颗粒状物质处理装置制造方法
颗粒状物质处理装置制造方法
【专利摘要】利用颗粒状物质处理装置（1）高精度地推定排气中的HC浓度。颗粒状物质处理装置（1）在内燃机的排气通路（2）具有设有电极5的处理部（3），通过使电极（5）与处理部（3）之间产生电位差来使PM凝聚，其中，包括：电源（6），与电极连接（5），施加电压；绝缘部（4），在处理部（3）与排气通路（2）之间将电绝缘；接地部（53），使处理部（3）接地；检测装置（9），在接地部（53）检测电流；和推定装置（7），在由电源（6）对电极（5）施加了电压时，基于由检测装置（9）检测到的电流而推定排气中的HC浓度。
【专利说明】颗粒状物质处理装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及颗粒状物质处理装置。
【背景技术】
[0002]公知一种技术，在内燃机的排气通路设置放电电极，通过从该放电电极产生电晕放电而使颗粒状物质(以下，也记作PM。)带电来使PM凝聚(例如，参照专利文献I。)。通过使PM凝聚，能够减少PM的颗粒数。此外，由于PM的颗粒径变大，因此在下游侧设置有过滤器时，利用该过滤器捕集PM变得容易。
[0003]此外，公知一种技术，在通过放电电极的电流为预定值以上时，判定为在该放电电极附着有PM，为了从放电电极除去PM而增加施加电压(例如，参照专利文献2。)。
[0004]此外，公知一种技术，在电极与安装有该电极的外壳之间设置绝缘子，以使得在它们之间不流动电流，在将电晕放电用电压的量的某程度的检查电压施加于电极时的预定期间的平均电流为预定值以上时，判定为在绝缘子附着有PM而绝缘性能降低(例如，参照专利文献3。)。
[0005]在该技术中，对电流经由附着于绝缘子表面的物质而流动的情况进行检测。在此，即使在将比产生电晕放电等强放电的电压低的电压向电极施加的情况下，也会经由在排气中浮游的物质流动电流。但是，以往，对于在经由在排气中浮游的物质流动电流时所检测的电流没有考虑。而且，也没有利用此时的电流。
[0006]另外，公知一种技术，在刚刚起动之后点火正时延迟的内燃机中，使点火正时延迟时，一边使用设于排气通路的离子传感器检测HC—边进行空燃比的反馈控制(例如，参照专利文献4。)。但是，若同时设置离子传感器和颗粒状物质处理装置，则会导致成本提高，并且还要确保安装这二者的场所。
[0007]专利文献1:日本特开2006 - 194116号公报
[0008]专利文献2:日本特开2006 - 105081号公报
[0009]专利文献3:日本特开平6 - 173635号公报
[0010]专利文献4:日本特开平8 - 261048号公报
【发明内容】
[0011]本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于利用颗粒状物质处理装置高精度地推定排气中的HC浓度。
[0012]为了达到上述目的，本发明的颗粒状物质处理装置，在内燃机的排气通路具有设有电极的处理部，通过在电极与处理部之间产生电位差来使PM凝聚，包括:
[0013]电源，与所述电极连接，施加电压；
[0014]绝缘部，在所述处理部与所述排气通路之间进行电绝缘；
[0015]接地部，使所述处理部接地；
[0016]检测装置，在所述接地部检测电流；和[0017]推定装置，基于在由所述电源对所述电极施加了电压时由所述检测装置检测到的电流，推定排气中的HC浓度。
[0018]S卩，检测装置在比电极更靠电位的基准点侧检测电流。通常，在比电极靠电源侧，与比电极靠接地侧相比，布线长、布线粗。而且，有时在比电极靠电源侧积蓄电荷。于是，在假设在比电极靠电源侧检测电流时，即使通过电极的电流发生变化，此时由检测装置检测到的电流的上升及下降也缓慢。因此，有时难以准确地检测电流。
[0019]另一方面，在比电极靠接地侧，能够相对使布线短且细。因此，在比电极靠接地侧检测电流时，能够更准确地检测电流。
[0020]此外，通过具有绝缘部，来抑制在接地部以外流过电流。由此，能够由检测装置准确地检测电流。
[0021]在此，若对电极施加电压，则可使PM带电。带电的PM在库仑力、排气流的作用下向处理部的内壁移动。到达处理部的内壁的PM向处理部放出电子，因此在比电极靠接地侧流过电流。并且，放出了电子的PM与存在于其附近的其他PM凝聚，因此能减少颗粒数。
[0022]此外，若排气中含有作为未燃燃料的HC，则该HC成为载体，因此在向电极施加了电压时，经由HC流通电流。该电流在检测装置中被检测到。于是，排气中的HC浓度与检测到的电流存在相关关系。而且，经由HC流通电流时，与经由PM流通电流的情况相比，检测到的电流大。即，若观察在检测装置中检测到电流的大小，则能推定在排气中存在HC。并且，由于排气中的HC浓度越高则电流越大，因此能够基于在检测装置检测到的电流来推定HC浓度。并且，通过具有绝缘部，能够由检测装置准确地检测电流，因此能够准确地求出HC浓度。
[0023]此外，在本发明中可以包括控制装置，所述控制装置使所述内燃机的点火正时在由所述检测装置检测到的电流大于第一阈值的情况下比在由所述检测装置检测到的电流为该第一阈值以下的情况下延迟。
[0024]在此,在火花点火式的内燃机中,通过使点火正时延迟,能够促进排气通路内的HC的氧化反应，因此能够减少HC浓度。此外，通过使点火正时延迟，能够提高排气的温度，因此能够使催化剂的温度迅速上升。另外，也可以在比处理部靠上游侧具有催化剂。并且，通过在HC浓度高使使点火正时延迟，既能够减少HC浓度又能够使催化剂的温度迅速上升。若催化剂的温度上升而活性化，则能够净化HC。此外，若在比处理部靠上游侧具有催化剂，则在催化剂活性化后，HC几乎不流入处理部，所以由检测装置检测到的电流几乎不受HC的影响。另外，在此所指的第一阈值可以是在HC浓度成为允许范围的上限时检测到的电流。
[0025]此外，在本发明中可以是，由所述检测装置检测到的电流越大，所述控制装置使所述内燃机的点火正时的延迟量越大。
[0026]HC浓度与由检测装置检测到的电流存在相关关系，由检测装置检测到的电流越大，则能够推定为HC浓度越高。另一方面，越使内燃机的点火正时延迟，则HC的减少效果越大。因此，通过使由检测装置检测到的电流越大，则越增大点火正时的延迟量，从而能够有效地使HC浓度减少。此外，在HC浓度低时，通过使点火正时的延迟量小而接近最佳点火正时，由此能够抑制例如燃料经济性的恶化。另外，也可以由推定装置推定的HC浓度越高，则越增大内燃机的点火正时的延迟量。
[0027]此外，在本发明中可以是，所述控制装置在所述内燃机的起动时使点火正时延迟。[0028]在内燃机起动时，排出多HC。此外，由于催化剂的温度低，有时难以将HC净化。因此，在内燃机起动时要求HC浓度的减少。对此，通过在内燃机起动时使点火正时延迟，能减少HC浓度。另外，可以将在内燃机起动开始后HC的排出量多的期间作为内燃机起动时。此夕卜，也可以将直到催化剂活性化、或内燃机的预热完成的期间作为内燃机起动时。也可以在内燃机刚刚起动后使点火正时延迟。
[0029]此外，在本发明中，可以在由所述检测装置检测到的电流为第二阈值以下的情况下，执行使颗粒状物质凝聚的处理。
[0030]即，HC浓度高时，不执行使颗粒状物质凝聚的处理。在此，在HC浓度高时，通过电极的电流变大。于是，可能有颗粒状物质处理装置劣化的危险。此外，由于消耗电力变大，可能有燃料经济性恶化的危险。对此，通过减少施加电压，能够抑制电流变大。另一方面，若HC浓度低，则能够进一步增大施加电压。并且，通过增大施加电压，能够从电极放出更多的电子，因此能够进一步促进PM的凝聚。
[0031]另外，若过度增大施加电压则会发生电晕放电、电弧放电等强放电。若发生该强放电，则由高速电子使PM微细化。因此，通过在不发生该强放电的范围内尽可能地增大施加电压，能够促进PM的凝聚。若发生强放电，则产生脉冲电流，所以在检测装置检测到脉冲电流时，通过减少施加电压而能够抑制PM被微细化。使颗粒状物质凝聚的处理可以基于在检测装置检测到的电流而对施加电压进行反馈控制。另外，也可以是在由检测装置检测到的电流为第二阈值以下时，与大于第二阈值的情况相比，仅仅提高施加电压即可。第二阈值可以是检测电流不受到排气中的HC浓度的影响时的上限值，是能够使颗粒状物质凝聚的电流的上限值。
