JPH0988551A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フィルタの再生時に供給する２次空気に対する
逆流の発生を防止することができる内燃機関の排気浄化
装置を提供する。 【解決手段】ＤＰＦ１１にはエンジン１３から排出され
るパティキュレートが捕集される。ヒータ１６はＤＰＦ
１１の上流側に配設され、そのＤＰＦ１１の上流側から
エア供給ポンプ２１によって２次空気が供給される。コ
ントローラ３１はヒータ１６を発熱させてＤＰＦ１１を
加熱するとともに、エア供給ポンプ２１を制御してＤＰ
Ｆ１１に対してパティキュレートを燃焼させるときに供
給する２次空気よりも大容量の２次空気を供給してＤＰ
Ｆ１１を予熱する。その後、コントローラ３１は、エア
供給ポンプ２１を制御してＤＰＦ１１に対して２次空気
を供給してＤＰＦ１１に捕集されたパティキュレートを
燃焼させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に係り、詳しくは排気浄化装置に用いられ、エン
ジンの排気中に含まれる微粒子成分（パティキュレー
ト）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタの
再生に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディーゼルエンジンの排気ガス中
に含まれるパティキュレートを捕集するために、ディー
ゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）
が使用されている。ＤＰＦは、例えばコーディエライト
等のセラミックよりなるハニカム形状の筒体で形成され
ている。ＤＰＦは、排気管の下流側に設けられ、エンジ
ンから排出される排気ガスを透過させその透過時に排気
ガス中に含まれるパティキュレートを捕集する。ＤＰＦ
によるパティキュレートの捕集量が、所定の量に達する
と、機能回復のための該ＤＰＦの再生処理が行われる。
再生処理は、該ＤＰＦをヒータ等によって加熱するとと
もに２次空気を供給し、捕集されているパティキュレー
トを燃やすことによって再びフィルタとしての機能を回
復させるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、２次空気の
供給量が少なかったりＤＰＦの温度が低かったりする
と、パティキュレートは充分に燃焼されずに燃え残りが
生じる場合がある。逆に、２次空気の供給量が多かった
りＤＰＦの温度が高かったりすると、ＤＰＦ自体が溶損
してしまう。そのため、再生時に供給する２次空気の供
給量とＤＰＦの加熱温度とを正確に制御する必要があ
る。

【０００４】しかしながら、ヒータはＤＰＦの上流側
（エンジンから排出される排気ガスの上流側であって２
次空気の供給側）に配設され、ＤＰＦはそのヒータによ
って加熱される。そのため、ＤＰＦとヒータとで温度の
差（温度勾配）が大きくなる。また、ＤＰＦ自体でも上
流側と下流側とで温度勾配が大きくなる。それら大きな
温度勾配によって、図５に示すように、ＤＰＦの下流側
から上流側に向かう方向（２次空気の供給方向に対して
逆流方向）に自然対流が発生する。その自然対流によっ
て、ＤＰＦに２次空気が供給されなくなり、パティキュ
レートが充分に燃焼されずに燃え残りが生じるという問
題があった。

【０００５】本発明の目的は、フィルタの再生時に供給
する２次空気に対する逆流の発生を防止することができ
る内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気系に設置
され、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれるパ
ティキュレートを捕集するフィルタと、前記フィルタの
上流側に配設された発熱手段と、前記フィルタの上流側
から２次空気を供給する空気供給手段と、前記発熱手段
を発熱させて前記フィルタを加熱させるとともに、前記
空気供給手段を制御して加熱したフィルタに対して２次
空気を供給して前記フィルタを予熱する予熱制御手段
と、前記予熱手段により前記フィルタが予熱された後、
前記前記発熱手段を発熱させて前記フィルタを加熱させ
るとともに、前記空気供給手段を制御して加熱したフィ
ルタに対して２次空気を供給して前記フィルタに捕集さ
れたパティキュレートを燃焼させる燃焼制御手段とを備
え、前記予熱制御手段は、燃焼制御手段により供給され
る２次空気の供給量に比べて大容量の２次空気をフィル
タに供給して該フィルタを予熱するようにしたことを要
旨とする。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の内燃機関の排気浄化装置において、前記発熱手段の温
度を検出する温度検出手段を備え、前記予熱制御手段
は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記発熱
手段の温度が予め設定された第１の設定温度に達した後
に前記空気供給手段を制御して前記フィルタに２次空気
を供給するようにしたことを要旨とする。

【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタによ
り捕集されたパティキュレートの捕集量を算出する捕集
量算出手段と、複数の捕集量に対応した発熱手段の発熱
温度と、前記フィルタに供給する２次空気の供給量とか
らなる加熱条件を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に
より記憶された加熱条件から前記捕集量算出手段により
算出された捕集量に対応した加熱条件を選択する選択手
段とを備え、前記予熱制御手段は、前記選択手段により
選択され前記記憶手段から読み出された加熱条件に基づ
いて前記発熱手段及び空気供給手段を制御して前記フィ
ルタを予熱し、前記燃焼制御手段は、前記選択手段によ
り選択され前記記憶手段から読み出された加熱条件に基
づいて前記発熱手段及び空気供給手段を制御して前記フ
ィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させるよう
にしたことを要旨とする。

【０００９】従って、請求項１に記載の発明によれば、
フィルタは内燃機関の排気系に設置され、内燃機関から
排出される排気ガス中に含まれるパティキュレートが捕
集される。発熱手段はフィルタの上流側に配設され、そ
のフィルタの上流側から空気供給手段によって２次空気
が供給される。予熱制御手段によって、発熱手段が発熱
されてフィルタが加熱されるとともに、空気供給手段が
制御されて加熱されたフィルタに対して２次空気が供給
されてフィルタが予熱される。そのフィルタが予熱され
た後、燃焼制御手段によって発熱手段が発熱されてフィ
ルタが加熱されるとともに、空気供給手段が制御されて
加熱されたフィルタに対して２次空気が供給されてフィ
ルタに捕集されたパティキュレートが燃焼される。そし
て、予熱手段によって燃焼制御手段により供給される２
次空気の供給量に比べて大容量の２次空気がフィルタに
供給されてフィルタが予熱される。

