(57)【要約】【課題】電気集塵装置に関し、低温域での集塵性能は維持しつつ粒子状物質を捕集可能な温度域を高温域まで拡大する。【解決手段】電気集塵装置１０１は、排気流路１４内に排気の流れの方向に並べて配置された複数の放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃと、排気流路１４の内壁面を構成し、放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃに対して排気流路１４の径方向に位置するアース電極１２と、共通電源２２から各放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃに対して選択的に電圧を印加可能に構成された電圧印加装置２０１とを備える。排気流路１４内には少なくとも１つの放電電極を含む複数の放電領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃが設けられ、放電領域ごとに放電電極とアース電極との間の電極間距離が異ならされる。電圧印加装置２０１は、放電領域単位で放電電極への電圧の印加を行い、放電電極への電圧の印加を行う放電領域を排気温度に応じて変更する。【選択図】図１
2019122940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気に含まれる粒子状物質を帯電させて捕集する電気集塵装置において、
排気流路内に配置された複数の放電電極と、
前記排気流路の内壁面の少なくとも一部を構成するアース電極と、
共通電源から前記複数の放電電極のそれぞれに対して選択的に電圧を印加可能に構成された電圧印加装置と、を備え、
前記排気流路内には少なくとも１つの放電電極を含む複数の放電領域が設けられ、放電領域ごとに前記放電電極と前記アース電極との間の電極間距離が異ならされ、
前記電圧印加装置は、放電領域単位で前記放電電極への電圧の印加を行い、前記放電電極への電圧の印加を行う放電領域を排気温度に応じて変更する
ことを特徴とする電気集塵装置。
【請求項２】
前記電圧印加装置は、前記放電電極へ印加する印加電圧を排気温度に応じて変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気集塵装置。
【請求項３】
前記複数の放電領域に含まれる任意の２つの放電領域のうち、前記電極間距離が短い方の放電領域は、前記電極間距離が長い方の放電領域に比較して、前記放電電極への電圧の印加が行われる温度域を低温側に設定されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気集塵装置。
【請求項４】
前記電圧印加装置は、前記共通電源と接続する前記放電電極を放電領域単位で切り替えるセレクタスイッチを備え、前記放電電極への電圧の印加を行う放電領域を、排気温度が属する温度域に応じて前記セレクタスイッチにより選択する
ことを特徴とする請求項３に記載の電気集塵装置。
【請求項５】
前記電圧印加装置は、前記複数の放電領域に含まれる任意の２つの放電領域のうち、前記電極間距離が長い方の放電領域では、前記電極間距離が短い方の放電領域に比較して、前記放電電極へ印加する電圧を高く設定する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の電気集塵装置。
【請求項６】
前記複数の放電領域に含まれる任意の２つの放電領域のうち、前記電極間距離が短い方の放電領域は、前記電極間距離が長い方の放電領域に比較して、前記放電電極への電圧の印加が行われる温度域の上限温度を低く設定されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気集塵装置。
【請求項７】
前記電圧印加装置は、前記共通電源と前記放電電極との接続を放電領域単位でオンオフするオンオフスイッチを備え、排気温度が放電領域ごとに設定された上限温度に到達した場合、排気温度が到達した上限温度に対応する放電領域について前記共通電源と前記放電電極との接続をオフにするように前記オンオフスイッチを操作し、排気温度が放電領域ごとに設定された上限温度を下回った場合、排気温度が下回った上限温度に対応する放電領域について前記共通電源と前記放電電極との接続をオンにするように前記オンオフスイッチを操作する
ことを特徴とする請求項６に記載の電気集塵装置。
【請求項８】
前記複数の放電領域に含まれる任意の２つの放電領域のうち、前記電極間距離が短い方の放電領域は、前記電極間距離が長い方の放電領域に比較して、前記放電電極へ印加することが可能な印加可能電圧を低く設定され、
前記電圧印加装置は、前記放電電極への電圧の印加が行われる対象放電領域のうち前記電極間距離が最も短い放電領域に対して設定された印加可能電圧を、全ての対象放電領域における印加電圧として設定する
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の電気集塵装置。
【請求項９】
排気に含まれる粒子状物質を帯電させて捕集する電気集塵装置において、
排気流路内に配置された複数の放電電極と、
前記排気流路の内壁面の少なくとも一部を構成するアース電極と、
前記複数の放電電極のそれぞれに対して電圧を印加する電圧印加装置と、を備え、
前記排気流路内には少なくとも１つの放電電極を含む複数の放電領域が設けられ、放電領域ごとに前記放電電極と前記アース電極との間の電極間距離が異ならされ、
前記電圧印加装置は、放電領域ごとに設けられた個別電源から放電領域単位で前記放電電極への電圧の印加を行い、前記放電電極への電圧の印加を行う放電領域を排気温度に応じて変更する
ことを特徴とする電気集塵装置。
【請求項１０】
前記電圧印加装置は、前記放電電極へ印加する印加電圧を排気温度に応じて変更する
ことを特徴とする請求項９に記載の電気集塵装置。
【請求項１１】
前記複数の放電領域に含まれる任意の２つの放電領域のうち、前記電極間距離が短い方の放電領域は、前記電極間距離が長い方の放電領域に比較して、前記放電電極への電圧の印加が行われる温度域の上限温度を低く設定されている
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の電気集塵装置。
【請求項１２】
前記電圧印加装置は、前記放電電極又は前記アース電極へ堆積する粒子状物質の推定堆積量に基づいて前記放電電極に対する印加電圧を補正する
ことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の電気集塵装置。
【請求項１３】
前記放電電極の軸心から前記アース電極までの距離は前記複数の放電領域の間で等しく、放電領域ごとに前記放電電極の軸心から先端までの長さが異ならされることにより、放電領域ごとに前記電極間距離が異ならされている
ことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の電気集塵装置。
【請求項１４】
前記放電電極の軸心から先端までの長さは前記複数の放電領域の間で等しく、放電領域ごとに前記放電電極の軸心から前記アース電極までの距離が異ならされることにより、放電領域ごとに前記電極間距離が異ならされている
ことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の電気集塵装置。
【請求項１５】
前記電気集塵装置は、排気管に取り付けられたハウジングを備え、
前記ハウジング内に前記複数の放電領域が設けられている
ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の電気集塵装置。
【請求項１６】
前記複数の放電領域は、排気管の管径の異なる部位に離散的に設けられている
ことを特徴とする請求項１４に記載の電気集塵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気に含まれる粒子状物質を帯電させて捕集する電気集塵装置に関し、特に内燃機関、詳しくはガソリンエンジンの排気に含まれる粒子状物質の捕集に用いて好適な電気集塵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示されるように、アース電極となる筒状ハウジング内の軸心に放電電極を配置し、放電電極からの放電によって排気中の粒子状物質を帯電させ、帯電した粒子状物質をアース電極にて捕集する電気集塵装置が知られている。特許文献１には、この電気集塵装置をガソリンエンジンやディーゼルエンジンから排出される粒子状物質の捕集に用いることが記載されている。
【０００３】
しかしながら、本出願に係る発明者による実験の結果、特許文献１に開示されたような従来の電気集塵装置は、ガソリンエンジンに適用した場合とディーゼルエンジンに適用した場合とで集塵性能に大きな差が出ることが判明した。これに関して、実験より得られた図１８、図１９及び図２０の各グラフを用いて説明する。各グラフにおいて、ディーゼルエンジンによる実験の結果は四角印でプロットされ、ガソリンエンジンによる実験の結果は菱印でプロットされている。
【０００４】
図１８は、放電電極に対して印加可能な最大印加電圧と粒子状物質の捕集率との関係を示すグラフである。このグラフから分かるように、放電電極に印加する電圧を高くするほど捕集率を高めることができる。しかし、実験データが示すように、ディーゼルエンジンでは定常的に高い電圧を印加できるのに対し、ガソリンエンジンでは印加可能な電圧にばらつきがある。その結果、ガソリンエンジンにおける捕集率は、全体的にはディーゼルエンジンにおける捕集率よりも低くなっている。このことは、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンとの排気温度の違いによる。
【０００５】
図１９は、電気集塵装置に入る排気の温度と粒子状物質の捕集率との関係を示すグラフである。このグラフから分かるように、排気温度が高くなるほど捕集率は低下する。これは、温度が高くなるほど放電電極とアース電極との間の絶縁破壊電圧が低下するために、放電電極に対して印加可能な最大印加電圧が低くなることによる。ガソリンエンジンとディーゼルエンジンとを比較した場合、ガソリンエンジンの方がディーゼルエンジンよりも燃焼温度が高いため、排気温度はガソリンエンジンの方が高くなる。その結果、前掲の図１８に示すように、ガソリンエンジンでは全体的に最大印加電圧が低くなり、ディーゼルエンジンに比較して捕集率が低くなっていると判断することができる。
【０００６】