[0032]此外，在本发明中，可以包括:再生装置，进行所述电极的再生；
[0033]判定装置，基于由所述检测装置检测到的电流，判定是否由所述再生装置进行电极的再生；和
[0034]禁止装置，在由所述检测装置检测到的电流大于第三阈值的情况下，禁止所述判定装置的判定。
[0035]若经由附着于电极的PM或水等物质而在电极与处理部之间流动电流，则由检测装置检测到的电流变大。例如，若该检测到的电流大于根据此时的排气状态推定的电流，则能够判定为在电极存在附着物。
[0036]在此，若在电极附着有PM或水等物质，则难以使在排气中浮游的PM带电，因此难以使PM凝聚。因此，进行将电极的附着物除去的处理。附着物的除去可以通过例如使电极的温度上升而进行。另外，将从电极除去附着物称为电极的再生。
[0037]但是，在排气中的HC浓度较高时，由检测装置检测到的电流变大，因此难以与经由电极的附着物流动电流的情况区别。因此，在检测到的电流大于第三阈值时，禁止判定装置的判定。由此，尽管不需要，也能抑制进行电极的再生处理。因此，例如在不需要时不会使电极的温度上升，能够提高燃料经济性。另外，第三阈值可以是检测电流不受排气中的HC浓度的影响时的上限值，是能够判定是否需要电极的再生的电流的上限值。第三阈值可以是与第二阈值相同的值。
[0038]根据本发明，能够利用颗粒状物质处理装置高精度地推定排气中的HC浓度。【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1是表示实施例的颗粒状物质处理装置的概略结构的图。
[0040]图2是表示由检测装置检测的电流的推移的图。
[0041]图3是表示实施例1的点火正时的控制流程的流程图。
[0042]图4是表示实施例2的控制流程的流程图。
[0043]图5是表示实施例2的PM减少处理的控制流程的流程图。
[0044]图6是表示用于根据内燃机转速和内燃机负荷计算出PM颗粒数的映射的一例的图。
[0045]图7是表示用于根据来自内燃机的排气量(g / sec)和PM颗粒数(XlO5个/ cm3)计算出施加电压(V )的映射的一例的图。
[0046]图8是表示实施例2的电极的再生处理的流程的流程图。
[0047]图9是表示实施例3的控制流程的流程图。
【具体实施方式】
[0048]以下，基于【专利附图】
【附图说明】本发明的颗粒状物质处理装置的【具体实施方式】。
[0049](实施例1)
[0050]图1是表示本实施例的颗粒状物质处理装置I的概略结构的图。颗粒状物质处理装置I设于火花点火式的汽油内燃机的排气通路2。在内燃机设有火花塞75。
[0051]颗粒状物质处理装置I具有两端连接于排气通路2的外壳3而构成。外壳3的材料使用不锈钢材料。外壳3形成为直径比排气通路2大的中空的圆柱形。外壳3的两端形成为越接近端部而截面积越小的锥状。另外，在图1中，排气沿箭头方向在排气通路2流动，流入外壳3内。因此,夕卜壳3可以作为排气通路2的一部分。另外,在本实施例中,夕卜壳3相当于本发明的处理部。
[0052]排气通路2和外壳3经由绝缘部4而连接。绝缘部4由电绝缘体构成。绝缘部4被形成于排气通路2的端部的凸缘21和形成于外壳3的端部的凸缘31夹着。排气通路2和外壳3例如通过螺栓及螺母而紧固连接。并且，为使不经由这些螺栓及螺母而流动电流，对这些螺栓及螺母也实施绝缘处理。如此，在排气通路2与外壳3之间不流动电流。
[0053]在外壳3安装有电极5。电极5贯穿外壳3的侧面，从该外壳3的侧面向该外壳3的中心轴向延伸而在该中心轴附近向排气流的上游侧弯折，与该中心轴平行地朝向排气流的上游侧延伸。因此，电极5的端部位于外壳3的中心轴附近。此外，为使在电极5与外壳3之间不流动电流，在电极5设有由电绝缘体构成的绝缘子(碍子)部51。该绝缘子部51位于电极5与外壳3之间,具有将电绝缘、且将电极5固定于外壳3的作用。
[0054]并且，电极5经由电源侧电线52与电源6连接。电源6能够向电极5通电，并改变施加电压。该电源6经由电线与控制装置7及电池8连接。控制装置7控制电源6施加给电极5的电压。
[0055]此外，在外壳3连接有接地侧电线53，该外壳3经由接地侧电线53而接地。在接地侧电线53设有检测通过该接地侧电线53的电流的检测装置9。检测装置9例如通过测定设于接地侧电线53中途的电阻的两端的电位差来检测电流。该检测装置9经由电线与控制装置7连接。并且，由检测装置9检测到的电流被输入控制装置7。另外，在本实施例中，接地侧电线53相当于本发明的接地部。
[0056]另外，在控制装置7连接有油门(加速踏板)开度传感器71、曲轴位置传感器72、温度传感器73、空气流量计74。油门开度传感器71输出与驾驶者踏下油门的量相应的电信号，检测内燃机负荷。曲轴位置传感器72检测内燃机转速。温度传感器73通过检测内燃机的冷却水的温度或润滑油的温度来检测内燃机的温度。空气流量计74检测内燃机的吸入空气量。此外，控制装置7控制火花塞75的点火正时。
[0057]在这样构成的颗粒状物质处理装置I中，通过从电源6向电极5施加负的直流高电压，从而从该电极5放出电子。S卩，通过使电极5的电位比外壳3低,从而从电极5放出电子。于是，能够通过该电子使排气中的PM带负电。带负电的PM在库仑力和气流的作用下移动。并且，当PM到达外壳3时，使PM带负电的电子被向该外壳3放出。向外壳3放出了电子的PM发生凝聚而颗粒径变大。此外，通过PM发生凝聚，PM的颗粒数减少。S卩，通过向电极5施加电压，能够增大PM的颗粒径且减少PM的颗粒数。
[0058]另外，在本实施例中，使电极5向排气流的上游侧弯折，但也可以取代之，使其向下游侧弯折。在此，若如本实施例这样，使电极5朝向排气流的上游侧弯折，则PM难以附着到绝缘子部51。即，能够在比绝缘子部51靠上游侧使PM带电，因此该PM朝向外壳3的内周面。因此，与绝缘子部51冲撞的PM减少，所以PM难以附着到该绝缘子部51。但是，若使电极5朝向排气流的上游侧弯折，则电极5从排气流受到力而容易变形。因此，适于电极5较短的情况。另一方面，若使电极5朝向排气流的下游侧弯折，则PM容易附着于绝缘子部51，但电极5即使从排气流受到力也难以变形。因此，耐久性及可靠性提高，能够使电极5长。
[0059]此外，若排气中含有作为未燃燃料的HC，则向电极5施加了电压时，HC成为电子的载体而流动电流。在HC浓度高时，流动比经由排气中的PM流通的电流大的电流。
[0060]在此，图2是表示由检测装置9检测的电流的推移的图。横轴是从内燃机的起动起的经过时间。在时间为O时内燃机被起动。图2表示使施加电压变化，在各施加电压下分别检测到的电流的推移。如图2所示，无论在哪个施加电压下，在从内燃机的起动到A的期间中检测电流都较大，但此后的检测电流较小。该较大的检测电流是由排气中的HC产生的离子电流。S卩，在从内燃机的起动到大致A的期间，由于由从内燃机排出的HC产生的离子电流，检测电流变得较大。另外，A可以例如为20秒。
[0061]另外，在经过了从内燃机的起动到大致A的期间之后，流入外壳3的HC浓度降低，因此几乎不产生离子电流。另外，HC浓度降低的情况可想到从内燃机排出的HC量降低的情况，或由于催化剂的活性化将HC净化的情况。并且，此时检测的电流主要是经由在排气中浮游的PM而流通的电流。另外，在图2所示的检测电流中，在从内燃机的起动到大致A的期间产生离子电流，但根据内燃机的运转状态、燃料种类等，发生离子电流的时期不同。
[0062]并且，由HC产生的离子电流远大于经由PM流通的电流。因此，可以说由检测装置9检测到的电流与排气中的HC浓度存在相关关系。因此，通过检测电流，能够推定排气中的HC浓度。即，可以使用颗粒状物质处理装置I作为检测排气中的HC浓度的HC传感器。由检测装置9检测到的电流与HC浓度的关系可以预先通过实验等而求出。
[0063]并且，在HC浓度高于容许的上限(第一阈值)时，为了减少HC浓度而延迟点火正时。在此，通过延迟点火正时，从内燃机排出的气体的温度上升。因此，促进在排气通路2中HC与氧的反应，所以HC浓度降低。即，即使在汽缸内HC浓度高，也能在排气通路2内降低HC浓度。此外，通常在排气通路2设有催化剂，由于排气的温度变高，催化剂的温度迅速上升。于是，由于催化剂的活性化使得HC浓度降低。另外，在本实施例中，可以在比颗粒状物质处理装置I靠上游侧设置用于使HC氧化的催化剂。由此，在催化剂活性化后，HC几乎不流入外壳3，所以消除由HC导致检测电流增加。于是，能够容易进行用于使PM凝聚的控制。
