本发明涉及通过捕集排气中所含的粒子状物质并进行氧化处理来净化排气的排气净化装置、和排气净化装置的控制方法。
背景技术
在日本特开2012－170869和日本特开2016－107173中公开了一种利用放电等离子体对排气中所含的粒子状物质进行氧化处理的排气净化装置。具体而言，这种排气净化装置被构成为：通过电集尘将粒子状物质捕集到氧化用基板上，并利用放电等离子体对堆积在氧化用基板上的粒子状物质进行氧化处理。
技术实现要素：
在上述排气净化装置中，在氧化用基板上堆积了某种程度的量的粒子状物质时就利用放电等离子体进行粒子状物质的氧化处理。但是，粒子状物质未必均匀地堆积，有时粒子状物质的堆积产生偏集。在该情况下，即使整体的堆积量未达到氧化处理的执行基准，在粒子状物质较多地堆积的场所也有时暂时堆积的粒子状物质剥离而流出。一次剥离了的粒子状物质由于粒径也大，且难以定性地带电，因此难以在下游再次捕集。
本发明提供能够抑制由所捕集了的粒子状物质的堆积的偏集引起的粒子状物质的剥离的排气净化装置和排气净化装置的控制方法。
本发明的第一方案为一种排气净化装置，其包含集尘装置、氧化处理装置和电子控制单元。上述集尘装置被构成为：对带电用电极与对向电极之间施加直流电压来将粒子状物质捕集到配置于对向电极的内侧的氧化用基板上。上述带电用电极配置于包含粒子状物质的排气的流路。上述对向电极构成上述流路的内壁面的至少一部分。上述氧化处理装置被构成为：对氧化用电极与对向电极之间施加交流电压来对堆积在氧化用基板上的粒子状物质进行氧化处理。上述氧化用电极设置于上述氧化用基板内，且被电介质覆盖了至少一部分。上述电子控制单元被构成为控制集尘装置和氧化处理装置。
上述电子控制单元被构成为：基于至少包含排气的流量和排气中的粒子状物质量的输入信息、至少包含带电用电极与对向电极之间的电场强度的设定信息、和采用氧化处理装置进行的氧化处理的历史信息，来推定堆积在氧化用基板上的粒子状物质在排气的流动方向上的堆积量的分布。上述电子控制单元被构成为：就上述堆积的粒子状物质的至少一部分而言，堆积量超过了阈值的情况下，执行采用氧化处理装置进行的氧化处理。
在上述构成中，输入信息是关于进行处理的排气的条件的信息。设定信息是关于用于捕集排气的装置侧的设定的信息。历史信息是关于目前为止的氧化处理的历史的信息，也就是说，是关于由氧化处理所致的堆积量的减少的信息。另外，在此所说的堆积量，是指在排气的流动方向上的单位规定长度的堆积量。阈值为例如粒子状物质的剥离处于容许范围的堆积量的范围的上限。根据这样的构成，如果捕集了的粒子状物质的堆积产生偏集，并因该偏集而产生了堆积量超过阈值的部分，则即使是在作为整体的堆积量上尚有余地，也执行采用氧化处理装置进行的氧化处理。由此，能够抑制因捕集了的粒子状物质的堆积的偏集而引起的粒子状物质的剥离。
在上述排气净化装置中，上述氧化用电极可以包含在上述排气的流动方向上排列的多个部分电极。上述氧化处理装置可以被构成为能够按每个上述部分电极来执行上述氧化处理。根据这样的构成，能够仅对想进行氧化处理的场所施加交流电压，因此能够抑制耗电。在上述排气净化装置中，上述电子控制单元可以被构成为：利用与上述堆积量超过了上述阈值的部位对应的上述部分电极执行上述氧化处理。据此，能够限定于有可能引起粒子状物质的剥离的部位而执行氧化处理，因此能够将耗电抑制为较低，并且能够抑制粒子状物质的剥离。
在上述排气净化装置中，带电用电极可以具备在上述排气的流动方向上排列的多个放电部，集尘装置可以被构成为能够按每个放电部来执行放电。在该情况下，电子控制单元可以进一步具备带电位置控制部，所述带电位置控制部切换进行放电的放电部来使氧化用基板上的带电位置变化。通过使氧化用基板上的带电位置变化，能够使氧化用基板上的粒子状物质的堆积量的分布也变化。在上述排气净化装置中，上述电子控制单元可以被构成为：根据上述堆积量的分布的变化来切换进行放电的放电部。例如，通过将放电部切换到氧化用基板上的堆积量少的位置，能够降低在排气的流动方向上的粒子状物质的堆积的偏集。
在上述排气净化装置中，上述电子控制单元可以被构成为：利用与上述堆积量超过了上述阈值的部位对应的上述部分电极执行上述氧化处理。上述电子控制单元可以被构成为：在执行上述氧化处理的上述部分电极的位置的粒子状物质的堆积速度大于粒子状物质的氧化速度的情况下，切换进行放电的放电部，以使带电位置从执行上述氧化处理的上述部分电极的位置向别的位置移动。据此，能够抑制氧化处理来不及而堆积的粒子状物质剥离的情况。
