粒狀物質處理裝置（1）在內燃機的排氣通路（2）具有設有電極5的處理部（3），通過使電極（5）與處理部（3）之間產生電位差來使PM凝聚，其中，包括：電源（6），與電極連接（5），施加電壓；絕緣部（4），在處理部（3）與排氣通路（2）之間將電絕緣；接地部（53），使處理部（3）接地；檢測裝置（9），在接地部（53）檢測電流；和推定裝置（7），在由電源（6）對電極（5）施加了電壓時，基于由檢測裝置（9）檢測到的電流而推定排氣中的HC濃度。
【專利說明】顆粒狀物質處理裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及顆粒狀物質處理裝置。
【背景技術】
[0002]公知一種技術，在內燃機的排氣通路設置放電電極，通過從該放電電極產生電暈放電而使顆粒狀物質(以下，也記作PM。)帶電來使PM凝聚(例如，參照專利文獻I。)。通過使PM凝聚，能夠減少PM的顆粒數。此外，由于PM的顆粒徑變大，因此在下游側設置有過濾器時，利用該過濾器捕集PM變得容易。
[0003]此外，公知一種技術，在通過放電電極的電流為預定值以上時，判定為在該放電電極附著有PM，為了從放電電極除去PM而增加施加電壓(例如，參照專利文獻2。)。
[0004]此外，公知一種技術，在電極與安裝有該電極的外殼之間設置絕緣子，以使得在它們之間不流動電流，在將電暈放電用電壓的量的某程度的檢查電壓施加于電極時的預定期間的平均電流為預定值以上時，判定為在絕緣子附著有PM而絕緣性能降低(例如，參照專利文獻3。)。
[0005]在該技術中，對電流經由附著于絕緣子表面的物質而流動的情況進行檢測。在此，即使在將比產生電暈放電等強放電的電壓低的電壓向電極施加的情況下，也會經由在排氣中浮游的物質流動電流。但是，以往，對于在經由在排氣中浮游的物質流動電流時所檢測的電流沒有考慮。而且，也沒有利用此時的電流。
[0006]另外，公知一種技術，在剛剛起動之后點火正時延遲的內燃機中，使點火正時延遲時，一邊使用設于排氣通路的離子傳感器檢測HC—邊進行空燃比的反饋控制(例如，參照專利文獻4。)。但是，若同時設置離子傳感器和顆粒狀物質處理裝置，則會導致成本提高，并且還要確保安裝這二者的場所。
[0007]專利文獻1:日本特開2006 - 194116號公報
[0008]專利文獻2:日本特開2006 - 105081號公報
[0009]專利文獻3:日本特開平6 - 173635號公報
[0010]專利文獻4:日本特開平8 - 261048號公報

【發明內容】

[0011]本發明是鑒于上述問題而做出的，其目的在于利用顆粒狀物質處理裝置高精度地推定排氣中的HC濃度。
[0012]為了達到上述目的，本發明的顆粒狀物質處理裝置，在內燃機的排氣通路具有設有電極的處理部，通過在電極與處理部之間產生電位差來使PM凝聚，包括:
[0013]電源，與所述電極連接，施加電壓；
[0014]絕緣部，在所述處理部與所述排氣通路之間進行電絕緣；
[0015]接地部，使所述處理部接地；
[0016]檢測裝置，在所述接地部檢測電流；和[0017]推定裝置，基于在由所述電源對所述電極施加了電壓時由所述檢測裝置檢測到的電流，推定排氣中的HC濃度。
[0018]S卩，檢測裝置在比電極更靠電位的基準點側檢測電流。通常，在比電極靠電源側，與比電極靠接地側相比，布線長、布線粗。而且，有時在比電極靠電源側積蓄電荷。于是，在假設在比電極靠電源側檢測電流時，即使通過電極的電流發生變化，此時由檢測裝置檢測到的電流的上升及下降也緩慢。因此，有時難以準確地檢測電流。
[0019]另一方面，在比電極靠接地側，能夠相對使布線短且細。因此，在比電極靠接地側檢測電流時，能夠更準確地檢測電流。
[0020]此外，通過具有絕緣部，來抑制在接地部以外流過電流。由此，能夠由檢測裝置準確地檢測電流。
[0021]在此，若對電極施加電壓，則可使PM帶電。帶電的PM在庫侖力、排氣流的作用下向處理部的內壁移動。到達處理部的內壁的PM向處理部放出電子，因此在比電極靠接地側流過電流。并且，放出了電子的PM與存在于其附近的其他PM凝聚，因此能減少顆粒數。