[0064]此外，由于具有绝缘部4，因此向排气通路2流通电流受到抑制。因此，经由PM、HC流向外壳3的电流被检测装置9检测到。此外，通过在接地侧电线53检测电流，能够提高电流的检测精度。通常，使电源侧电线52的布线比接地侧电线53的布线长或粗。于是，假设在电源侧电线52检测电流的情况下，所检测到的电流的上升及下降相对于实际的电流的变化缓慢。因此，存在电流的检测精度变低的问题。
[0065]另一方面，在接地侧电线53，能够使布线相对短且细。因此，在接地侧电线53检测电流时，对于实际的电流变化的响应性高。因此，通过在接地侧电线53检测电流，能够更准确地检测电流。即，能够更准确地推定HC浓度。
[0066]接着，图3是表示本实施例的点火正时的控制流程的流程图。本例程由控制装置7每隔预定的时间反复执行。
[0067]在步骤S101，计算对电极5的施加电压。施加电压根据所推定的PM颗粒数(个/cm3)而设定。该PM颗粒数是从内燃机排出的PM颗粒数，是流入外壳3之前的PM颗粒数。PM颗粒数，与内燃机转速、内燃机负荷及内燃机的温度(例如，润滑油的温度或冷却水的温度)存在相关关系，因此基于这些值来计算。可以与内燃机的温度对应地存储多个用于根据内燃机转速和内燃机负荷计算PM颗粒数的映射(map),基于该映射计算PM颗粒数。
[0068]另外，内燃机转速由曲轴位置传感器72检测，内燃机负荷由油门开度传感器71检测。此外，内燃机的温度由温度传感器73检测。此外，也可以将检测PM颗粒数的传感器安装于比外壳3更靠上游侧的排气通路2，利用该传感器检测PM颗粒数。
[0069]然后，基于该PM颗粒数及内燃机的排气量(g / sec)计算施加电压。该关系可以预先通过实验等而求出并做成映射。内燃机的排气量，与内燃机的吸入空气量存在相关关系，因此可以基于由空气流量计74检测的吸入空气量而求出。
[0070]在此，排气量越少，则PM的惯性力越小，因此相对地静电作用的影响变大。因此，PM容易凝聚。因此，排气量越少，在越小的施加电压下PM发生凝聚。因此，排气量越少，则使施加电压越小。此外，PM颗粒数越多，则PM颗粒之间的距离越短，因此相对地静电作用的影响变大。因此PM颗粒数越多，则在越小的施加电压下PM发生凝聚。因此，PM颗粒数越多，则越减小施加电压。此外，施加电压例如也可以是使PM颗粒数的减少率成为预定值(例如40%)的值。此外，也可以使施加电压为预先设定的规定值。在该情况下，可以设为能够检测出HC浓度的最低限的施加电压。即，使施加电压小于使PM凝聚时的施加电压。
[0071]然后，在计算出施加电压后，进入步骤S102，检测电流。该电流是由检测装置9检测出的值。
[0072]在步骤S103，判定是否是内燃机刚刚起动后。在步骤S103中，判断是否是HC浓度可能变高的时期。即，内燃机刚刚起动后是指燃烧状态容易恶化时、催化剂发挥活性之前时、从内燃机排出的HC量较多时(也可以是HC浓度较高时)等。可以判定为从内燃机的起动开始到预定期间之间是刚刚起动后。此外，可以判定为从内燃机的起动开始进行延迟点火正时的控制的期间是内燃机起动时。此外，在步骤S103中，也可以判定是否是内燃机的起动时。
[0073]然后，在步骤S103判定为肯定时进入步骤S104，在判定为否定时不需要使HC浓度降低，所以结束本例程。
[0074]在步骤S104，判定在步骤S102得到的检测电流是否大于阈值IH。。在本步骤中，判定是否需要降低HC浓度。阈值Itc是HC浓度成为允许范围的上限值时的检测电流。该阈值Itc是预先通过实验等而求出并存储于控制装置7中。另外，在本实施例中，阈值Ire相当于本发明的第一阈值。
[0075]然后，在步骤S104判定为肯定时进入步骤S105，判定为否定时不需要使HC浓度降低，因此结束本例程。另外，在步骤S104，进行基于检测电流的判定，但由于检测电流与HC浓度存在相关关系，因此也可以根据检测电流计算出HC浓度，判定该HC浓度是否超过允许范围。只要预先通过实验等求出检测电流与HC浓度的关系并存储于控制装置7，就能够根据检测电流计算出HC浓度。即，在本实施例中，进行步骤S104的控制装置7相当于本发明的推定装置。
[0076]在步骤S105，使点火正时延迟。此时的延迟量可以使用预先设定的值。此外，检测电流越大，即HC浓度越高，则可以使点火正时的延迟量越大。S卩，由于HC浓度越高则离子电流变大，因此检测电流变大。HC浓度高时，进一步增大点火正时的延迟量，由此减少HC浓度。可以预先通过实验等求出检测电流与点火正时的延迟量的关系并做成映射。
[0077]在步骤S106，判定检测电流是否为阈值Ire以下。即，判定是否通过增大点火正时的延迟量而HC浓度降低到了允许范围。
[0078]在步骤S106判定为肯定时结束本例程，判定为否定时返回步骤S105，再次使点火正时延迟。
[0079]如此，能够使用检测电流推定排气中的HC浓度。并且，通过基于检测电流或HC浓度来对点火正时的延迟量进行反馈控制，由此能够降低排气中的HC浓度。在此，根据燃料种类的不同而HC浓度会发生变化，但无论使用哪种燃料，都能控制成所排出的HC浓度为阈值以下。
[0080](实施例2)
[0081]在本实施例中，在排气中的HC浓度为阈值以下后，进行PM减少处理或电极5的再生处理。其他装置等与实施例1相同，因此省略说明。
[0082]在此，PM减少处理是用于施加适于PM凝聚的电压的处理。在此，若增大施加于电极5的负的电压，则从电极5放出更多的电子。因此，能够促进PM的凝聚，因此能够进一步减少PM的颗粒数。但是，若对电极5施加的施加电压过大，则会引起电晕放电、电弧放电等强放电。若引起这样的强放电，则由于高速电子导致PM微细化。所以，为了促进PM的凝聚，优选调节成比引起电晕放电等强放电时低的电压。即，即使不发生电晕放电等强放电，也能使PM凝聚。
[0083]另一方面，若施加电压较大，则由检测装置9检测到的电流变大，且发生脉冲电流。并且，施加电压越大，发生脉冲电流的频率越高。该脉冲电流是由于电晕放电等强放电而产生。[0084]因此，在本实施例中，在发生了脉冲电流时减小施加电压。由此，抑制发生脉冲电流，抑制PM的颗粒数增加。另一方面，增大施加电压直到发生脉冲电流。由此，能够尽可能地提高施加电压，因此能够进一步促进PM的凝聚。另外，也可以在发生脉冲电流之前，根据电流读出发生脉冲电流的预兆，在脉冲电流发生之前减小施加电压。
[0085]此外，电极5的再生处理是指用于将附着在包括绝缘子部51的电极5的PM、水等附着物除去的处理。若PM等附着于电极5，则经由该附着物在电极5与外壳3之间流动电流。即，绝缘性降低。于是，难以使排气中浮游的PM带电，所以难以使PM凝聚。
[0086]因此，在本实施例中，判定是否在电极5与外壳3之间经由附着物流动电流，在判定为流动电流时执行电极5的再生处理。电极5的再生例如通过提高电极5的温度、或提高排气中的氧浓度而进行。
[0087]例如，通过一边使电极5短路一边从电源6施加电压，来进行电极5的再生处理。通过使电极5短路，能够使该电极5的温度上升，使附着物燃烧或蒸发而将其除去。此外，为了使PM迅速氧化，排气中的氧浓度高为好。因此，可以一边对电极5施加电压，一边提高排气中的氧浓度。例如，在具有内燃机和马达作为车辆的驱动源的混合动力车辆中，可以不对内燃机供给燃料而利用马达使内燃机的曲轴旋转。由此，能够从内燃机排出空气，因此能够提高排气中的氧浓度。此外，在使内燃机停止之前使内燃机转速暂时上升，在该内燃机转速高的状态时停止燃料的供给，由此能够使空气排出到排气通路内。并且，其后在内燃机停止了时使电极5短路或提高施加电压即可。此外，减速运转中的燃料切断时，排气中的氧浓度变闻，因此可以此时使电极5短路或提闻施加电压。
[0088]另外，基于由检测装置9检测的电流来判定是否经由附着物在电极5与外壳3之间流动电流。在电极5与外壳3之间未经由附着物流动电流时，相应于在排气中浮游的PM量而电流发生变化。因此，若推定排气中的PM量，检测与该推定的PM量相应的电流，则能够判定为在电极5与外壳3之间没有经由附着物流动电流。
