粒子状物质处理装置制造方法
【专利摘要】高精度推定PM的凝集量。一种粒子状物质处理装置，该粒子状物质处理装置在内燃机的排气通路具备设置有电极的处理部、通过使电极与处理部产生电位差而使PM凝集，其中，包括：电源，其连接于所述电极，施加电压；电流检测装置，其检测通过电极的电流；推定装置，其基于在向电极施加电压时检测出的电流来推定PM的凝集量；空燃比检测装置，其检测或者推定在排气通路中流动的排气的空燃比；和禁止装置，其在浓空燃比的情况下，禁止由推定装置进行的推定。
【专利说明】粒子状物质处理装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及粒子状物质处理装置。
【背景技术】
[0002]如下所述的技术众所周知: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上附着有粒子状物质(下面，也称为PM)，为了从放电电极将PM除去而使施加电压增加(例如，参照专利文献I)。
[0003]另外，在内燃机的排气通路上设置放电电极、通过从该放电电极产生电晕放电使PM带电而使PM凝集的技术众所周知(例如，参照专利文献2)。通过使PM凝集，能够使PM的粒子数减少。另外，PM的粒子直径变大，所以在下游侧设置有过滤器时变得容易通过该过滤器捕获PM。
[0004]在这里，在通过电极的电流与PM凝集的量(也可以设为PM的粒子数的减少量)之间具有相关关系。即，PM凝集量越多，通过电极的电流则变得越大。因此，能够从通过电极的电流推定PM的凝集量。但是，电也经由排气中所含的PM以外的物质而流动。因此，如果基于通过电极的电流来推定PM凝集量，则具有推定精度由于排气中所含的PM以外的物质而降低的危险。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:特开2006-105081号公报
[0008]专利文献2:特开2006-194116号公报
【发明内容】
[0009]发明所要解决的课题
[0010]本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于高精度地推定PM的凝集量。
[0011]用于解决课题的方案
[0012]为了达成上述课题，本发明中的粒子状物质处理装置，在内燃机的排气通路具备设置有电极的处理部、通过使电极与处理部产生电位差而使PM凝集，该粒子状物质处理装置具备:电源，其连接于所述电极，施加电压；电流检测装置，其检测通过所述电极的电流；推定装置，其基于在通过所述电源向所述电极施加电压时由所述电流检测装置检测出的电流来推定PM的凝集量；空燃比检测装置，其检测或者推定在所述排气通路中流动的排气的空燃比；和禁止装置，其在由所述空燃比检测装置检测或者推定出的空燃比为浓空燃比的情况下，禁止由所述推定装置进行的推定。
[0013]在这里，在向电极施加电压时，能够使PM带电。带电的PM通过库仑力和/或排气的气流而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，所以电向电极的接地侧流动。而且，放出电子后的PM与存在于附近的其他的PM凝集，所以能够使粒子数减少。[0014]而且，PM越凝集，越多的电流通过电极而流动，所以由电流检测装置检测出的电流越大。即，PM的凝集量与检测电流之间具有相关关系，所以能够基于检测电流来推定PM的凝集量。而且，只要能够推定PM的凝集量，就能够控制施加电压以促进例如PM的凝集。另夕卜，从PM放出电子时有电流流动，在放出该电子时PM凝集，所以PM的凝集量也可以设为放出电子的PM的量。另外，也可以设为PM的粒子数的减少量。
[0015]但是，如果在排气中含有作为未燃烧燃料的HC或者CO等，则该未燃烧燃料等会成为载体，所以在向电极施加电压时有电流经由未燃烧燃料等而流通。该电流在电流检测装置被检测出。而且，在排气的空燃比为浓空燃比的情况下，在排气中含有大量的未燃烧燃料，所以由电流检测装置检测出的电流变得非常大。
[0016]S卩，在排气的空燃比为浓空燃比的情况下，由电流检测装置检测出的电流变得非常大，所以难以推定PM的凝集量。因此，在排气的空燃比为浓空燃比的情况下，禁止由推定装置进行的推定。由此，能够抑制推定PM凝集量的精度下降。因此，能够实现例如施加于电极的电压的正常化。
