(57)【要約】【課題】  内燃機関の排気ガスに含まれる排気微粒子（ＰＭ）をコロナ放電により帯電させて凝集し、捕集する内燃機関用の排気浄化装置において、排気浄化装置の故障の有無を判断できる内燃機関用排気浄化装置に関する。【解決手段】  放電電極に電圧を印加して電流を測定し、測定した電流値から計算された絶縁抵抗値により内燃機関の始動前における同排気浄化装置の故障の有無を判断する判断手段を備えたことを特徴とする。また、特に、印加電圧、排気ガス温度及び内燃機関運転条件に基づき予め設定された電流判断値と上記測定した電流値とを比較判断することにより、内燃機関の始動後における上記排気浄化装置の故障の有無を判断する判断手段を備えたことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気部で、電極間に高電圧を印加することによりコロナ放電を発生させて排気微粒子を帯電し、帯電した排気微粒子を凝集させて捕集する内燃機関用の排気浄化装置において、測定した電流値により同排気浄化装置の故障の有無を判断する判断手段を備えたことを特徴とする内燃機関用排気浄化装置。
【請求項２】
上記判断手段は、上記測定した電流値から計算された絶縁抵抗値により、内燃機関の始動前における上記排気浄化装置の故障の有無を判断する判断手段であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用排気浄化装置。
【請求項３】
上記測定した電流値は、コロナ放電発生電圧以下の低電圧の印加に対応する電流値であることを特徴とする上記請求項1または２に記載の内燃機関用排気浄化装置。
【請求項４】
上記判断手段は、印加電圧、排気ガス温度及び内燃機関運転条件に基づき予め設定された電流判断値と上記測定した電流値とを比較判断することにより、内燃機関の始動後における上記排気浄化装置の故障の有無を判断する判断手段であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用排気浄化装置。
【請求項５】
上記内燃機関運転条件は、内燃機関回転数と燃料噴射量であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスに含まれる排気微粒子（ＰＭ）をコロナ放電により帯電させて凝集し、捕集する内燃機関用の排気浄化装置において、排気浄化装置の故障の有無を判断できる内燃機関用排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気に含まれる排気微粒子（ＰＭ）の処理が大きな課題となっている。従来技術として、特許文献１があり、車両用ディーゼル機関の排気経路に所定の間隔部を挟んで設けられ、負極がディーゼルパティキュレートを静電捕集する一対の電極部と、上記電極部間に高電圧を供給し上記間隙部にディーゼルパティキュレート捕集用の電界を発生する高電圧電源部とを有してなる車両用ディーゼル機関の排気ガス浄化装置に関する技術が提示されている。
【０００３】
しかしながら、上記排気ガス浄化装置は、電極部間に高電圧を印加してコロナ放電を発生させてディーゼルパティキュレートに負イオンを帯電させるという一般的な構成が提示され、また、電極部間にコロナ放電発生電圧以下の電圧を印加する旨の記載も認められるが、その場合も、正電極に向けて静電加速することが目的であり、排気浄化装置の故障を判断し、その旨を運転者に知らせる技術に関しては何ら提示されていない。
このため、例えば、上記構成では、排気浄化装置が故障している場合でも運転者がそれを運転開始前或いは運転中に即座に知ることができず、故障に気づかないままに放置しておくと、長期間にわたって排気微粒子（ＰＭ）への効率の良い帯電が行われないままの状態が続き、結果として効率よく排気微粒子（ＰＭ）を凝集し、捕集することが期待できないという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平４―１２１４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の従来技術が有する欠点を改良しようとするものであり、特に、内燃機関の排気ガスに含まれる排気微粒子（ＰＭ）をコロナ放電により帯電させて凝集し、捕集する内燃機関用の排気浄化装置において、印加電圧の電流値を測定することにより排気浄化装置の故障の有無を判断する内燃機関用排気浄化装置を実現しようとするものである。  このため、運転者が排気浄化装置の故障を常に早期にチェックし故障の場合には速やかに対処することができ、結果として、常に、継続して安定的に排気微粒子（ＰＭ）を帯電させて、コロナ放電を利用した排気微粒子（ＰＭ）の効率のよい凝集或いは捕集を可能にし、実用的且つ高性能な内燃機関用の排気浄化装置を実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の内燃機関用の排気浄化装置は、内燃機関の排気部で、電極間に高電圧を印加することによりコロナ放電を発生させて排気微粒子を帯電し、帯電した排気微粒子を凝集させて捕集する内燃機関用の排気浄化装置において、測定した電流値により同排気浄化装置の故障の有無を判断する判断手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