本发明的第二方案提供一种排气净化装置的控制方法。上述排气净化装置包含集尘装置、氧化处理装置和电子控制单元。上述集尘装置被构成为：对带电用电极和对向电极之间施加直流电压来将粒子状物质捕集到氧化用基板上，所述带电用电极配置于包含粒子状物质的排气的流路，所述对向电极构成上述流路的内壁面的至少一部分，所述氧化用基板配置于上述对向电极的内侧。上述氧化处理装置被构成为：对氧化用电极与上述对向电极之间施加交流电压，来对堆积在上述氧化用基板上的粒子状物质进行氧化处理，所述氧化用电极设置在上述氧化用基板内，且被电介质覆盖了至少一部分。电子控制单元被构成为控制上述集尘装置和上述氧化处理装置。上述控制方法包括以下步骤：基于至少包含排气的流量和排气中的粒子状物质量的输入信息、至少包含上述带电用电极与上述对向电极之间的电场强度的设定信息、和采用上述氧化处理装置进行的氧化处理的历史信息，由上述电子控制单元推定堆积在上述氧化用基板上的粒子状物质在排气的流动方向上的堆积量的分布；以及，对于上述堆积的粒子状物质的至少一部分，上述堆积量超过了阈值的情况下，由上述电子控制单元执行采用上述氧化处理装置进行的氧化处理。
如以上所述，本发明涉及的排气净化装置，推定堆积在氧化用基板上的粒子状物质在排气的流动方向上的堆积量的分布，对于至少一部分，堆积量超过了阈值的情况下，执行采用氧化处理装置进行的氧化处理。通过本发明涉及的排气净化装置的这样的动作，能够抑制因捕集的粒子状物质的堆积的偏集引起的粒子状物质的剥离。
附图说明
下面，参照附图来对本发明的典型实施方式的特征、优点、以及技术和工业上显著意义进行说明，在所述附图中，相同的标记表示相同的构件，其中，
图1为表示本发明的实施方式1涉及的排气净化装置的结构的图。
图2为对在排气的流动方向上的带电位置的定义进行说明的图。
图3为表示pm堆积量推定模型的图。
图4为表示距起点的距离与推定堆积量的关系的一例的图。
图5为表示本发明的实施方式1涉及的电子控制单元的构成的框图。
图6为表示本发明的实施方式1涉及的氧化处理控制的控制流程的流程图。
图7为表示本发明的实施方式2涉及的氧化用基板的结构的图。
图8为表示基于推定堆积量的部分电极的开/关控制的一例的图。
图9为表示本发明的实施方式2涉及的氧化用基板的变形例的结构的图。
图10为表示本发明的实施方式2涉及的氧化处理控制的控制流程的流程图。
图11为表示本发明的实施方式3涉及的带电位置控制的概要的图。
图12为表示本发明的实施方式3涉及的集尘装置的结构的一例的图。
图13为表示本发明的实施方式3涉及的电子控制单元的构成的框图。
图14为表示本发明的实施方式3涉及的氧化处理控制和带电位置控制的控制流程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。但是，在以下所示的实施方式中，在提及各要素的个数、数量、量、范围等的数值的情况下，除特别明示的情况以及在原理上明确确定为该数值的情况以外，本发明并不受该提及的数值限定。另外，在以下所示的实施方式中说明的结构、步骤等，除特别明示的情况以及明确地在原理上确定为其的情况以外，在本发明中未必是必需的。
关于排气净化装置的结构，首先，对本发明的实施方式1涉及的排气净化装置的结构进行说明。图1为表示实施方式1涉及的排气净化装置的结构的图。排气净化装置10为汽车用的排气净化装置，其设置于内燃机2的排气管4。再者，对内燃机2的种类并无限定。例如，内燃机2可以为火花点火式内燃机，也可以为压缩着火式内燃机。
排气净化装置10具有筒状的外壳12，通过外壳12划分出的内部空间14成为排气流动的流路。以下，将该内部空间14称为排气流路14。排气净化装置10具备：集尘装置6，其捕集排气中所含的粒子状物质(以下称为pm)；氧化处理装置8，其对捕集了的pm进行氧化处理；和电子控制单元100，其控制集尘装置6和氧化处理装置8。
集尘装置6具备带电用电极20。带电用电极20具有：主轴部20a，其配置于排气流路14的中央部、且在排气流路14的长度方向上延伸；和多个放电部20b，其从主轴部20a向排气流路14的径向突出。多个放电部20b在排气的流动方向上以一定的间隔排列。集尘装置6包含构成排气流路14的内壁面的外壳12来作为与带电用电极20成对的对向电极。外壳12的至少一部分为导电性的，该导电性的部分作为对向电极发挥功能。外壳12的作为对向电极发挥功能的部分被接地。集尘装置6具备直流电压发生装置24，所述直流电压发生装置24用于对带电用电极20与外壳12之间施加高压的直流电压。直流电压发生装置24经由导线24a和绝缘子24b与带电用电极20连接。绝缘子24b采用有机硅塞24c固定于外壳12。