[0022]此外，若排氣中含有作為未燃燃料的HC，則該HC成為載體，因此在向電極施加了電壓時，經由HC流通電流。該電流在檢測裝置中被檢測到。于是，排氣中的HC濃度與檢測到的電流存在相關關系。而且，經由HC流通電流時，與經由PM流通電流的情況相比，檢測到的電流大。即，若觀察在檢測裝置中檢測到電流的大小，則能推定在排氣中存在HC。并且，由于排氣中的HC濃度越高則電流越大，因此能夠基于在檢測裝置檢測到的電流來推定HC濃度。并且，通過具有絕緣部，能夠由檢測裝置準確地檢測電流，因此能夠準確地求出HC濃度。
[0023]此外，在本發明中可以包括控制裝置，所述控制裝置使所述內燃機的點火正時在由所述檢測裝置檢測到的電流大于第一閾值的情況下比在由所述檢測裝置檢測到的電流為該第一閾值以下的情況下延遲。
[0024]在此,在火花點火式的內燃機中,通過使點火正時延遲,能夠促進排氣通路內的HC的氧化反應，因此能夠減少HC濃度。此外，通過使點火正時延遲，能夠提高排氣的溫度，因此能夠使催化劑的溫度迅速上升。另外，也可以在比處理部靠上游側具有催化劑。并且，通過在HC濃度高使使點火正時延遲，既能夠減少HC濃度又能夠使催化劑的溫度迅速上升。若催化劑的溫度上升而活性化，則能夠凈化HC。此外，若在比處理部靠上游側具有催化劑，則在催化劑活性化后，HC幾乎不流入處理部，所以由檢測裝置檢測到的電流幾乎不受HC的影響。另外，在此所指的第一閾值可以是在HC濃度成為允許范圍的上限時檢測到的電流。
[0025]此外，在本發明中可以是，由所述檢測裝置檢測到的電流越大，所述控制裝置使所述內燃機的點火正時的延遲量越大。
[0026]HC濃度與由檢測裝置檢測到的電流存在相關關系，由檢測裝置檢測到的電流越大，則能夠推定為HC濃度越高。另一方面，越使內燃機的點火正時延遲，則HC的減少效果越大。因此，通過使由檢測裝置檢測到的電流越大，則越增大點火正時的延遲量，從而能夠有效地使HC濃度減少。此外，在HC濃度低時，通過使點火正時的延遲量小而接近最佳點火正時，由此能夠抑制例如燃料經濟性的惡化。另外，也可以由推定裝置推定的HC濃度越高，則越增大內燃機的點火正時的延遲量。
[0027]此外，在本發明中可以是，所述控制裝置在所述內燃機的起動時使點火正時延遲。[0028]在內燃機起動時，排出多HC。此外，由于催化劑的溫度低，有時難以將HC凈化。因此，在內燃機起動時要求HC濃度的減少。對此，通過在內燃機起動時使點火正時延遲，能減少HC濃度。另外，可以將在內燃機起動開始后HC的排出量多的期間作為內燃機起動時。此夕卜，也可以將直到催化劑活性化、或內燃機的預熱完成的期間作為內燃機起動時。也可以在內燃機剛剛起動后使點火正時延遲。
[0029]此外，在本發明中，可以在由所述檢測裝置檢測到的電流為第二閾值以下的情況下，執行使顆粒狀物質凝聚的處理。
[0030]即，HC濃度高時，不執行使顆粒狀物質凝聚的處理。在此，在HC濃度高時，通過電極的電流變大。于是，可能有顆粒狀物質處理裝置劣化的危險。此外，由于消耗電力變大，可能有燃料經濟性惡化的危險。對此，通過減少施加電壓，能夠抑制電流變大。另一方面，若HC濃度低，則能夠進一步增大施加電壓。并且，通過增大施加電壓，能夠從電極放出更多的電子，因此能夠進一步促進PM的凝聚。
[0031]另外，若過度增大施加電壓則會發生電暈放電、電弧放電等強放電。若發生該強放電，則由高速電子使PM微細化。因此，通過在不發生該強放電的范圍內盡可能地增大施加電壓，能夠促進PM的凝聚。若發生強放電，則產生脈沖電流，所以在檢測裝置檢測到脈沖電流時，通過減少施加電壓而能夠抑制PM被微細化。使顆粒狀物質凝聚的處理可以基于在檢測裝置檢測到的電流而對施加電壓進行反饋控制。另外，也可以是在由檢測裝置檢測到的電流為第二閾值以下時，與大于第二閾值的情況相比，僅僅提高施加電壓即可。第二閾值可以是檢測電流不受到排氣中的HC濃度的影響時的上限值，是能夠使顆粒狀物質凝聚的電流的上限值。
[0032]此外，在本發明中，可以包括:再生裝置，進行所述電極的再生；
[0033]判定裝置，基于由所述檢測裝置檢測到的電流，判定是否由所述再生裝置進行電極的再生；和
