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1、(10)申请公布号 CN 103403310 A (43)申请公布日 2013.11.20 CN 103403310 A *CN103403310A* (21)申请号 201180015883.8 (22)申请日 2011.03.16 F01N 3/02(2006.01) B03C 3/02(2006.01) (71)申请人 丰田自动车株式会社 地址 日本爱知县 (72)发明人 三谷信一 野村啓 村瀬栄二 (74)专利代理机构 北京金信立方知识产权代理 有限公司 11225 代理人 黄威 孙丽梅 (54) 发明名称 颗粒状物质处理装置 (57) 摘要 本发明涉及一种颗粒状物质处理装置， 其抑 。
2、制了电极中通过过大的电流的现象。该颗粒状物 质处理装置在内燃机的排气通道上具备设置有电 极的处理部， 并通过使电极与处理部产生电位差 从而使 PM 聚集， 所述颗粒状物质处理装置的特征 在于， 具备 ： 电源， 其与电极连接并向电极施加电 压 ； 电流检测装置， 其对通过电极的电流进行检 测 ； 空燃比检测装置， 其对流经排气通道的排气 的空燃比进行检测或推断 ； 电压控制装置， 其在 由所述空燃比检测装置检测出的空燃比为浓空燃 比的情况下， 与为理论空燃比或者稀空燃比的情 况相比， 减小从电源向电极施加的电压。 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.09.25 (86)PCT申请的申请。
3、数据 PCT/JP2011/056295 2011.03.16 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/124088 JA 2012.09.20 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103403310 A CN 103403310 A *CN103403310A* 1/1 页 2 1. 一种颗粒状物质处理装置， 其在内燃机的排气通道上具备设置有电极的处理部， 并 通过使电极与处理部产生电位差从而使 PM 聚集， 所述颗粒状物质处理。
4、装置的特征在于， 具 备 ： 电源， 其与所述电极连接并向所述电极施加电压 ； 电流检测装置， 其对通过所述电极的电流进行检测 ； 空燃比检测装置， 其对流过所述排气通道的排气的空燃比进行检测或推断 ； 电压控制装置， 其在由所述空燃比检测装置检测或推断出的空燃比为浓空燃比的情况 下， 与为理论空燃比或者稀空燃比的情况相比， 减小从所述电源向所述电极施加的电压。 2. 如权利要求 1 所述的颗粒状物质处理装置， 其中， 具备 ： 绝缘部， 其在所述处理部与所述排气通道之间使电绝缘 ； 接地部， 其使所述处理部接地， 所述电流检测装置在所述接地部处对电流进行检测。 3. 如权利要求 1 或 2 。
5、所述的颗粒状物质处理装置， 其中， 由所述空燃比检测装置检测或推断出的空燃比越低， 则所述电压控制装置越减小从所 述电源向所述电极施加的电压。 4. 如权利要求 1 至 3 中任意一项所述的颗粒状物质处理装置， 其中， 具备废气量检测装置， 所述废气量检测装置对内燃机的废气量进行检测或推断， 由所述废气量检测装置检测或推断出的废气量越多， 则所述电压控制装置越减小从所 述电源向所述电极施加的电压。 权 利 要 求 书 CN 103403310 A 2 1/6 页 3 颗粒状物质处理装置 技术领域 0001 本发明涉及一种颗粒状物质处理装置。 背景技术 0002 已知一种通过在内燃机的排气通道上。