図２０は、エンジンの負荷（吸入空気量Ｇａ）と粒子状物質の捕集率との関係を示すグラフである。一般的に、負荷が大きくなるほど燃焼温度は高くなって、排気温度も高くなる。しかし、ディーゼルエンジンの場合、負荷が高くなっても燃焼温度はあまり高くならないため、排気温度も低く抑えられる。その結果、ディーゼルエンジンでは、負荷の大きさによらず一定の高い捕集率を維持することができる。一方、ガソリンエンジンは、同負荷で比較した場合、ディーゼルエンジンよりも燃焼温度が高く、排気温度も高い。このため、ガソリンエンジンでは、極低負荷を除いて低い捕集率しか得られず、負荷がある程度大きくなった場合には捕集効果が得られなくなってしまう。
【０００７】
以上説明したように、従来の電気集塵装置は、その捕集性能が排気温度に大きく依存するため、排気に含まれる粒子状物質を幅広い温度域にて捕集することは難しい。絶縁破壊電圧は排気温度に加えて放電電極とアース電極との間の電極間距離にも依存するので、単に高温域での絶縁破壊を抑えたいだけなら、電極間距離を大きくとればよい。しかし、電極間距離を単に大きくしただけでは、電極間の電界強度の低下によって帯電性能が低下するため、低温域での集塵性能までも低下してしまう。このような理由により、粒子状物質の排出源が、例えばガソリンエンジンのように低温から高温まで大きく排気温度が変化するものである場合、従来の電気集塵装置を適用したとしても満足のいく集塵性能を得ることは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−０８４７８３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６０１７６号公報
【特許文献３】特開２０１４−２３８０８６号公報
【特許文献４】特開２０１２−１９３６９８号公報
【特許文献５】特開２０１２−２１９７４６号公報
【特許文献６】特開平６−１５９０３５号公報
【特許文献７】特開２０１２−１３６９５４号公報
【特許文献８】特開２００５−２３２９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、排気に含まれる粒子状物質を帯電させて捕集する電気集塵装置に関し、低温域での集塵性能は維持しつつ粒子状物質を捕集可能な温度域を高温域まで拡大することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る第１の電気集塵装置は、上記の目的を達成するため、排気に含まれる粒子状物質を帯電させて捕集する電気集塵装置において以下のように構成される。
【００１１】
本発明に係る第１の電気集塵装置は、排気流路内に配置された複数の放電電極と、排気流路の内壁面の少なくとも一部を構成するアース電極と、共通電源から放電電極のそれぞれに対して選択的に電圧を印加可能に構成された電圧印加装置とを備える。複数の放電電極は、少なくとも排気の流れの方向に並べて配置されてもよい。また、アース電極は、放電電極のそれぞれに対して排気流路の径方向に位置してもよい。排気流路内には少なくとも１つの放電電極を含む複数の放電領域が設けられ、放電領域ごとに放電電極とアース電極との間の電極間距離が異ならされている。電圧印加装置は、放電領域単位で放電電極への電圧の印加を行い、放電電極への電圧の印加を行う放電領域を排気温度に応じて変更するように構成されている。
【００１２】
上記の構成によれば、排気温度に適した電極間距離を有する放電電極に電圧を印加することができるので、低温域での集塵性能は維持しつつ、粒子状物質を捕集可能な温度域を高温域まで拡大することが可能となる。
【００１３】
本発明に係る第１の電気集塵装置において、電圧印加装置は、放電電極へ印加する印加電圧を排気温度に応じて変更してもよい。放電電極に対し絶縁破壊を起こさない範囲で印加可能な最大印加電圧は、排気温度に依存する。ゆえに、排気温度に応じて印加電圧を変更することによって、各温度域における集塵性能を高めることができる。
【００１４】
本発明に係る第１の電気集塵装置の１つの実施の形態では、排気流路内に設けられた複数の放電領域に含まれる任意の２つの放電領域のうち、電極間距離が短い方の放電領域は、電極間距離が長い方の放電領域に比較して、放電電極への電圧の印加が行われる温度域を低温側に設定されてもよい。電極間距離が短いほど、電界強度が強くなって高い捕集率を実現できる反面、排気温度が高くなるにつれて絶縁破壊が起きやすくなる。ゆえに、このような設定によれば、排気温度が低い低温域では、電極間距離が短い放電領域において高い捕集率で粒子状物質を捕集することができ、排気温度が高い高温域では、電極間距離が長い放電領域において粒子状物質の捕集を継続することができる。
【００１５】
上記１つの実施の形態では、電圧印加装置は、共通電源と接続する放電電極を放電領域単位で切り替えるセレクタスイッチを備えてもよい。その場合、電圧印加装置は、放電電極への電圧の印加を行う放電領域を、排気温度が属する温度域に応じてセレクタスイッチにより選択するように構成されてもよい。このような構成によれば、セレクタスイッチの操作によって、排気温度に最も適した電極間距離を有する放電電極に共通電源を接続することができる。
【００１６】
また、上記１つの実施の形態では、電圧印加装置は、複数の放電領域に含まれる任意の２つの放電領域のうち、電極間距離が長い方の放電領域では、電極間距離が短い方の放電領域に比較して、放電電極へ印加する電圧を高く設定してもよい。電極間距離が長いほど絶縁破壊電圧は大きくなるので、印加電圧を高くする余地が生じる。印加電圧が同じであれば電極間距離が長いほど捕集率は低下するが、印加電圧を高くすることで電極間距離が長い放電領域での捕集率を高めることができる。
【００１７】
本発明に係る第１の電気集塵装置の別の実施の形態では、複数の放電領域に含まれる任意の２つの放電領域のうち、電極間距離が短い方の放電領域は、電極間距離が長い方の放電領域に比較して、放電電極への電圧の印加が行われる温度域の上限温度を低く設定されてもよい。排気温度が同じであるならば、電極間距離が長い放電領域よりも電極間距離が短い放電領域の方が高い捕集率を実現することできるが、両方の放電領域に対して電圧の印加を行えばより高い捕集率を実現することができる。ゆえに、このような設定によれば、各放電領域において上限温度まで粒子状物質の捕集を継続することができるので、全体として高い集塵性能を実現することができる。
【００１８】
上記別の実施の形態では、電圧印加装置は、共通電源と放電電極との接続を放電領域単位でオンオフするオンオフスイッチを備えてもよい。その場合、電圧印加装置は、排気温度が放電領域ごとに設定された上限温度に到達した場合、排気温度が到達した上限温度に対応する放電領域について共通電源と放電電極との接続をオフにするようにオンオフスイッチを操作するように構成されてもよい。また、排気温度が放電領域ごとに設定された上限温度を下回った場合、排気温度が下回った上限温度に対応する放電領域について共通電源と放電電極との接続をオンにするようにオンオフスイッチを操作するように構成されてもよい。このような構成によれば、オンオフスイッチの操作によって、電圧を印加しても絶縁破壊が起きない全ての放電電極に共通電源を接続することができる。
【００１９】
また、上記別の実施の形態では、複数の放電領域に含まれる任意の２つの放電領域のうち、電極間距離が短い方の放電領域は、電極間距離が長い方の放電領域に比較して、放電電極へ印加することが可能な印加可能電圧を低く設定されてもよい。その場合、電圧印加装置は、放電電極への電圧の印加が行われる対象放電領域のうち電極間距離が最も短い放電領域に対して設定された印加可能電圧を、全ての対象放電領域における印加電圧として設定してもよい。これによれば、何れかの放電領域において印加電圧が絶縁破壊電圧を超えることによる短絡を防ぐことができる。
【００２０】
本発明に係る第２の電気集塵装置は、上記の目的を達成するため、排気に含まれる粒子状物質を帯電させて捕集する電気集塵装置において以下のように構成される。
【００２１】
本発明に係る第２の電気集塵装置は、排気流路内に配置された複数の放電電極と、排気流路の内壁面の少なくとも一部を構成するアース電極と、放電電極のそれぞれに対して電圧を印加する電圧印加装置とを備える。排気流路内には少なくとも１つの放電電極を含む複数の放電領域が設けられ、放電領域ごとに放電電極とアース電極との間の電極間距離が異ならされている。電圧印加装置は、放電領域ごとに設けられた個別電源から放電領域単位で放電電極への電圧の印加を行い、放電電極への電圧の印加を行う放電領域を排気温度に応じて変更するように構成される。
【００２２】
上記の構成によれば、排気温度に適した電極間距離を有する放電電極に電圧を印加することができるので、低温域での集塵性能は維持しつつ、粒子状物質を捕集可能な温度域を高温域まで拡大することが可能となる。
【００２３】
本発明に係る第２の電気集塵装置において、電圧印加装置は、放電電極へ印加する印加電圧を排気温度に応じて変更してもよい。放電電極に対し絶縁破壊を起こさない範囲で印加可能な最大印加電圧は、排気温度に依存する。ゆえに、排気温度に応じて印加電圧を変更することによって、各温度域における集塵性能を高めることができる。
【００２４】
本発明に係る第２の電気集塵装置では、複数の放電領域に含まれる任意の２つの放電領域のうち、電極間距離が短い方の放電領域は、電極間距離が長い方の放電領域に比較して、放電電極への電圧の印加が行われる温度域の上限温度を低く設定されてもよい。排気温度が同じであるならば、電極間距離が長い放電領域よりも電極間距離が短い放電領域の方が高い捕集率を実現することできるが、両方の放電領域に対して電圧の印加を行えばより高い捕集率を実現することができる。ゆえに、このような設定によれば、各放電領域において上限温度まで粒子状物質の捕集を継続することができるので、全体として高い集塵性能を実現することができる。さらに、放電領域単位で個別電源が用いられることにより、ある放電領域での絶縁破壊によって短絡が生じたとしても、その影響が他の放電領域に及ぶことはない。
【００２５】
また、本発明に係る第１の電気集塵装置と第２の電気集塵装置において、電圧印加装置は、放電電極或いはアース電極へ堆積する粒子状物質の推定堆積量に基づいて放電電極に対する印加電圧を補正してもよい。放電電極又はアース電極に粒子状物質が堆積すると見かけの電極間距離が変化し、排気温度と絶縁破壊電圧との関係にも変化が生じる。ゆえに、粒子状物質の推定堆積量に基づいて放電電極に対する印加電圧を補正することで、絶縁破壊による集塵性能の低下を抑えることができる。
【００２６】