氧化处理装置8具备氧化用基板30。氧化用基板30设置于外壳12的内侧的、用通过中心轴的水平面将外壳12一分为二时成为下侧的部分。氧化用基板30被设置为在排气流路14的长度方向上覆盖带电用电极20的多个放电部20b所配置的区域。氧化用基板30包含氧化用电极30b和覆盖氧化用电极30b的电介质30a、且被配置成电介质30a与外壳12的内表面接触。氧化处理装置8包含外壳12来作为与氧化用电极30b成对的对向电极。外壳12的与氧化用基板30接触的面具有导电性。氧化处理装置8具备交流电压发生装置34，所述交流电压发生装置34用于对氧化用电极30b与外壳12之间施加高压的交流电压。交流电压发生装置34经由导线34a和绝缘子34b与氧化用电极30b连接。绝缘子34b用有机硅塞34c固定于外壳12。
电子控制单元100具备至少1个处理器102和至少1个存储器104。通过读取被存储于存储器104中的计算机程序并由处理器102执行，从而在电子控制单元100中实现各种功能。发动机转速传感器110、空气流量计112等各种传感器与电子控制单元100电连接。电子控制单元100从这些各种传感器的信号取得控制集尘装置6或者氧化处理装置8所需的输入信息。例如，从空气流量计112的信号得到被内燃机2吸入的空气的流量，由该吸入空气流量得到采用排气净化装置10处理的排气的流量。另外，由从空气流量计112的信号得到的吸入空气流量、和从发动机转速传感器110的信号得到的发动机转速，得到内燃机2的负荷率。如果内燃机2的负荷率和发动机转速确定，则内燃机2的运转状态被确定，可从内燃机2的运转状态得到排气中的pm量。
接着，对具有上述的结构的排气净化装置10的作用进行说明。电子控制单元100能够使集尘装置6和氧化处理装置8独立地工作。若电子控制单元100使集尘装置6工作，则由直流电压发生装置24对带电用电极20与外壳12之间施加直流高电压。由此，离子从带电用电极20的放电部20b向外壳12飞出，使排气中所含的pm带负电。带负电的pm被离子风引导到外壳12侧，并聚集在配置于外壳12的内侧的氧化用基板30上。
若电子控制单元100使氧化处理装置8工作，则由交流电压发生装置34对氧化用基板30内的氧化用电极30b与外壳12之间施加交流高电压。由此，在氧化用电极30b的周围的电介质30a的表面产生放电现象，并在其周围的区域产生放电等离子体。放电等离子体使臭氧、活性氧等产生。堆积于氧化用基板30上的pm被这些臭氧、活性氧氧化，即被燃烧，并从氧化用基板30上除去。
接着，对实施方式1的氧化处理控制的概要进行说明。采用集尘装置6进行的pm的捕集，优选在从内燃机2排出包含pm的排气的期间持续地进行。另一方面，采用氧化处理装置8进行的pm的氧化处理不需要总是进行，捕集到某种程度的量的pm后执行氧化处理即可。这是由于：越提高氧化处理的执行频率，耗能越增大，作为车辆整体的燃油经济性恶化。但是，若弄错执行氧化处理的定时，则堆积在氧化用基板30上的pm会剥离而从排气净化装置10流出。
在本实施方式中，管理将氧化用基板30在排气的流动方向假想性地分割为多个区域的情况下的每个区域的堆积量，而不是管理堆积在氧化用基板30上的pm的总堆积量。具体而言，例如，如图2所示，将氧化用基板30在排气的流动方向分割为3个区域。成为区域边界的位置1、2、3与在排气的流动方向上的某个放电部20b的位置对应。由于通过来自放电部20b的放电而使pm带电，因此，以下将这些位置称为带电位置。另外，将氧化用基板30的上游侧的端(或者，氧化用基板30上的带电区域的上游侧的端)定义为带电位置0。在图2中，带电位置1与从排气的流动方向上游起算的第2个放电部20b的位置对应，带电位置2与第4个放电部20b的位置对应，带电位置3与第6个放电部20b的位置对应。带电位置0、1之间的距离、带电位置1、2之间的距离、带电位置2、3之间的距离全部为等距离。再者，在此，将氧化用基板30在排气的流动方向上分割成了3个区域，但氧化用基板30的分割数也可以为2，也可以分割成多于3的数量的区域。
在本实施方式中，分别推定从带电位置0到带电位置1的pm的堆积量、从带电位置1到带电位置2的pm的堆积量、以及从带电位置2到带电位置3的pm的堆积量。也就是说，推定堆积在氧化用基板30上的pm的在排气的流动方向上的堆积量的分布。在该推定中使用图3所示的pm堆积量推定模型。pm堆积量推定模型是：基于作为关于进行处理的排气的条件的信息的输入信息、作为关于用于捕集排气的装置侧的设定的信息的设定信息、和作为关于目前为止的氧化处理的历史的信息的历史信息，来推定在排气的流动方向上的堆积量的分布的物理模型。
pm堆积量推定模型，例如能够用由式1和式2所示的捕集效率的计算式、式3、式4和式5所示的堆积量的增加量的计算式、和式6所示的堆积量的计算式来表示。
ηn＝1-expk(-ωe·an/ga)…式1
ωe＝ve＝q·e·cm/(3π·μ·dp)…式2
δgi1＝qs·η1·δt…式3
δgi2＝qs·η2·δt-δgi1…式4
δgi3＝qs·η3·δt-δgi1-δgi2…式5