【００１０】また、請求項２に記載の発明によれば、発
熱手段の温度を検出する温度検出手段が備えられ、予熱
制御手段は、温度検出手段の検出結果に基づいて、発熱
手段の温度が予め設定された第１の設定温度に達した後
に空気供給手段が制御されてフィルタに２次空気が供給
される。

【００１１】また、請求項３に記載の発明によれば、更
にフィルタにより捕集されたパティキュレートの捕集量
を算出する捕集量算出手段と、複数の捕集量に対応した
発熱手段の発熱温度と、フィルタに供給する２次空気の
供給量とからなる加熱条件が記憶された記憶手段と、記
憶手段により記憶された加熱条件から捕集量算出手段に
より算出された捕集量に対応した加熱条件が選択される
選択手段とが備えられる。そして、選択手段により選択
され記憶手段から読み出された加熱条件に基づいて発熱
手段及び空気供給手段が制御されてフィルタが予熱さ
れ、選択手段により選択され記憶手段から読み出された
加熱条件に基づいて発熱手段及び空気供給手段が制御さ
れてフィルタに捕集されたパティキュレートが燃焼され
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態を図１〜図４に従って説明する。図１は、フォー
クリフト等に搭載したディーゼルエンジンに備えた排気
浄化装置の基本構成を示す。

【００１３】ディーゼルパティキュレートフィルタ（以
下、ＤＰＦという）１１は、排気管１２を介してディー
ゼルエンジン１３に接続されている。ＤＰＦ１１はハニ
カム形状の筒体であって、本形態ではコーディエライト
にて形成されている。ＤＰＦ１１は、エンジン１３から
の排気ガスを透過させ、その透過時に排気ガス中に含ま
れるパティキュレートを捕集する。ＤＰＦ１１を透過し
た排気ガスは、大気中に放出される。

【００１４】ＤＰＦ１１は、排気管１２に連結された収
容筒１４内に配設されている。収容筒１４において、Ｄ
ＰＦ１１はマウント材１５によって収容筒１４内の所定
位置に支持されている。また、収容筒１４において、Ｄ
ＰＦ１１の前側（上流側）には発熱手段としてのヒータ
１６が設けられ、ＤＰＦ１１の後側（下流側）には後処
理装置１７が設けられている。ヒータ１６は、再生処理
時にＤＰＦ１１を加熱してＤＰＦ１１が捕集したパティ
キュレートを燃やすためのものである。後処理装置１７
は、パティキュレートを燃やしているときに発生する白
煙を吸着して外部に出ないようにするためのものであ
る。さらに、収容筒１４において、ＤＰＦ１１の上流側
には、温度検出手段としての温度センサ１８が設けられ
ている。温度センサ１８にて検出される温度は、再生処
理時にヒータ１６をオン・オフ制御して、ＤＰＦ１１の
加熱温度を所望の温度に制御するために利用される。

【００１５】また、収容筒１４には送気管１９が連結さ
れている。送気管１９には、エアクリーナ２０が設けら
れている。エアクリーナ２０は、再生処理時にＤＰＦ１
１へ供給する空気を清浄化するために設けられている。
また、送気管１９には、空気供給手段としてのエア供給
ポンプ２１が設けられ、エアクリーナ２０から空気を取
り入れ、その空気をＤＰＦ１１に供給するようになって
いる。送気管１９には、電磁弁２２が設けられている。
電磁弁２２は、送気管１９を開閉するためのものであ
る。又、電磁弁２２と収容筒１４の間の送気管１９に
は、捕集量算出手段としての圧力センサ２３が設けられ
ている。圧力センサ２３は、ＤＰＦ１１の上流側圧力を
検出するために利用される。又、圧力センサ２３は、エ
ンジン１３の始動直前に、予め大気圧を学習するために
利用される。大気圧の学習とは、大気圧を検出して記憶
することをいい、エンジン１３を始動させる毎に行われ
る。

【００１６】エアクリーナ２０とエア供給ポンプ２１と
の間の送気管１９には、流量センサ２４が設けられてい
る。流量センサ２４は、エア供給ポンプ２１による空気
吸入量、即ち、再生処理時におけるＤＰＦ１１に供給す
る２次空気の供給量を検出するために利用される。

【００１７】また、エンジン１３には捕集量算出手段と
しての吸気量センサ２５が設けられている。吸気量セン
サ２５は、図示しないエアクリーナに設けられている。
吸気量センサ２５は、エンジン１３が駆動している時に
そのエンジン１３に吸入される空気量、即ち、エンジン
１３から排出されＤＰＦ１１を通過する排気流量を検出
するために利用される。

【００１８】次に、ＤＰＦ１１の捕集量を演算し、該Ｄ
ＰＦ１１の再生処理を制御するための電気的構成につい
て説明する。捕集量算出手段，予熱制御手段，燃焼制御
手段、選択手段としてのコントローラ３１には、再生処
理動作のための制御プログラム等を記憶する記憶手段と
してのＲＯＭ３１ａ、各種データを記憶するＲＡＭ、時
間計測のためのタイマ３１ｂ、及び、入出力インタフェ
イスが内蔵されている。

【００１９】コントローラ３１には、入出力インタフェ
ースを介して前記した各センサ１８，２３〜２５が接続
されている。コントローラ３１は、前記した各センサ１
８，２３〜２５からの検出信号を入力する。