[0089]另一方面，在电极5与外壳3之间经由附着物流动电流时，由检测装置9检测到的电流进一步变大。即，比起与所推定的排气中的PM量相应的电流(以下，也称为推定电流。)，检测到的电流(以下，也称为检测电流。)大。于是，若基于推定电流设定阈值，则通过比较该阈值与检测电流，能够判定是否经由附着物在电极5与外壳3之间流动电流。另外，阈值是考虑到各种传感器等的公差、误差而使推定电流具有富余量的值。可以在推定电流加上预定值，也可以在推定电流乘以预定值。
[0090]于是，若检测电流大于阈值，则能够判定为在电极5与外壳3之间经由附着物流动电流。另外，排气中的PM量根据内燃机的运转状态而变化，因此例如根据该内燃机的运转状态算出。此外，也可以具有检测PM量的传感器，利用该传感器获得排气中的PM量。此外，可以预先通过实验等求出在预定的运转状态(例如怠速运转状态)时的阈值，判定在该预定的运转状态时是否需要电极5的再生处理。此外，可以预先决定与检测电流比较的阈值。此时，可以根据运转状态改变阈值。
[0091]图4是表示本实施例的控制流程的流程图。本例程由控制装置7每隔预定的时间反复执行。另外，对于进行与图3所示的流程相同的处理的步骤标注相同的标记省略说明。在步骤S103或104判定为否定时，或在步骤S106肯定判定时，进入步骤S201。
[0092]另外，可以在步骤S103判定为是刚刚起动后时，使施加电压低于在步骤SlOl算出的施加电压。于是，能够抑制由于离子电流导致的电源6等的劣化。并且，可以再次取得检测电流。
[0093]在步骤S201，判定是否从内燃机的起动起的经过时间比预定时间A长、且检测电流小于阈值Ire2。在本步骤，判定在此后是否有HC浓度上升的危险。即，若自内燃机的起动起的经过时间短，则燃烧状态不稳定，因此即使HC浓度一度降低，HC浓度也可能再次上升。
[0094]此外，即使检测电流为阈值Ire以下，若在排气中含有HC，则也对检测电流造成影响。该检测电流也在实施PM减少处理时、实施电极5的再生处理时使用。并且，若检测电流中含有由HC引起的离子电流，则难以进行这些处理。因此，判定检测电流是否充分降低了。
[0095]从内燃机起动起的经过时间例如可以是从使内燃机起动的处理开始的时间点起的经过时间、或从内燃机转速上升到怠速旋转的时间点起的经过时间。根据采用哪个经过时间，预定时间A也不同。预定时间A是作为从内燃机排出的HC量充分降低所需的时间而预先通过实验等求出。阈值Itc2是作为在从内燃机排出的HC量小到能够进行是否需要电极5的再生的判定或进行PM减少处理时所检测到的电流，而预先通过实验等求出。另外，在本实施例中，进行步骤S201的处理的控制装置7相当于本发明的禁止装置。此外，在本实施例中，阈值Itc2相当于本发明的第二阈值或第三阈值。
[0096]在步骤S201判定为肯定时进入步骤S202，判定为否定时再次执行步骤S201。
[0097]在步骤S202，进行PM减少处理。在本步骤，计算最适于PM凝聚的施加电压。关于PM减少处理将后述。
[0098]接着，在步骤S203，进行电极5的再生处理。关于电极5的再生处理将后述。
[0099]接着，说明PM减少处理。图5是表示本实施例的PM减少处理的控制流程的流程图。本例程由控制装置7每隔预定的时间反复执行。
[0100]从步骤S301到S303，算出PM颗粒数(个/ cm3)。PM颗粒数是每立方厘米的PM颗粒的个数。该PM颗粒数是从内燃机排出的PM颗粒数，是流入外壳3之前的PM颗粒数。PM颗粒数，与内燃机转速、内燃机负荷及内燃机的温度(例如，润滑油的温度或冷却水的温度)存在相关关系，因此基于这些值计算。
[0101]因此，在步骤S301，取得内燃机转速及内燃机负荷。内燃机转速由曲轴位置传感器72检测，内燃机负荷由油门开度传感器71检测。此外，在步骤S302，取得内燃机的温度。内燃机的温度由温度传感器73检测。
[0102]在步骤S303，计算PM颗粒数。在此，图6是表示用于根据内燃机转速和内燃机负荷计算出PM颗粒数的映射的一例的图。控制装置7根据内燃机的温度存储多组该关系。然后，使用与所检测的内燃机的温度相应的映射，根据内燃机转速及内燃机负荷求出PM颗粒数。该映射预先通过实验等而求出。另外，可以使用这样的映射检测PM颗粒数，但也可以在比外壳3靠上游侧的排气通路2安装检测PM颗粒数的传感器，利用该传感器检测PM颗粒数。
[0103]然后，在步骤S304，基于在步骤S303计算出的PM颗粒数计算向电极5施加的施加电压。该施加电压是最初向电极5施加的电压。然后，将在步骤S304计算出的施加电压作为初始值，进行反馈控制以使得在不发生脉冲电流的范围内使施加电压最大。即，在本步骤中，为了缩短直到达到在不发生脉冲电流的范围内最大的施加电压为止的时间而设定施加电压的初始值。施加电压的初始值基于图7设定。
[0104]图7是表示用于根据来自内燃机的排气量(g / sec)与PM颗粒数(XlO5个/ cm3)计算施加电压(V)的映射的一例的图。该映射预先通过实验等而求出。来自内燃机的排气量，与内燃机的吸入空气量存在相关关系，因此能够基于由空气流量计74检测到的吸入空气量而求出。
[0105]在此，排气量越少，则PM的惯性力越小，因此相对地静电作用的影响变大。因此，PM容易凝聚。所以，排气量越少，在越小的施加电压下PM发生凝聚。因此，排气量越少，越减小施加电压。此外，PM颗粒数越多，则PM颗粒之间的距离越短，因此相对地静电作用的影响变大。因此PM颗粒数越多，在越小的施加电压下PM发生凝聚。因此，PM颗粒数越多，越减小施加电压。
[0106]另外，施加电压的初始值例如也可以是使PM颗粒数的降低率成为预定值(例如40%)那样的值。此外，可以使施加电压的初始值为预先设定的规定值。该规定值可以是具有富裕量以使得不产生脉冲电流的值。
[0107]然后，在计算出施加电压后，进入步骤S305，取得电流。该电流是由检测装置9检测的值。
[0108]然后，在步骤S306，判定是否存在电流的高频成分。脉冲电流能够作为电流的高频成分而抽取。因此，使由检测装置9检测到的电流通到高通滤波器，抽取高频成分。如此，在通过使电流通过高通滤波器而抽取到高频成分的情况下，判定为存在高频成分。
[0109]另外，关于是否存在电流的高频成分，也可以基于电流的标准偏差是否大于预定值而判定。在此，根据下式计算η次检测到的电流的标准偏差S。
[0110][数I]
【权利要求】
1.一种颗粒状物质处理装置，在内燃机的排气通路具有设有电极的处理部，通过在电极与处理部之间产生电位差来使PM凝聚，其特征在于，包括: 电源，与所述电极连接，施加电压； 绝缘部，在所述处理部与所述排气通路之间进行电绝缘； 接地部，使所述处理部接地； 检测装置，在所述接地部检测电流；和 推定装置，基于在由所述电源对所述电极施加了电压时由所述检测装置检测到的电流，推定排气中的HC浓度。
2.根据权利要求1所述的颗粒状物质处理装置， 包括控制装置，所述控制装置使所述内燃机的点火正时在由所述检测装置检测到的电流大于第一阈值的情况下比在由所述检测装置检测到的电流为该第一阈值以下的情况下延迟。
3.根据权利要求2所述的颗粒状物质处理装置， 由所述检测装置检测到的电流越大，所述控制装置使所述内燃机的点火正时的延迟量越大。
4.根据权利要求2或3所述的颗粒状物质处理装置， 所述控制装置在所述内燃机的起动时使点火正时延迟。
5.根据权利要求1?4中的任一项所述的颗粒状物质处理装置， 在由所述检测装置检测到的电流为第二阈值以下的情况下，执行使颗粒状物质凝聚的处理。
6.根据权利要求1?5中的任一项所述的颗粒状物质处理装置，包括: 再生装置，进行所述电极的再生； 判定装置，基于由所述检测装置检测到的电流，判定是否由所述再生装置进行电极的再生；和 禁止装置，在由所述检测装置检测到的电流大于第三阈值的情况下，禁止所述判定装置的判定。
【文档编号】F01N3/02GK103429861SQ201180039325
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2011年3月16日 优先权日:2011年3月16日
【发明者】三谷信一, 野村启, 村濑荣二 申请人:丰田自动车株式会社