6、设置放电电极， 并从该放电电极产生电晕放 电， 从而使颗粒状物质 ( 以下， 也称为 PM) 带电， 并使 PM 聚集的技术 ( 例如， 参照专利文献 1)。通过使 PM 聚集， 能够减少 PM 的颗粒数。此外， 由于 PM 的粒径变大， 因此在下游侧设置 过滤器时， 将易于通过该过滤器而捕集 PM。 0003 但是， 关于电流还经由排气中所含有的 HC 和 CO 等未燃烧燃料而向电极流动的情 况没有进行考虑。而且， 当排气中含有较多的未燃烧燃料时， 通过电极的电流将变大， 从而 存在电源或电极、 以及其他的电路发生劣化或发生故障的可能。 此外， 当以能够承受较大电 流的方式而构成装置时， 则。
7、成本将会上升。而且， 由于电流增大时消耗电力也将增大， 因此 存在耗油率恶化的可能性。 0004 在先技术文献 0005 专利文献 0006 专利文献 1 ： 日本特开 2006-194116 号公报 发明内容 0007 发明所要解决的课题 0008 本发明是鉴于上述问题点而完成的发明， 其目的在于， 抑制电极中通过过大的电 流的现象。 0009 用于解决课题的方法 0010 为了达成上述课题， 本发明的颗粒状物质处理装置为， 在内燃机的排气通道上具 备设置有电极的处理部， 并通过使电极与处理部产生电位差从而使 PM 聚集的颗粒状物质 处理装置， 其特征在于， 具备 ： 0011 电源， 其与。
8、所述电极连接从而向所述电极施加电压 ； 0012 电流检测装置， 其对通过所述电极的电流进行检测 ； 0013 空燃比检测装置， 其对流过所述排气通道的排气的空燃比进行检测或推断 ； 0014 电压控制装置， 其在由所述空燃比检测装置检测或推断出的空燃比为浓空燃比的 情况下， 与为理论空燃比或者稀空燃比的情况相比， 减小从所述电源向所述电极施加的电 压。 0015 在此， 当对电极施加电压时， 能够使 PM 带电。带电的 PM 会通过库仑力和排气的流 动而向排气通道的内壁移动。由于到达排气通道的内壁的 PM 会向排气通道放出电子， 因此 从电极向接地侧也将流有电流。而且， 由于放出电子后的 P。
9、M 会与附近存在的其他 PM 聚集， 因此能够减少颗粒数。 0016 此外， 当排气中含有作为未燃烧燃料的HC或CO等时， 由于该未燃烧燃料将成为载 说 明 书 CN 103403310 A 3 2/6 页 4 体， 因此在对电极施加电压时， 电流会经由未燃烧燃料而流通。 该电流将在电流检测装置中 被检测出。而且， 在排气的空燃比为浓空燃比的情况下， 由于排气中含有较多的未燃烧燃 料， 因此通过电极的电流将变得非常大。 0017 在排气的空燃比为浓空燃比时， 与经由 PM 而通过的电流相比， 经由 HC 和 CO 等未 燃烧燃料而通过的电流更大。 由此， 各种装置中将通过过大的电流， 从而存在。
10、使这些装置劣 化的可能。与此相对， 电压控制装置在浓空燃比的情况下将使施加电压减小。当使施加电 压减小时， 电子的放出量将减少， 从而通过电极的电流将减少。即， 能够抑制电极和电源等 中通过过大的电流的现象。 0018 在本发明中， 可以采用如下结构， 即， 所述颗粒状物质处理装置具备 ： 0019 绝缘部， 其在所述处理部与所述排气通道之间使电绝缘 ； 0020 接地部， 其使所述处理部接地， 0021 所述电流检测装置在所述接地部处对电流进行检测。 0022 电流检测装置在与电极相比更靠电位的基准点侧对电流进行检测。一般情况下， 与电极的接地侧相比， 在电极的电源侧， 使配线较长、 或者使。
11、配线较粗。 此外， 在电极的电源 侧， 有时还会蓄积有电荷。由此， 在假设于电极的电源侧检测出电流的情况下， 即使电极上 发生较强的放电， 此时通过电流检测装置检测出的电流的上升以及下降仍较为缓慢。另一 方面， 在电极的接地侧， 可以相对地使配线较短且较细。因此， 能够更加准确地对电流进行 检测。此外， 通过具备绝缘部， 从而能够抑制电流流过接地部以外的部位的现象。因此， 能 够更加准确地对电流进行检测。 0023 此外， 在本发明中， 可以采用如下结构， 即， 由所述空燃比检测装置检测或推断出 的空燃比越低， 则所述电压控制装置越减小从所述电源向所述电极施加的电压。 0024 即， 由于空燃。