また、本発明に係る第１の電気集塵装置と第２の電気集塵装置において、放電領域ごとに電極間距離を異ならせるためには、放電電極の軸心からアース電極までの距離は複数の放電領域の間で等しく、放電領域ごとに放電電極の軸心から先端までの長さを異ならせた構成を採用してもよい。或いは、放電電極の軸心から先端までの長さは複数の放電領域の間で等しく、放電領域ごとに放電電極の軸心からアース電極までの距離を異ならせた構成を採用してもよい。これらの構成において、電気集塵装置は排気管に取り付けられたハウジングを備え、ハウジング内に複数の放電領域が設けられていてもよい。特に後者の構成においては、複数の放電領域は、排気管の管径の異なる部位に離散的に設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
以上述べたように、本発明によれば、排気温度に適した電極間距離を有する放電電極に電圧を印加することができるので、低温域での集塵性能は維持しつつ、粒子状物質を捕集可能な温度域を高温域まで拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電気集塵装置の構造を示す図である。
【図２】排気温度と電極間距離と最大印加電圧との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電極切替制御及び印加電圧制御の制御フローを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る電気集塵装置の変形例の構造を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る電極切替制御の概要を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る電極切替制御及び印加電圧制御の制御フローを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３に係る電気集塵装置の構造を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る電極切替制御及び印加電圧制御の概要を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る電極切替制御及び印加電圧制御の制御フローを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る電気集塵装置の構造を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る電極切替制御及び印加電圧制御の概要を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る電極切替制御及び印加電圧制御の制御フローを示すフローチャートである。
【図１３】図１に示す構造の電気集塵装置においてＰＭの堆積により電極間距離が変化した様子を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態５に係る電極間距離補正のイメージを示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態５に係る電極切替制御及び印加電圧制御の制御フローを示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施の形態６に係る電気集塵装置の構造を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態７に係る電気集塵装置の構造を示す図である。
【図１８】放電電極に対して印加可能な最大印加電圧と粒子状物質の捕集率との関係を示すグラフである。
【図１９】電気集塵装置に入る排気の温度と粒子状物質の捕集率との関係を示すグラフである。
【図２０】エンジンの負荷（吸入空気量Ｇａ）と粒子状物質の捕集率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００３０】
１．実施の形態１
本発明の実施の形態１について説明する。
【００３１】
１−１．実施の形態１の電気集塵装置の構造
まず、本実施の形態に係る電気集塵装置の構造について説明する。図１は、実施の形態１に係る電気集塵装置の構造を示す図である。電気集塵装置１０１は、自動車用の電気集塵装置であり、内燃機関２の排気管４に設けられている。詳しくは、内燃機関２はガソリンエンジンであって、電気集塵装置１０１は図示しない触媒装置に対して排気管４の上流側に設けられている。本発明は、ガソリンエンジン、特に、理論空燃比による運転が行われるガソリンエンジンに用いて好適である。ただし、本発明が適用可能な内燃機関２はガソリンエンジンには限定されない。例えば、内燃機関２はディーゼルエンジンでもよい。
【００３２】
電気集塵装置１０１は、筒状のハウジング１２を有し、ハウジング１２によって区画された内部空間１４は、排気が流れる流路となる。以下、この内部空間１４を排気流路１４と表記する。電気集塵装置１０１は、排気流路１４を流れる排気に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭと称する）をコロナ放電によって帯電させて捕集する装置である。
【００３３】
電気集塵装置１０１は、排気流路１４内に排気の流れの方向に沿って一定の間隔で並べて配置された複数の放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを備える。各放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、排気流路１４の軸心に配置された軸部１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃから、排気流路１４の径方向に放射状に延びている。電気集塵装置１０１は、放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃと対になるアース電極として、排気流路１４の内壁面を構成するハウジング１２を含む。ハウジング１２は、少なくとも放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを囲む部分は導電性であり、且つ接地され、その導電性の部分がアース電極として機能する。
【００３４】
放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、軸部１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃから径方向の先端までの長さが放電電極ごとに異ならされている。具体的には、図１に示す３つの放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのうち、放電電極１５Ａが最も長く、放電電極１５Ｃが最も短い。アース電極１２であるハウジング１２の内径は、少なくとも放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの周囲については一定である。この結果、放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃからアース電極であるハウジング１２の内壁面までの電極間距離は、放電電極ごとに異なっている。具体的には、放電電極１５Ａからアース電極までの電極間距離ＬＡが最も短く、放電電極１５Ｃからアース電極までの電極間距離ＬＣが最も長く、放電電極１５Ｂからアース電極までの電極間距離ＬＢは中間の長さである。
【００３５】
電気集塵装置１０１の排気流路１４は、電極間距離が異なる複数の放電領域に分けることができる。ここでは、放電電極１５Ａによって放電が行われる放電領域を放電領域１４ａと表記し、放電電極１５Ｂによって放電が行われる放電領域を放電領域１４ｂと表記し、放電電極１５Ｃによって放電が行われる放電領域を放電領域１４ｃと表記する。次に述べるように、電気集塵装置１０１は、放電領域単位で放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃへの電圧の印加を行うように構成されている。
【００３６】
電気集塵装置１０１は、放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃに対して電圧を印加する電圧印加装置２０１を備える。電圧印加装置２０１は、直流電圧を発生させる電源２２と、セレクタスイッチ２４とを備える。電源２２は、セレクタスイッチ２４の入力端子に接続されている。セレクタスイッチ２４は３つの出力端子を備え、各出力端子に導線１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが接続されている。導線１８Ａの先端は、放電電極１５Ａの軸部１７Ａにつながり、導線１８Ｂの先端は、放電電極１５Ｂの軸部１７Ｂにつながり、そして、導線１８Ｃの先端は、放電電極１５Ｃの軸部１７Ｃにつながっている。このような構成により、電圧印加装置２０１は、セレクタスイッチ２４の選択の切り替えによって、電源２２から放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのそれぞれに対して選択的に電圧を印加することができる。電源２２は、放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ間で共通であるので、以下、これを共通電源２２と表記する。
【００３７】
電圧印加装置２０１は、共通電源２２とセレクタスイッチ２４とを制御するための制御装置３０を備える。制御装置３０は、少なくとも１つのプロセッサ３１と、少なくとも１つのメモリ３２とを備える電子制御ユニットである。メモリ３２に記憶されたコンピュータプログラムが読み出されてプロセッサ３１で実行されることにより、制御装置３０において種々の機能が実現される。
【００３８】
制御装置３０には、エンジン回転数センサ３３やエアフローメータ３４等の種々のセンサが電気的に接続されている。制御装置３０は、これら各種センサの信号から、電極切替制御及び印加電圧制御に必要な入力情報を取得する。例えば、エアフローメータ３４の信号からは内燃機関２に吸入された空気の流量が得られ、この吸入空気流量から電気集塵装置１０１で処理される排気の流量が得られる。また、エアフローメータ３４の信号から得られた吸入空気流量と、エンジン回転数センサ３３の信号から得られたエンジン回転数とから内燃機関２の負荷率が得られる。内燃機関２の負荷率とエンジン回転数が定まれば、内燃機関２の運転状態が特定され、内燃機関２の運転状態から排気中のＰＭ量や排気温度が得られる。
【００３９】
１−２．実施の形態１の電気集塵装置の作用