gn＝∑δgin…式6
在式1中，ηn为在带电位置n的捕集效率，k为系统固有的修正系数，an为在带电位置n的有效基板面积(m2)，ga为排气流量(g/s)，ωe为分离速度(m/s)。有效基板面积an为从带电区域的上游端即带电位置0到带电位置n的面积。在式2中，ve为扩散电荷中的相位速度，q为粒子的带电量(c)，e为施加在带电用电极20与外壳12之间的电场强度(v/m)，cm为坎宁安(cunningham)修正系数，μ为气体的粘度(pa·s)，dp为粒径(m)。
在式3、式4和式5中，qs为与排气一起向排气净化装置10流入的每单位堆积时间的pm量(以下称为瞬时流入pm量)，δt为单位堆积时间。而且，δgi1为从带电位置0到带电位置1的区间中的每单位堆积时间的堆积量的增加量，δgi2为从带电位置1到带电位置2的区间中的每单位堆积时间的堆积量的增加量，δgi3为从带电位置2到带电位置3的区间中的每单位堆积时间的堆积量的增加量。
在式6中，gn为从带电位置n－1到带电位置n的区间中的pm的堆积量，δgin为从带电位置n－1到带电位置n的区间中的每单位堆积时间的堆积量的增加量。通过将每单位堆积时间的堆积量的增加量δgin进行累积，算出当前时间点的堆积量gn。在这些式子中使用的参数之中，至少排气流量ga和瞬时流入pm量qs是根据运转条件而变化的变量，其包含在上述的输入条件中。另外，至少电场强度e是在集尘装置6中被设定的变量，其包含在上述的设定条件中。另外，式6的堆积量gn的值基于氧化处理的历史信息而被初始化。被初始化时的堆积量gn的初始值，例如由氧化处理的执行时间、氧化速度来算出。如果是进行了对于堆积量而言足够的时间的氧化处理，则堆积量gn的初始值被设为零。
图4为表示使用上述的pm堆积量推定模型而得到的计算结果的一例的图。在图4中，用曲线来表示将带电位置0作为起点时的距起点的距离与推定堆积量的关系。通过使用了pm堆积量推定模型的计算，能得到带电位置1、带电位置2和带电位置3的各位置的推定堆积量。再者，如上述那样，例如带电位置2的推定堆积量意指：从带电位置1到带电位置2的区间中的推定堆积量。
在本实施方式中，将各带电位置的推定堆积量与预先设定的阈值进行比较。阈值，例如为pm的剥离处于容许范围的堆积量的范围的上限。而且，如果在全部的带电位置推定堆积量均处于阈值以下，则将氧化处理装置8维持为停止状态，但是，在至少一个带电位置推定堆积量超过了阈值的情况下，使氧化处理装置8工作来执行氧化处理。在图4所示的例子中，由于在带电位置1和带电位置2推定堆积量超过了阈值，因此执行采用氧化处理装置8进行的氧化处理。
根据以上说明的内容的氧化处理控制，要是氧化用基板30上的pm的堆积产生偏集，并因该偏集而产生了堆积量超过阈值的部分，则即使是作为整体的堆积量尚有余地的情况，也执行采用氧化处理装置8进行的氧化处理。由此，能够抑制因捕集了的pm的堆积的偏集引起的pm的剥离，因而也能抑制因剥离的pm的流出而使排气性能恶化的情况。
接着，对在本实施方式中采用的氧化处理控制的详细情况进行说明。图5为表示本实施方式涉及的电子控制单元100的构成的框图。如图5中用框所描绘的那样，电子控制单元100具备堆积量分布推定部100a和氧化处理控制部100b。它们对应于被存储于电子控制单元100的存储器104中的计算机程序或其一部分。
堆积量分布推定部100a被构成为使用上述的pm堆积量推定模型来计算各带电位置的推定堆积量。而且，如在概要中所说明的那样，氧化处理控制部100b被构成为：基于由堆积量分布推定部100a计算出的各带电位置的推定堆积量与阈值的比较，来控制采用氧化处理装置8进行的氧化处理的开/关。
图6为表示在本实施方式中由电子控制单元100执行的氧化处理控制的控制流程的流程图。从存储器104读取基于该流程图所作成的计算机程序，并由处理器102以规定的控制周期执行，由此由电子控制单元100实现堆积量分布推定部100a的功能和氧化处理控制部100b的功能。
如图6所示，氧化处理控制的控制流程由从步骤s101到步骤s109的处理构成。电子控制单元100按从1到3的每个带电位置来实施用该控制流程表示的处理。再者，流程图中的下标n意指进行与带电位置n对应的处理。
首先，在步骤s101中，判定pm的氧化处理是否为关(off)、即氧化处理是否未被执行。在已执行氧化处理的情况下，跳过其余的步骤而结束本控制流程。
在氧化处理还未被执行的情况下，进行从步骤s101到步骤s108的处理。在步骤s102中，取得作为输入信息之一的排气流量ga。对于排气流量ga的取得，可使用例如空气流量计112的信号。在步骤s103中，取得作为输入信息之一的瞬时流入pm量qs。对于瞬时流入pm量qs的取得，可使用例如以发动机转速和负荷率为自变量的映射图(map)。发动机转速从发动机转速传感器110的信号得到，负荷率根据吸入空气流量和发动机转速来计算出。在步骤s104中，取得作为设定信息之一的带电用电极20与外壳12之间的电场强度e。电场强度e根据从直流电压发生装置24对带电用电极20与外壳12之间施加的直流电压的电压值来计算出。