【００２０】ＲＯＭ３１ａには、ＤＰＦ１１の再生処理
を行うための処理プログラム、ＤＰＦ１１に捕集された
パティキュレートの捕集量を推定するための推定プログ
ラムが記憶されている。推定プログラムにおいて、コン
トローラ３１は、圧力センサ２３からの検出信号に基づ
いてＤＰＦ１１の上流側圧力ＰD を演算する。コントロ
ーラ３１は、吸気量センサ２５からの検出信号に基づい
てエンジン１３の吸入空気量Ｖafを演算する。この吸入
空気量Ｖafは、ＤＰＦ１１にとっては、エンジン１３か
ら排気されそのＤＰＦ１１に流れる排気流量となる。コ
ントローラ３１は、その上流側圧力ＰD と、予め学習し
た大気圧ＰG とに基づいてＤＰＦ１１における圧力損失
としての差圧ΔＰを演算する。そして、コントローラ３
１は、吸入空気量Ｖafと差圧ΔＰとに基づいて、ＤＰＦ
１１に捕集されているパティキュレートの捕集量ＰＭを
推定する。

【００２１】処理プログラムにおいて、コントローラ３
１は、温度センサ１８からの検出信号に基づいて、ヒー
タ１６により加熱されるＤＰＦ１１の入口温度を演算す
る。また、コントローラ３１は、流量センサ２４からの
検出信号に基づいて、エア供給ポンプ２１による空気供
給量を演算する。そして、コントローラ３１は、上記の
推定プログラムにより推定された捕集量ＰＭに対応した
空気供給量となるようにエア供給ポンプ２１を駆動制御
するとともに、ＤＰＦ１１が捕集量ＰＭに対応した温度
となるようにヒータ１６を駆動制御する。

【００２２】また、ＲＯＭ３１ａには、図２に示すよう
に、再生処理におけるタイムテーブルが記憶されてい
る。タイムテーブルは、再生開始から再生終了までを複
数のステージに分割し、各ステージにおけるコントロー
ラ３１による制御情報が格納されている。制御情報は、
再生処理におけるタイミング及び制御内容が格納されて
いる。タイミングは、ヒータ１６の温度と、そのヒータ
１６が予め設定した第１の設定温度に達してから経過し
た時間とから構成されている。その経過した時間は、コ
ントローラ３１内のタイマ３１ｂによって計測される。
制御内容は、加熱するヒータ１６の温度と、その時々に
供給する２次空気の２次空気供給量Ｖとから構成されて
いる。

【００２３】即ち、コントローラ３１は、ヒータ１６の
温度が第１の設定温度に達すると、タイマ３１ｂを制御
して経過時間を計測し、その経過時間に応じた制御情報
をＲＯＭ３１ａから読み出す。そして、コントローラ３
１は、その読み出した制御情報によって、温度センサ１
８からの検出信号に基づいてヒータ１６の温度を制御す
るとともに、流量センサ２４からの検出信号に基づいて
エア供給ポンプを駆動制御して２次空気供給量を制御す
る。

【００２４】尚、本実施の形態では、再生処理を４つの
ステージに分割し、再生開始してヒータ１６の温度が第
１の設定温度Ｔ１に達した後、時間ｔ１経過するまでを
第１第１ステージ、時間ｔ１経過してから時間ｔ２経過
するまでの間を第２ステージ、時間ｔ２経過してから時
間ｔ３経過するまでの間を第３ステージ、時間ｔ３経過
してから時間ｔ４経過するまでの間を第４ステージとし
ている。そして、第１のステージをＤＰＦ１１を予熱す
る予熱期間、第２ステージをパティキュレートを燃焼さ
せる燃焼期間、第３，第４ステージをそれぞれＤＰＦ１
１を冷却させる第１放冷期間，第２放冷期間としてい
る。

【００２５】また、ＤＰＦ１１に供給する２次空気供給
量Ｖを、第１ステージにおいては２次空気供給量Ｖ１、
第２ステージにおいては２次空気供給量Ｖ２、第３ステ
ージにおいては２次空気供給量Ｖ３、第４ステージにお
いては２次空気供給量Ｖ４に設定されている。そして、
第２ステージ、即ち燃焼期間において供給する２次空気
供給量Ｖ２は、ＤＰＦ１１に捕集されたパティキュレー
トを効率よく燃焼させることができる２次空気の供給量
に設定されている。また、第１ステージ、即ち予熱期間
において供給する２次空気供給量Ｖ１は、燃焼期間にお
いて供給する２次空気供給量Ｖ２に比べて大容量に設定
されている。第３ステージ（第１放冷期間）において供
給する２次空気供給量Ｖ３は２次空気供給量Ｖ２よりも
大きな値に設定され、第４ステージ（第２放冷期間）に
おいて供給する２次空気供給量Ｖ４は２次空気供給量Ｖ
３よりも大きな値に設定されている。

【００２６】即ち、コントローラ３１は、第１ステージ
において、ヒータ１６を発熱させてＤＰＦ１１を加熱さ
せるとともに２次空気供給量Ｖ１の２次空気を供給して
ＤＰＦ１１を予熱する。次に、コントローラ３１は、第
２ステージにおいて、ＤＰＦ１１の温度を維持するとと
もに２次空気供給量Ｖ２の２次空気を供給してパティキ
ュレートを燃焼させる。そして、コントローラ３１は、
第３ステージにおいてヒータ１６の発熱を停止させると
ともに２次空気供給量Ｖ３の２次空気を供給してパティ
キュレートの燃え残りを燃焼させる。更に、コントロー
ラ３１は、第４ステージにおいて２次空気供給量Ｖ４の
２次空気を供給してＤＰＦ１１を冷却する。