12、比越低， 则排气中的未燃烧燃料的浓度越高， 因此将通过更大的电 流。对此， 通过进一步减小施加电压， 从而能够抑制电极和电源中通过过大的电流的现象。 0025 此外， 在本发明中， 可以采用如下结构， 即， 所述颗粒状物质处理装置具备废气量 检测装置， 所述废气量检测装置对内燃机的废气量进行检测或推断， 0026 由所述废气量检测装置检测或推断出的废气量越多， 则所述电压控制装置越减小 从所述电源向所述电极施加的电压。 0027 废气量也可以设为每单位时间流通于排气通道中的排气的质量。由于废气量越 多， 则将有越多的未燃烧燃料通过电极的周围， 因此能够通过更大的电流。对此， 通过进一 步减小施。
13、加电压， 从而能够抑制电极和电源中通过过大的电流的现象。 0028 发明的效果 0029 根据本发明， 能够抑制电极中通过过大的电流的现象。 附图说明 0030 图 1 为表示实施例所涉及的颗粒状物质处理装置的概要结构的图。 0031 图 2 为表示实施例所涉及的用于控制施加电压的流程的流程图。 0032 符号说明 0033 1 颗粒状物质处理装置 0034 2 排气通道 说 明 书 CN 103403310 A 4 3/6 页 5 0035 3 外壳 0036 4 绝缘部 0037 5 电极 0038 6 电源 0039 7 控制装置 0040 8 电池 0041 9 检测装置 0042 2。
14、1 凸缘 0043 31 凸缘 0044 51 绝缘子部 0045 52 电源侧电线 0046 53 接地侧电线 0047 54 接地电线 0048 55 绝缘子部 0049 56 短路电线 0050 57 开关 0051 71 加速器开度传感器 0052 72 曲轴位置传感器 0053 73 温度传感器 0054 74 空气流量计 0055 75 空燃比传感器 具体实施方式 0056 以下， 根据附图对本发明所涉及的颗粒状物质处理装置的具体实施方式进行说 明。 0057 ( 实施例 1) 0058 图 1 为， 表示本实施例所涉及的颗粒状物质处理装置 1 的概要结构的图。颗粒状 物质处理装置。
15、 1 被设置在汽油发动机的排气通道 2 上。 0059 颗粒状物质处理装置 1 被构成为， 具备两端连接在排气通道 2 上的外壳 3。外壳 3 的材料中使用了不锈钢材料。外壳 3 被形成为， 直径大于排气通道 2 的中空的圆柱形。外 壳 3 的两端被形成为， 越接近于端部则截面面积越小的锥形。另外， 在图 1 中， 排气沿着箭 头方向而流过排气通道 2， 并流入外壳 3 内。因此， 外壳 3 也可以设定为排气通道 2 的一部 分。 0060 排气通道2与外壳3通过绝缘部4而被连接在一起。 绝缘部4由电的绝缘体构成。 绝缘部 4 被形成在排气通道 2 的端部的凸缘 21、 和形成在外壳 3 的端。
16、部的凸缘 31 所夹持。 排气通道 2 与外壳 3 例如通过螺栓以及螺母而被结合在一起。而且， 预先对这些螺栓以及 螺母也实施绝缘处理， 以使电流不会经由这些螺栓以及螺母而流通。 通过这种方式， 从而使 电流不会从排气通道 2 和外壳 3 之间流过。 0061 在外壳 3 上安装有电极 5。电极 5 贯穿外壳 3 的侧面， 并从该外壳 3 的侧面向该外 说 明 书 CN 103403310 A 5 4/6 页 6 壳 3 的中心轴方向延伸， 且在该中心轴附近处向排气气流的上游侧折弯， 进而与该中心轴 平行地向排气气流的上游侧延伸。并且， 在上游侧进一步向外壳 3 的侧面侧折弯， 并贯穿该 外壳。
17、 3 的侧面而通向外部。 0062 而且， 为了使电流不会流过电极 5 与外壳 3 之间， 而在电极 5 上设置有由电的绝缘 体构成的绝缘子部 51、 55。该绝缘子部 51、 55 位于电极 5 与外壳 3 之间， 对电进行绝缘， 且 具有用于将电极 5 固定在外壳 3 上的功能。 0063 而且， 电极 5 的一端通过电源侧电线而与电源 6 连接。电源 6 能够向电极 5 供电， 并能够改变施加电压。该电源 6 通过电线而与控制装置 7 以及电池 8 连接。控制装置 7 对 电源 6 向电极 5 施加的电压进行控制。此外， 电源 6 上连接有， 用于连接电位的基准点的接 地电线 54。电源。