【专利摘要】利用颗粒状物质处理装置（1）高精度地推定排气中的HC浓度。颗粒状物质处理装置（1）在内燃机的排气通路（2）具有设有电极5的处理部（3），通过使电极（5）与处理部（3）之间产生电位差来使PM凝聚，其中，包括：电源（6），与电极连接（5），施加电压；绝缘部（4），在处理部（3）与排气通路（2）之间将电绝缘；接地部（53），使处理部（3）接地；检测装置（9），在接地部（53）检测电流；和推定装置（7），在由电源（6）对电极（5）施加了电压时，基于由检测装置（9）检测到的电流而推定排气中的HC浓度。
【专利说明】颗粒状物质处理装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及颗粒状物质处理装置。
【背景技术】
[0002]公知一种技术，在内燃机的排气通路设置放电电极，通过从该放电电极产生电晕放电而使颗粒状物质(以下，也记作PM。)带电来使PM凝聚(例如，参照专利文献I。)。通过使PM凝聚，能够减少PM的颗粒数。此外，由于PM的颗粒径变大，因此在下游侧设置有过滤器时，利用该过滤器捕集PM变得容易。
[0003]此外，公知一种技术，在通过放电电极的电流为预定值以上时，判定为在该放电电极附着有PM，为了从放电电极除去PM而增加施加电压(例如，参照专利文献2。)。
[0004]此外，公知一种技术，在电极与安装有该电极的外壳之间设置绝缘子，以使得在它们之间不流动电流，在将电晕放电用电压的量的某程度的检查电压施加于电极时的预定期间的平均电流为预定值以上时，判定为在绝缘子附着有PM而绝缘性能降低(例如，参照专利文献3。)。
[0005]在该技术中，对电流经由附着于绝缘子表面的物质而流动的情况进行检测。在此，即使在将比产生电晕放电等强放电的电压低的电压向电极施加的情况下，也会经由在排气中浮游的物质流动电流。但是，以往，对于在经由在排气中浮游的物质流动电流时所检测的电流没有考虑。而且，也没有利用此时的电流。
[0006]另外，公知一种技术，在刚刚起动之后点火正时延迟的内燃机中，使点火正时延迟时，一边使用设于排气通路的离子传感器检测HC—边进行空燃比的反馈控制(例如，参照专利文献4。)。但是，若同时设置离子传感器和颗粒状物质处理装置，则会导致成本提高，并且还要确保安装这二者的场所。
[0007]专利文献1:日本特开2006 - 194116号公报
[0008]专利文献2:日本特开2006 - 105081号公报
[0009]专利文献3:日本特开平6 - 173635号公报
[0010]专利文献4:日本特开平8 - 261048号公报
【发明内容】
[0011]本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于利用颗粒状物质处理装置高精度地推定排气中的HC浓度。
[0012]为了达到上述目的，本发明的颗粒状物质处理装置，在内燃机的排气通路具有设有电极的处理部，通过在电极与处理部之间产生电位差来使PM凝聚，包括:
[0013]电源，与所述电极连接，施加电压；
[0014]绝缘部，在所述处理部与所述排气通路之间进行电绝缘；
[0015]接地部，使所述处理部接地；
[0016]检测装置，在所述接地部检测电流；和[0017]推定装置，基于在由所述电源对所述电极施加了电压时由所述检测装置检测到的电流，推定排气中的HC浓度。
[0018]S卩，检测装置在比电极更靠电位的基准点侧检测电流。通常，在比电极靠电源侧，与比电极靠接地侧相比，布线长、布线粗。而且，有时在比电极靠电源侧积蓄电荷。于是，在假设在比电极靠电源侧检测电流时，即使通过电极的电流发生变化，此时由检测装置检测到的电流的上升及下降也缓慢。因此，有时难以准确地检测电流。
[0019]另一方面，在比电极靠接地侧，能够相对使布线短且细。因此，在比电极靠接地侧检测电流时，能够更准确地检测电流。
[0020]此外，通过具有绝缘部，来抑制在接地部以外流过电流。由此，能够由检测装置准确地检测电流。
[0021]在此，若对电极施加电压，则可使PM带电。带电的PM在库仑力、排气流的作用下向处理部的内壁移动。到达处理部的内壁的PM向处理部放出电子，因此在比电极靠接地侧流过电流。并且，放出了电子的PM与存在于其附近的其他PM凝聚，因此能减少颗粒数。
[0022]此外，若排气中含有作为未燃燃料的HC，则该HC成为载体，因此在向电极施加了电压时，经由HC流通电流。该电流在检测装置中被检测到。于是，排气中的HC浓度与检测到的电流存在相关关系。而且，经由HC流通电流时，与经由PM流通电流的情况相比，检测到的电流大。即，若观察在检测装置中检测到电流的大小，则能推定在排气中存在HC。并且，由于排气中的HC浓度越高则电流越大，因此能够基于在检测装置检测到的电流来推定HC浓度。并且，通过具有绝缘部，能够由检测装置准确地检测电流，因此能够准确地求出HC浓度。
[0023]此外，在本发明中可以包括控制装置，所述控制装置使所述内燃机的点火正时在由所述检测装置检测到的电流大于第一阈值的情况下比在由所述检测装置检测到的电流为该第一阈值以下的情况下延迟。
[0024]在此,在火花点火式的内燃机中,通过使点火正时延迟,能够促进排气通路内的HC的氧化反应，因此能够减少HC浓度。此外，通过使点火正时延迟，能够提高排气的温度，因此能够使催化剂的温度迅速上升。另外，也可以在比处理部靠上游侧具有催化剂。并且，通过在HC浓度高使使点火正时延迟，既能够减少HC浓度又能够使催化剂的温度迅速上升。若催化剂的温度上升而活性化，则能够净化HC。此外，若在比处理部靠上游侧具有催化剂，则在催化剂活性化后，HC几乎不流入处理部，所以由检测装置检测到的电流几乎不受HC的影响。另外，在此所指的第一阈值可以是在HC浓度成为允许范围的上限时检测到的电流。
[0025]此外，在本发明中可以是，由所述检测装置检测到的电流越大，所述控制装置使所述内燃机的点火正时的延迟量越大。
[0026]HC浓度与由检测装置检测到的电流存在相关关系，由检测装置检测到的电流越大，则能够推定为HC浓度越高。另一方面，越使内燃机的点火正时延迟，则HC的减少效果越大。因此，通过使由检测装置检测到的电流越大，则越增大点火正时的延迟量，从而能够有效地使HC浓度减少。此外，在HC浓度低时，通过使点火正时的延迟量小而接近最佳点火正时，由此能够抑制例如燃料经济性的恶化。另外，也可以由推定装置推定的HC浓度越高，则越增大内燃机的点火正时的延迟量。
[0027]此外，在本发明中可以是，所述控制装置在所述内燃机的起动时使点火正时延迟。[0028]在内燃机起动时，排出多HC。此外，由于催化剂的温度低，有时难以将HC净化。因此，在内燃机起动时要求HC浓度的减少。对此，通过在内燃机起动时使点火正时延迟，能减少HC浓度。另外，可以将在内燃机起动开始后HC的排出量多的期间作为内燃机起动时。此夕卜，也可以将直到催化剂活性化、或内燃机的预热完成的期间作为内燃机起动时。也可以在内燃机刚刚起动后使点火正时延迟。
[0029]此外，在本发明中，可以在由所述检测装置检测到的电流为第二阈值以下的情况下，执行使颗粒状物质凝聚的处理。
[0030]即，HC浓度高时，不执行使颗粒状物质凝聚的处理。在此，在HC浓度高时，通过电极的电流变大。于是，可能有颗粒状物质处理装置劣化的危险。此外，由于消耗电力变大，可能有燃料经济性恶化的危险。对此，通过减少施加电压，能够抑制电流变大。另一方面，若HC浓度低，则能够进一步增大施加电压。并且，通过增大施加电压，能够从电极放出更多的电子，因此能够进一步促进PM的凝聚。
[0031]另外，若过度增大施加电压则会发生电晕放电、电弧放电等强放电。若发生该强放电，则由高速电子使PM微细化。因此，通过在不发生该强放电的范围内尽可能地增大施加电压，能够促进PM的凝聚。若发生强放电，则产生脉冲电流，所以在检测装置检测到脉冲电流时，通过减少施加电压而能够抑制PM被微细化。使颗粒状物质凝聚的处理可以基于在检测装置检测到的电流而对施加电压进行反馈控制。另外，也可以是在由检测装置检测到的电流为第二阈值以下时，与大于第二阈值的情况相比，仅仅提高施加电压即可。第二阈值可以是检测电流不受到排气中的HC浓度的影响时的上限值，是能够使颗粒状物质凝聚的电流的上限值。
[0032]此外，在本发明中，可以包括:再生装置，进行所述电极的再生；