【００２７】また、ＲＯＭ３１ａには、図３に示すよう
に、推定された捕集量ＰＭに応じた加熱条件を示す捕集
量─加熱条件マップが記憶されている。ＲＯＭ３１ａに
は、加熱条件として、ヒータ１６をオフに制御する時の
ＤＰＦ１１の温度（ヒータオフ温度）Ｔ２、ヒータ１６
をオンに制御する時のＤＰＦ１１の温度（ヒータオン温
度）Ｔ３、及び、上記第１〜第３ステージにおいてエア
供給ポンプ２１からＤＰＦ１１に供給する２次空気供給
量Ｖ１〜Ｖ３が格納されている。尚、第４ステージにお
ける２次空気供給量Ｖ４は、捕集量ＰＭに係わらず一定
に設定され、本形態では、エア供給ポンプ２１をデュー
ティ比１００％で駆動した場合に供給される空気量に設
定されている。

【００２８】捕集量ＰＭは複数に分割され、各分割され
た捕集量ＰＭに対応した１組の加熱条件であるヒータオ
フ温度Ｔ２、ヒータオン温度Ｔ３、及び、２次空気供給
量Ｖ１〜Ｖ３がそれぞれ記憶されている。

【００２９】再生処理を行う時に、コントローラ３１
は、ヒータ１６を発熱させてＤＰＦ１１を加熱する。そ
して、コントローラ３１は、温度センサ１８からの検出
信号に基づいて、ＤＰＦ１１の入口温度がヒータオフ温
度Ｔ２に達すると、ヒータ１６をオフに制御してＤＰＦ
１１の加熱を一時的に停止する。コントローラ３１は、
ＤＰＦ１１の入口温度がヒータオン温度Ｔ３に達する
と、ヒータ１６をオンに制御してＤＰＦ１１を再び加熱
する。従って、ＤＰＦ１１の温度は、再生処理時に、ヒ
ータオフ温度Ｔ２とヒータオン温度Ｔ３との間に制御さ
れる。

【００３０】尚、本形態では、捕集量ＰＭは５つに分割
され、各分割された捕集量ＰＭに対応する加熱条件が記
憶されている。そして、捕集量ＰＭ１〜ＰＭ５のうち、
捕集量ＰＭ１が最も小さい値に設定され、捕集量ＰＭ２
〜ＰＭ５にいくに従って大きい値となるように設定され
ている。

【００３１】ヒータオフ温度Ｔ２、ヒータオン温度Ｔ
３、及び、２次空気供給量Ｖ１〜Ｖ３は、予め実験によ
り設定され、ＲＯＭ３１ａに記憶されている。そして、
ヒータオフ温度Ｔ２及びヒータオン温度Ｔ３は、捕集量
ＰＭに対してその値が大きいほどヒータオフ温度Ｔ２及
びヒータオン温度Ｔ３の値は小さくなるように設定され
ている。２次空気供給量Ｖ１〜Ｖ３は、それぞれ捕集量
ＰＭに対してその値が大きいほど２次空気供給量Ｖ１〜
Ｖ３の値は小さくなるように設定されている。

【００３２】従って、本形態においては、ヒータオフ温
度Ｔ２は、温度Ａ１が最も大きく設定され、温度Ａ５が
最も小さく設定されている。また、ヒータオン温度Ｔ３
は、温度Ｂ１が最も大きく設定され、温度Ｂ５が最も小
さく設定されている。更に、２次空気供給量Ｖ１〜Ｖ３
は、それぞれ２次空気供給量Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１が最も大
きく設定され、２次空気供給量Ｃ５，Ｄ５，Ｅ５が最も
小さく設定されている。

【００３３】即ち、コントローラ３１は、捕集量ＰＭが
少ない場合には、ＤＰＦ１１を高温に制御するととも
に、ＤＰＦ１１に多くの空気を供給してそのＤＰＦ１１
の再生処理を行う。そして、コントローラ３１は、捕集
量ＰＭが多くなるほど、ＤＰＦ１１の加熱温度を低くな
るように制御するとともに、ＤＰＦ１１に供給する空気
量を少なくなるように制御して再生処理を行う。

【００３４】コントローラ３１は、プラグ３２に接続さ
れている。プラグ３２は、図示しない電源装置のソケッ
トに差し込まれて、その電源装置からプラグ３２を介し
てコントローラ３１へ所定電圧の交流電源が供給され
る。コントローラ３１には、図示しない電圧検出回路が
設けられている。その電圧検出回路は、供給された交流
電源を検出すると、コントローラ３１に接続されたメイ
ンリレー３３に制御信号を出力してそのメインリレー３
３をオンに制御する。すると、コントローラ３１にはバ
ッテリＥから直流電源が駆動電源として入力される。

【００３５】また、コントローラ３１は、ディスプレイ
３４に接続されている。ディスプレイ３４には、再生ス
イッチ３５が設けられている。コントローラ３１は、電
源装置から交流電源が供給されている時に再生スイッチ
３５が操作されると、ＲＯＭ３１ａに格納された再生処
理動作のプログラムに基づいて再生処理モードとなる。
再生処理モードとは、ＤＰＦ１１が捕集したパティキュ
レートを燃やすために行われる処理動作であって、その
時の捕集量に対してＤＰＦ１１に対する加熱温度及び２
次空気供給量を制御するための処理動作を行うモードで
ある。

【００３６】電源装置からプラグ３２を介して供給され
る交流電源は、第１のリレー３６を介してヒータ１６に
駆動電源として供給される。また、交流電源は、第２の
リレー３７を介して後処理装置１７に駆動電源として供
給される。

【００３７】コントローラ３１は、第１のリレー３６に
制御信号を断続的に出力してそのリレー３６のオン・オ
フを制御し、ヒータ１６に流れる電流を制御してＤＰＦ
１１の加熱温度を制御する。また、コントローラ３１
は、第２のリレー３７に制御信号を出力してそのリレー
３７のオン・オフを制御し、後処理装置１７を駆動制御
する。