次に、上述の構造を有する係る電気集塵装置１０１の作用についてその概要を説明する。共通電源２２と何れか１つの放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃとをセレクタスイッチ２４で接続して電圧を印加すると、電圧を印加された放電電極の先端部でコロナ放電が起きるとともに、電圧を印加された放電電極とアース電極であるハウジング１２の内壁面との間に電界が形成される。これにより、放電電極からハウジング１２に向けてイオンが飛び出し、排気に含まれるＰＭは負に帯電する。負に帯電したＰＭはイオン風によってハウジング１２側に導かれ、ハウジング１２の内壁面上に捕集される。
【００４０】
捕集されたＰＭは、内燃機関２のフューエルカット運転時に自然に燃焼除去される。詳しくは、ガソリンエンジンの排気温度は高温であるので、電気集塵装置１０１の内部も高温になっている。このような高温環境下において十分な酸素が供給されたならば、燃焼の三条件が満たされることで、ハウジング１２上に堆積したＰＭは燃焼する。フューエルカット運転時には、多量の酸素を含む排気が電気集塵装置１０１内に流れ込むことで、燃焼の三条件は自然に満たされることになる。なお、本実施の形態では、捕集したＰＭをフューエルカット運転を利用して燃焼させることとしているが、捕集したＰＭを酸化燃焼させる装置を別途設けることでもよい。
【００４１】
１−３．実施の形態１の電極切替制御及び印加電圧制御の概要
図２は、各電極における排気温度と最大印加電圧との関係を示す図である。最大印加電圧は、絶縁破壊を起こすこと無く印加可能な最大電圧である。なお、図２中の電極Ａは図１に示す放電電極１５Ａを意味し、図２中の電極Ｂは図１に示す放電電極１５Ｂを意味し、図２中の電極Ｃは図１に示す放電電極１５Ｃを意味する。以下の説明においても、放電電極１５Ａ，放電電極１５Ｂ，放電電極１５Ｃをそれぞれ省略して、電極Ａ，電極Ｂ，電極Ｃと表記する場合がある。また、以下の説明において単に「電極」と表記した場合、それはアース電極ではなく放電電極を意味するものとする。
【００４２】
電気集塵装置の構造において説明したとおり、電極Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ電極間距離が異なっている。ゆえに、図２は、排気温度と電極間距離と最大印加電圧との関係を示す図とも言える。図２に示すように、何れの放電電極においても最大印加電圧は排気温度が高くなるに連れて低下し、ある温度にて最大印加電圧はゼロ若しくは略ゼロとなる。本明細書では、最大印加電圧がゼロ若しくはゼロに近い所定値（例えば５ｋｖ程度）まで低下する温度を、放電電極とアース電極との間で絶縁破壊が起きる絶縁破壊温度と定義する。図２では、電極Ａの絶縁破壊温度をｂＡ、電極Ｂの絶縁破壊温度をｂＢ、電極Ｃの絶縁破壊温度をｂＣと表記している。また、等排気温度では電極Ａの最大印加電圧が最も低く、電極Ｃの最大印加電圧が最も高いことが示すように、最大印加電圧は電極間距離が短いほど低下する。排気温度と電極間距離と最大印加電圧との間で成り立つこれらの関係は、パッシェンの法則に従っている。
【００４３】
さて、システム全体のエネルギ消費量を抑える観点からは、同じ集塵効率が得られるのであれば印加電圧はできるかぎり小さく済ませたい。電極間距離が異なる電極Ａ，Ｂ，Ｃの間でＰＭの集塵効率を比較した場合、印加電圧の大きさが同じであるならば、電極間距離が最も短い電極Ａで得られる集塵効率が最も高い。次に高い集塵効率が得られるのは電極間距離が次に短い電極Ｂであり、電極間距離が最も長い電極Ｃで得られる集塵効率は最も低い。
【００４４】
しかし、電極Ａを使用できる排気温度には限界があり、絶縁破壊温度ｂＡよりも高い温度域では電極Ａを使用することができない。つまり、絶縁破壊温度ｂＡは、電極Ａへの電圧の印加が行われる温度域の上限温度である。同様に、電極Ａの次に高い集塵効率が得られる電極Ｂは、絶縁破壊温度ｂＡよりも高い絶縁破壊温度ｂＢまでは使用可能であるが、それよりも高い温度域では使用することができない。絶縁破壊温度ｂＢは、電極Ｂへの電圧の印加が行われる温度域の上限温度である。一方、電極Ｃは、高い集塵効率は得られないが、絶縁破壊温度ｂＢよりも高い絶縁破壊温度ｂＣを超えない温度域まで使用することができる。絶縁破壊温度ｂＣは、電極Ｃへの電圧の印加が行われる温度域の上限温度である。
【００４５】
このように、電極Ａ，Ｂ，Ｃには、放電により得られる集塵効率に違いが有るだけでなく、使用できる温度域にも制約がある。このような違いや制約のもとで、低温域での集塵性能は維持しつつＰＭを捕集可能な温度域を高温域まで拡大するための制御が、実施の形態１の電極切替制御及び印加電圧制御である。
【００４６】
１−４．実施の形態１の電極切替制御及び印加電圧制御の詳細
図３は、実施の形態１に係る電極切替制御及び印加電圧制御の制御フローを示すフローチャートである。電極切替制御及び印加電圧制御は、電圧印加装置２０１によって実行される。具体的には、電圧印加装置２０１の制御装置３０によって、図３に示す制御フローに従って共通電源２２とセレクタスイッチ２４とが制御される。
【００４７】
電極切替制御及び印加電圧制御は、内燃機関２の始動（エンジン始動）によって開始される。まず、ステップＳ１０１では、電気集塵装置１０１がオンにされる。詳しくは、電圧印加装置２０１の制御装置３０に電源が投入される。
【００４８】
次に、ステップＳ１０２では、電気集塵装置１０１の排気流路１４に流入する排気の排気温度Ｔａが取得される。排気温度Ｔａは、例えばエンジン回転数と負荷率とを引数とするマップが用いられる。エンジン回転数はエンジン回転数センサ３３の信号から得られ、負荷率はエンジン回転数とエアフローメータ３４の信号から得られた吸入空気流量とから計算される。
【００４９】
次に、ステップＳ１０３では、各電極Ａ，Ｂ，Ｃの絶縁破壊温度ｂＡ，ｂＢ，ｂＣがメモリ３２から読み出される。絶縁破壊温度ｂＡ，ｂＢ，ｂＣはシステムの固有値であり、事前に調査された値が制御装置３０のメモリ３２に記憶されている。
【００５０】
次に、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２で取得された排気温度Ｔａと、電極間距離が最も短い電極Ａの絶縁破壊温度ｂＡとが比較される。排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＡよりも低い場合、ステップＳ１０８の処理が選択される。ステップＳ１０８では、共通電源２２と電極Ａ（放電電極１５Ａ）とを接続するようにセレクタスイッチ２４が制御され、且つ、電極Ａに対して最大印加電圧を印加するように共通電源２２が制御される。これにより、排気温度が低い低温域では、高い集塵効率が得られる電極Ａでコロナ放電を起こすことができ、それにより帯電したＰＭがアース電極上に捕集される。なお、各電極に対して印加可能な最大印加電圧は、前掲の図２に示すように排気温度によって決まる。制御装置３０のメモリ３２には、電極ごとに用意された最大印加電圧と排気温度とを関連付けるマップが記憶されている。
【００５１】
排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＡ以上まで上昇した場合、電極Ａに対して電圧を印加すると絶縁破壊が起きる。このため、電極Ａはもはや使用することはできない。この場合、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０２で取得された排気温度Ｔａと、電極間距離が次に短い電極Ｂの絶縁破壊温度ｂＢとが比較される。排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＢよりも低い場合、ステップＳ１０９の処理が選択される。ステップＳ１０９では、共通電源２２と電極Ｂ（放電電極１５Ｂ）とを接続するようにセレクタスイッチ２４が制御され、且つ、電極Ｂに対して最大印加電圧を印加するように共通電源２２が制御される。これにより、コロナ放電は電極Ｂで継続され、それにより帯電したＰＭがアース電極上に捕集される。なお、電極Ｂに印加する最大印加電圧は前述のマップを用いて排気温度から決定される。
【００５２】
排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＢ以上まで上昇した場合、電極Ｂに対して電圧を印加すると絶縁破壊が起きる。このため、電極Ａだけでなく電極Ｂも使用することはできない。この場合、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０２で取得された排気温度Ｔａと、電極間距離が最も長い電極Ｃの絶縁破壊温度ｂＣとが比較される。排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＣよりも低い場合、ステップＳ１１０の処理が選択される。ステップＳ１１０では、共通電源２２と電極Ｃ（放電電極１５Ｃ）とを接続するようにセレクタスイッチ２４が制御され、且つ、電極Ｃに対して最大印加電圧を印加するように共通電源２２が制御される。これにより、排気温度が高い高温域でもコロナ放電は電極Ｃで継続され、それにより帯電したＰＭがアース電極上に捕集される。なお、電極Ｃに印加する最大印加電圧は前述のマップを用いて排気温度から決定される。
【００５３】
排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＣ以上まで上昇した場合、電極Ｃに対して電圧を印加すると絶縁破壊が起きる。このため、電極Ａ及びＢだけでなく電極Ｃも使用することはできない。この場合、ステップＳ１０７において、電圧の印加を停止するように共通電源２２が制御される。
【００５４】
ステップＳ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１０、或いはＳ１０７の処理の後、ステップＳ１１１の判定が行われる。ステップＳ１１１では、内燃機関２が運転中かどうか（すなわち、エンジンオンかどうか）判定される。内燃機関２が運転している間は、上記の一連の処理が繰り返し実行され、排気に含まれるＰＭの捕集が継続される。その間に内燃機関２のフューエルカット運転が行われた場合、多量の酸素を含む排気が排気流路１４内に供給されることで、捕集されたＰＭは燃焼除去される。そして、内燃機関２の運転が終了した場合、本制御フローは終了する。
【００５５】
以上の制御フローに従い電極切替制御及び印加電圧制御が実行されることにより、排気温度が低い低温域では、電極間距離が短い放電領域において高い捕集率でＰＭを捕集することができる。そして、排気温度が高い高温域では、電極間距離が長い放電領域においてＰＭの捕集を継続することができる。