[0034]禁止裝置，在由所述檢測裝置檢測到的電流大于第三閾值的情況下，禁止所述判定裝置的判定。
[0035]若經由附著于電極的PM或水等物質而在電極與處理部之間流動電流，則由檢測裝置檢測到的電流變大。例如，若該檢測到的電流大于根據此時的排氣狀態推定的電流，則能夠判定為在電極存在附著物。
[0036]在此，若在電極附著有PM或水等物質，則難以使在排氣中浮游的PM帶電，因此難以使PM凝聚。因此，進行將電極的附著物除去的處理。附著物的除去可以通過例如使電極的溫度上升而進行。另外，將從電極除去附著物稱為電極的再生。
[0037]但是，在排氣中的HC濃度較高時，由檢測裝置檢測到的電流變大，因此難以與經由電極的附著物流動電流的情況區別。因此，在檢測到的電流大于第三閾值時，禁止判定裝置的判定。由此，盡管不需要，也能抑制進行電極的再生處理。因此，例如在不需要時不會使電極的溫度上升，能夠提高燃料經濟性。另外，第三閾值可以是檢測電流不受排氣中的HC濃度的影響時的上限值，是能夠判定是否需要電極的再生的電流的上限值。第三閾值可以是與第二閾值相同的值。
[0038]根據本發明，能夠利用顆粒狀物質處理裝置高精度地推定排氣中的HC濃度。【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1是表示實施例的顆粒狀物質處理裝置的概略結構的圖。
[0040]圖2是表示由檢測裝置檢測的電流的推移的圖。
[0041]圖3是表示實施例1的點火正時的控制流程的流程圖。
[0042]圖4是表示實施例2的控制流程的流程圖。
[0043]圖5是表示實施例2的PM減少處理的控制流程的流程圖。
[0044]圖6是表示用于根據內燃機轉速和內燃機負荷計算出PM顆粒數的映射的一例的圖。
[0045]圖7是表示用于根據來自內燃機的排氣量(g / sec)和PM顆粒數(XlO5個/ cm3)計算出施加電壓(V )的映射的一例的圖。
[0046]圖8是表示實施例2的電極的再生處理的流程的流程圖。
[0047]圖9是表示實施例3的控制流程的流程圖。
【具體實施方式】
[0048]以下，基于【專利附圖】

【附圖說明】本發明的顆粒狀物質處理裝置的【具體實施方式】。
[0049](實施例1)
[0050]圖1是表示本實施例的顆粒狀物質處理裝置I的概略結構的圖。顆粒狀物質處理裝置I設于火花點火式的汽油內燃機的排氣通路2。在內燃機設有火花塞75。
[0051]顆粒狀物質處理裝置I具有兩端連接于排氣通路2的外殼3而構成。外殼3的材料使用不銹鋼材料。外殼3形成為直徑比排氣通路2大的中空的圓柱形。外殼3的兩端形成為越接近端部而截面積越小的錐狀。另外，在圖1中，排氣沿箭頭方向在排氣通路2流動，流入外殼3內。因此,夕卜殼3可以作為排氣通路2的一部分。另外,在本實施例中,夕卜殼3相當于本發明的處理部。
[0052]排氣通路2和外殼3經由絕緣部4而連接。絕緣部4由電絕緣體構成。絕緣部4被形成于排氣通路2的端部的凸緣21和形成于外殼3的端部的凸緣31夾著。排氣通路2和外殼3例如通過螺栓及螺母而緊固連接。并且，為使不經由這些螺栓及螺母而流動電流，對這些螺栓及螺母也實施絕緣處理。如此，在排氣通路2與外殼3之間不流動電流。
[0053]在外殼3安裝有電極5。電極5貫穿外殼3的側面，從該外殼3的側面向該外殼3的中心軸向延伸而在該中心軸附近向排氣流的上游側彎折，與該中心軸平行地朝向排氣流的上游側延伸。因此，電極5的端部位于外殼3的中心軸附近。此外，為使在電極5與外殼3之間不流動電流，在電極5設有由電絕緣體構成的絕緣子(礙子)部51。該絕緣子部51位于電極5與外殼3之間,具有將電絕緣、且將電極5固定于外殼3的作用。
[0054]并且，電極5經由電源側電線52與電源6連接。電源6能夠向電極5通電，并改變施加電壓。該電源6經由電線與控制裝置7及電池8連接。控制裝置7控制電源6施加給電極5的電壓。