在步骤s105中，使用式1和式2来算出带电位置n的捕集效率ηn。在该计算中，使用在步骤s102中所取得的排气流量ga、和在步骤s104中所取得的电场强度e。在步骤s106中，使用式3至式5中的任一个式子来算出带电位置n的堆积量的增加量δgin。在该计算中，使用在步骤s103中所取得的瞬时流入pm量qs、和在步骤s105中算出的捕集效率ηn。进而，在步骤s107中，使用式6，基于在步骤s106中算出的增加量δgin，来更新带电位置n的堆积量gn。
在步骤s108中，判定在步骤s107中所更新了的堆积量gn是否大于阈值α1。堆积量gn越大，堆积的pm剥离而向下游流动的可能性越高。阈值α1为pm的剥离处于容许范围的堆积量的范围的上限。在关于全部的带电位置n进行了步骤s108的判定时，若在全部的带电位置n上堆积量gn为阈值α1以下，则不进行pm的氧化处理。但是，在至少1个带电位置n上堆积量gn大于阈值α1的情况下，选择步骤s109来进行采用氧化处理装置8进行的pm的氧化处理。
接着，对本发明的实施方式2进行说明。实施方式2涉及的排气净化装置的基本结构，与实施方式1涉及的排气净化装置共通。因此，当在以下的说明中提及排气净化装置的结构的情况下，除特别明示的情况以外，请参照图1。
本实施方式的特征之一在于氧化用基板30的结构。图7为表示本实施方式涉及的氧化用基板30的结构的图。本实施方式涉及的氧化用基板30，由在排气的流动方向上排列的多个部分基板301―306构成。虽然省略了图示，但是，从交流电压发生装置34施加交流电压的氧化用电极，设置于部分基板301―306的每一个上。按每个部分基板301―306来设置的氧化用电极(以下称为部分电极)与交流电压发生装置34分别连接，能够按每个部分电极来施加交流电压。也就是说，在本实施方式中，能够按每个部分基板301―306来执行通过从交流电压发生装置34施加交流电压来进行的氧化处理。
根据具有这样的结构的氧化用基板30，能够仅对想进行氧化处理的场所施加交流电压，因此能够抑制排气净化装置整体的耗电。以下，使用图8来对其具体例进行说明。
在图8中描绘出各带电位置的推定堆积量、在排气的流动方向上的各带电位置和各部分基板301―306的位置关系。在图8所示的例子中，带电位置1的推定堆积量超过阈值，带电位置2、3的推定堆积量未超过阈值。在该情况下，能够判断为：引起所堆积的pm的剥离的可能性高的部位为从带电位置0到带电位置1的部位。
在图8所示的例子中，与从带电位置0到带电位置1的部位对应的部分基板为部分基板301和302。因此，在本实施方式中，不进行采用部分基板303－306来进行的氧化处理，而仅采用部分基板301和部分基板302进行氧化处理。图8中的“on”意指对所对应的部分基板内的部分电极施加交流电压，“off”意指没有对所对应的部分基板内的部分电极施加交流电压。通过这样地限定于有可能pm剥离的部位来执行氧化处理，能够将耗电抑制为较低，并且能够抑制pm的剥离。
再者，本实施方式涉及的氧化用基板30，也能够如图9所示那样地变形。在图9所示的变形例中，独立的多个部分电极30b1－30b6在排气的流动方向上排列。这些部分电极30b1－30b6设置于同一基板内，以使得共有一个电介质30a。通过按每个部分电极30b1－30b6来控制交流电压的施加和停止，能够按每个部分电极30b1－30b6来进行氧化处理。
本实施方式的另一特征在于使用了pm堆积量推定模型的pm的堆积量的计算方法。如上述那样，在本实施方式中，能够按每个部分电极来进行氧化处理。因此，由进行氧化处理的结果所致的pm的堆积量的减少情况也按每个部分电极而不同。因此，为了更精度良好地推定在排气的流动方向上的pm的堆积量的分布，在本实施方式中，使用如以下那样构成的pm堆积量推定模型来计算各带电位置的pm的推定堆积量。
本实施方式涉及的pm堆积量推定模型，例如能够用由上述的式1和式2所示的捕集效率的计算式、上述的式3、式4和式5所示的堆积量的增加量的计算式、式7所示的pm的氧化量的计算式、式8所示的堆积量的变化量的计算式、和代替式6而由式9所示的堆积量的计算式来表示。
δgdn＝z·v·δt…式7
δgn＝δgin-δgdn…式8
gn＝∑δgn…式9