【００５６】
１−５．電気集塵装置の変形例の構造
図４は、実施の形態１に係る電気集塵装置の変形例の構造を示す図である。この変形例では、放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃはそれぞれ複数（図では２つずつ）設けられている。詳しくは、同じ電極間距離を有する２つの放電電極１５Ａ，１５Ａは軸部１７Ａに並べて取り付けられ、共通電源２２から同時に電圧が印加されるようになっている。これにより、２つの放電電極１５Ａ，１５Ａによって１つの放電領域１４ａが形成される。
【００５７】
言い換えれば、この変形例では、放電領域１４ａは同じ電極間距離を有する２つの放電電極１５Ａ，１５Ａを含む。同様に、放電領域１４ｂは同じ電極間距離を有する２つの放電電極１５Ｂ，１５Ｂを含み、放電領域１４ｃは同じ電極間距離を有する２つの放電電極１５Ｃ，１５Ｃを含む。ただし、各放電領域には、より多数の放電電極が含まれてもよいし、放電領域間で放電電極の数が異なってもよい。
【００５８】
本実施の形態１に係る電気集塵装置の変形例の構造、つまり、１つの放電領域に同じ電極間距離を有する複数の放電電極を含む構造は、後述する他の実施の形態に係る電気集塵装置にも適用することができる。
【００５９】
２．実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、電圧印加装置による電極切替制御に特徴がある。本実施の形態に係る電気集塵装置の基本的な構造は、実施の形態１に係る電気集塵装置と共通する。ゆえに、以下の説明において電気集塵装置の構造について言及がある場合には、特に明示した場合を除いて図１を参照されたい。
【００６０】
２−１．実施の形態２の電極切替制御の概要
図５は、本実施の形態に係る電極切替制御の概要を示す図である。図５には、電極Ａ，Ｂ，ＣのそれぞれによるＰＮ低減率と排気温度との関係が示されている。なお、ＰＮとは排気中のＰＭの粒子個数濃度を意味する。ここでは、集塵効率をＰＮ低減率と定義する。そして、電極Ａの集塵効率をＣＡ、電極Ｂの集塵効率をＣＢ、電極Ｃの集塵効率をＣＣと表記する。
【００６１】
印加電圧が同じであるならば、電極間距離が最も短い電極Ａの集塵効率ＣＡが最も高く、電極間距離が最も長い電極Ｃの集塵効率ＣＣが最も低い。しかし、同じ排気温度で比較した場合、前掲の図２に示すように最大印加電圧は電極Ｃで最も高く、電極Ａで最も低い。この結果、図５に示すように、最も高い集塵効率が得られる電極は温度域によって変わることになる。具体的には、低温域では電極Ａの集塵効率ＣＡが最も高いが、中温域では電極Ｂの集塵効率ＣＢが最も高くなり、高温域では電極Ｃの集塵効率ＣＣが最も高くなる。なお、図５に示す特性は単なる一例ではあるが、集塵効率ＣＡが最も高くなる低温域の上限温度は、必ず電極Ａの絶縁破壊温度ｂＡよりも低い温度である。同様に、集塵効率ＣＢが高くなる中温域の上限温度は、必ず電極Ｂの絶縁破壊温度ｂＢよりも低い温度である。また、集塵効率ＣＣが最も高くなる高温域の上限温度は、電極Ｃの絶縁破壊温度ｂＣに等しい。
【００６２】
図５に示す電極ごとの排気温度と集塵効率との関係は、図２に示す電極ごとの排気温度と最大印加電圧との関係とともにマップ化され、制御装置３０のメモリ３２に記憶されている。本実施の形態に係る電極切替制御では、電極ごとの排気温度と最大印加電圧と集塵効率との関係を示すマップを用いて、最も高い集塵効率が得られるように電極の切り替えが行われる。
【００６３】
２−２．実施の形態２の電極切替制御及び印加電圧制御の詳細
図６は、実施の形態２に係る電極切替制御及び印加電圧制御の制御フローを示すフローチャートである。このフローチャート中、図１のフローチャート中の処理と同一のステップ番号が付された処理は、同一内容の処理を意味している。ゆえに、それらの処理についての説明は省略するか簡略化する。
【００６４】
本実施の形態では、ステップＳ１０４において排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＡよりも低いと判定された場合、次にステップＳ２０１の判定が行われる。ステップＳ２０１では、ステップＳ１０２で取得された排気温度Ｔａにおける電極Ａの集塵効率ＣＡと電極Ｂの集塵効率ＣＢとがマップから読み出され、両者が比較される。比較の結果、電極Ａの集塵効率ＣＡの方が高ければ、ステップＳ２０２の処理が選択される。ステップＳ２０２では、共通電源２２と電極Ａ（放電電極１５Ａ）とを接続するようにセレクタスイッチ２４が制御され、且つ、電極Ａに対して最大印加電圧を印加するように共通電源２２が制御される。
【００６５】
ステップＳ２０１の比較の結果、電極Ｂの集塵効率ＣＢが電極Ａの集塵効率ＣＡ以上であれば、ステップＳ２０３の処理が選択される。ステップＳ２０３では、共通電源２２と電極Ｂ（放電電極１５Ｂ）とを接続するようにセレクタスイッチ２４が制御され、且つ、電極Ｂに対して最大印加電圧を印加するように共通電源２２が制御される。
【００６６】
排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＡ以上まで上昇した場合は、ステップＳ１０５において排気温度Ｔａと電極Ｂの絶縁破壊温度ｂＢとが比較される。比較の結果、排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＢよりも低いと判定された場合、次にステップＳ２０４の判定が行われる。ステップＳ２０４では、ステップＳ１０２で取得された排気温度Ｔａにおける電極Ｂの集塵効率ＣＢと電極Ｃの集塵効率ＣＣとがマップから読み出され、両者が比較される。比較の結果、電極Ｂの集塵効率ＣＢの方が高ければ、ステップＳ２０５の処理が選択される。ステップＳ２０５では、共通電源２２と電極Ｂ（放電電極１５Ｂ）とを接続するようにセレクタスイッチ２４が制御され、且つ、電極Ｂに対して最大印加電圧を印加するように共通電源２２が制御される。
【００６７】
ステップＳ２０４の比較の結果、電極Ｃの集塵効率ＣＣが電極Ｂの集塵効率ＣＢ以上であれば、ステップＳ２０６の処理が選択される。ステップＳ２０６では、共通電源２２と電極Ｃ（放電電極１５Ｃ）とを接続するようにセレクタスイッチ２４が制御され、且つ、電極Ｃに対して最大印加電圧を印加するように共通電源２２が制御される。
【００６８】
排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＢ以上まで上昇した場合は、ステップＳ１０６において排気温度Ｔａと電極Ｃの絶縁破壊温度ｂＣとが比較される。比較の結果、排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＣよりも低いと判定された場合、ステップＳ１１０の処理が選択されて電極Ｃに対する最大印加電圧の印加が継続される。
【００６９】
以上の制御フローに従い電極切替制御及び印加電圧制御が実行されることにより、排気温度が低い低温域では、電極間距離が短い放電領域において高い捕集率でＰＭを捕集することができ、排気温度が高い高温域では、電極間距離が長い放電領域においてＰＭの捕集を継続することができる。
【００７０】
３．実施の形態３
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、電気集塵装置の構造と、電圧印加装置による電極切替制御及び印加電圧制御とに特徴がある。
【００７１】
３−１．実施の形態３の電気集塵装置の構造
図７は、本実施の形態に係る電気集塵装置の構造を示す図である。本実施の形態に係る電気集塵装置１０３は、実施の形態１とは電圧印加装置の構成に違いが有る。本実施の形態に係る電圧印加装置２０３は、実施の形態１の電圧印加装置２０１が備えるセレクタスイッチ２４（図１参照）に代えて、オンオフスイッチ２６を備える。
【００７２】
オンオフスイッチ２６は、３つのスイッチ２６ａ，２６ｂ，２６ｃからなる。各スイッチ２６ａ，２６ｂ，２６ｃの入力端子は、共通電源２２に接続されている。スイッチ２６ａの出力端子は、導線１８Ａ及び軸部１７Ａを介して放電電極１５Ａに接続されている。スイッチ２６ｂの出力端子は、導線１８Ｂ及び軸部１７Ｂを介して放電電極１５Ｂに接続されている。スイッチ２６ｃの出力端子は、導線１８Ｃ及び軸部１７Ｃを介して放電電極１５Ｃに接続されている。
【００７３】
このような構成により、電圧印加装置２０３は、オンオフスイッチ２６の各スイッチ２６ａ，２６ｂ，２６ｃのオン／オフの切り替えによって、共通電源２２から放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのそれぞれに対して選択的に電圧を印加することができる。詳しくは、実施の形態１に係る電圧印加装置２０１（図１参照）では、放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの何れか１つにしか電圧を印加することができないが、本実施の形態に係る電圧印加装置２０３では、スイッチ２６ａ，２６ｂ，２６ｃの個別操作によって、共通電源２２から任意の１又は複数の放電電極に対して同時に電圧を印加することがきる。なお、各スイッチ２６ａ，２６ｂ，２６ｃのオン／オフ状態は、制御装置３０によって制御される。
【００７４】
３−２．実施の形態３の電極切替制御及び印加電圧制御の概要
本実施の形態に係る電気集塵装置１０３の構成によれば、同時に複数の放電電極に対して電圧を印加することができる。システム全体としての集塵効率を可能な限り高くするためには、電圧を印加する放電電極の数が多いほどよい。ただし、電源が共通であるため、１つの放電電極が絶縁破壊を起こすと、そこで短絡が生じるために他の全ての放電電極への電圧印加が不可能になる。絶縁破壊を起こさない範囲で、可能な限り多くの放電電極に電圧を印加できるようにした制御が、本実施の形態の電極切替制御及び印加電圧制御である。
【００７５】
図８は、本実施の形態に係る電極切替制御及び印加電圧制御の概要を示す図である。図８の下段には、電極Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれにおける印加可能電圧と排気温度との関係が示されている。
【００７６】
前掲の図２に示すように、電極Ａ，Ｂ，Ｃの最大印加電圧には違いがあり、排気温度が同じであれば、電極間距離が遠い電極ほど高い電圧を印加することができる。しかし、絶縁破壊を防ぐためには、電圧印加が可能な電極のうち最も印加可能な電圧が低い電極、つまり、電極間距離が最も短い電極の印加可能電圧に印加電圧を合わせる必要がある。また、１つの電極で絶縁破壊が起きてしまうと他の全ての電極への電圧印加ができなくなる。ゆえに、排気温度がある電極の絶縁破壊温度を超えそうな場合には、オンオフスイッチ２６を操作して当該電極と共通電源２２との接続をオフにする必要がある。