【００３８】また、コントローラ３１は、前記したエア
供給ポンプ２１に第１〜第４ステージの２次空気供給量
Ｖ１〜Ｖ４に対応したデューティ比の制御信号を出力し
てエア供給ポンプ２１を駆動制御して、ＤＰＦ１１に供
給する２次空気の流量を制御する。更に、コントローラ
３１は、前記した電磁弁２２に制御信号を出力し、電磁
弁２２を制御して送気管１９を開閉する。

【００３９】コントローラ３１にはキースイッチ３８が
接続されている。また、コントローラ３１にはスタータ
リレー３９が接続され、そのスタータリレー３９は図示
しないスタータモータに接続されている。キースイッチ
３８は、エンジン１３の駆動・停止を制御するために設
けられている。即ち、コントローラ３１は、キースイッ
チ３８がスタート位置にあるときには、スタータリレー
３９をオンにして図示しないスタータモータを駆動制御
し、エンジン１３を始動させる。一方、キースイッチ３
８がアクセサリ位置又はキーイン位置にあるとき、コン
トローラ３１はエンジン１３を停止させる。

【００４０】また、コントローラ３１は、メインリレー
３３を介してフォークリフトに搭載されたバッテリＥに
接続されている。コントローラ３１は、キースイッチ３
８の操作に基づいて、該キースイッチ３８がスタート位
置にあるときに、メインリレー３３をオンにしてバッテ
リＥからの直流電源を入力する。そして、コントローラ
３１は、エンジン１３を駆動させると共に、ＲＯＭ３１
ａに格納された制御プログラムに基づいて捕集量算出モ
ードとなる。捕集量算出モードとは、エンジン１３の駆
動時においてその時のエンジン１３の吸入空気量Ｖafと
差圧ΔＰとでＤＰＦ１１が捕集しているパティキュレー
トの捕集量ＰＭを算出する処理動作を行うモードであ
る。尚、差圧ΔＰは、大気圧をＰG 、ＤＰＦ１１の上流
側圧力をＰD とすると、ΔＰ＝ＰD −ＰG で表される。

【００４１】コントローラ３１は、ディスプレイ３４に
その時々のＤＰＦ１１が捕集したパティキュレートの捕
集量ＰＭを表示する。また、コントローラ３１は、捕集
量ＰＭと予め設定された最大捕集量とを比較する。そし
て、捕集量ＰＭが最大捕集量より多くなると、コントロ
ーラ３１は、図示しないブザーを駆動して捕集量ＰＭが
最大捕集量よりも多くなったことを知らせる。尚、本形
態では、最大捕集量は、ＲＯＭ３１ａに記憶された捕集
量ＰＭ５に設定されている。

【００４２】次に上記のように構成した、排気浄化装置
の作用について説明する。先ず、捕集量推定について説
明する。キースイッチ３８の操作に基づいてエンジン１
３が駆動されると、ＤＰＦ１１は、エンジン１３から排
気される排気ガス中のパティキュレートを捕集する。コ
ントローラ１３は、エンジン１３が駆動されると、捕集
量算出モードとなり、ＤＰＦ１１に捕集されているパテ
ィキュレートの捕集量ＰＭを算出し、ＲＡＭに記憶す
る。また、コントローラ１３は、算出した捕集量ＰＭを
ディスプレイ３４に表示する。このディスプレイ３４に
表示される捕集量ＰＭによって、作業者は、再生処理の
必要性の有無を逐次確認することができる。

【００４３】次に、再生処理について説明する。今、フ
ォークリフトを所定の位置まで走行させる。そして、エ
ンジン１３を停止させる。続いて、プラグ３２を交流電
源を供給するための図示しない電源供給装置に設けられ
たソケットに接続した後、再生スイッチ３５をオンに操
作する。

【００４４】コントローラ３１は、プラグ３２を介して
交流電源を入力すると、メインリレー３３に制御信号を
出力してそのメインリレー３３をオンに制御し、バッテ
リＥから駆動電源としての直流電源を入力する。そし
て、コントローラ３１は、再生スイッチ３５がオンに操
作されると、再生処理モードになる。その再生処理モー
ドにおいて、コントローラ３１は第１ステージにおける
制御を行ってＤＰＦ１１を予熱する。

【００４５】即ち、コントローラ１３は、ＲＯＭ３１ａ
のタイムテーブルに格納された第１ステージに対応した
制御情報を読み出す。また、コントローラ３１はＲＡＭ
に記憶された捕集量ＰＭを読み出す。そして、コントロ
ーラ３１は、ＲＯＭ３１ａに記憶された捕集量−加熱条
件マップから、捕集量ＰＭに対応したヒータオフ温度Ｔ
２、ヒータオン温度Ｔ３、及び、２次空気供給量Ｖ１〜
Ｖ３を読み出す。

【００４６】例えば、ＲＡＭに記憶された捕集量ＰＭが
捕集量ＰＭ１までの範囲にあるとき、コントローラ３１
はヒータオフ温度Ｔ２として「Ａ１」、ヒータオン温度
Ｔ３として「Ｂ１」、２次空気供給量Ｖ１〜Ｖ３として
それぞれ「Ｃ１」，「Ｄ１」，「Ｅ１」を読み出す。

【００４７】次に、コントローラ３１は、第１及び第２
のリレー３６，３７に制御信号を出力し、ヒータ１６及
び後処理装置１７に電源を印加する。そして、コントロ
ーラ３１はヒータ１６を発熱させてＤＰＦ１１を加熱す
る。このとき、コントローラ３１は、エア供給ポンプ２
１を駆動せず、２次空気を供給しない。そのため、ヒー
タ１６の温度はすぐに上昇する。