[0055]此外，在外殼3連接有接地側電線53，該外殼3經由接地側電線53而接地。在接地側電線53設有檢測通過該接地側電線53的電流的檢測裝置9。檢測裝置9例如通過測定設于接地側電線53中途的電阻的兩端的電位差來檢測電流。該檢測裝置9經由電線與控制裝置7連接。并且，由檢測裝置9檢測到的電流被輸入控制裝置7。另外，在本實施例中，接地側電線53相當于本發明的接地部。
[0056]另外，在控制裝置7連接有油門(加速踏板)開度傳感器71、曲軸位置傳感器72、溫度傳感器73、空氣流量計74。油門開度傳感器71輸出與駕駛者踏下油門的量相應的電信號，檢測內燃機負荷。曲軸位置傳感器72檢測內燃機轉速。溫度傳感器73通過檢測內燃機的冷卻水的溫度或潤滑油的溫度來檢測內燃機的溫度。空氣流量計74檢測內燃機的吸入空氣量。此外，控制裝置7控制火花塞75的點火正時。
[0057]在這樣構成的顆粒狀物質處理裝置I中，通過從電源6向電極5施加負的直流高電壓，從而從該電極5放出電子。S卩，通過使電極5的電位比外殼3低,從而從電極5放出電子。于是，能夠通過該電子使排氣中的PM帶負電。帶負電的PM在庫侖力和氣流的作用下移動。并且，當PM到達外殼3時，使PM帶負電的電子被向該外殼3放出。向外殼3放出了電子的PM發生凝聚而顆粒徑變大。此外，通過PM發生凝聚，PM的顆粒數減少。S卩，通過向電極5施加電壓，能夠增大PM的顆粒徑且減少PM的顆粒數。
[0058]另外，在本實施例中，使電極5向排氣流的上游側彎折，但也可以取代之，使其向下游側彎折。在此，若如本實施例這樣，使電極5朝向排氣流的上游側彎折，則PM難以附著到絕緣子部51。即，能夠在比絕緣子部51靠上游側使PM帶電，因此該PM朝向外殼3的內周面。因此，與絕緣子部51沖撞的PM減少，所以PM難以附著到該絕緣子部51。但是，若使電極5朝向排氣流的上游側彎折，則電極5從排氣流受到力而容易變形。因此，適于電極5較短的情況。另一方面，若使電極5朝向排氣流的下游側彎折，則PM容易附著于絕緣子部51，但電極5即使從排氣流受到力也難以變形。因此，耐久性及可靠性提高，能夠使電極5長。
[0059]此外，若排氣中含有作為未燃燃料的HC，則向電極5施加了電壓時，HC成為電子的載體而流動電流。在HC濃度高時，流動比經由排氣中的PM流通的電流大的電流。
[0060]在此，圖2是表示由檢測裝置9檢測的電流的推移的圖。橫軸是從內燃機的起動起的經過時間。在時間為O時內燃機被起動。圖2表示使施加電壓變化，在各施加電壓下分別檢測到的電流的推移。如圖2所示，無論在哪個施加電壓下，在從內燃機的起動到A的期間中檢測電流都較大，但此后的檢測電流較小。該較大的檢測電流是由排氣中的HC產生的離子電流。S卩，在從內燃機的起動到大致A的期間，由于由從內燃機排出的HC產生的離子電流，檢測電流變得較大。另外，A可以例如為20秒。
[0061]另外，在經過了從內燃機的起動到大致A的期間之后，流入外殼3的HC濃度降低，因此幾乎不產生離子電流。另外，HC濃度降低的情況可想到從內燃機排出的HC量降低的情況，或由于催化劑的活性化將HC凈化的情況。并且，此時檢測的電流主要是經由在排氣中浮游的PM而流通的電流。另外，在圖2所示的檢測電流中，在從內燃機的起動到大致A的期間產生離子電流，但根據內燃機的運轉狀態、燃料種類等，發生離子電流的時期不同。
[0062]并且，由HC產生的離子電流遠大于經由PM流通的電流。因此，可以說由檢測裝置9檢測到的電流與排氣中的HC濃度存在相關關系。因此，通過檢測電流，能夠推定排氣中的HC濃度。即，可以使用顆粒狀物質處理裝置I作為檢測排氣中的HC濃度的HC傳感器。由檢測裝置9檢測到的電流與HC濃度的關系可以預先通過實驗等而求出。
[0063]并且，在HC濃度高于容許的上限(第一閾值)時，為了減少HC濃度而延遲點火正時。在此，通過延遲點火正時，從內燃機排出的氣體的溫度上升。因此，促進在排氣通路2中HC與氧的反應，所以HC濃度降低。即，即使在汽缸內HC濃度高，也能在排氣通路2內降低HC濃度。此外，通常在排氣通路2設有催化劑，由于排氣的溫度變高，催化劑的溫度迅速上升。于是，由于催化劑的活性化使得HC濃度降低。另外，在本實施例中，可以在比顆粒狀物質處理裝置I靠上游側設置用于使HC氧化的催化劑。由此，在催化劑活性化后，HC幾乎不流入外殼3，所以消除由HC導致檢測電流增加。于是，能夠容易進行用于使PM凝聚的控制。