在式7中，δgdn为从带电位置n－1到带电位置n的区间中的每单位堆积时间的pm的氧化量，z为作为基板的氧化能力的基板的固有值，v为pm的氧化速度(g/s)。氧化速度v依赖于对各部分电极施加的交流电压的大小。因此，如果是所施加的交流电压的大小按每个部分电极来控制，则氧化速度v的值作为根据带电位置n而不同的变量来对待，而不是在带电位置间共用的常数。
在式8中，δgn为从带电位置n－1到带电位置n的区间中的每单位堆积时间的堆积量的变化量。由于堆积量减少pm通过氧化处理而被除去的量，因此从每单位堆积时间的堆积量的增加量δgin减去每单位堆积时间的pm的氧化量δgdn而得到的量为每单位堆积时间的堆积量的变化量δgn。
在式9中，通过将每单位堆积时间的堆积量的变化量δgn进行累积，从而算出当前时间点的堆积量gn。在本实施方式中，使用式1－5、7－9推定出的堆积量gn在氧化处理控制中被使用。
接着，对在本实施方式中采用的氧化处理控制的详细情况进行说明。用于进行氧化处理控制的电子控制单元100的构成与实施方式1共通，为图5中用框所描绘的那样。本实施方式涉及的电子控制单元100，也具备堆积量分布推定部100a和氧化处理控制部100b。堆积量分布推定部100a被构成为：使用上述的pm堆积量推定模型来计算各带电位置的推定堆积量。氧化处理控制部100b被构成为：基于由堆积量分布推定部100a计算出的各带电位置的推定堆积量与阈值的比较，按每个部分电极来控制采用氧化处理装置8进行的氧化处理的开/关。
图10为在本实施方式中由电子控制单元100执行的氧化处理控制的控制流程的流程图。从存储器104读取基于该流程图作成的计算机程序，并由处理器102以规定的控制周期执行，由此由电子控制单元100实现堆积量分布推定部100a的功能和氧化处理控制部100b的功能。
如图10所示，氧化处理控制的控制流程，由从步骤s201到步骤s217的处理构成。电子控制单元100按从1到3的每个带电位置来实施用该控制流程表示的处理。再者，流程图中的下标n意指进行与带电位置n对应的处理。
在步骤s201中，取得作为输入信息之一的排气流量ga。在步骤s202中，取得作为输入信息之一的瞬时流入pm量qs。在步骤s203中，取得作为设定信息之一的带电用电极20与外壳12之间的电场强度e。
在步骤s204中，使用式1和式2来算出带电位置n的捕集效率ηn。在该计算中，使用在步骤s201中所取得的排气流量ga、和在步骤s203中所取得的电场强度e。在步骤s205中，使用式3至式5的任意一个式子来算出带电位置n的堆积量的增加量δgin。在该计算中，使用在步骤s202中所取得的瞬时流入pm量qs、和在步骤s204中算出的捕集效率ηn。
在步骤s206中，判定采用与带电位置n对应的部分电极进行的pm的氧化处理是否为开、即采用与带电位置n对应的部分电极进行的氧化处理是否被执行。在不为氧化处理的执行中的情况下，控制流程进入到步骤s215。
在步骤s215中，基于在步骤s205中算出的堆积量的增加量δgin来更新带电位置n的堆积量gn。由于氧化处理未被执行，因此pm的氧化量为零，式8中的每单位堆积时间的堆积量的变化量δgn与每单位堆积时间的堆积量的增加量δgin相等。
在步骤s216中，判定在步骤s215中更新了的堆积量gn是否大于阈值α1。在堆积量gn大于阈值α1的情况下，选择步骤s217。在步骤s217中，对与带电位置n对应的部分电极施加交流电压，来执行利用与带电位置n对应的部分电极进行的氧化处理。例如，在图7所示的例子中，如果是带电位置2的堆积量g2变得大于阈值α1，则对部分基板303和304的各部分电极施加交流电压，来执行利用这些部分电极进行的氧化处理。另一方面，如果堆积量gn小于阈值α1，则不对与带电位置n对应的部分电极施加交流电压而维持未进行氧化处理的状态。
在步骤s206中，在利用与带电位置n对应的部分电极进行的氧化处理已被执行的情况下，控制流程进入到步骤s207。在步骤s207中，取得pm的氧化速度v。氧化速度v根据从交流电压发生装置34对与带电位置n对应的部分电极施加的交流电压的电压值来计算。在步骤s208中，使用式7来算出带电位置n的pm的氧化量δgdn。在该计算中，使用在步骤s207中取得的氧化速度v。而且，在步骤s209中，使用式8来算出带电位置n的堆积量的变化量δgn。在该计算中，使用在步骤s205中算出的堆积量的增加量δgin和在步骤s208中算出的pm的氧化量δgdn。
在步骤s210中，判定在步骤s209中算出的堆积量的变化量δgn是否为零以上的值。如果堆积量的变化量δgn小于零，则由于氧化处理的效果，pm的堆积量减少。但是，如果堆积量的变化量δgn为零以上，则尽管进行着氧化处理，但是pm的堆积量也不变或增大。只在堆积量的变化量δgn为零以上的情况下，选择步骤s211。在步骤s211中，使由交流电压发生装置34对与带电位置n对应的部分电极施加的交流电压的电压值上升。如果使施加电压的电压值上升，则由于pm的氧化速度v的上升，pm的氧化量δgdn增大，因此堆积量的变化量δgn减少。