【００４８】ヒータ１６の温度が上昇して第１の設定温
度Ｔ１に達すると、コントローラ３１はタイマ３１ｂを
用いて時間を計測する。この計測した時間に基づいてタ
イマ制御が行われる。このタイマ制御において、時間ｔ
１経過するまでの間、コントローラ３１は、読み出した
２次空気供給量Ｃ１に対応したデューティ比の制御信号
をエア供給ポンプ２１に出力してそのポンプ２１をデュ
ーティ制御する。

【００４９】次に、コントローラ３１は、温度センサ１
８からの検出信号に基づいて、ＤＰＦ１１の温度が読み
出したヒータオフ温度Ａ１に達すると、ヒータ１６をオ
フに制御してＤＰＦ１１の加熱を一時的に停止し、ＤＰ
Ｆ１１の温度がヒータオン温度Ｂ１に達すると、ヒータ
１６をオンに制御してＤＰＦ１１を再び加熱して、ＤＰ
Ｆ１１の温度がヒータオフ温度Ａ１とヒータオン温度Ｂ
１との間となるように制御する。

【００５０】この第１ステージにおいて供給される２次
空気の２次空気供給量Ｃ１は比較的大容量に設定されて
いる。そのため、ＤＰＦ１１には、ヒータ１６の温度が
効率よく伝播される。また、ＤＰＦ１１の上流側の温度
は下流側に伝播される。そのため、ヒータ１６とＤＰＦ
１１の上流側の温度、及びＤＰＦ１１の上流側の温度と
下流側の温度との差が少なくなり、ヒータ１６及びＤＰ
Ｆ１１の上流側と下流側の温度勾配は従来に比べて緩や
かになる。

【００５１】第２ステージにおいて、コントローラ３１
は、読み出した２次空気供給量Ｄ１に対応したデューテ
ィ比の制御信号をエア供給ポンプ２１に出力してそのポ
ンプ２１をデューティ制御する。これにより、ＤＰＦ１
１に捕集されたパティキュレートが燃焼される。

【００５２】このとき、ヒータ１６とＤＰＦ１１との間
の温度勾配、ＤＰＦ１１の上流側と下流側との間の温度
勾配は、第１ステージにおいて供給された２次空気によ
って緩やかになっている。そのため、図４に示すよう
に、ＤＰＦ１１の下流側から上流側に向かう逆流方向に
流れる自然対流の発生を抑えることができるので、第２
ステージにおいて２次空気を安定して供給することがで
きる。

【００５３】また、このとき供給される２次空気の２次
空気供給量Ｄ１は、ＤＰＦ１１に捕集されたパティキュ
レートの捕集量ＰＭに対応している。また、ＲＯＭ３１
ａから読み出されたヒータオフ温度Ｔ２、ヒータオン温
度Ｔ３、及び、２次空気供給量Ｖは、捕集量ＰＭに対応
してＤＰＦ１１にクラックや溶損等の損傷を与えること
なく効率よくパティキュレートを燃やすことができる値
に設定されている。従って、パティキュレートは効率よ
く燃焼するとともに、ＤＰＦ１１の溶損を防止すること
ができる。

【００５４】尚、ＲＯＭ３１ａから読み出されたヒータ
オフ温度Ｔ２、ヒータオン温度Ｔ３、及び、２次空気供
給量Ｖは、ＤＰＦ１１の捕集量ＰＭが多い程小さい値に
設定されている。即ち、コントローラ３１は、ＤＰＦ１
１の捕集量ＰＭが多い程、ＤＰＦ１１を低い温度に加熱
制御するとともに、少ない空気を供給する。従って、Ｄ
ＰＦ１１に捕集されているパティキュレートはゆっくり
と燃焼するので、ＤＰＦ１１の温度は高くならない。そ
の結果、再生時にＤＰＦ１１が溶損するのを防ぐことが
できる。また、ＤＰＦ１１の捕集量ＰＭが少ない程ＤＰ
Ｆ１１を高い温度に加熱制御するとともに、多量の空気
を供給して、パティキュレートを燃焼する。その結果、
ＤＰＦ１１に捕集されたパティキュレートの燃え残りが
防止される。 次に、第３ステージにおいて、コントロ
ーラ３１は、ヒータ１６をオフに制御する。また、コン
トローラ３１は、２次空気の量を２次空気供給量Ｖ３と
なるように、エア供給ポンプ２１をデューティ制御す
る。この時、供給される２次空気の２次空気供給量Ｖ３
は、燃焼期間である第２ステージにおいて供給される２
次空気の２次空気供給量Ｖ２よりも大きな値に設定され
ている。このように、２次空気の供給量を増加させる
と、ＤＰＦ１１の下流側において酸素供給量が増加さ
れ、下流側においてパティキュレートの燃焼が再開さ
れ、燃え残りがなくなる。

【００５５】更に、第４ステージにおいて、コントロー
ラ３１は、２次空気の量を２次空気供給量Ｖ４となるよ
うにエア供給ポンプ２１をデューティ制御する。この
時、２次空気の２次空気供給量Ｖ４は、エア供給ポンプ
をデューティ比１００％で駆動した時の空気量に設定さ
れている。即ち、第４ステージにおいて、エア供給ポン
プ２１の最大流量の２次空気が供給され、この２次空気
によって高温となったＤＰＦ１１が急速に冷却される。
このため、ＤＰＦ１１が高温環境下に長期間放置される
ことがないので、そのＤＰＦ１１の劣化が防止される。
また、ＤＰＦ１１が急速に冷却されるので、再生処理に
かかる時間を短縮することができる。