18、 6 通过该接地电线 54 而接地。 0064 此外， 电极 5 的另一端通过短路电线 56 而与接地电线 54 连接。在短路电线 56 的 中途， 设置有用于对电路进行开闭的开关57。 在通过电源6而施加电压时使开关57为导通 （ON） ， 由此使电流流过短路电线 56。此时， 由于电极 5 处于短路的状态， 因此该电极 5 的温 度将上升。另外， 虽然在本实施例中， 使电源侧电线 52 与下游侧的绝缘子部 51 连接， 并使 短路电线 56 与上游侧的绝缘子部 55 连接， 但代替此方式， 也可以使短路电线 56 与下游侧 的绝缘子部 51 连接， 并使电源侧电线 52 与上游侧绝缘子部 。
19、55 连接。 0065 此外， 该外壳 3 上连接有接地侧电线 53， 该外壳 3 通过接地侧电线 53 而被接地。 在接地侧电线 53 上设置有， 对通过该接地侧电线 53 的电流进行检测的检测装置 9。检测 装置9例如通过对设置在接地侧电线53的中途的电阻两端的电位差进行测定来检测电流。 该检测装置 9 通过电线而与控制装置 7 连接。而且， 由检测装置 9 检测出的电流被输入至 控制装置7。 另外， 由于与电源侧电线52相比， 接地侧电线53的电容量较小， 因此将检测装 置 9 设置在接地侧电线 53 上的情况下检测电流时的响应性较高。另外， 在本实施例中， 检 测装置 9 相当于本发明。
20、中的电流检测装置。 0066 而且， 控制装置7上连接有加速器开度传感器71、 曲轴位置传感器72、 温度传感器 73、 空气流量计 74、 空燃比传感器 75。加速器开度传感器 71 输出与搭载有内燃机的车辆的 驾驶员踩下加速踏板的量相对应的电信号， 并对内燃机负载进行检测。曲轴位置传感器 72 对内燃机转数进行检测。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， 从而对内燃机的温度进行检测。空气流量计 74 对内燃机的吸入空气量进行检测。空燃比 传感器 75 被安装在外壳 3 的上游侧的排气通道 2 上， 并对流通于该排气通道 2 中的排气的 空燃比进行检测。另外， 在本实。
21、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。此外， 排气的空燃比也可以通过内燃机的运转状态来进行推断。 0067 此外， 控制装置7上通过电线而连接有开关57， 控制装置7进行开关57的导通-断 开 （ON-OFF） 操作。在此， 通过在从电源向电极 5 施加电压时使开关导通， 从而使电流通过 短路电线 56。另一方面， 通过使开关断开， 从而使电流不通过短路电线 56。 0068 在以上述方式而构成的颗粒状物质处理装置 1 中， 通过在开关 57 断开时从电源 6 向电极 5 施加负的高直流电压， 从而自该电极 5 放出电子。即， 通过使电极 5 的电位低于外 壳 3， 。
22、从而使电极 5 放出电子。而且， 通过该电子能够使排气中的 PM 带负电。带负电的 PM 通过库仑力和气流来移动。而且， 当 PM 到达外壳 3 时， 将向该外壳 3 放出使 PM 带负电的电 子。向外壳 3 放出电子后的 PM 将聚集， 从而粒径变大。此外， 通过使 PM 聚集， 从而使 PM 的 说 明 书 CN 103403310 A 6 5/6 页 7 颗粒数减少。即， 通过向电极 5 施加电压， 从而能够增大 PM 的粒径并减少 PM 的颗粒数。 0069 此外， 当使开关导通， 并从电源 6 向电极 5 施加电压时， 由于电极 5 短路从而该电 极 5 的温度将上升。由此， 能够以。