【００７７】
このようなことから、本実施の形態では、電極Ａに対して電圧印加が可能な温度域では、電極Ａの最大印加電圧を電極Ａ，Ｂ，Ｃに対する印加電圧として設定する。そして、排気温度が電極Ａに対して設定された上限温度ｕＡに到達した場合、オンオフスイッチ２６のスイッチ２６ａを開いて電極Ａと共通電源２２との接続をオフにする。なお、電極Ａに対する上限温度ｕＡは、絶縁破壊温度ｂＡよりも所定の余裕分ａだけ低い温度に設定されている。余裕分ａは、電極Ａの印加可能電圧が大きく低下し始める前に電極Ａへの電圧印加を停止できるように設定されている。
【００７８】
電極Ａに対する電圧印加を停止した後は、電極Ｂの印加可能電圧を電極Ｂ，Ｃに対する印加電圧として設定する。なお、電極Ｂの印加可能電圧とは、必ずしも電極Ｂの最大印加電圧を意味しない。図８では、電極Ａに対する電圧印加の停止の前後で印加電圧に連続性を持たせるため、電極Ｂの最大印加電圧よりも低い電圧を電極Ｂ，Ｃに対して印加している。そして、排気温度が電極Ｂに対して設定された上限温度ｕＢに到達した場合、オンオフスイッチ２６のスイッチ２６ｂを開いて電極Ｂと共通電源２２との接続をオフにする。なお、電極Ｂに対する上限温度ｕＢは、絶縁破壊温度ｂＢよりも所定の余裕分ｂだけ低い温度に設定されている。余裕分ｂは、電極Ｂの印加可能電圧が大きく低下し始める前に電極Ｂへの電圧印加を停止できるように設定されている。
【００７９】
電極Ｂに対する電圧印加を停止した後は、電極Ｃの印加可能電圧をそのまま電極Ｃに対する印加電圧として設定する。なお、電極Ｃの印加可能電圧とは、必ずしも電極Ｃの最大印加電圧を意味しない。図８では、電極Ｂに対する電圧印加の停止の前後で印加電圧に連続性を持たせるため、電極Ｃの最大印加電圧よりも低い電圧を電極Ｃに対して印加している。電極Ｃに対する電圧印加は、排気温度が電極Ｃに対して設定された上限温度ｕＣに到達するまで継続される。ここでは、電極Ｃに対する上限温度ｕＣは、絶縁破壊温度ｂＣと等しい温度に設定されている。
【００８０】
図８の上段には、電極Ａ，Ｂ，ＣのそれぞれによるＰＮ低減率と排気温度との関係がそれぞれ細線で示されている。また、本実施の形態の電極切替制御及び印加電圧制御を行うことで実現されるシステム全体でのＰＮ低減率と排気温度との関係が太線で示されている。本実施の形態によれば、ＰＭを捕集可能な温度域を高温域まで拡大しながら、低温域での集塵性能をさらに向上させることができる。
【００８１】
３−３．実施の形態３の電極切替制御及び印加電圧制御の詳細
図９は、実施の形態３に係る電極切替制御及び印加電圧制御の制御フローを示すフローチャートである。このフローチャート中、図１のフローチャート中の処理と同一のステップ番号が付された処理は、同一内容の処理を意味している。ゆえに、それらの処理についての説明は省略するか簡略化する。
【００８２】
本実施の形態では、ステップＳ１０２で排気温度Ｔａが取得された後、次に、ステップＳ３０１の処理が行われる。ステップＳ３０１では、各電極Ａ，Ｂ，Ｃの上限温度ｕＡ，ｕＢ，ｕＣがメモリ３２から読み出される。上限温度ｕＡ，ｕＢ，ｕＣは、システムの固有値である絶縁破壊温度ｂＡ，ｂＢ，ｂＣを基準にして設定されている。
【００８３】
次に、ステップＳ３０２では、ステップＳ１０２で取得された排気温度Ｔａと、電極間距離が最も短い電極Ａの上限温度ｕＡとが比較される。排気温度Ｔａが上限温度ｕＡよりも低い場合、ステップＳ３０５の処理が選択される。ステップＳ３０５では、共通電源２２と電極Ａ（放電電極１５Ａ）、電極Ｂ（放電電極１５Ｂ）、電極Ｃ（放電電極１５Ｃ）の全てとを接続するようにオンオフスイッチ２６が制御され、且つ、これらの電極Ａ，Ｂ，Ｃに対して電極Ａの最大印加電圧を印加するように共通電源２２が制御される。これにより、排気温度が低い低温域では、全ての電極Ａ，Ｂ，Ｃでコロナ放電を起こすことができ、それにより帯電したＰＭがアース電極上に捕集される。
【００８４】
排気温度Ｔａが上限温度ｕＡ以上まで上昇した場合、ステップＳ３０３において、ステップＳ１０２で取得された排気温度Ｔａと、電極間距離が次に短い電極Ｂの上限温度ｕＢとが比較される。排気温度Ｔａが上限温度ｕＢよりも低い場合、ステップＳ３０６の処理が選択される。ステップＳ３０６では、共通電源２２と電極Ｂ（放電電極１５Ｂ）及び電極Ｃ（放電電極１５Ｃ）とを接続するようにオンオフスイッチ２６が制御され、且つ、これらの電極Ｂ，Ｃに対して電極Ｂの最大印加電圧を印加するように共通電源２２が制御される。これにより、コロナ放電は電極Ｂ，Ｃで継続され、それにより帯電したＰＭがアース電極上に捕集される。
【００８５】
排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＢ以上まで上昇した場合、ステップＳ３０４において、ステップＳ１０２で取得された排気温度Ｔａと、電極間距離が最も長い電極Ｃの上限温度ｕＣとが比較される。排気温度Ｔａが上限温度ｕＣよりも低い場合、ステップＳ３０７の処理が選択される。ステップＳ３０７では、共通電源２２と電極Ｃ（放電電極１５Ｃ）のみとを接続するようにオンオフスイッチ２６が制御され、且つ、電極Ｃに対して最大印加電圧を印加するように共通電源２２が制御される。これにより、排気温度が高い高温域でもコロナ放電は電極Ｃで継続され、それにより帯電したＰＭがアース電極上に捕集される。そして、排気温度Ｔａが上限温度ｕＣ以上まで上昇した場合、ステップＳ１０７において、電圧の印加を停止するように共通電源２２が制御される。
【００８６】
以上の制御フローに従い電極切替制御及び印加電圧制御が実行されることにより、各電極においてその上限温度までＰＭの捕集を継続することができるので、全体として高い集塵性能を実現することができる。特に、低温域での集塵性能をさらに向上させることができる。
【００８７】
４．実施の形態４
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態は、電気集塵装置の構造と、電圧印加装置による電極切替制御及び印加電圧制御とに特徴がある。
【００８８】
４−１．実施の形態４の電気集塵装置の構造
図１０は、本実施の形態に係る電気集塵装置の構造を示す図である。本実施の形態に係る電気集塵装置１０４は、実施の形態１とは電圧印加装置の構成に違いが有る。本実施の形態に係る電圧印加装置２０４は、実施の形態１の電圧印加装置２０１が備える共通電源２２（図１参照）に代えて、個別電源２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを備える。個別電源２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは放電電極毎に用意されている。個別電源２３Ａは、導線１８Ａ及び軸部１７Ａを介して放電電極１５Ａに接続されている。個別電源２３Ｂは、導線１８Ｂ及び軸部１７Ｂを介して放電電極１５Ｂに接続されている。個別電源２３Ｃは、導線１８Ｃ及び軸部１７Ｃを介して放電電極１５Ｃに接続されている。
【００８９】
このような構成により、本実施の形態に係る電圧印加装置２０４では、放電電極ごとに設けられた個別電源２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの個別操作によって、放電電極ごとに印加電圧を制御することができる。なお、各個別電源２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、制御装置３０によって制御される。
【００９０】
４−２．実施の形態４の電極切替制御及び印加電圧制御の概要
本実施の形態に係る電気集塵装置１０４の構成によれば、同時に複数の放電電極に対して独立して電圧を印加することができる。システム全体としての集塵効率を可能な限り高くするためには、電圧を印加する放電電極の数が多いほどよく、また、印加する電圧は最大印加電圧を超えない範囲であれば高いほどよい。本実施の形態では、電源が放電電極ごとに独立しているので、仮に１つの放電電極が絶縁破壊を起こしたとしても、その影響が他の放電電極に及ぶことはない。絶縁破壊の発生をおそれることなく、可能な限り多くの放電電極に可能な限り高い電圧を印加できるようにした制御が、本実施の形態の電極切替制御及び印加電圧制御である。
【００９１】
図１１は、本実施の形態に係る電極切替制御及び印加電圧制御の概要を示す図である。図１１の下段には、電極Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれにおける印加可能電圧と排気温度との関係が示されている。本実施の形態では、電圧印加装置２０４が個別電源２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを備えることにより、電極Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれについて排気温度が絶縁破壊温度を超えるまで常に最大印加電圧を印加することができる。
【００９２】
排気温度が電極Ａの絶縁破壊温度ｂＡを超えた場合には、絶縁破壊が起こることで電極ＡによるＰＭの捕集効果は失われるが、そのまま電圧を印加し続けたとしても不都合は生じない。ただし、電力の無駄が生じるので、排気温度が絶縁破壊温度ｂＡを超えたら個別電源２３Ａから電極Ａへの電圧の印加を停止する。或いは、印加電圧が低下すると捕集効果も低下するので、印加可能電圧が大きく低下し始めたら個別電源２３Ａから電極Ａへの電圧の印加を停止してもよい。個別電源２３Ｂから電極Ｂへの電圧の印加についても同様であり、また、個別電源２３Ｃから電極Ｃへの電圧の印加についても同様である。
【００９３】
図１１の上段には、電極Ａ，Ｂ，ＣのそれぞれによるＰＮ低減率と排気温度との関係が細線で示されている。また、本実施の形態の電極切替制御及び印加電圧制御を行うことで実現されるシステム全体でのＰＮ低減率と排気温度との関係が太線で示されている。本実施の形態によれば、ＰＭを捕集可能な温度域を高温域まで拡大しながら、低温域並びに中温域での集塵性能をさらに向上させることができる。
【００９４】
４−３．実施の形態４の電極切替制御及び印加電圧制御の詳細
図１２は、実施の形態４に係る電極切替制御及び印加電圧制御の制御フローを示すフローチャートである。このフローチャート中、図１のフローチャート中の処理と同一のステップ番号が付された処理は、同一内容の処理を意味している。ゆえに、それらの処理についての説明は省略するか簡略化する。
【００９５】