[0033]判定装置，基于由所述检测装置检测到的电流，判定是否由所述再生装置进行电极的再生；和
[0034]禁止装置，在由所述检测装置检测到的电流大于第三阈值的情况下，禁止所述判定装置的判定。
[0035]若经由附着于电极的PM或水等物质而在电极与处理部之间流动电流，则由检测装置检测到的电流变大。例如，若该检测到的电流大于根据此时的排气状态推定的电流，则能够判定为在电极存在附着物。
[0036]在此，若在电极附着有PM或水等物质，则难以使在排气中浮游的PM带电，因此难以使PM凝聚。因此，进行将电极的附着物除去的处理。附着物的除去可以通过例如使电极的温度上升而进行。另外，将从电极除去附着物称为电极的再生。
[0037]但是，在排气中的HC浓度较高时，由检测装置检测到的电流变大，因此难以与经由电极的附着物流动电流的情况区别。因此，在检测到的电流大于第三阈值时，禁止判定装置的判定。由此，尽管不需要，也能抑制进行电极的再生处理。因此，例如在不需要时不会使电极的温度上升，能够提高燃料经济性。另外，第三阈值可以是检测电流不受排气中的HC浓度的影响时的上限值，是能够判定是否需要电极的再生的电流的上限值。第三阈值可以是与第二阈值相同的值。
[0038]根据本发明，能够利用颗粒状物质处理装置高精度地推定排气中的HC浓度。【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1是表示实施例的颗粒状物质处理装置的概略结构的图。
[0040]图2是表示由检测装置检测的电流的推移的图。
[0041]图3是表示实施例1的点火正时的控制流程的流程图。
[0042]图4是表示实施例2的控制流程的流程图。
[0043]图5是表示实施例2的PM减少处理的控制流程的流程图。
[0044]图6是表示用于根据内燃机转速和内燃机负荷计算出PM颗粒数的映射的一例的图。
[0045]图7是表示用于根据来自内燃机的排气量(g / sec)和PM颗粒数(XlO5个/ cm3)计算出施加电压(V )的映射的一例的图。
[0046]图8是表示实施例2的电极的再生处理的流程的流程图。
[0047]图9是表示实施例3的控制流程的流程图。
【具体实施方式】
[0048]以下，基于【专利附图】
【附图说明】本发明的颗粒状物质处理装置的【具体实施方式】。
[0049](实施例1)
[0050]图1是表示本实施例的颗粒状物质处理装置I的概略结构的图。颗粒状物质处理装置I设于火花点火式的汽油内燃机的排气通路2。在内燃机设有火花塞75。
[0051]颗粒状物质处理装置I具有两端连接于排气通路2的外壳3而构成。外壳3的材料使用不锈钢材料。外壳3形成为直径比排气通路2大的中空的圆柱形。外壳3的两端形成为越接近端部而截面积越小的锥状。另外，在图1中，排气沿箭头方向在排气通路2流动，流入外壳3内。因此,夕卜壳3可以作为排气通路2的一部分。另外,在本实施例中,夕卜壳3相当于本发明的处理部。
[0052]排气通路2和外壳3经由绝缘部4而连接。绝缘部4由电绝缘体构成。绝缘部4被形成于排气通路2的端部的凸缘21和形成于外壳3的端部的凸缘31夹着。排气通路2和外壳3例如通过螺栓及螺母而紧固连接。并且，为使不经由这些螺栓及螺母而流动电流，对这些螺栓及螺母也实施绝缘处理。如此，在排气通路2与外壳3之间不流动电流。
[0053]在外壳3安装有电极5。电极5贯穿外壳3的侧面，从该外壳3的侧面向该外壳3的中心轴向延伸而在该中心轴附近向排气流的上游侧弯折，与该中心轴平行地朝向排气流的上游侧延伸。因此，电极5的端部位于外壳3的中心轴附近。此外，为使在电极5与外壳3之间不流动电流，在电极5设有由电绝缘体构成的绝缘子(碍子)部51。该绝缘子部51位于电极5与外壳3之间,具有将电绝缘、且将电极5固定于外壳3的作用。
[0054]并且，电极5经由电源侧电线52与电源6连接。电源6能够向电极5通电，并改变施加电压。该电源6经由电线与控制装置7及电池8连接。控制装置7控制电源6施加给电极5的电压。
[0055]此外，在外壳3连接有接地侧电线53，该外壳3经由接地侧电线53而接地。在接地侧电线53设有检测通过该接地侧电线53的电流的检测装置9。检测装置9例如通过测定设于接地侧电线53中途的电阻的两端的电位差来检测电流。该检测装置9经由电线与控制装置7连接。并且，由检测装置9检测到的电流被输入控制装置7。另外，在本实施例中，接地侧电线53相当于本发明的接地部。
[0056]另外，在控制装置7连接有油门(加速踏板)开度传感器71、曲轴位置传感器72、温度传感器73、空气流量计74。油门开度传感器71输出与驾驶者踏下油门的量相应的电信号，检测内燃机负荷。曲轴位置传感器72检测内燃机转速。温度传感器73通过检测内燃机的冷却水的温度或润滑油的温度来检测内燃机的温度。空气流量计74检测内燃机的吸入空气量。此外，控制装置7控制火花塞75的点火正时。
[0057]在这样构成的颗粒状物质处理装置I中，通过从电源6向电极5施加负的直流高电压，从而从该电极5放出电子。S卩，通过使电极5的电位比外壳3低,从而从电极5放出电子。于是，能够通过该电子使排气中的PM带负电。带负电的PM在库仑力和气流的作用下移动。并且，当PM到达外壳3时，使PM带负电的电子被向该外壳3放出。向外壳3放出了电子的PM发生凝聚而颗粒径变大。此外，通过PM发生凝聚，PM的颗粒数减少。S卩，通过向电极5施加电压，能够增大PM的颗粒径且减少PM的颗粒数。
[0058]另外，在本实施例中，使电极5向排气流的上游侧弯折，但也可以取代之，使其向下游侧弯折。在此，若如本实施例这样，使电极5朝向排气流的上游侧弯折，则PM难以附着到绝缘子部51。即，能够在比绝缘子部51靠上游侧使PM带电，因此该PM朝向外壳3的内周面。因此，与绝缘子部51冲撞的PM减少，所以PM难以附着到该绝缘子部51。但是，若使电极5朝向排气流的上游侧弯折，则电极5从排气流受到力而容易变形。因此，适于电极5较短的情况。另一方面，若使电极5朝向排气流的下游侧弯折，则PM容易附着于绝缘子部51，但电极5即使从排气流受到力也难以变形。因此，耐久性及可靠性提高，能够使电极5长。
[0059]此外，若排气中含有作为未燃燃料的HC，则向电极5施加了电压时，HC成为电子的载体而流动电流。在HC浓度高时，流动比经由排气中的PM流通的电流大的电流。
[0060]在此，图2是表示由检测装置9检测的电流的推移的图。横轴是从内燃机的起动起的经过时间。在时间为O时内燃机被起动。图2表示使施加电压变化，在各施加电压下分别检测到的电流的推移。如图2所示，无论在哪个施加电压下，在从内燃机的起动到A的期间中检测电流都较大，但此后的检测电流较小。该较大的检测电流是由排气中的HC产生的离子电流。S卩，在从内燃机的起动到大致A的期间，由于由从内燃机排出的HC产生的离子电流，检测电流变得较大。另外，A可以例如为20秒。
[0061]另外，在经过了从内燃机的起动到大致A的期间之后，流入外壳3的HC浓度降低，因此几乎不产生离子电流。另外，HC浓度降低的情况可想到从内燃机排出的HC量降低的情况，或由于催化剂的活性化将HC净化的情况。并且，此时检测的电流主要是经由在排气中浮游的PM而流通的电流。另外，在图2所示的检测电流中，在从内燃机的起动到大致A的期间产生离子电流，但根据内燃机的运转状态、燃料种类等，发生离子电流的时期不同。
[0062]并且，由HC产生的离子电流远大于经由PM流通的电流。因此，可以说由检测装置9检测到的电流与排气中的HC浓度存在相关关系。因此，通过检测电流，能够推定排气中的HC浓度。即，可以使用颗粒状物质处理装置I作为检测排气中的HC浓度的HC传感器。由检测装置9检测到的电流与HC浓度的关系可以预先通过实验等而求出。
[0063]并且，在HC浓度高于容许的上限(第一阈值)时，为了减少HC浓度而延迟点火正时。在此，通过延迟点火正时，从内燃机排出的气体的温度上升。因此，促进在排气通路2中HC与氧的反应，所以HC浓度降低。即，即使在汽缸内HC浓度高，也能在排气通路2内降低HC浓度。此外，通常在排气通路2设有催化剂，由于排气的温度变高，催化剂的温度迅速上升。于是，由于催化剂的活性化使得HC浓度降低。另外，在本实施例中，可以在比颗粒状物质处理装置I靠上游侧设置用于使HC氧化的催化剂。由此，在催化剂活性化后，HC几乎不流入外壳3，所以消除由HC导致检测电流增加。于是，能够容易进行用于使PM凝聚的控制。