上記内燃機関用排気浄化装置においては、このような構成であるから、測定した電流値のみにより排気浄化装置の故障の有無を判断することができるという非常に簡単な装置であることから、コンパクトであり、車に搭載するのにきわめて適している。このため、結果として、運転者が運転開始前或いは運転中に排気浄化装置が故障か否かを常に簡単にチェックすることができ、故障の場合には速やかに対処することができるという効果を有するものである。
【０００８】
請求項２の発明のように、好ましくは、上記判断手段は、上記測定した電流値から計算された絶縁抵抗値により、内燃機関の始動前における上記排気浄化装置の故障の有無を判断する判断手段である。
【０００９】
経験上、排気浄化装置内部、特に碍子部分が排気微粒子（ＰＭ）等で汚れている場合は、絶縁抵抗値が一定の通常値より著しく下がリ、結果として高電圧を印加しても電圧が降下してしまうような異常状態となる。従って、上記測定した電流値により絶縁抵抗値を計算し（抵抗値Ｒ＝印加電圧Ｖ/電流I）、絶縁抵抗値の通常値に対する異同をチェックすることにより、内燃機関の始動前における排気浄化装置の故障の有無を簡単にチェックすることができると言う効果を奏するものである。
【００１０】
請求項３の発明のように、上記測定した電流値は、コロナ放電発生電圧以下の低電圧の印加に対応する電流値である。
【００１１】
このような構成であるから、消費電力を極力抑えて排気浄化装置の故障の有無をチェックできるという効果を奏する。
【００１２】
請求項４の内燃機関用の排気浄化装置は、上記判断手段は、印加電圧、排気ガス温度及び内燃機関運転条件に基づき予め設定された電流判断値と上記測定した電流値とを比較判断することにより、内燃機関の始動後における上記排気浄化装置の故障の有無を判断する判断手段であることを特徴とするものである。
【００１３】
一般に、排気ガス温度及び排気ガス中に含まれる排気微粒子（ＰＭ）の量に基づいて印加電圧値を設定し、設定された電圧を印加することにより排気浄化装置内にコロナ放電を発生させることが行われている。そして、排気微粒子（ＰＭ）の量は内燃機関運転条件により計算される。従って、印加電圧、排気ガス温度及び内燃機関運転条件がセットされると、装置の故障でない限りは、電流値は一定の通常値の範囲内になければならない。本発明は、このように構成したことにより、エレクトロニックコントロールユニット（ECU）において、印加電圧、排気ガス温度及び内燃機関運転条件により予め設定された電流判断値と上記測定した電流値とを比較判断することにより、内燃機関の始動後、即ち車の運転中に、常に上記排気浄化装置の故障の有無を判断することができ、運転者が上記排気浄化装置の故障に対して早期に対処できるという効果を奏するものである。
【００１４】
請求項５の発明のように、上記内燃機関運転条件は、内燃機関回転数と燃料噴射量であることを特徴とする。
【００１５】
このように構成することにより、排気微粒子（ＰＭ）の発生量の変化を確実に予想することができるので、結果として、上記排気浄化装置の故障の有無を正確に判断できるという効果を奏する。
【００１６】
このような構成であるから、本発明に係る内燃機関用排気浄化装置は、測定した電流値のみにより排気浄化装置の故障の有無を判断するという非常に簡単且つコンパクトな装置であり、車に搭載するのにきわめて適している。このため、運転者が運転開始前或いは運転中に排気浄化装置が故障か否かを常に簡単にチェックでき、故障の場合には速やかに対処することができるという効果を有するものである。結果として、常に、継続して安定的に排気微粒子（ＰＭ）を帯電させて、コロナ放電を利用した排気微粒子（ＰＭ）の効率のよい凝集或いは捕集を可能にし、実用的且つ高性能な内燃機関用の排気浄化装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の内燃機関用排気浄化装置の全体構成を示すもので、１は排気浄化装置のハウジングであって、ステンレス（SUS）で作成されており、電気的に設置されている。図示されていないが、ハウジング１の左端部は排気管を経由して内燃機関（エンジン）に接続され、図面左方向から排気ガスが流入する。ハウジング１の中央円筒部分内部下流側（右方）に同じくステンレス（SUS）製の導電性網２が横断面方向に沿って配設され、ハウジング１は中央円筒部分の左右にテーパー状のコーン部を形成している。また、ハウジング１の中央円筒部分中央上部の壁部分には、放電電極３が既存の適切な固定手段により固定されている。放電電極３は、ハウジング１内部において、碍子３aからＬ状の放電部３ｂを垂下している。