本実施の形態では、ステップＳ１０４において排気温度Ｔａが電極Ａの上限温度である絶縁破壊温度ｂＡよりも低いと判定された場合、ステップＳ４０１の処理が選択される。ステップＳ４０１では、各電極Ａ（放電電極１５Ａ），電極Ｂ（放電電極１５Ｂ），電極Ｃ（放電電極１５Ｃ）に対してそれぞれの最大印加電圧を印加するように各個別電源２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃが制御される。
【００９６】
排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＡ以上まで上昇した場合は、ステップＳ１０５において排気温度Ｔａと電極Ｂの上限温度である絶縁破壊温度ｂＢとが比較される。比較の結果、排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＢよりも低いと判定された場合、ステップＳ４０２の処理が選択される。ステップＳ４０２では、個別電源２３Ａから電極Ａに対する電圧印加は停止され、電極Ｂ及び電極Ｃに対してそれぞれの最大印加電圧を印加するように各個別電源２３Ｂ，２３Ｃが制御される。
【００９７】
排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＢ以上まで上昇した場合は、ステップＳ１０６において排気温度Ｔａと電極Ｃの上限温度である絶縁破壊温度ｂＣとが比較される。比較の結果、排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＣよりも低いと判定された場合、ステップＳ４０３の処理が選択される。ステップＳ４０３では、個別電源２３Ｂから電極Ｂに対する電圧印加も停止され、電極Ｃに対して最大印加電圧を印加するように個別電源２３Ｃが制御される。
【００９８】
以上の制御フローに従い電極切替制御及び印加電圧制御が実行されることにより、各電極においてその絶縁破壊温度までＰＭの捕集を継続することができ、しかもその間は最大印加電圧を印加することができるので、全体として高い集塵性能を実現することができる。特に、低温域及び中温域での集塵性能をさらに向上させることができる。
【００９９】
５．実施の形態５
次に、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態は、電圧印加装置による電極切替制御及び印加電圧制御において、ＰＭの堆積による電極間距離の変化を考慮した点に特徴がある。なお、本実施の形態に係る電気集塵装置の構造は、便宜上、実施の形態１に係る電気集塵装置と共通の構造とする。
【０１００】
５−１．実施の形態５の電極切替制御及び印加電圧制御の概要
図１３は、実施の形態１に係る電気集塵装置１０１においてＰＭの堆積により電極間距離が変化した様子を示す図である。電気集塵装置１０１の運転を続けることで、アース電極であるハウジング１２の内壁面にはＰＭの堆積層５０が形成されていく。また、放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの先端にもＰＭが付着する。その結果、電極間距離ＬＡ，ＬＢ，ＬＣは、実質的に本来の距離よりも短くなる。電極間距離ＬＡ，ＬＢ，ＬＣが短くなると、排気温度に対する最大印加電圧にずれが生じ、また、システム固有値である絶縁破壊温度にもずれが生じる。具体的には、本来であれば絶縁破壊が起きない大きさの印加電圧で絶縁破壊が起きてしまったり、本来であれば絶縁破壊が起きない高さの排気温度で絶縁破壊が起きてしまったりする。
【０１０１】
そこで、本実施の形態では、ＰＭの推定堆積量を計算し、推定堆積量に基づいて各放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃに対する最大印加電圧を補正するとともに、推定堆積量に基づいて放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの絶縁破壊温度ｂＡ，ｂＢ，ｂＣを補正する。詳しくは、まず、放電電極ごとにＰＭの推定堆積量を計算して電極間距離ＬＡ，ＬＢ，ＬＣを補正する。そして、補正した電極間距離ＬＡ，ＬＢ，ＬＣに基づいて各放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃに対する最大印加電圧を補正するとともに、各放電電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの絶縁破壊温度ｂＡ，ｂＢ，ｂＣを補正する。
【０１０２】
図１４は、電極間距離補正のイメージを示す図である。本来であれば電極間距離ＬＡ，ＬＢ，ＬＣは各電極Ａ，Ｂ，Ｃからアース電極までの距離であるが、ＰＭが堆積した場合にはその堆積量の分だけ電極間距離を短く補正することが行われる。ＰＭの推定堆積量は電極位置ごと（正確には放電領域ごと）に行われる。なお、図１４中の基準位置とは、アース電極に最も近い電極Ａ，Ｂ，Ｃの先端位置を意味する。
【０１０３】
各電極位置におけるＰＭの推定堆積量の計算には、ＰＭ堆積量推定モデルが用いられる。ＰＭ堆積量推定モデルは、処理する排気の条件に関する情報である入力情報と、排気を捕集するための装置側の設定に関する情報である設定情報と、これまでの燃焼処理の履歴に関する情報である履歴情報とに基づいて、排気の流れ方向における堆積量の分布を推定する物理モデルである。
【０１０４】
ＰＭ堆積量推定モデルは、例えば、式１及び式２で表される捕集効率の算出式と、式３、式４及び式５に示す堆積量の増加量の算出式と、式６に示す堆積量の算出式とで表すことができる。
【数１】
2019122940.tif 000003
【数２】
2019122940.tif 000004
【数３】
2019122940.tif 000005
【数４】
2019122940.tif 000006
【数５】
2019122940.tif 000007
【数６】
2019122940.tif 000008
【０１０５】
式１において、添字ｎは電極位置を示す識別番号である。例えば、電極Ａの電極位置を１、電極Ｂの電極位置を２、電極Ｃの電極位置を３とする。ηｎは電極位置ｎにおける捕集効率、ｋはシステム固有の補正係数、Ａｎは電極位置ｎにおける有効基板面積（ｍ２）、Ｇａは排気流量（ｇ／ｓ）、ωｅは分離速度（ｍ／ｓ）である。有効基板面積Ａｎは、電極位置ｎに対応する放電領域（例えば、電極位置１が電極Ａの電極位置である場合には、放電領域１４ａ）の上流端から下流端までの内壁面の面積である。式２において、ｖｅは拡散電荷での位相速度、ｑは粒子の帯電量（Ｃ）、Ｅｎは電極位置ｎにおける電界強度（Ｖ／ｍ）、Ｃｍはカニンガムの補正係数、μはガスの粘度（Ｐａ・ｓ)、ｄｐは粒子径（ｍ）である。
【０１０６】
式３、式４及び式５において、Ｑｓは排気とともに電気集塵装置１０１に流入する単位堆積時間あたりのＰＭ量（以下、瞬時流入ＰＭ量と称する）、ΔＴは単位堆積時間である。そして、ΔＧｉ１は電極位置１に対応する放電領域１４ａにおける単位堆積時間あたりの堆積量の増加量、ΔＧｉ２は電極位置２に対応する放電領域１４ｂにおける単位堆積時間あたりの堆積量の増加量、ΔＧｉ３は電極位置３に対応する放電領域１４ｃにおける単位堆積時間あたりの堆積量の増加量である。
【０１０７】
式６において、Ｇｎは電極位置ｎに対応する放電領域におけるＰＭの堆積量、ΔＧｉｎは電極位置ｎに対応する放電領域における単位堆積時間あたりの堆積量の増加量である。単位堆積時間あたりの堆積量の増加量ΔＧｉｎを積算することで、現時点における堆積量Ｇｎが算出される。これらの式で用いられるパラメータのうち、少なくとも排気流量Ｇａと瞬時流入ＰＭ量Ｑｓは運転条件によって変化する変数であり、上述の入力条件に含まれる。瞬時流入ＰＭ量Ｑｓは、例えば、エンジン回転数、負荷率、空燃比等から計算される。また、少なくとも電界強度Ｅｎは電気集塵装置１０１にて設定される変数であり、上述の設定条件に含まれる。また、式６の堆積量Ｇｎの値は、燃焼処理（具体的にはフューエルカット運転）の履歴情報に基づいて初期化される。
【０１０８】
上記のＰＭ堆積量推定モデルで計算された電極位置ごとのＰＭの推定堆積量に基づいて各電極間距離ＬＡ，ＬＢ，ＬＣが補正される。本実施の形態では、電極間距離と排気温度と最大印加電圧との関係がマップ化されて制御装置３０のメモリ３２に記憶されている。また、電極間距離が変われば絶縁破壊温度も変わることから、本実施の形態では、電極間距離と絶縁破壊温度との関係がマップ化されて制御装置３０のメモリ３２に記憶されている。
【０１０９】
ＰＭの堆積によって電極間距離が変化した場合、メモリ３２に記憶された最大印加電圧マップを参照することによって、変化した電極間距離と排気温度とに応じた最大印加電圧を得ることができる。また、ＰＭの堆積によって電極間距離が変化した場合、メモリ３２に記憶された絶縁破壊温度マップを参照することによって、変化した電極間距離に応じた絶縁破壊温度を得ることができる。
【０１１０】
５−２．実施の形態５の電極切替制御及び印加電圧制御の詳細
図１５は、実施の形態５に係る電極切替制御及び印加電圧制御の制御フローを示すフローチャートである。このフローチャート中、図１のフローチャート中の処理と同一のステップ番号が付された処理は、同一内容の処理を意味している。ゆえに、それらの処理についての説明は省略するか簡略化する。
【０１１１】
本実施の形態では、ステップＳ１０２で排気温度Ｔａが取得された後、次に、ステップＳ５０１の処理が行われる。ステップＳ５０１では、各電極Ａ，Ｂ，Ｃにおける電極間距離ＬＡ，ＬＢ，ＬＣが取得される。ここで取得される電極間距離ＬＡ，ＬＢ，ＬＣは、電極位置ごとのＰＭの推定堆積量に基づいて補正された電極間距離である。
【０１１２】
ステップＳ５０１の処理の後、次にステップＳ５０２の処理が行われる。ステップＳ５０３では、メモリ３２に記憶された絶縁破壊温度マップから、ステップＳ５０１で取得された各電極間距離ＬＡ，ＬＢ，ＬＣに対応する絶縁破壊温度ｂＡ，ｂＢ，ｂＣが読み出される。
【０１１３】
次に、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２で取得された排気温度Ｔａと、ステップＳ５０２で絶縁破壊温度マップから読み出された絶縁破壊温度ｂＡとが比較される。排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＡよりも低い場合、ステップＳ５０３の処理が選択される。ステップＳ５０３では、メモリ３２に記憶された最大印加電圧マップから、排気温度と電極間距離ＬＡとに対応する電極Ａの最大印加電圧が読み出される。そして、共通電源２２と電極Ａ（放電電極１５Ａ）とを接続するようにセレクタスイッチ２４が制御され、且つ、電極Ａに対して最大印加電圧を印加するように共通電源２２が制御される。