[0017]在本发明中，能够包括:绝缘部，其在所述处理部与所述排气通路之间将电绝缘；和接地部，其使所述处理部接地；所述电流检测装置通过所述接地部检测电流。
[0018]另外，电流检测装置在电极的电位的基准点侧检测电流。一般，在电极的电源侧，使配线比电极的接地侧长或者粗。另外，也有在电极的电源侧储存有电荷的情况。于是，假如在电极的电源侧检测电流的话，即使在电极产生较强的放电，此时由电流检测装置检测出的电流的上升以及下降也变得缓慢。另一方面，在电极的接地侧，能够相对使配线缩短并且变细。因此，能够更正确地检测电流。另外，通过具备绝缘部，能够抑制电向接地部以外流动。因此，能够更正确地检测电流。
[0019]另外，在本发明中，能够:由所述电流检测装置检测出的电流越大，所述推定装置推定为PM的凝集量越多。
[0020]PM的凝集量与检测电流之间具有相关关系，所以检测出的电流越大，能够推定PM的凝集量越多。但是，如果排气的空燃比为浓空燃比，则由于未燃烧燃料的影响，电流变大。在该情况下，具有即使PM的凝集量很少也推定为PM的凝集量较多的危险。与此相对，通过在浓空燃比的情况下禁止由推定装置进行的推定，能够提高推定精度。
[0021]发明的效果
[0022]根据本发明，能够高精度推定PM的凝集量。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是表示实施例所涉及的粒子状物质处理装置的概略结构的图。
[0024]图2是表示用于推定实施例所涉及的PM凝集量的流程的流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面，基于附图对与本发明有关的粒子状物质处理装置的具体的实施方式进行说明。
[0026](实施例1)
[0027]图1是表示本实施例所涉及的粒子状物质处理装置I的概略结构的图。[0028]粒子状物质处理装置I设置于火花点火式的汽油发动机的排气通路2。
[0029]粒子状物质处理装置I构成为具备两端连接于排气通路2的壳体3。使用不锈钢材来作为壳体3的材料。壳体3形成为直径比排气通路2大的中空的圆柱形。壳体3的两端形成为越接近端部截面面积变得越小的锥形状。另外，在图1中，排气以箭头的方向在排气通路2中流动，流入壳体3内。因此，壳体3也可以设为排气通路2的一部分。
[0030]排气通路2与壳体3经由绝缘部4连接。绝缘部4由电绝缘体构成。绝缘部4由在排气通路2的端部形成的凸缘21与在壳体3的端部形成的凸缘31夹持。排气通路2与壳体3通过例如螺栓以及螺母来紧固。而且，为了使电不会经由这些螺栓以及螺母而流动，预先对这些螺栓以及螺母也实施绝缘处理。这样一来，电不会在排气通路2与壳体3之间流动。
[0031]在壳体3上，安装有电极5。电极5贯穿壳体3的侧面，从该壳体3的侧面向该壳体3的中心轴方向延伸而在该中心轴附近向排气的气流的上游侧弯折，与该中心轴平行地向排气的气流的上游侧延伸。而且，在上游侧进而向壳体3的侧面侧弯折，贯穿该壳体3的侧面而通往外部。
[0032]而且，在电极5上设有由电绝缘体构成的绝缘子部51、55，以使电不会在电极5与壳体3之间流动。该绝缘子部51、55位于电极5与壳体3之间，在将电绝缘的同时具有用于将电极5固定于壳体3的功能。
[0033]而且，电极5的一端经由电源侧电线52连接于电源6。电源6向电极5通电，并且能够改变施加电压。该电源6经由电线连接于控制装置7以及电池8。控制装置7对电源6向电极5施加的电压进行控制。另外，在电源6上，连接有用于与电位的基准点连接的接地电线54。通过该接地电线54使电源6接地。
[0034]另外，电极5的另一端经由短路电线56连接于接地电线54。在短路电线56的途中，设有用于开闭电路的开关57。通过在由电源6施加电压时将开关57设为接通，而使电在短路电线56中流动。此时，电极5变为短路的状态，所以该电极5的温度上升。另外，在本实施例中，在下游侧的绝缘子部51上连接有电源侧电线52，在上游侧的绝缘子部55上连接有短路电线56，但也可以代替该方式，在下游侧的绝缘子部51上连接有短路电线56，在上游侧的绝缘子部55上连接有电源侧电线52。