【００１８】
放電電極３は、高圧電源４（好ましくは、電圧可変型がよい。）に接続されており、放電電極３と高圧電源４間には電圧計６及び電流計７が接続されている。ハウジング１の上流側入り口付近には排気ガス温度を検出する温度センサー５が配備され、排気浄化装置内を流れる排気ガスの温度を常時検出するように構成されている。また、本発明の排気浄化装置には、適当な場所に制御手段であるエレクトロニックコントロールユニット（ECU）８が配備され、詳しくは後述するが、温度センサー５及び電流計７からのデータ、更には内燃機関系統から内燃機関回転数及び燃料噴射量のデータが常に転送され、印加電圧値の設定・制御さらには印加電圧、排気ガス温度、内燃機関回転数及び燃料噴射量により予め設定された電流判断値と電流計7から常時送られてくる電流値との比較判断を行っている。本発明では、放電電極３を負極とし、負の直流高電圧を印加することにより、コロナ放電を発生させる構成となっている。なお、９は排気微粒子（ＰＭ）である。
【００１９】
図２は、ECU８による排気浄化装置の故障判断についてのフローチャートであり、Ｓ１〜Ｓ１３の各ステージ番号に沿って説明する。
先ず、エンジン始動の前に、排気浄化装置のスタートキーをオンにする（Ｓ１）。同時に、絶縁抵抗値を測定するために、コロナ放電を発生しない低電圧を放電電極３に印加し（Ｓ２）、電流計7により電流値を測定する（Ｓ３）。測定された電流値Iaと印加した電圧Ｖaから絶縁抵抗値Ｒaを式、Ｒa＝Ｖa/Ia、により計算し（Ｓ４）、絶縁が正常か否かを判断することとなる（Ｓ５）。
【００２０】
判断については、図３の故障判断基準（始動前）を参照しつつ説明する。一般に、絶縁抵抗値は、排気浄化装置毎に固有のものであり、使用期間等によりハウジング１内面や碍子部分に排気微粒子等が溜まり汚染が進行することにより抵抗値は徐々に減少していく。
したがって、予め正常値の範囲或いは異常値となる限界値を把握しECU８に入力しておき、故障検査を実施した際に測定した電流値により計算された絶縁抵抗値との比較を行って判断される。図３では、例えば、装置使用前の正常値が１０００ＭΩであり、汚染による限界値が１００ＭΩであり、それを著しく下回る１０ＭΩレベルでは明らかに装置に異常があることを示している。このようにして、数値異常の場合は、故障ランプが点灯して運転者に対して報知し（Ｓ１２）、排気浄化装置の使用を停止することとなる（Ｓ１３）。一方、数値が正常の範囲であれば、内燃機関のスイッチをオンにして車の駆動開始となる（Ｓ６）。
【００２１】
次に、内燃機関（エンジン）が始動して、温度センサー５で排気ガス温度を測定し排気ガス温度データがECU８に転送され（Ｓ７）、予め設定された結露温度（例えば70℃）以上の場合に高圧電源４のスイッチがオンになり、ハウジング１内でコロナ放電の開始準備が整うこととなる。
【００２２】
内燃機関が始動すると、別途、内燃機関の回転数及び燃料噴射量に関するデータが内燃機関系統で測定され、ECU８には常時転送されている。ECU８では内燃機関回転数及び燃料噴射量に基づき排気ガス中に含まれる排気微粒子（ＰＭ）の量を予想する（Ｓ７）。このようにして、ECU８においては、常に時々刻々の排気ガス温度と排気ガス中に含まれる排気微粒子（ＰＭ）の量に関するデータが掌握されている。
【００２３】
ECU８は次に印加電圧値の設定作業に入る（Ｓ８）。
ECUには、別途、排気ガス温度及び排気ガス中に含まれる排気微粒子（ＰＭ）の量と設定電圧値との相関関係を示すマップＩが、予め実験を行うことにより作成され、入力されている。実験によれば、排気ガス温度が高いほど低い電圧でアーク放電が発生し、さらに、排気ガス中の排気微粒子（ＰＭ）の量が多い場合の方が少ない場合よりも低い電圧でアーク放電が発生することが明らかにされている。ECU８内では、先ほどの時々刻々の排気ガス温度と排気ガス中に含まれる排気微粒子（ＰＭ）の量に関するデータと上記マップＩ上のデータを解析処理することにより、常に印加電圧値がアーク放電発生予想電圧値を下回るように設定されることとなる（Ｓ８）。
【００２４】
次に、設定された電圧を印加することにより排気浄化装置内にコロナ放電を発生させる（Ｓ９）。その後は、電流計により電流を測定し（Ｓ１０）、印加電圧、排気ガス温度及び内燃機関運転条件に基づき予め設定された電流判断値と上記測定した電流値とを比較判断する。予め設定された電流判断値は、実際には、上限電流判断値及び下限電流判断値の間の一定範囲からなり、上記測定した電流値がその一定範囲の電流判断値の中に入っているか否かをチェックし、排気浄化装置に故障が生じているか否かを判断することとなる（Ｓ１１）。
【００２５】