在步骤s212中，使用式9，基于在步骤s209中算出的堆积量的变化量δgn来更新带电位置n的堆积量gn。
在步骤s213中，判定在步骤s212中更新了的堆积量gn是否小于阈值α2。在堆积量gn小于阈值α2的情况下，选择步骤s214。在步骤s214中，停止对与带电位置n对应的部分电极的交流电压的施加，停止利用与带电位置n对应的部分电极进行的氧化处理。也就是说，在步骤s213中所判定的条件是停止利用与带电位置n对应的部分电极进行的氧化处理的停止条件。为了避免氧化处理的开/关的频跳(chattering)，阈值α2被设定为比阈值α1小的值。
接着，对本发明的实施方式3进行说明。实施方式3涉及的排气净化装置的基本结构与实施方式1涉及的排气净化装置共通。因此，当在以下的说明中提及排气净化装置的结构的情况下，除特别明示的情况以外，请参照图1。
本实施方式的特征之一在于集尘装置6的功能。本实施方式涉及的集尘装置6被构成为：能够采用带电用电极20具有的多个放电部20b的各个，按每个放电部20b来执行放电。后面对用于实现这样的功能的具体结构进行叙述，通过使集尘装置6具备这样的功能，能够进行以下说明的带电位置控制。
图11为表示带电位置控制的概要的图。带电位置控制是依次切换进行放电的放电部20b来使氧化用基板30上的带电位置变化的控制。通过使氧化用基板30上的带电位置变化，能够使氧化用基板30上的pm的堆积量的分布也变化。在带电位置控制中，根据堆积量的分布的变化来切换进行放电的放电部20b。更详细而言，通过将放电部20b切换到氧化用基板30上的堆积量少的位置，来降低在排气的流动方向上的pm的堆积的偏集。
在此，使用图11对带电位置控制的具体例进行说明。图11描绘了在与带电位置1、2、3对应的3个放电部20b之间切换进行放电的放电部20b的例子。另外，在该具体例中，组合了在实施方式2中说明过的氧化处理控制、即按在排气的流动方向上排列的每个部分电极来执行氧化处理的控制。
在图11所示的步骤1中，采用与带电位置1对应的放电部20b进行放电。通过该放电，pm在氧化用基板30上的带电位置1的附近的部位堆积下去。在与步骤1接续的步骤2中，在利用与带电位置1对应的部分电极进行氧化处理的同时，将进行放电的放电部20b切换为与带电位置2对应的放电部20b。由此，在与带电位置1对应的部位堆积的pm被氧化处理从而减少下去。在与步骤2接续的步骤3中，将进行放电的放电部20b切换为与带电位置3对应的放电部20b。由此，氧化用基板30上的pm进行堆积的部位向排气的流动方向的下游侧移动。而且，在与步骤3接续的步骤4中，将进行放电的放电部20b再次切换为与带电位置1对应的放电部20b。由此，氧化用基板30上的pm进行堆积的部位再次向排气的流动方向的上游侧移动，从而实现氧化用基板30上的pm的堆积量的分布的均匀化。
图12为表示用于实现上述的带电位置控制的集尘装置6的结构的一例的图。在图12所示的例子中，集尘装置6具有的带电用电极20，由在排气的流动方向上排列的3个部分带电用电极201、202、203构成。对于部分带电用电极201、202、203，分别设置有放电部20b1、20b2、20b3。在该例中，集尘装置6用切换开关210将部分带电用电极201、202、203与直流电压发生装置24连接。通过操作切换开关210，能够切换放电部20b1、20b2、20b3与直流电压发生装置24的连接，并仅对所选择的放电部施加直流电压来进行放电。
接着，对在本实施方式中采用的氧化处理控制和带电位置控制的详细情况进行说明。图13为表示本实施方式涉及的电子控制单元100的构成的框图。如图13中用框所描绘的那样，电子控制单元100具备堆积量分布推定部100a、氧化处理控制部100b和带电位置控制部100c。它们对应于存储于电子控制单元100的存储器104中的计算机程序或其一部分。
堆积量分布推定部100a被构成为使用在实施方式2中说明过的pm堆积量推定模型来计算各带电位置的推定堆积量。氧化处理控制部100b被构成为：基于由堆积量分布推定部100a计算出的各带电位置的推定堆积量与阈值的比较，按每个部分电极来控制采用氧化处理装置8进行的氧化处理的开/关。带电位置控制部100c被构成为：根据pm的堆积量的分布的变化来切换进行放电的放电部，从而使氧化用基板30上的带电位置变化。
图14为表示在本实施方式中由电子控制单元100执行的氧化处理控制和带电位置控制的控制流程的流程图。从存储器104读取基于该流程图所作成的计算机程序，并由处理器102以规定的控制周期执行，由此由电子控制单元100实现堆积量分布推定部100a、氧化处理控制部100b和带电位置控制部100c的各功能。