【００５６】そして、第４ステージを終了すると、コン
トローラ３１は、エア供給ポンプ２１を停止させるとと
もに、電磁弁２２を駆動制御して送気管１９を閉じて、
再生処理を終了する。そして、プラグ３２を電源供給装
置のソケットから抜くと、コントローラ３１は、再生処
理モードから抜け、メインリレー３３をオフにして直流
電源の供給を停止する。

【００５７】そして、キースイッチ３８の操作に基づい
て再びエンジン１３が駆動されると、ＤＰＦ１１はエン
ジン１３から排気される排気ガス中のパティキュレート
を捕集する。コントローラ３１は、エンジン１３が駆動
されると捕集量算出モードとなり上記した再生処理のた
めに用いられる捕集量ＰＭを算出する。

【００５８】以上のように構成した本実施の形態におい
ては、以下の効果を有する。 （１）ＤＰＦ１１の予熱する場合に、比較的大容量の２
次空気を供給するようにした。大容量の２次空気を供給
することで、ＤＰＦ１１の上流側の温度が下流側に伝播
し易くなるので、上流側の温度と下流側の温度との差が
少なくなり、温度勾配が緩やかになる。その結果、ＤＰ
Ｆ１１の下流側から上流側に向かって流れる自然対流、
即ち２次空気に対する逆流の発生を防止することができ
るので、２次空気を安定して供給することができ、パテ
ィキュレートの燃え残りを無くすことができる。

【００５９】（２）コントローラ３１は、推定したＤＰ
Ｆ１１の捕集量ＰＭに基づいて、その捕集量ＰＭに対応
したヒータオフ温度Ｔ２、ヒータオン温度Ｔ３、及び、
第１〜第３ステージにおける２次空気供給量Ｖ１〜Ｖ３
をＲＯＭ３１ａから読み出す。そして、コントローラ３
１は、読み出した両温度Ｔ２，Ｔ３に基づいてヒータ１
５を駆動制御してＤＰＦ１１の加熱温度を制御するとと
もに、２次空気供給量Ｖに基づいてエア供給ポンプ２１
を駆動制御してＤＰＦ１１に供給する空気量を制御する
ようにした。その結果、捕集量ＰＭに対するＤＰＦ１１
の再生処理を行う場合、捕集量に対する最適な加熱制御
を選択することができる。

【００６０】（３）ＲＯＭ３１ａに記憶した加熱条件で
あるヒータオフ温度Ｔ２、ヒータオン温度Ｔ３、及び、
２次空気供給量Ｖ１〜Ｖ３の値を、捕集量ＰＭが多くな
るほど小さくなるように設定した。そのため、捕集量Ｐ
Ｍが多い場合には、ＤＰＦ１１の加熱温度は低い温度に
制御されるとともに、空気の供給量はすくなくなるの
で、ＤＰＦ１１に捕集されているパティキュレートはゆ
っくりと燃焼する。その結果、ＤＰＦ１１の温度が使用
限界温度以上に上昇するのを抑えることができ、ＤＰＦ
１１が損傷するのを防ぐことができる。

【００６１】（４）ＤＰＦ１１の捕集量ＰＭが少ない程
ＤＰＦ１１を高い温度に加熱するとともに、多量の空気
を供給して、パティキュレートを燃焼する。その結果、
ＤＰＦ１１に捕集されたパティキュレートの燃え残りを
防止することができる。

【００６２】尚、本発明は、上記実施の形態の他、以下
のように実施してもよい。 （１）上記形態では、捕集量─加熱条件マップを、捕集
量ＰＭを５つの区間に分割し、そられの区間に対応した
ヒータ１６をオン・オフ制御する温度Ｔ３，Ｔ２と２次
空気供給量Ｖ１〜Ｖ３とを設定したが、捕集量ＰＭをよ
り細かい区間に分割し、それらの区間に対応したヒータ
１６の温度Ｔ３，Ｔ２と２次空気供給量Ｖ１〜Ｖ３との
マップを作成してＲＯＭ３１ａに記憶させ、そのマップ
に基づいてＤＰＦ１１の再生処理を行うようにしてもよ
い。

【００６３】（２）上記形態ではコントローラ３１に内
蔵したタイマ３１ｂを用いて再生時間の経過を計測する
ようにしたが、コントローラ３１の外部に再生時間を計
測するタイマを接続して実施してもよい。

【００６４】（３）上記形態では、第１の設定温度Ｔ１
に達したときにエア供給ポンプ２１を駆動制御して２次
空気を供給するようにしたが、再生開始時からエア供給
ポンプ２１を駆動制御して２次空気を供給するようにし
てもよい。

【００６５】（４）上記形態において、第１の設定温度
Ｔ１に対して所定の温度低い（又は高い）設定温度Ｔ４
をＲＯＭ３１ａに記憶させ、ヒータ１６の温度が第１の
設定温度Ｔ１に到達した後、温度Ｔ１と温度Ｔ４との間
でヒータ１６をオン・オフ制御してＤＰＦ１１を予熱す
るようにしてもよい。

【００６６】（５）上記形態ではＲＯＭ３１ａにマップ
等を記憶するようにしたが、一般的なＲＯＭ以外に、Ｅ
ＥＰＲＯＭ等を用いて記憶するようにしてもよい。ま
た、バッテリバックアップされたＲＡＭに記憶するよう
にしてもよい。

【００６７】（６）上記形態では、差圧ΔＰと吸入空気
量Ｖafとから捕集量ＰＭを求めたが、差圧ΔＰ、エンジ
ン回転数Ｎ、及び、排気温度の３つの入力から捕集量Ｐ
Ｍを求めるようにしてもよい。勿論、吸入空気量等その
他の入力を加えたり、回転数Ｎを省略して差圧ΔＰのみ
で実施してもよい。この場合でも同様に正確な捕集量が
求めることが可能となる。