[0064]此外，由于具有絕緣部4，因此向排氣通路2流通電流受到抑制。因此，經由PM、HC流向外殼3的電流被檢測裝置9檢測到。此外，通過在接地側電線53檢測電流，能夠提高電流的檢測精度。通常，使電源側電線52的布線比接地側電線53的布線長或粗。于是，假設在電源側電線52檢測電流的情況下，所檢測到的電流的上升及下降相對于實際的電流的變化緩慢。因此，存在電流的檢測精度變低的問題。
[0065]另一方面，在接地側電線53，能夠使布線相對短且細。因此，在接地側電線53檢測電流時，對于實際的電流變化的響應性高。因此，通過在接地側電線53檢測電流，能夠更準確地檢測電流。即，能夠更準確地推定HC濃度。
[0066]接著，圖3是表示本實施例的點火正時的控制流程的流程圖。本例程由控制裝置7每隔預定的時間反復執行。
[0067]在步驟S101，計算對電極5的施加電壓。施加電壓根據所推定的PM顆粒數(個/cm3)而設定。該PM顆粒數是從內燃機排出的PM顆粒數，是流入外殼3之前的PM顆粒數。PM顆粒數，與內燃機轉速、內燃機負荷及內燃機的溫度(例如，潤滑油的溫度或冷卻水的溫度)存在相關關系，因此基于這些值來計算。可以與內燃機的溫度對應地存儲多個用于根據內燃機轉速和內燃機負荷計算PM顆粒數的映射(map),基于該映射計算PM顆粒數。
[0068]另外，內燃機轉速由曲軸位置傳感器72檢測，內燃機負荷由油門開度傳感器71檢測。此外，內燃機的溫度由溫度傳感器73檢測。此外，也可以將檢測PM顆粒數的傳感器安裝于比外殼3更靠上游側的排氣通路2，利用該傳感器檢測PM顆粒數。
[0069]然后，基于該PM顆粒數及內燃機的排氣量(g / sec)計算施加電壓。該關系可以預先通過實驗等而求出并做成映射。內燃機的排氣量，與內燃機的吸入空氣量存在相關關系，因此可以基于由空氣流量計74檢測的吸入空氣量而求出。
[0070]在此，排氣量越少，則PM的慣性力越小，因此相對地靜電作用的影響變大。因此，PM容易凝聚。因此，排氣量越少，在越小的施加電壓下PM發生凝聚。因此，排氣量越少，則使施加電壓越小。此外，PM顆粒數越多，則PM顆粒之間的距離越短，因此相對地靜電作用的影響變大。因此PM顆粒數越多，則在越小的施加電壓下PM發生凝聚。因此，PM顆粒數越多，則越減小施加電壓。此外，施加電壓例如也可以是使PM顆粒數的減少率成為預定值(例如40%)的值。此外，也可以使施加電壓為預先設定的規定值。在該情況下，可以設為能夠檢測出HC濃度的最低限的施加電壓。即，使施加電壓小于使PM凝聚時的施加電壓。
[0071]然后，在計算出施加電壓后，進入步驟S102，檢測電流。該電流是由檢測裝置9檢測出的值。
[0072]在步驟S103，判定是否是內燃機剛剛起動后。在步驟S103中，判斷是否是HC濃度可能變高的時期。即，內燃機剛剛起動后是指燃燒狀態容易惡化時、催化劑發揮活性之前時、從內燃機排出的HC量較多時(也可以是HC濃度較高時)等。可以判定為從內燃機的起動開始到預定期間之間是剛剛起動后。此外，可以判定為從內燃機的起動開始進行延遲點火正時的控制的期間是內燃機起動時。此外，在步驟S103中，也可以判定是否是內燃機的起動時。
[0073]然后，在步驟S103判定為肯定時進入步驟S104，在判定為否定時不需要使HC濃度降低，所以結束本例程。
[0074]在步驟S104，判定在步驟S102得到的檢測電流是否大于閾值IH。。在本步驟中，判定是否需要降低HC濃度。閾值Itc是HC濃度成為允許范圍的上限值時的檢測電流。該閾值Itc是預先通過實驗等而求出并存儲于控制裝置7中。另外，在本實施例中，閾值Ire相當于本發明的第一閾值。
[0075]然后，在步驟S104判定為肯定時進入步驟S105，判定為否定時不需要使HC濃度降低，因此結束本例程。另外，在步驟S104，進行基于檢測電流的判定，但由于檢測電流與HC濃度存在相關關系，因此也可以根據檢測電流計算出HC濃度，判定該HC濃度是否超過允許范圍。只要預先通過實驗等求出檢測電流與HC濃度的關系并存儲于控制裝置7，就能夠根據檢測電流計算出HC濃度。即，在本實施例中，進行步驟S104的控制裝置7相當于本發明的推定裝置。