如图14所示，氧化处理控制和带电位置控制的控制流程，由从步骤s301到步骤s320的处理构成。电子控制单元100按从1到3的每个带电位置来实施用该控制流程表示的处理。再者，流程图中的下标n意指进行与带电位置n对应的处理。
在步骤s301中，判定通过在带电位置n的放电而进行的静电集尘是否被实施。在带电位置n的放电被进行的情况下，进行从步骤s302到步骤s306的处理。在带电位置n的放电未被进行的情况下，跳过这些步骤。
在步骤s302中，取得作为输入信息之一的排气流量ga。在步骤s303中，取得作为输入信息之一的瞬时流入pm量qs。在步骤s304中，取得作为设定信息之一的带电用电极20与外壳12之间的电场强度e。
在步骤s305中，使用式1和式2来算出带电位置n的捕集效率ηn。在该计算中，使用在步骤s302中取得的排气流量ga和在步骤s304中所取得的电场强度e。在步骤s306中，使用式3至式5的任一个式子来算出带电位置n的堆积量的增加量δgin。在该计算中，使用在步骤s303中所取得的瞬时流入pm量qs和在步骤s305中算出的捕集效率ηn。
在步骤s307中，判定采用与带电位置n对应的部分电极进行的pm的氧化处理是否为开、即采用与带电位置n对应的部分电极进行的氧化处理是否被执行。在不为氧化处理的执行中的情况下，控制流程进入到步骤s318。
在步骤s318中，基于在步骤s306中算出的堆积量的增加量δgin来更新带电位置n的堆积量gn。由于氧化处理未被执行，因此pm的氧化量为零，式8中的每单位堆积时间的堆积量的变化量δgn与每单位堆积时间的堆积量的增加量δgin相等。
在步骤s319中，判定在步骤s318中更新了的堆积量gn是否大于阈值α1。在堆积量gn大于阈值α1的情况下，选择步骤s320。在步骤s320中，对与带电位置n对应的部分电极施加交流电压，来执行采用与带电位置n对应的部分电极进行的氧化处理。如果堆积量gn小于阈值α1，则不对与带电位置n对应的部分电极施加交流电压，维持不进行氧化处理的状态。
在步骤s307中，在利用与带电位置n对应的部分电极进行的氧化处理已被执行的情况下，控制流程进入到步骤s308。在步骤s308中，取得pm的氧化速度v。氧化速度v根据从交流电压发生装置34对与带电位置n对应的部分电极施加的交流电压的电压值来计算。在步骤s309中，使用式7来算出带电位置n的pm的氧化量δgdn。在该计算中，使用在步骤s308中所取得的氧化速度v。而且，在步骤s310中，使用式8来算出带电位置n的堆积量的变化量δgn。在该计算中，使用在步骤s306中算出的堆积量的增加量δgin和在步骤s309中算出的pm的氧化量δgdn。
在步骤s311中，判定在步骤s310中算出的堆积量的变化量δgn是否为零以上的值。如果堆积量的变化量δgn小于零，则由于氧化处理的效果，pm的堆积量减少。在该情况下，跳过步骤s312－314，控制程序进入到步骤s315。另一方面，在堆积量的变化量δgn为零以上的情况下，进而进入到步骤s312，判定在步骤s310中算出的堆积量的变化量δgn是否为大于零的规定的阈值β以上。
如果堆积量的变化量δgn小于阈值β，则选择步骤s314。在步骤s314中，使从交流电压发生装置34对与带电位置n对应的部分电极施加的交流电压的电压值上升。也就是说，如果相对于堆积量的增加量δgin，pm的氧化量δgdn为微小的程度，则提高施加电压来使pm的氧化速度v上升。堆积量的变化量δgn表示带电位置n的pm的堆积速度与pm的氧化速度之差。
在堆积量的变化量δgn大于阈值β的情况下，选择步骤s313。在步骤s313中，将进行放电的放电部从目前的放电部切换为别的放电部，由此将带电位置从目前的位置切换为别的位置。这是由于：在相对于pm的氧化量δgdn，堆积量的增加量δgin太大的情况下，也就是说，在带电位置n的pm的堆积速度比pm的氧化速度大很多的情况下，即使提高施加电压来使pm的氧化速度v上升，也有氧化处理来不及、堆积的pm剥离的风险。在那样的情况下，通过切换带电位置来停止进一步的pm的堆积，能够抑制堆积的pm的剥离。再者，作为切换目标(changeoverdestination)的带电位置，选择能够使在排气的流动方向上的pm的堆积量的分布更接近于均匀的位置。
在步骤s315中，使用式9，基于在步骤s310中算出的堆积量的变化量δgn来更新带电位置n的堆积量gn。
在步骤s316中，判定在步骤s315中更新了的堆积量gn是否小于阈值α2。在堆积量gn小于阈值α2的情况下，选择步骤s317。在步骤s317中，停止对与带电位置n对应的部分电极的交流电压的施加，停止利用与带电位置n对应的部分电极进行的氧化处理。