詳細には、図４の故障判断基準例（始動後）を参照しつつ説明する。図４の横軸は変化する排気ガス温度（℃）で、縦軸は電流値（ｍA）である。排気浄化装置が正常に動作をしている範囲が二本の太い点線で示されており、温度ごとのそれぞれの点線に対応する電流値が正常動作の上限電流判断値或いは下限電流判断値である。この上限電流判断値或いは下限電流判断値は、印加電圧値、内燃機関回転数、燃料噴射量及び排気ガス温度の変化により決定され或いは変動する。但し、印加電圧値は、前述の通り、内燃機関回転数、燃料噴射量及び排気ガス温度により計算されて設定されている。従って、実際上は、内燃機関回転数、燃料噴射量及び排気ガス温度の三種類のファクターにより、予め実験を行うことによりポイント毎に上限電流判断値及び下限電流判断値のデータを取得し、これらのデータがマップIIとしてECU８に入力されている。ECU８が時々刻々取得しているデータ、即ち、ある印加電圧、内燃機関回転数、燃料噴射量及び排気ガス温度の下で運転中に取得した電流値が、上限電流判断値の点線の上側にある場合は、ハウジング１の内側や導電性網２に排気微粒子（ＰＭ）等の汚れが溜まって絶縁不良状態になっているか、または、導電性網２（図４中ではメッシュと表示）が長期間の振動等の影響で外れてしまい、放電電極に近接した位置に移動しているものと判断される。
一方、上記の運転中に取得した電流値が、下限電流判断値の点線より下側にある場合は、放電不足であるか、途中で断線しているか、または、導電性網２（図４中ではメッシュと表示）が長期間の振動等の影響で外れてしまい、放電電極より遠ざかった位置に移動しているものと判断される。
【００２６】
従って、運転中に取得した電流値が、正常範囲の上限電流判断値を超えている場合、或いは、正常値の下限電流判断値を下回っている場合には、故障ランプが点灯（Ｓ１２）して故障であることを運転者に報知し、運転者は、これを受けて排気浄化装置を停止することとなる。この場合、故障ランプ（図示されていない）は、電流値が正常値の上限電流判断値を超えていて故障なのか、それとも下限電流判断値より下回っていて故障なのかがわかるように、二種類の点灯ランプを設けることも可能である。
【００２７】
また、電流値が、２本の点線の間、即ち、正常動作の範囲内にある場合は、排気浄化装置のスイッチはオンにされたままで、運転者は引き続き運転を継続する。ECU８においては、引き続き転送されてくる内燃機関回転数、燃料噴射量に基づき排気微粒子（ＰＭ）の量を計算し、温度データとともに上記マップＩとつき合わせてアーク放電発生予想電圧値を常に下回る範囲で印加電圧値を設定し電圧印加を行っていく（Ｓ７〜Ｓ９を繰り返す）。また、引き続き、電流計で取得した電流値を、印加電圧値、内燃機関回転数、燃料噴射量及び排気ガス温度と共に上記マップIIとつき合わせて、排気ガス浄化装置が正常動作の範囲内にあるか否かの判断を継続することとなる（Ｓ１１）。
【００２８】
このように、以上の構成であるから、本発明に係る内燃機関用排気浄化装置は、測定した電流値により排気浄化装置の故障の有無を判断するという非常に簡単且つコンパクトな装置であるので、車に搭載するのにきわめて適している。このため、運転者が運転開始前或いは運転中に排気浄化装置が故障か否かを常に簡単にチェックすることができ、故障の場合には速やかに対処することができるという効果を有するものである。結果として、常に、継続して安定的に排気微粒子（ＰＭ）を帯電させて、コロナ放電を利用した排気微粒子（ＰＭ）の効率のよい凝集或いは捕集を可能にし、実用的且つ高性能な内燃機関用の排気浄化装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態における内燃機関用排気浄化装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における内燃機関用排気浄化装置におけるECUによる故障判断についてのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態における内燃機関用排気浄化装置における故障判断基準（内燃機関始動前）の考え方を示したイメージ図である。
【図４】本発明の実施の形態における内燃機関用排気浄化装置における故障判断基準（内燃機関始動後）の考え方を示したイメージ図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    ハウジング
２    導電性網
３    放電電極
３ａ    碍子
３ｂ    放電部
４    高圧電源
５    温度センサー
６    電圧計
７    電流計
８    ECU
９    排気微粒子（ＰＭ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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