[0076]在步驟S105，使點火正時延遲。此時的延遲量可以使用預先設定的值。此外，檢測電流越大，即HC濃度越高，則可以使點火正時的延遲量越大。S卩，由于HC濃度越高則離子電流變大，因此檢測電流變大。HC濃度高時，進一步增大點火正時的延遲量，由此減少HC濃度。可以預先通過實驗等求出檢測電流與點火正時的延遲量的關系并做成映射。
[0077]在步驟S106，判定檢測電流是否為閾值Ire以下。即，判定是否通過增大點火正時的延遲量而HC濃度降低到了允許范圍。
[0078]在步驟S106判定為肯定時結束本例程，判定為否定時返回步驟S105，再次使點火正時延遲。
[0079]如此，能夠使用檢測電流推定排氣中的HC濃度。并且，通過基于檢測電流或HC濃度來對點火正時的延遲量進行反饋控制，由此能夠降低排氣中的HC濃度。在此，根據燃料種類的不同而HC濃度會發生變化，但無論使用哪種燃料，都能控制成所排出的HC濃度為閾值以下。
[0080](實施例2)
[0081]在本實施例中，在排氣中的HC濃度為閾值以下后，進行PM減少處理或電極5的再生處理。其他裝置等與實施例1相同，因此省略說明。
[0082]在此，PM減少處理是用于施加適于PM凝聚的電壓的處理。在此，若增大施加于電極5的負的電壓，則從電極5放出更多的電子。因此，能夠促進PM的凝聚，因此能夠進一步減少PM的顆粒數。但是，若對電極5施加的施加電壓過大，則會引起電暈放電、電弧放電等強放電。若引起這樣的強放電，則由于高速電子導致PM微細化。所以，為了促進PM的凝聚，優選調節成比引起電暈放電等強放電時低的電壓。即，即使不發生電暈放電等強放電，也能使PM凝聚。
[0083]另一方面，若施加電壓較大，則由檢測裝置9檢測到的電流變大，且發生脈沖電流。并且，施加電壓越大，發生脈沖電流的頻率越高。該脈沖電流是由于電暈放電等強放電而產生。[0084]因此，在本實施例中，在發生了脈沖電流時減小施加電壓。由此，抑制發生脈沖電流，抑制PM的顆粒數增加。另一方面，增大施加電壓直到發生脈沖電流。由此，能夠盡可能地提高施加電壓，因此能夠進一步促進PM的凝聚。另外，也可以在發生脈沖電流之前，根據電流讀出發生脈沖電流的預兆，在脈沖電流發生之前減小施加電壓。
[0085]此外，電極5的再生處理是指用于將附著在包括絕緣子部51的電極5的PM、水等附著物除去的處理。若PM等附著于電極5，則經由該附著物在電極5與外殼3之間流動電流。即，絕緣性降低。于是，難以使排氣中浮游的PM帶電，所以難以使PM凝聚。
[0086]因此，在本實施例中，判定是否在電極5與外殼3之間經由附著物流動電流，在判定為流動電流時執行電極5的再生處理。電極5的再生例如通過提高電極5的溫度、或提高排氣中的氧濃度而進行。
[0087]例如，通過一邊使電極5短路一邊從電源6施加電壓，來進行電極5的再生處理。通過使電極5短路，能夠使該電極5的溫度上升，使附著物燃燒或蒸發而將其除去。此外，為了使PM迅速氧化，排氣中的氧濃度高為好。因此，可以一邊對電極5施加電壓，一邊提高排氣中的氧濃度。例如，在具有內燃機和馬達作為車輛的驅動源的混合動力車輛中，可以不對內燃機供給燃料而利用馬達使內燃機的曲軸旋轉。由此，能夠從內燃機排出空氣，因此能夠提高排氣中的氧濃度。此外，在使內燃機停止之前使內燃機轉速暫時上升，在該內燃機轉速高的狀態時停止燃料的供給，由此能夠使空氣排出到排氣通路內。并且，其后在內燃機停止了時使電極5短路或提高施加電壓即可。此外，減速運轉中的燃料切斷時，排氣中的氧濃度變聞，因此可以此時使電極5短路或提聞施加電壓。
[0088]另外，基于由檢測裝置9檢測的電流來判定是否經由附著物在電極5與外殼3之間流動電流。在電極5與外殼3之間未經由附著物流動電流時，相應于在排氣中浮游的PM量而電流發生變化。因此，若推定排氣中的PM量，檢測與該推定的PM量相應的電流，則能夠判定為在電極5與外殼3之間沒有經由附著物流動電流。