【００６８】（７）上記形態では、大気圧ＰG と、圧力
センサ２３により検出したＤＰＦ１１の上流側圧力ＰD
とからＤＰＦ１１の圧力損失としての差圧ΔＰを演算し
たが、ＤＰＦ１１の下流側の圧力を検出する圧力センサ
を設け、下流側圧力と圧力センサ２３による上流側圧力
との差を用いて実施してもよい。

【００６９】（８）上記形態では、差圧ΔＰ（＝ＰD −
ＰG ) を求める際に使用される大気圧ＰG を圧力センサ
２３から求めた。即ち、エンジン始動前の圧力センサ２
３からの検出信号に基づいて大気圧ＰG を求めた。しか
し、大気圧ＰG を専用で検出する圧力センサを設けて実
施してもよい。

【００７０】（９）上記形態では、ディスプレイ３４に
その時々の捕集量ＰＭを表示して作業者が捕集量ＰＭを
逐次確認することができるようにしたが、捕集量ＰＭが
ＲＯＭ３１ａに記憶された捕集量ＰＭ１〜ＰＭ５のどの
区間にあるかを判断し、その判断結果を表示するように
してもよい。

【００７１】（１０）上記形態では、加熱手段としてヒ
ータ１６を用いたが、バーナー等を用いてＤＰＦ１１を
加熱するようにしてもよい。 （１１）上記形態では、ＤＰＦ１１は、コーディエライ
トで形成したが、ＳｉＣ等その他のセラミックで形成し
たフィルタに応用してもよい。

【００７２】以上、本発明の実施の各形態について説明
したが、上記各形態から把握できる請求項以外の技術思
想について、以下にそれらの効果とともに記載する。 （イ）前記発熱手段はヒータであって、発熱温度は、ヒ
ータをオンに制御するときの温度と、ヒータをオフに制
御するときの温度とを記憶した請求項３に記載の内燃機
関の排気浄化装置。この構成により、容易にフィルタを
加熱することができる。 （ロ）前記加熱温度及び空気量は、捕集量が多くなるほ
ど小さい値に設定した請求項３，（イ）に記載の内燃機
関の排気浄化装置。この構成によれば、捕集量が多いと
きにフィルタの温度上昇を抑えることが可能となる。

【００７３】（ハ）前記捕集量算出手段が算出した捕集
量を表示するディスプレイを備えた請求項１〜３，上記
（イ）（ロ）のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の
排気浄化装置。この構成によれば、捕集量を逐次確認す
ることが可能となる。

【００７４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、フ
ィルタの再生時に供給する２次空気に対する逆流の発生
を防止することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した排気浄化装置の構成を示す
基本構成図。

【図２】再生時の制御シーケンスを示す説明図。

【図３】捕集量に対する加熱条件を示す説明図。

【図４】再生時の２次空気供給量，ＤＰＦの各位置の温
度を示す説明図。

【図５】従来の再生時の２次空気供給量，ＤＰＦの各位
置の温度を示す説明図。

【符号の説明】

１１…フィルタ（ＤＰＦ）、１３…内燃機関（エンジ
ン）、１６…発熱手段としてのヒータ、１８…温度検出
手段としての温度センサ、２１…空気供給手段としての
エア供給ポンプ、２３…捕集量算出手段としての圧力セ
ンサ、２５…捕集量算出手段としての吸気量センサ、３
１…捕集量算出手段，予熱制御手段，燃焼制御手段、選
択手段としてのコントローラ、３１ａ…記憶手段として
のＲＯＭ、３１ｂ…タイマ、３４…ディスプレイ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気系に設置され、内燃機関
   から排出される排気ガス中に含まれるパティキュレート
   を捕集するフィルタと、 前記フィルタの上流側に配設された発熱手段と、 前記フィルタの上流側から２次空気を供給する空気供給
   手段と、 前記発熱手段を発熱させて前記フィルタを加熱させると
   ともに、前記空気供給手段を制御して加熱したフィルタ
   に対して２次空気を供給して前記フィルタを予熱する予
   熱制御手段と、 前記予熱手段により前記フィルタが予熱された後、前記
   前記発熱手段を発熱させて前記フィルタを加熱させると
   ともに、前記空気供給手段を制御して加熱したフィルタ
   に対して２次空気を供給して前記フィルタに捕集された
   パティキュレートを燃焼させる燃焼制御手段とを備え、 前記予熱制御手段は、燃焼制御手段により供給される２
   次空気の供給量に比べて大容量の２次空気をフィルタに
   供給して該フィルタを予熱するようにした内燃機関の排
   気浄化装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装
   置において、 前記発熱手段の温度を検出する温度検出手段を備え、 前記予熱制御手段は、前記温度検出手段の検出結果に基
   づいて、前記発熱手段の温度が予め設定された第１の設
   定温度に達した後に前記空気供給手段を制御して前記フ
   ィルタに２次空気を供給するようにした内燃機関の排気
   浄化装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装
   置において、 前記フィルタにより捕集されたパティキュレートの捕集
   量を算出する捕集量算出手段と、 複数の捕集量に対応した発熱手段の発熱温度と、前記フ
   ィルタに供給する２次空気の供給量とからなる加熱条件
   を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段により記憶された加熱条件から前記捕集量
   算出手段により算出された捕集量に対応した加熱条件を
   選択する選択手段とを備え、 前記予熱制御手段は、前記選択手段により選択され前記
   記憶手段から読み出された加熱条件に基づいて前記発熱
   手段及び空気供給手段を制御して前記フィルタを予熱
   し、 前記燃焼制御手段は、前記選択手段により選択され前記
   記憶手段から読み出された加熱条件に基づいて前記発熱
   手段及び空気供給手段を制御して前記フィルタに捕集さ
   れたパティキュレートを燃焼させるようにした内燃機関
   の排気浄化装置。