【０１１４】
排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＡ以上まで上昇した場合は、ステップＳ１０５において排気温度Ｔａと電極Ｂの絶縁破壊温度ｂＢとが比較される。比較の結果、排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＢよりも低いと判定された場合、ステップＳ５０４の処理が選択される。ステップＳ５０４では、最大印加電圧マップから排気温度と電極間距離ＬＢとに対応する電極Ｂの最大印加電圧が読み出される。そして、共通電源２２と電極Ｂ（放電電極１５Ｂ）とを接続するようにセレクタスイッチ２４が制御され、且つ、電極Ｂに対して最大印加電圧を印加するように共通電源２２が制御される。
【０１１５】
排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＢ以上まで上昇した場合は、ステップＳ１０６において排気温度Ｔａと電極Ｃの絶縁破壊温度ｂＣとが比較される。比較の結果、排気温度Ｔａが絶縁破壊温度ｂＣよりも低いと判定された場合、ステップＳ５０５の処理が選択される。ステップＳ５０５では、最大印加電圧マップから排気温度と電極間距離ＬＣとに対応する電極Ｃの最大印加電圧が読み出される。そして、共通電源２２と電極Ｃ（放電電極１５Ｃ）とを接続するようにセレクタスイッチ２４が制御され、且つ、電極Ｃに対して最大印加電圧を印加するように共通電源２２が制御される。
【０１１６】
以上の制御フローに従い電極切替制御及び印加電圧制御が実行されることにより、ＰＭの堆積の影響を排除することができ、絶縁破壊による集塵性能の低下を抑えることができる。
【０１１７】
６．実施の形態６
次に、本発明の実施の形態６について説明する。本実施の形態は、電気集塵装置の構造に特徴がある。
【０１１８】
６−１．実施の形態６の電気集塵装置の構造
図１６は、本実施の形態に係る電気集塵装置の構造を示す図である。本実施の形態に係る電気集塵装置１０６は、軸心から先端までの長さが等しい複数（図１６では３つ）の放電電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを備える。実施の形態１と同じく、各放電電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃには電圧印加装置２０１が共通電源２２に接続されている。ただし、電圧印加装置の構造には限定はなく、実施の形態３に係る電圧印加装置２０３（図７参照）や実施の形態４に係る電圧印加装置２０４（図１０参照）が接続されていてもよい。
【０１１９】
本実施の形態に係る電気集塵装置１０６は、内径が異なる第１筒部１３ａ、第２筒部１３ｂ、及び第３筒部１３ｃからなるハウジング１３を備える。第１筒部１３ａの内径が最も小さく、第３筒部１３ｃの内径が最も大きい。ハウジング１３を構成する何れの筒部１３ａ，１３ｂ，１３ｃもアース電極として機能する。第１筒部１３ａは放電電極１６Ａの周囲を囲み、放電電極１６Ａとともに放電領域１４ａを形成している。第２筒部１３ｂは放電電極１６Ｂの周囲を囲み、放電電極１６Ｂとともに放電領域１４ｂを形成している。第３筒部１３ｃは放電電極１６Ｃの周囲を囲み、放電電極１６Ｃとともに放電領域１４ｃを形成している。
【０１２０】
筒部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ間の内径の違いによって、放電電極１６Ａ，１６Ｂ，１６からアース電極である筒部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの内壁面までの電極間距離は、放電電極ごとに異なっている。具体的には、放電電極１６Ａから第１筒部１３ａまでの電極間距離ＬＡが最も短く、放電電極１６Ｃから第３筒部１３ｃまでの電極間距離ＬＣが最も長く、放電電極１６Ｂから第２筒部１３ｂまでの電極間距離ＬＢは中間の長さである。
【０１２１】
このような構造を有する電気集塵装置１０６によれば、実施の形態１に係る電気集塵装置１０１（図１参照）と同様の効果が得られる。さらに、本実施の形態では、ハウジング１３は排気の流れの方向に向かって内径が段階的に拡大しているので、排気の流速を抑えることができる。排気の流速を抑えることで排気流路１４を吹き抜けるＰＭの数が低減し、実施の形態１に係る電気集塵装置１０１に比較してより高い集塵性能を得ることができる。
【０１２２】
７．実施の形態７
次に、本発明の実施の形態７について説明する。本実施の形態は、電気集塵装置の構造に特徴がある。
【０１２３】
７−１．実施の形態７の電気集塵装置の構造
図１７は、本実施の形態に係る電気集塵装置の構造を示す図である。本実施の形態に係る電気集塵装置１０７は、軸心から先端までの長さが等しい複数（図１７では３つ）の放電電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを備える。実施の形態１と同じく、各放電電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃには電圧印加装置２０１が共通電源２２に接続されている。ただし、電圧印加装置の構造には限定はなく、実施の形態３に係る電圧印加装置２０３（図７参照）や実施の形態４に係る電圧印加装置２０４（図１０参照）が接続されていてもよい。
【０１２４】
本実施の形態に係る電気集塵装置１０６は、他の実施の形態とは異なり、専用のハウジングを備えない。放電電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃは、排気管４の管径の異なる管部４ａ，４ｂ，４ｃに離散的に設けられている。排気管４は、少なくとも放電電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを囲む各管部４ａ，４ｂ，４ｃにおいて接地されている。排気管４の各管部４ａ，４ｂ，４ｃはアース電極として機能するとともに、放電電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃとともに放電領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃを形成している。
【０１２５】
管部４ａ，４ｂ，４ｃ間の管径の違いによって、放電電極１６Ａ，１６Ｂ，１６からアース電極である管部４ａ，４ｂ，４ｃの内壁面までの電極間距離は、放電電極ごとに異なっている。具体的には、放電電極１６Ａから第１管部４ａまでの電極間距離が最も短く、放電電極１６Ｃから第３管部４ｃまでの電極間距離が最も長く、放電電極１６Ｂから第２管部４ｂまでの電極間距離は中間の長さである。
【０１２６】
このような構造を有する電気集塵装置１０７によれば、実施の形態１に係る電気集塵装置１０１（図１参照）と同様の効果が得られる。さらに、本実施の形態では、既存の排気管４内に放電電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを設置することで、部品点数を少なくすることができる。
【０１２７】
８．その他実施の形態
以上説明した各実施の形態は、適宜組み合わせて実施することができる。例えば、実施の形態５で行われるＰＭの推定堆積量に基づいた絶縁破壊温度の補正及び最大印加電圧の補正は、他の実施の形態の電極切替制御及び印加電圧制御にも適用することができる。
【０１２８】
実施の形態６の特徴点であるハウジングの内径によって放電領域ごとに電極間距離を異ならせた構造は、実施の形態３に係る電気集塵装置や実施の形態４に係る電気集塵装置にも適用することができる。また、実施の形態７の特徴点である排気管の管径の異なる部位に放電電極を設置した構造は、実施の形態３に係る電気集塵装置や実施の形態４に係る電気集塵装置にも適用することができる。
【０１２９】
また、実施の形態１，３，４，６に係る電気集塵装置の構造では、排気流路の上流から下流にかけて電極間距離が長くなっているが、逆に、排気流路の上流から下流にかけて電極間距離が短くなっていてもよい。少なくとも放電領域間で電極間距離が異なっていれば良い。
【０１３０】
なお、各実施の形態ではエンジン回転速度と負荷率とから排気温度を計算しているが、排気管に温度センサを取り付けることによって、直接排気温度を測定することも可能である。また、代表温度を用いるのではなく、放電領域ごと或いは放電電極ごとに排気温度を測定し、放電領域ごと或いは放電電極ごとに測定した排気温度に基づいて電極切替制御及び電圧印加制御を行ってもよい。
【符号の説明】
【０１３１】
２  内燃機関
４  排気管
１２，１３  ハウジング（アース電極）
１４  排気通路
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  放電領域
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ  放電電極
２２  共通電源
２３  個別電源
２４  セレクタスイッチ
２６  オンオフスイッチ
３０  制御装置
１０１，１０３，１０４，１０６，１０７  電気集塵装置
２０１，２０３，２０４  電圧印加装置
【図１】
2019122940.tif 000009
【図２】
2019122940.tif 000010
【図３】
2019122940.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019122940.tif 000015
【図８】
2019122940.tif 000016
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2019122940.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
2019122940.tif 000021
【図１４】
2019122940.tif 000022
【図１５】
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【図１６】
2019122940.tif 000024
【図１７】
2019122940.tif 000025
【図１８】
2019122940.tif 000026
【図１９】
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【図２０】
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