[0064]此外，由于具有绝缘部4，因此向排气通路2流通电流受到抑制。因此，经由PM、HC流向外壳3的电流被检测装置9检测到。此外，通过在接地侧电线53检测电流，能够提高电流的检测精度。通常，使电源侧电线52的布线比接地侧电线53的布线长或粗。于是，假设在电源侧电线52检测电流的情况下，所检测到的电流的上升及下降相对于实际的电流的变化缓慢。因此，存在电流的检测精度变低的问题。
[0065]另一方面，在接地侧电线53，能够使布线相对短且细。因此，在接地侧电线53检测电流时，对于实际的电流变化的响应性高。因此，通过在接地侧电线53检测电流，能够更准确地检测电流。即，能够更准确地推定HC浓度。
[0066]接着，图3是表示本实施例的点火正时的控制流程的流程图。本例程由控制装置7每隔预定的时间反复执行。
[0067]在步骤S101，计算对电极5的施加电压。施加电压根据所推定的PM颗粒数(个/cm3)而设定。该PM颗粒数是从内燃机排出的PM颗粒数，是流入外壳3之前的PM颗粒数。PM颗粒数，与内燃机转速、内燃机负荷及内燃机的温度(例如，润滑油的温度或冷却水的温度)存在相关关系，因此基于这些值来计算。可以与内燃机的温度对应地存储多个用于根据内燃机转速和内燃机负荷计算PM颗粒数的映射(map),基于该映射计算PM颗粒数。
[0068]另外，内燃机转速由曲轴位置传感器72检测，内燃机负荷由油门开度传感器71检测。此外，内燃机的温度由温度传感器73检测。此外，也可以将检测PM颗粒数的传感器安装于比外壳3更靠上游侧的排气通路2，利用该传感器检测PM颗粒数。
[0069]然后，基于该PM颗粒数及内燃机的排气量(g / sec)计算施加电压。该关系可以预先通过实验等而求出并做成映射。内燃机的排气量，与内燃机的吸入空气量存在相关关系，因此可以基于由空气流量计74检测的吸入空气量而求出。
[0070]在此，排气量越少，则PM的惯性力越小，因此相对地静电作用的影响变大。因此，PM容易凝聚。因此，排气量越少，在越小的施加电压下PM发生凝聚。因此，排气量越少，则使施加电压越小。此外，PM颗粒数越多，则PM颗粒之间的距离越短，因此相对地静电作用的影响变大。因此PM颗粒数越多，则在越小的施加电压下PM发生凝聚。因此，PM颗粒数越多，则越减小施加电压。此外，施加电压例如也可以是使PM颗粒数的减少率成为预定值(例如40%)的值。此外，也可以使施加电压为预先设定的规定值。在该情况下，可以设为能够检测出HC浓度的最低限的施加电压。即，使施加电压小于使PM凝聚时的施加电压。
[0071]然后，在计算出施加电压后，进入步骤S102，检测电流。该电流是由检测装置9检测出的值。
[0072]在步骤S103，判定是否是内燃机刚刚起动后。在步骤S103中，判断是否是HC浓度可能变高的时期。即，内燃机刚刚起动后是指燃烧状态容易恶化时、催化剂发挥活性之前时、从内燃机排出的HC量较多时(也可以是HC浓度较高时)等。可以判定为从内燃机的起动开始到预定期间之间是刚刚起动后。此外，可以判定为从内燃机的起动开始进行延迟点火正时的控制的期间是内燃机起动时。此外，在步骤S103中，也可以判定是否是内燃机的起动时。
[0073]然后，在步骤S103判定为肯定时进入步骤S104，在判定为否定时不需要使HC浓度降低，所以结束本例程。
[0074]在步骤S104，判定在步骤S102得到的检测电流是否大于阈值IH。。在本步骤中，判定是否需要降低HC浓度。阈值Itc是HC浓度成为允许范围的上限值时的检测电流。该阈值Itc是预先通过实验等而求出并存储于控制装置7中。另外，在本实施例中，阈值Ire相当于本发明的第一阈值。
[0075]然后，在步骤S104判定为肯定时进入步骤S105，判定为否定时不需要使HC浓度降低，因此结束本例程。另外，在步骤S104，进行基于检测电流的判定，但由于检测电流与HC浓度存在相关关系，因此也可以根据检测电流计算出HC浓度，判定该HC浓度是否超过允许范围。只要预先通过实验等求出检测电流与HC浓度的关系并存储于控制装置7，就能够根据检测电流计算出HC浓度。即，在本实施例中，进行步骤S104的控制装置7相当于本发明的推定装置。
[0076]在步骤S105，使点火正时延迟。此时的延迟量可以使用预先设定的值。此外，检测电流越大，即HC浓度越高，则可以使点火正时的延迟量越大。S卩，由于HC浓度越高则离子电流变大，因此检测电流变大。HC浓度高时，进一步增大点火正时的延迟量，由此减少HC浓度。可以预先通过实验等求出检测电流与点火正时的延迟量的关系并做成映射。
[0077]在步骤S106，判定检测电流是否为阈值Ire以下。即，判定是否通过增大点火正时的延迟量而HC浓度降低到了允许范围。
[0078]在步骤S106判定为肯定时结束本例程，判定为否定时返回步骤S105，再次使点火正时延迟。
[0079]如此，能够使用检测电流推定排气中的HC浓度。并且，通过基于检测电流或HC浓度来对点火正时的延迟量进行反馈控制，由此能够降低排气中的HC浓度。在此，根据燃料种类的不同而HC浓度会发生变化，但无论使用哪种燃料，都能控制成所排出的HC浓度为阈值以下。
[0080](实施例2)
[0081]在本实施例中，在排气中的HC浓度为阈值以下后，进行PM减少处理或电极5的再生处理。其他装置等与实施例1相同，因此省略说明。
[0082]在此，PM减少处理是用于施加适于PM凝聚的电压的处理。在此，若增大施加于电极5的负的电压，则从电极5放出更多的电子。因此，能够促进PM的凝聚，因此能够进一步减少PM的颗粒数。但是，若对电极5施加的施加电压过大，则会引起电晕放电、电弧放电等强放电。若引起这样的强放电，则由于高速电子导致PM微细化。所以，为了促进PM的凝聚，优选调节成比引起电晕放电等强放电时低的电压。即，即使不发生电晕放电等强放电，也能使PM凝聚。
[0083]另一方面，若施加电压较大，则由检测装置9检测到的电流变大，且发生脉冲电流。并且，施加电压越大，发生脉冲电流的频率越高。该脉冲电流是由于电晕放电等强放电而产生。[0084]因此，在本实施例中，在发生了脉冲电流时减小施加电压。由此，抑制发生脉冲电流，抑制PM的颗粒数增加。另一方面，增大施加电压直到发生脉冲电流。由此，能够尽可能地提高施加电压，因此能够进一步促进PM的凝聚。另外，也可以在发生脉冲电流之前，根据电流读出发生脉冲电流的预兆，在脉冲电流发生之前减小施加电压。
[0085]此外，电极5的再生处理是指用于将附着在包括绝缘子部51的电极5的PM、水等附着物除去的处理。若PM等附着于电极5，则经由该附着物在电极5与外壳3之间流动电流。即，绝缘性降低。于是，难以使排气中浮游的PM带电，所以难以使PM凝聚。
[0086]因此，在本实施例中，判定是否在电极5与外壳3之间经由附着物流动电流，在判定为流动电流时执行电极5的再生处理。电极5的再生例如通过提高电极5的温度、或提高排气中的氧浓度而进行。
[0087]例如，通过一边使电极5短路一边从电源6施加电压，来进行电极5的再生处理。通过使电极5短路，能够使该电极5的温度上升，使附着物燃烧或蒸发而将其除去。此外，为了使PM迅速氧化，排气中的氧浓度高为好。因此，可以一边对电极5施加电压，一边提高排气中的氧浓度。例如，在具有内燃机和马达作为车辆的驱动源的混合动力车辆中，可以不对内燃机供给燃料而利用马达使内燃机的曲轴旋转。由此，能够从内燃机排出空气，因此能够提高排气中的氧浓度。此外，在使内燃机停止之前使内燃机转速暂时上升，在该内燃机转速高的状态时停止燃料的供给，由此能够使空气排出到排气通路内。并且，其后在内燃机停止了时使电极5短路或提高施加电压即可。此外，减速运转中的燃料切断时，排气中的氧浓度变闻，因此可以此时使电极5短路或提闻施加电压。
[0088]另外，基于由检测装置9检测的电流来判定是否经由附着物在电极5与外壳3之间流动电流。在电极5与外壳3之间未经由附着物流动电流时，相应于在排气中浮游的PM量而电流发生变化。因此，若推定排气中的PM量，检测与该推定的PM量相应的电流，则能够判定为在电极5与外壳3之间没有经由附着物流动电流。