[0089]另一方面，在電極5與外殼3之間經由附著物流動電流時，由檢測裝置9檢測到的電流進一步變大。即，比起與所推定的排氣中的PM量相應的電流(以下，也稱為推定電流。)，檢測到的電流(以下，也稱為檢測電流。)大。于是，若基于推定電流設定閾值，則通過比較該閾值與檢測電流，能夠判定是否經由附著物在電極5與外殼3之間流動電流。另外，閾值是考慮到各種傳感器等的公差、誤差而使推定電流具有富余量的值。可以在推定電流加上預定值，也可以在推定電流乘以預定值。
[0090]于是，若檢測電流大于閾值，則能夠判定為在電極5與外殼3之間經由附著物流動電流。另外，排氣中的PM量根據內燃機的運轉狀態而變化，因此例如根據該內燃機的運轉狀態算出。此外，也可以具有檢測PM量的傳感器，利用該傳感器獲得排氣中的PM量。此外，可以預先通過實驗等求出在預定的運轉狀態(例如怠速運轉狀態)時的閾值，判定在該預定的運轉狀態時是否需要電極5的再生處理。此外，可以預先決定與檢測電流比較的閾值。此時，可以根據運轉狀態改變閾值。
[0091]圖4是表示本實施例的控制流程的流程圖。本例程由控制裝置7每隔預定的時間反復執行。另外，對于進行與圖3所示的流程相同的處理的步驟標注相同的標記省略說明。在步驟S103或104判定為否定時，或在步驟S106肯定判定時，進入步驟S201。
[0092]另外，可以在步驟S103判定為是剛剛起動后時，使施加電壓低于在步驟SlOl算出的施加電壓。于是，能夠抑制由于離子電流導致的電源6等的劣化。并且，可以再次取得檢測電流。
[0093]在步驟S201，判定是否從內燃機的起動起的經過時間比預定時間A長、且檢測電流小于閾值Ire2。在本步驟，判定在此后是否有HC濃度上升的危險。即，若自內燃機的起動起的經過時間短，則燃燒狀態不穩定，因此即使HC濃度一度降低，HC濃度也可能再次上升。
[0094]此外，即使檢測電流為閾值Ire以下，若在排氣中含有HC，則也對檢測電流造成影響。該檢測電流也在實施PM減少處理時、實施電極5的再生處理時使用。并且，若檢測電流中含有由HC引起的離子電流，則難以進行這些處理。因此，判定檢測電流是否充分降低了。
[0095]從內燃機起動起的經過時間例如可以是從使內燃機起動的處理開始的時間點起的經過時間、或從內燃機轉速上升到怠速旋轉的時間點起的經過時間。根據采用哪個經過時間，預定時間A也不同。預定時間A是作為從內燃機排出的HC量充分降低所需的時間而預先通過實驗等求出。閾值Itc2是作為在從內燃機排出的HC量小到能夠進行是否需要電極5的再生的判定或進行PM減少處理時所檢測到的電流，而預先通過實驗等求出。另外，在本實施例中，進行步驟S201的處理的控制裝置7相當于本發明的禁止裝置。此外，在本實施例中，閾值Itc2相當于本發明的第二閾值或第三閾值。
[0096]在步驟S201判定為肯定時進入步驟S202，判定為否定時再次執行步驟S201。
[0097]在步驟S202，進行PM減少處理。在本步驟，計算最適于PM凝聚的施加電壓。關于PM減少處理將后述。
[0098]接著，在步驟S203，進行電極5的再生處理。關于電極5的再生處理將后述。
[0099]接著，說明PM減少處理。圖5是表示本實施例的PM減少處理的控制流程的流程圖。本例程由控制裝置7每隔預定的時間反復執行。
[0100]從步驟S301到S303，算出PM顆粒數(個/ cm3)。PM顆粒數是每立方厘米的PM顆粒的個數。該PM顆粒數是從內燃機排出的PM顆粒數，是流入外殼3之前的PM顆粒數。PM顆粒數，與內燃機轉速、內燃機負荷及內燃機的溫度(例如，潤滑油的溫度或冷卻水的溫度)存在相關關系，因此基于這些值計算。
[0101]因此，在步驟S301，取得內燃機轉速及內燃機負荷。內燃機轉速由曲軸位置傳感器72檢測，內燃機負荷由油門開度傳感器71檢測。此外，在步驟S302，取得內燃機的溫度。內燃機的溫度由溫度傳感器73檢測。