23、氧化或蒸发的方式而去除附着在电极 5 上的 PM 和水等。 0070 另外， 当排气中含有 HC 和 CO 等的未燃烧燃料时， 在向电极 5 施加电压时未燃烧燃 料将成为电子的载体从而流有离子电流。 而且， 当排气的空燃比为浓空燃比时， 排气中的未 燃烧燃料的量将增大， 从而离子电流将增加。因此， 检测电流会变大。而且， 由未燃烧燃料 引起的离子电流， 远远大于使 PM 聚集时经由 PM 而通过的电流。 0071 在此， 当电源 6、 电极 5、 其他的电路中通过由离子电流而引起的过大电流时， 存在 这些装置发生劣化或发生故障的可能。 此外， 当以能够承受过大电流的方式而构成装置时， 则成本会。
24、上升。 0072 因此， 在本实施例中， 在排气的空燃比为浓空燃比的情况下， 与为理论空燃比或稀 空燃比的情况相比， 使从电源 6 向电极 5 施加的电压减小。由于通过以这种方式减小施加 电压从而能够减小电流， 因而能够保护上述装置。 0073 另外， 在排气的空燃比为浓空燃比时， 可以将使电流减小的量设为预先通过实验 等而求得的预定的值。此外， 由于排气的空燃比越低， 则未燃烧燃料的浓度越高， 因而电流 将变得更大。因此， 也可以设定为， 排气的空燃比越低， 则越使施加电压减小。 0074 此外， 由于内燃机的废气量 ( 也可以设为排气的流量 ) 越多， 则通过外壳 3 的未燃 烧燃料越增多。
25、， 因而能够通过更多的电流。 因此， 也可以设定为， 废气量越多， 则越使施加电 压减小。 0075 另外， 由于在本实施例中具备绝缘部 4， 因此能够抑制电流通向排气通道 2。因此， 经由电极 5 的附着物、 在排气中漂浮的 PM、 以及未燃烧燃料而通向外壳 3 的电流， 通过检测 装置 9 而被检测出。此外， 通过在接地侧电线 53 处对电流进行检测， 从而能够提高电流的 检测精度。一般情况下， 与接地侧电线 53 相比， 使电源侧电线 52 的配线较长或使配线较 粗。由此， 假设在电源侧电线 52 处检测到电流的情况下， 相对于实际的电流的变化而检测 出的、 电流的上升以及下降较为缓慢。。
26、因此， 存在电流的检测精度降低的可能。 0076 另一方面， 在接地侧电线 53 处， 相对地可以使配线较短且较细。因此， 当在接地侧 电线 53 处对电流进行检测时， 相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 处对电流进行检测， 从而能够更准确地检测电流。 0077 另外， 在本实施例中， 也可以在外壳 3 的上游侧具备使未燃烧燃料氧化的催化剂。 由此， 在催化剂活性化时， 能够使流入外壳 3 的未燃烧燃料减少。由此， 能够抑制电极 5 中 通过过大的电流的现象。 0078 接下来， 图 2 为， 表示本实施例所涉及的用于控制施加电压的流程的流程图。本流 程通过控制。
27、装置 7 而每隔预定的时间被反复执行。 0079 在步骤 S101 中， 取得内燃机的运转状态。例如， 对内燃机转数、 内燃机负载、 排气 的空燃比等的、 在此之后的处理中所需要的值进行读入。内燃机转数通过曲轴位置传感器 72 来进行检测， 内燃机负载通过加速器开度传感器 71 来进行检测。此外， 排气的空燃比通 过空燃比传感器 75 来进行检测。另外， 排气的空燃比可以通过内燃机转数、 内燃机负载、 内 燃机的温度等来进行推断。此外， 通过温度传感器 73 而对内燃机的温度 ( 例如， 润滑油的 温度或冷却水的温度 ) 进行检测。 说 明 书 CN 103403310 A 7 6/6 页 8。