[0035]另外，在壳体3上连接有接地侧电线53，该壳体3经由接地侧电线53接地。在接地侧电线53上，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例如通过测定设置于接地侧电线53的中途的电阻的两端的电位差而检测电流。该检测装置9经由电线连接于控制装置7。而且，由检测装置9检测出的电流被输入控制装置7。另外，接地侦_线53的电容比电源侧电线52小，所以在接地侧电线53设置检测装置9则检测电流时的响应性高。另外，在本实施例中检测装置9相当于本发明中的电流检测装置。
[0036]而且，在控制装置7上，连接有油门开度传感器71、曲柄位置传感器72、温度传感器73、空气流量计74、空燃比传感器75。油门开度传感器71输出与搭载有内燃机的车辆的驾驶者踩踏油门踏板的量相对应的电信号，并检测发动机负载。曲柄位置传感器72检测发动机转数。温度传感器73通过检测内燃机的冷却水的温度或者润滑油的温度而检测内燃机的温度。空气流量计74检测内燃机的吸入空气量。空燃比传感器75设置于壳体3上游侧的排气通路2，检测在该排气通路2中流通的排气的空燃比。[0037]另外，在本实施例中空燃比传感器75相当于本发明中的空燃比检测装置。
[0038]另外，排气的空燃比也可以从内燃机的运行状态推定。
[0039]另外，在控制装置7上，经由电线连接着开关57，控制装置7进行开关57的通断(ON-OFF)操作。在这里，通过在从电源6向电极5施加电压时将开关设为接通，而使电流在短路电线56中通过。另一方面，通过将开关设为切断，而使电流不在短路电线56中通过。
[0040]在这样构成的粒子状物质处理装置I中，通过在开关57为切断时从电源6向电极5施加负的直流高压，而从该电极5放出电子。即，通过使电极5的电位比壳体3低，从电极5放出电子。而且，能够通过该电子使排气中的PM带负电。带负电的PM通过库仑力与气体流而移动。而且，在PM到达壳体3时，使PM带负电的电子向该壳体3放出。向壳体3放出了电子的PM凝集从而粒子直径变大。另外，通过PM凝集，PM的粒子数减少。S卩，通过向电极5施加电压，能够增大PM的粒子直径并且降低PM的粒子数。
[0041]而且，如果将PM的粒子数的减少量设为PM凝集量，则该PM凝集量与PM向壳体3放出的电子的数具有相关关系。因此，如果预先通过实验等求出检测电流与PM凝集量的关系，则能够基于检测电流推定PM凝集量。另外，可以推定，检测电流越大则PM凝集量越多。而且，通过推定PM凝集量，能够判定施加电压是否正确。另外，能够基于PM凝集量来控制施加电压。
[0042]但是，如果在排气中含有HC和/或CO等未燃烧燃料，则在向电极5施加电压时未燃烧燃料会成为电子的载体而有离子电流流动。而且，如果排气的空燃比为浓空燃比，则排气中的未燃烧燃料的量增大，离子电流增加，所以检测电流变大。
[0043]于是，如果在排气的空燃比为浓空燃比时进行PM凝集量的推定，则具有PM凝集量的推定精度降低的危险。即，如果通过未燃烧燃料的增加来检测电流增加，则具有推定为PM凝集量增加的危险。但是，在基于检测电流推定PM凝集量的情况下，难以区别是由于PM凝集而有电流通过还是通过未燃烧燃料的增加从而检测电流增加。
[0044]因此在本实施例中，在排气的空燃比为浓空燃比的情况下，禁止PM凝集量的推定。另外，也可以禁止基于PM凝集量的控制。
[0045]另外，在本实施例中具备绝缘部4，所以能够抑制电通往排气通路2。因此，经由电极5的附着物、在排气中浮游的PM以及未燃烧燃料而向通往壳体3的电流能够由检测装置9检测出。另外，通过在接地侧电线53检测电流，能够提高电流的检测精度。一般，电源侧电线52的配线比接地侧电线53长或者粗。于是，当例如在电源侧电线52检测电流的情况下，相对于实际的电流的变化，检测出的电流的上升以及下降比较缓慢。因此，具有电流的检测精度降低的危险。
[0046]另一方面，在接地侧电线53，能够相对使配线缩短并且变细。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较高。因此，通过在接地侧电线53检测电流，能够更正确地检测电流。
[0047]接下来，图2是表示用于推定本实施例所涉及的PM凝集量的流程的流程图。本例程每隔预定的时间由控制装置7反复执行。
[0048]在步骤SlOl中，获取内燃机的运行状态。例如，读取发动机转数、发动机负载、排气的空燃比等在以后的处理中必须的值。发动机转数由曲柄位置传感器72检测，发动机负载由油门开度传感器71检测。另外，排气的空燃比由空燃比传感器75检测。另外，排气的空燃比也可以从发动机转数、发动机负载、内燃机的温度等推定。另外，内燃机的温度(例如，润滑油的温度或者冷却水的温度)通过温度传感器73检测。
