JPH1130116A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部交流電源と、マイコンを備えた燃焼制御
装置との絶縁性を簡単な構成で確保し、該燃焼制御装置
にヒータへの外部交流電源が供給可能な状態になったこ
との入力信号を供給する。 【解決手段】 ＤＰＦ11は排気管12に連結された収容筒
14内に配設され、その上流側にヒータ16が設けられてい
る。収容筒14にはエア供給ポンプ19により送気管18から
空気が供給される。ヒータ16はコンセント口32に配線33
を介して接続され、コンセント口32にはＡＣ入力、ＤＣ
出力の第２のＳＳＲ36の入力側が接続されている。ＳＳ
Ｒ36はコンセント口32に対して、配線33と共締めしてあ
る配線37を介して接続されている。ＳＳＲ36はその出力
側にバッテリ38及びコントローラ31が接続されている。
外部交流電源がコンセント口32に接続されると、バッテ
リ38からＳＳＲ36を介してコントローラ31にバッテリ電
圧が供給される状態となる。

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、詳しくは車両に装備されて特にディーゼル
エンジンの排気ガス中に含まれる微粒子成分（パティキ
ュレート）を捕集し、捕集したパティキュレートを車両
停止中に外部交流電源で駆動される発熱手段で燃焼除去
する内燃機関の排気浄化装置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多孔質の筒体で
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通過させ、その
通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、機能回復のために該ＤＰＦの再生処理
が行われる。再生処理は、該ＤＰＦをヒータによって加
熱するとともに空気を供給し、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】前記再生処理の際の加熱条件によってはパ
ティキュレートに燃え残りが生じたり、ＤＰＦ自体が溶
損してしまう虞があり、再生処理時にはヒータの加熱条
件や供給空気量を正確に制御する必要がある。そのた
め、ヒータには加熱制御の容易な電熱式のヒータが使用
される。ヒータの電源として車載のバッテリを使用する
とバッテリが上がってしまうため、車両の停止中に外部
交流電源を使用してＤＰＦの再処理を行っている（例え
ば、特開平７−２５９５３７号公報、特開平９−６８０
３３号公報）。また、ヒータの加熱条件や供給空気量を
正確に制御するため、燃焼制御装置にはマイクロコンピ
ュータ（以下、マイコンという）が使用されている。

【０００４】一般に交流電源（例えばＡＣ２００Ｖ）を
マイコンへ入力する場合は、図３に示すように、トラン
ス５１及び整流回路５２を備えた定電圧電源回路５３が
必要となる。定電圧電源回路５３はレギュレータ５４
と、直流出力があることを確認するための発光ダイオー
ド５５とを備えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、交流電源を
マイコンへ入力するための前記定電圧電源回路５３を使
用すると、重くて大きなトランス５１を回路基板上に実
装して、降圧、整流するため、コネクタ端子の耐電圧、
基板上の回路パターンの沿面距離の確保などの問題があ
った。また、漏電防止のために絶縁層のコーティング等
を行っているが、吸湿やコーティング材の劣化による耐
電圧低下による漏電の虞もある。

【０００６】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は簡単な構成で外部交流電源との
絶縁性が確保され、マイコンを備えた燃焼制御装置に発
熱手段への外部交流電源が供給可能な状態になったこと
の入力信号を供給できる内燃機関の排気浄化装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、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
に捕集されたパティキュレートを燃焼させるため外部交
流電源により駆動される発熱手段と、車載のバッテリを
電源として駆動され、前記フィルタに捕集されたパティ
キュレートの前記発熱手段による燃焼を制御する燃焼制
御手段と、前記外部交流電源のオン信号に基づいて前記
バッテリを前記燃焼制御手段に通電させて前記燃焼制御
手段に入力信号を出力する入出力間が電気的に分離され
たリレーとを備えた。

【０００８】請求項２に記載の発明では、前記リレーは
ソリッドステートリレーである。請求項３に記載の発明
では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前
記燃焼制御手段は前記入力信号に基づいて、前記発熱手
段による燃焼制御を開始する。

【０００９】請求項４に記載の発明では、請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記入力
信号が出力されている間は、車両のエンジンを始動させ
るスタータ回路の作動を禁止するスタータ作動禁止手段
を備えている。

【００１０】請求項１に記載の発明では、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フィルタに捕集
される。フィルタに捕集されたパティキュレートは、外
部交流電源によって駆動される発熱手段により加熱され
て燃焼される。前記発熱手段は燃焼制御手段により制御
される。外部交流電源がオン状態になると、リレーが作
動してバッテリ電源が燃焼制御手段に通電されて燃焼制
御手段への入力信号が出力される。リレーは入出力間が
電気的に分離されているため、外部交流電源の燃焼制御
手段への漏電がない。