[0089]另一方面，在电极5与外壳3之间经由附着物流动电流时，由检测装置9检测到的电流进一步变大。即，比起与所推定的排气中的PM量相应的电流(以下，也称为推定电流。)，检测到的电流(以下，也称为检测电流。)大。于是，若基于推定电流设定阈值，则通过比较该阈值与检测电流，能够判定是否经由附着物在电极5与外壳3之间流动电流。另外，阈值是考虑到各种传感器等的公差、误差而使推定电流具有富余量的值。可以在推定电流加上预定值，也可以在推定电流乘以预定值。
[0090]于是，若检测电流大于阈值，则能够判定为在电极5与外壳3之间经由附着物流动电流。另外，排气中的PM量根据内燃机的运转状态而变化，因此例如根据该内燃机的运转状态算出。此外，也可以具有检测PM量的传感器，利用该传感器获得排气中的PM量。此外，可以预先通过实验等求出在预定的运转状态(例如怠速运转状态)时的阈值，判定在该预定的运转状态时是否需要电极5的再生处理。此外，可以预先决定与检测电流比较的阈值。此时，可以根据运转状态改变阈值。
[0091]图4是表示本实施例的控制流程的流程图。本例程由控制装置7每隔预定的时间反复执行。另外，对于进行与图3所示的流程相同的处理的步骤标注相同的标记省略说明。在步骤S103或104判定为否定时，或在步骤S106肯定判定时，进入步骤S201。
[0092]另外，可以在步骤S103判定为是刚刚起动后时，使施加电压低于在步骤SlOl算出的施加电压。于是，能够抑制由于离子电流导致的电源6等的劣化。并且，可以再次取得检测电流。
[0093]在步骤S201，判定是否从内燃机的起动起的经过时间比预定时间A长、且检测电流小于阈值Ire2。在本步骤，判定在此后是否有HC浓度上升的危险。即，若自内燃机的起动起的经过时间短，则燃烧状态不稳定，因此即使HC浓度一度降低，HC浓度也可能再次上升。
[0094]此外，即使检测电流为阈值Ire以下，若在排气中含有HC，则也对检测电流造成影响。该检测电流也在实施PM减少处理时、实施电极5的再生处理时使用。并且，若检测电流中含有由HC引起的离子电流，则难以进行这些处理。因此，判定检测电流是否充分降低了。
[0095]从内燃机起动起的经过时间例如可以是从使内燃机起动的处理开始的时间点起的经过时间、或从内燃机转速上升到怠速旋转的时间点起的经过时间。根据采用哪个经过时间，预定时间A也不同。预定时间A是作为从内燃机排出的HC量充分降低所需的时间而预先通过实验等求出。阈值Itc2是作为在从内燃机排出的HC量小到能够进行是否需要电极5的再生的判定或进行PM减少处理时所检测到的电流，而预先通过实验等求出。另外，在本实施例中，进行步骤S201的处理的控制装置7相当于本发明的禁止装置。此外，在本实施例中，阈值Itc2相当于本发明的第二阈值或第三阈值。
[0096]在步骤S201判定为肯定时进入步骤S202，判定为否定时再次执行步骤S201。
[0097]在步骤S202，进行PM减少处理。在本步骤，计算最适于PM凝聚的施加电压。关于PM减少处理将后述。
[0098]接着，在步骤S203，进行电极5的再生处理。关于电极5的再生处理将后述。
[0099]接着，说明PM减少处理。图5是表示本实施例的PM减少处理的控制流程的流程图。本例程由控制装置7每隔预定的时间反复执行。
[0100]从步骤S301到S303，算出PM颗粒数(个/ cm3)。PM颗粒数是每立方厘米的PM颗粒的个数。该PM颗粒数是从内燃机排出的PM颗粒数，是流入外壳3之前的PM颗粒数。PM颗粒数，与内燃机转速、内燃机负荷及内燃机的温度(例如，润滑油的温度或冷却水的温度)存在相关关系，因此基于这些值计算。
[0101]因此，在步骤S301，取得内燃机转速及内燃机负荷。内燃机转速由曲轴位置传感器72检测，内燃机负荷由油门开度传感器71检测。此外，在步骤S302，取得内燃机的温度。内燃机的温度由温度传感器73检测。
[0102]在步骤S303，计算PM颗粒数。在此，图6是表示用于根据内燃机转速和内燃机负荷计算出PM颗粒数的映射的一例的图。控制装置7根据内燃机的温度存储多组该关系。然后，使用与所检测的内燃机的温度相应的映射，根据内燃机转速及内燃机负荷求出PM颗粒数。该映射预先通过实验等而求出。另外，可以使用这样的映射检测PM颗粒数，但也可以在比外壳3靠上游侧的排气通路2安装检测PM颗粒数的传感器，利用该传感器检测PM颗粒数。
[0103]然后，在步骤S304，基于在步骤S303计算出的PM颗粒数计算向电极5施加的施加电压。该施加电压是最初向电极5施加的电压。然后，将在步骤S304计算出的施加电压作为初始值，进行反馈控制以使得在不发生脉冲电流的范围内使施加电压最大。即，在本步骤中，为了缩短直到达到在不发生脉冲电流的范围内最大的施加电压为止的时间而设定施加电压的初始值。施加电压的初始值基于图7设定。
[0104]图7是表示用于根据来自内燃机的排气量(g / sec)与PM颗粒数(XlO5个/ cm3)计算施加电压(V)的映射的一例的图。该映射预先通过实验等而求出。来自内燃机的排气量，与内燃机的吸入空气量存在相关关系，因此能够基于由空气流量计74检测到的吸入空气量而求出。
[0105]在此，排气量越少，则PM的惯性力越小，因此相对地静电作用的影响变大。因此，PM容易凝聚。所以，排气量越少，在越小的施加电压下PM发生凝聚。因此，排气量越少，越减小施加电压。此外，PM颗粒数越多，则PM颗粒之间的距离越短，因此相对地静电作用的影响变大。因此PM颗粒数越多，在越小的施加电压下PM发生凝聚。因此，PM颗粒数越多，越减小施加电压。
[0106]另外，施加电压的初始值例如也可以是使PM颗粒数的降低率成为预定值(例如40%)那样的值。此外，可以使施加电压的初始值为预先设定的规定值。该规定值可以是具有富裕量以使得不产生脉冲电流的值。
[0107]然后，在计算出施加电压后，进入步骤S305，取得电流。该电流是由检测装置9检测的值。
[0108]然后，在步骤S306，判定是否存在电流的高频成分。脉冲电流能够作为电流的高频成分而抽取。因此，使由检测装置9检测到的电流通到高通滤波器，抽取高频成分。如此，在通过使电流通过高通滤波器而抽取到高频成分的情况下，判定为存在高频成分。
[0109]另外，关于是否存在电流的高频成分，也可以基于电流的标准偏差是否大于预定值而判定。在此，根据下式计算η次检测到的电流的标准偏差S。
[0110][数I]
【权利要求】
1.一种颗粒状物质处理装置，在内燃机的排气通路具有设有电极的处理部，通过在电极与处理部之间产生电位差来使PM凝聚，其特征在于，包括: 电源，与所述电极连接，施加电压； 绝缘部，在所述处理部与所述排气通路之间进行电绝缘； 接地部，使所述处理部接地； 检测装置，在所述接地部检测电流；和 推定装置，基于在由所述电源对所述电极施加了电压时由所述检测装置检测到的电流，推定排气中的HC浓度。
2.根据权利要求1所述的颗粒状物质处理装置， 包括控制装置，所述控制装置使所述内燃机的点火正时在由所述检测装置检测到的电流大于第一阈值的情况下比在由所述检测装置检测到的电流为该第一阈值以下的情况下延迟。
3.根据权利要求2所述的颗粒状物质处理装置， 由所述检测装置检测到的电流越大，所述控制装置使所述内燃机的点火正时的延迟量越大。
4.根据权利要求2或3所述的颗粒状物质处理装置， 所述控制装置在所述内燃机的起动时使点火正时延迟。
5.根据权利要求1?4中的任一项所述的颗粒状物质处理装置， 在由所述检测装置检测到的电流为第二阈值以下的情况下，执行使颗粒状物质凝聚的处理。
6.根据权利要求1?5中的任一项所述的颗粒状物质处理装置，包括: 再生装置，进行所述电极的再生； 判定装置，基于由所述检测装置检测到的电流，判定是否由所述再生装置进行电极的再生；和 禁止装置，在由所述检测装置检测到的电流大于第三阈值的情况下，禁止所述判定装置的判定。
【文档编号】F01N3/02GK103429861SQ201180039325
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2011年3月16日 优先权日:2011年3月16日
【发明者】三谷信一, 野村启, 村濑荣二 申请人:丰田自动车株式会社
相关技术
网友询问留言
已有0条留言
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！
1