[0049]在步骤S102中，计算出向电极5施加的施加电压。施加电压根据推定出的PM粒子数(个/cm3)而设定。该PM粒子数是从内燃机排出的PM粒子数，是流入壳体3之前的PM粒子数。PM粒子数与发动机转数、发动机负载以及内燃机的温度(例如，润滑油的温度或者冷却水的温度)具有相关关系，所以基于这些值来计算。也可以根据内燃机的温度而存储多个用于从发动机转数与发动机负载计算PM粒子数的曲线图，基于该曲线图而计算出PM粒子数。
[0050]另外，也可以将检测PM粒子数的传感器安装于壳体3的上游侧的排气通路2，通过该传感器检测PM粒子数。
[0051 ] 而且，基于该PM粒子数以及内燃机的排气量(g/sec )计算施加电压。该关系也可以预先通过实验等求出而曲线图化。内燃机的排气量与内燃机的吸入空气量具有相关关系，所以能够基于通过空气流量计74检测出的吸入空气量而求出。
[0052]在这里，排气量越小，则PM的惯性力越小，所以相对地，静电作用的影响越大。因此，PM越容易凝集。因而，排气量越小，作为PM通过越小的施加电压而凝集。因此，排气量越小，施加电压越小。另外，PM粒子数越多，PM粒子之间的距离越短，所以相对地，静电作用的影响越大。因此PM粒子数越多，PM通过越小的施加电压而凝集。因此，PM粒子数越多，施加电压越小。
[0053]另外，施加电压也可以设为例如PM粒子数的降低率变为预定值(例如40%)的值。另外，也可以设为预先设定施加电压的规定值。
[0054]而且，在计算出施加电压后，施加该电压，进入步骤S103，检测电流。该电流是由检测装置9检测出的值。
[0055]在步骤S104中，判定在步骤SlOl中获取的排气的空燃比是不是浓空燃比。在本步骤中，判定是否在排气中含有较多未燃烧燃料。
[0056]而且，当在步骤S104中进行了肯定判定的情况下进入步骤S105，进行了否定判定的情况下进入步骤S106。
[0057]在步骤S105中，禁止PM凝集量的推定。S卩，由于未燃烧燃料的影响不能进行正确的判定，所以将推定禁止。另外，在本实施例中处理步骤S105的控制装置7相当于本发明中的禁止装置。
[0058]另一方面，在步骤S106中，许可PM凝集量的推定。而且，基于检测电流进行PM凝集量的推定，根据需要进行施加电压的控制。另外，在本实施例中处理步骤S106的控制装置7相当于本发明中的推定装置。
[0059]这样，在浓空燃比时，禁止PM凝集量的推定，所以能够抑制PM凝集量的推定精度下降。由此，能够正确进行基于PM凝集量的控制。
[0060]附图标记说明:
[0061]1:粒子状物质处理装置 2:排气通路 3:壳体 4:绝缘部5:电极6:电源 7:控制装置 8:电池 9:检测装置 21:凸缘 31:凸缘 51:绝缘子部 52:电源侧电线 53:接地侧电线 54:接地电线 55:绝缘子部56:短路电线 57:开关71:油门开度传感器 72:曲柄位置传感器 73:温度传感 器74:空气流量计 75:空燃比传感器
【权利要求】
1.一种粒子状物质处理装置，在内燃机的排气通路具备设置有电极的处理部、通过使电极与处理部产生电位差而使PM凝集，该粒子状物质处理装置的特征在于，具备: 电源，其连接于所述电极，并施加电压； 电流检测装置，其检测通过所述电极的电流； 推定装置，其基于在通过所述电源向所述电极施加电压时由所述电流检测装置检测出的电流来推定PM的凝集量； 空燃比检测装置，其检测或者推定在所述排气通路中流动的排气的空燃比；和禁止装置，其在由所述空燃比检测装置检测或者推定出的空燃比为浓空燃比的情况下，禁止由所述推定装置进行的推定。
2.如权利要求1所述的粒子状物质处理装置，其特征在于， 包括: 绝缘部，其在所述处理部与所述排气通路之间将电绝缘；和 接地部，其使所述处理部接地； 所述电流检测装置通过所述接地部检测电流。
3.如权利要求1或2所述的粒子状物质处理装置，其特征在于， 由所述电流检测装置检测出的电流越大，所述推定装置推定为PM的凝集量越多。
【文档编号】B03C3/02GK103443411SQ201180005065
【公开日】2013年12月11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