【００１１】請求項２に記載の発明では、前記リレーに
ソリッドステートリレーが使用されているため、構成が
簡単になる。請求項３に記載の発明では、請求項１又は
請求項２に記載の発明において、前記入力信号に基づい
て、燃焼制御手段は発熱手段による燃焼制御を開始す
る。

【００１２】請求項４に記載の発明では、請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記入力
信号が出力されている間は、車両のエンジンを始動させ
るスタータ回路の作動が禁止される。従って、外部交流
電源と排気浄化装置とが電源コードで接続された状態で
の車両の移動が防止される。

【００１３】

【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３に従って説明する。図１は、車両
（例えばフォークリフト）に搭載した内燃機関としての
ディーゼルエンジンに搭載された排気浄化装置の基本構
成を示す。

【００１４】フィルタとしての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１
２を介してディーゼルエンジン（以下、エンジンとい
う）１３に接続されている。ＤＰＦ１１はハニカム形状
の筒体であって、本実施の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
排気ガスを通過させ、その通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を通過した
排気ガスは、大気中に放出される。

【００１５】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。ＤＰＦ１１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。収容筒１４にはＤＰＦ１１の前側（上流側）に発熱
手段としてのヒータ１６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。ま
た収容筒１４にはＤＰＦ１１の上流側に、温度検出手段
としての温度センサ１７が設けられている。温度センサ
１７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。

【００１６】また、収容筒１４には送気管１８が連結さ
れている。送気管１８には空気供給手段としてのエア供
給ポンプ１９が設けらている。エア供給ポンプ１９はエ
アクリーナ２０から空気を取り入れ、その空気をＤＰＦ
１１に供給するようになっている。エア供給ポンプ１９
とエアクリーナ２０との間には、流量センサ２１が設け
られている。流量センサ２１は、エア供給ポンプ１９に
よる空気吸入量、即ち、再生処理時におけるＤＰＦ１１
に供給される空気量を検出するために利用される。送気
管１８には、送気管１８を開閉するための電磁弁２２が
設けられている。また、電磁弁２２と収容筒１４の間の
送気管１８には、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。

【００１７】また、エンジン１３には吸気量センサ２４
が設けられている。吸気量センサ２４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２４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ＤＰＦ
１１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。燃焼制御手段として
のコントローラ３１はマイコンを備え、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Ｒ
ＯＭ３１ａ、各種データを記憶するＲＡＭ３１ｂ及び入
出力インタフェイス（図示せず）が内蔵されている。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１７，２１，２３，２４が接続されてい
る。

【００１９】ＲＯＭ３１ａには、ＤＰＦ１１の再生処理
を行うための再生処理プログラム、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、特開平９−６８０３３号公報に開示
された装置と同様にして、圧力センサ２３からの検出信
号と、吸気量センサ２４からの検出信号とに基づいてパ
ティキュレートの捕集量ＰＭを推定する。

【００２０】再生処理プログラムにおいて、コントロー
ラ３１は、温度センサ１７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２１か
らの検出信号に基づいて、エア供給ポンプ１９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１９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。

【００２１】図２に示すように、ヒータ１６は車両側の
コンセント口３２に配線３３を介して電気的に接続され
ている。コンセント口３２には外部交流電源供給用のコ
ード３４に設けられた接続部３４ａが嵌合されて、コン
セント口３２を介してヒータ１６に所定電圧（例えば、
２００Ｖ）の交流電源が供給されるようになっている。
第１のＳＳＲ（ソリッドステートリレー）３５の出力側
（負荷側）にヒータ１６の一方の端子と、コンセント口
３２とが電気的に接続されている。第１のＳＳＲ３５の
入力側にはコントローラ３１が接続されるとともに、接
地されている。

【００２２】車両側のコンセント口３２にはＡＣリレー
（交流リレー）としての第２のＳＳＲ３６の入力側が電
気的に接続されている。第２のＳＳＲ３６にはＡＣ（交
流）入力、ＤＣ（直流）出力のＳＳＲが使用されてい
る。第２のＳＳＲ３６はコンセント口３２に対して、ヒ
ータ１６側の配線３３と共締めしてある配線３７を介し
て電気的に接続されている。第２のＳＳＲ３６はその出
力側に車載のバッテリ３８及びコントローラ３１が接続
されている。バッテリ３８はプラス端子側が第２のＳＳ
Ｒ３６に接続されている。