28、 0080 在步骤 S102 中， 计算出对电极 5 的施加电压。施加电压根据推断出的 PM 颗粒数 ( 个 /cm3) 而进行设定。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。由于 PM 颗粒数与内燃机转数、 内燃机负载以及内燃机的温度 ( 例如， 润滑油的温 度或冷却水的温度 ) 具有相关关系， 因此可以基于这些数值来进行计算。也可以以与内燃 机的温度相对应的方式而预先储存多个用于根据内燃机转数和内燃机负载来计算 PM 颗粒 数的映射 (map)， 并根据该映射来计算 PM 颗粒数。 0081 另外， 也可以在外壳 3 的上游侧的排气通道 2 上。
29、安装检测 PM 颗粒数的传感器， 从 而通过该传感器而对 PM 颗粒数进行检测。 0082 并且， 根据该 PM 颗粒数以及内燃机的废气量 (g/ 秒 ) 来计算施加电压。该关系也 可以预先通过实验等求得并映射化。由于内燃机的废气量与内燃机的进气量具有相关关 系， 因此能够根据由空气流量计 74 检测出的进气量而求得。此外， 也可以根据内燃机转数 以及内燃机负载而对废气量进行推断。还可以在排气通道 2 上设置检测废气量的传感器。 以这种方式而计算出内燃机的废气量的控制装置 7 相当于本发明的废气量检测装置。 0083 在此， 由于废气量越少， 则 PM 的惯性力越减小， 因而相对地静电作用的影。
30、响将增 大。因此， PM 变得容易聚集。因此， 废气量越少， 则越可通过更小的施加电压而使 PM 聚集。 因此， 废气量越少， 则越减小施加电压。 此外， 由于PM颗粒数越多， 则PM颗粒间的距离越短， 因而相对地静电作用的影响将增大。因此， PM 颗粒数越多， 则越可通过更小的施加电压而 使 PM 聚集。因此， PM 颗粒数越多， 则越减小施加电压。 0084 此外， 施加电压也可以设定为， 例如使 PM 颗粒数的减少率达到预定值 ( 例如 40%) 的值。此外， 也可以使施加电压为预先确定的规定值。 0085 而且， 在计算出施加电压后， 施加该电压， 并进入步骤 S103， 从而对电流进。
31、行检测。 该电流为由检测装置 9 检测出的值。 0086 在步骤S104中， 对在步骤S101中取得的排气的空燃比是否为浓空燃比进行判断。 在本步骤中， 对排气中是否含有较多的未燃烧燃料进行判断。 0087 并且， 在步骤S104中做出肯定判断的情况下， 进入步骤S105。 另一方面， 在做出否 定判断的情况下结束本流程， 之后， 可以根据检测电流而实施各种控制。例如， 由于当电极 5 上附着了水或 PM 时检测电流将增大， 因此也可以根据该检测电流而对电极 5 上是否存在 附着物进行判断。并且， 在判断为电极 5 上存在附着物的情况下， 通过使开关 57 导通并施 加电压， 从而能够使电极 。
32、5 的温度上升而去除附着物。此外， 由于检测电流对应于 PM 的聚 集量而增大， 因此也可以根据该检测电流来推断 PM 的聚集量。 0088 在步骤 S105 中， 使施加电压与在步骤 S102 计算出的值相比而减小。即， 在为浓空 燃比的情况下， 与为理论空燃比或稀空燃比的情况相比而使施加电压减小。 0089 另外， 排气的空燃比越低， 则越使施加电压减小。 此外， 内燃机的废气量越多， 则越 使施加电压减小。减小施加电压的程度与排气的空燃比之间的关系、 以及减小施加电压的 程度与内燃机的废气量之间的关系， 预先通过实验等求得并进行映射化。 另外， 在本实施例 中， 对步骤 S105 进行处理的控制装置 7 相当于本发明中的电压控制装置。 0090 如此， 由于在为浓空燃比时使施加电压减小， 因此能够抑制电源 6、 电极 5、 以及其 他的电路中通过过大的电流的现象。由此， 能够保护这些装置。此外， 能够抑制由于通过较 大的电流而引起的电力消耗量的增加。由此， 能够抑制耗油率的恶化。 说 明 书 CN 103403310 A 8 1/2 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 103403310 A 9 2/2 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 103403310 A 10 。