[0102]在步驟S303，計算PM顆粒數。在此，圖6是表示用于根據內燃機轉速和內燃機負荷計算出PM顆粒數的映射的一例的圖。控制裝置7根據內燃機的溫度存儲多組該關系。然后，使用與所檢測的內燃機的溫度相應的映射，根據內燃機轉速及內燃機負荷求出PM顆粒數。該映射預先通過實驗等而求出。另外，可以使用這樣的映射檢測PM顆粒數，但也可以在比外殼3靠上游側的排氣通路2安裝檢測PM顆粒數的傳感器，利用該傳感器檢測PM顆粒數。
[0103]然后，在步驟S304，基于在步驟S303計算出的PM顆粒數計算向電極5施加的施加電壓。該施加電壓是最初向電極5施加的電壓。然后，將在步驟S304計算出的施加電壓作為初始值，進行反饋控制以使得在不發生脈沖電流的范圍內使施加電壓最大。即，在本步驟中，為了縮短直到達到在不發生脈沖電流的范圍內最大的施加電壓為止的時間而設定施加電壓的初始值。施加電壓的初始值基于圖7設定。
[0104]圖7是表示用于根據來自內燃機的排氣量(g / sec)與PM顆粒數(XlO5個/ cm3)計算施加電壓(V)的映射的一例的圖。該映射預先通過實驗等而求出。來自內燃機的排氣量，與內燃機的吸入空氣量存在相關關系，因此能夠基于由空氣流量計74檢測到的吸入空氣量而求出。
[0105]在此，排氣量越少，則PM的慣性力越小，因此相對地靜電作用的影響變大。因此，PM容易凝聚。所以，排氣量越少，在越小的施加電壓下PM發生凝聚。因此，排氣量越少，越減小施加電壓。此外，PM顆粒數越多，則PM顆粒之間的距離越短，因此相對地靜電作用的影響變大。因此PM顆粒數越多，在越小的施加電壓下PM發生凝聚。因此，PM顆粒數越多，越減小施加電壓。
[0106]另外，施加電壓的初始值例如也可以是使PM顆粒數的降低率成為預定值(例如40%)那樣的值。此外，可以使施加電壓的初始值為預先設定的規定值。該規定值可以是具有富裕量以使得不產生脈沖電流的值。
[0107]然后，在計算出施加電壓后，進入步驟S305，取得電流。該電流是由檢測裝置9檢測的值。
[0108]然后，在步驟S306，判定是否存在電流的高頻成分。脈沖電流能夠作為電流的高頻成分而抽取。因此，使由檢測裝置9檢測到的電流通到高通濾波器，抽取高頻成分。如此，在通過使電流通過高通濾波器而抽取到高頻成分的情況下，判定為存在高頻成分。
[0109]另外，關于是否存在電流的高頻成分，也可以基于電流的標準偏差是否大于預定值而判定。在此，根據下式計算η次檢測到的電流的標準偏差S。
[0110][數I]
【權利要求】
1.一種顆粒狀物質處理裝置，在內燃機的排氣通路具有設有電極的處理部，通過在電極與處理部之間產生電位差來使PM凝聚，其特征在于，包括: 電源，與所述電極連接，施加電壓； 絕緣部，在所述處理部與所述排氣通路之間進行電絕緣； 接地部，使所述處理部接地； 檢測裝置，在所述接地部檢測電流；和 推定裝置，基于在由所述電源對所述電極施加了電壓時由所述檢測裝置檢測到的電流，推定排氣中的HC濃度。
2.根據權利要求1所述的顆粒狀物質處理裝置， 包括控制裝置，所述控制裝置使所述內燃機的點火正時在由所述檢測裝置檢測到的電流大于第一閾值的情況下比在由所述檢測裝置檢測到的電流為該第一閾值以下的情況下延遲。
3.根據權利要求2所述的顆粒狀物質處理裝置， 由所述檢測裝置檢測到的電流越大，所述控制裝置使所述內燃機的點火正時的延遲量越大。
4.根據權利要求2或3所述的顆粒狀物質處理裝置， 所述控制裝置在所述內燃機的起動時使點火正時延遲。
5.根據權利要求1?4中的任一項所述的顆粒狀物質處理裝置， 在由所述檢測裝置檢測到的電流為第二閾值以下的情況下，執行使顆粒狀物質凝聚的處理。
6.根據權利要求1?5中的任一項所述的顆粒狀物質處理裝置，包括: 再生裝置，進行所述電極的再生； 判定裝置，基于由所述檢測裝置檢測到的電流，判定是否由所述再生裝置進行電極的再生；和 禁止裝置，在由所述檢測裝置檢測到的電流大于第三閾值的情況下，禁止所述判定裝置的判定。
【文檔編號】F01N3/02GK103429861SQ201180039325
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2011年3月16日 優先權日:2011年3月16日
【發明者】三谷信一, 野村啟, 村瀨榮二 申請人:豐田自動車株式會社