【００２３】また、図１に示すように、コントローラ３
１はディスプレイ３９に接続されている。ディスプレイ
３９にはＤＰＦ１１が捕集したパティキュレートの捕集
量が表示される。ディスプレイ３９には再生スイッチ４
０が設けられている。コントローラ３１は、バッテリ３
８から電源が供給されている時に再生スイッチ４０が操
作されると、ＲＯＭ３１ａに格納された再生処理プログ
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。

【００２４】コントローラ３１にはキースイッチ４１が
接続されている。また、コントローラ３１にはスタータ
回路を構成するスタータリレー４２が接続され、スター
タリレー４２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４１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。コントローラ３１
は、第２のＳＳＲ３６がオフ状態で、かつキースイッチ
４１がスタート位置にあるときには、スタータリレー４
２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、第２のＳＳＲ３
６がオン状態のときには、コントローラ３１はスタータ
リレー４２へのオン指令を出力せず、エンジン１３は始
動されないようになっている。コントローラ３１はスタ
ータ作動禁止手段を構成する。

【００２５】次に前記のように構成された、排気浄化装
置の作用について説明する。エンジン１３が所定時間以
上駆動されてＤＰＦ１１に再処理を必要とするほどパテ
ィキュレートが捕集されると、フォークリフトを外部交
流電源のある所定の位置まで走行させ、エンジン１３を
停止させる。続いて、外部交流電源のコード３４の接続
部３４ａをコンセント口３２に嵌合する。このとき、外
部交流電源のサーキットブレーカー等がオン状態で、正
規の交流電源（ＡＣ２００Ｖ）が活性、即ち接続部３４
ａまで通電された状態にある場合、第２のＳＳＲ３６の
入力側にもＡＣ２００Ｖが印加される。すると、第２の
ＳＳＲ３６に内蔵されたフォトカップラの作用により、
出力側がオンとなり、バッテリ３８からコントローラ３
１にバッテリ電圧が供給される状態となる。このとき、
第２のＳＳＲ３６の出力側がオフからオンになるトリガ
ー信号がコントローラ３１のマイコンの起動信号として
機能し、マイコンが立ち上げられてコントローラ３１は
動作可能となる。

【００２６】この状態で作業者が再生スイッチ４０をオ
ン操作すると、コントローラ３１は再生処理モードにな
る。そして、コントローラ３１はＲＯＭ３１ａに記憶さ
れているプログラムに従ってＤＰＦ１１の再処理を開始
する。

【００２７】コントローラ３１は、第１のＳＳＲ３５に
制御信号を出力し、ヒータ１６に電源を印加する。ま
た、コントローラ３１はエア供給ポンプ１９に制御信号
を出力し、ＤＰＦ１１に空気を供給する。コントローラ
３１は温度センサ１７からの検出信号及び捕集されたパ
ティキュレートの量に基づいて最適な燃焼が行われるよ
うにヒータ１６、エア供給ポンプ１９及び電磁弁２２を
制御する。

【００２８】即ち、コントローラ３１は、捕集量ＰＭが
少ない場合には、ＤＰＦ１１が高温になるように制御す
るとともに、ＤＰＦ１１に多くの空気を供給して、ＤＰ
Ｆ１１の再生処理を行う。そして、コントローラ３１
は、捕集量ＰＭが多いほど、ＤＰＦ１１の加熱温度が低
くなるように制御するとともに、ＤＰＦ１１に供給され
る空気量が少なくなるように制御して再生処理を行う。
燃焼が始まるとヒータ１６の発熱による加熱だけでな
く、パティキュレートの燃焼による加熱も加わった両方
の作用でＤＰＦ１１の温度が上昇する。従って、コント
ローラ３１は過熱によりＤＰＦ１１にクラックや溶損等
の損傷が生じるのを防止しつつ、効率よくパティキュレ
ートを燃やすことができる所定の範囲内に温度を制御す
るように、温度センサ１７の検出信号に基づいてヒータ
１６及びエア供給ポンプ１９を制御する。

【００２９】所定時間再生処理を行った後、コントロー
ラ３１は、ヒータ１６への通電及びエア供給ポンプ１９
の作動を停止させるとともに、電磁弁２２を駆動制御し
て送気管１８を閉じて、再生処理を終了する。そして、
コード３４の接続部３４ａをコンセント口３２から抜く
と、第２のＳＳＲ３６がオフ状態となり、コントローラ
３１へのバッテリ３８からの電源供給が停止される。

【００３０】この実施の形態では以下の効果を有する。 （イ） 外部交流電源により駆動されるヒータ１６に外
部交流電源を供給可能な状態になったことの入力信号
を、外部交流電源との絶縁性を確保した状態でコントロ
ーラ（マイコンを備えた燃焼制御装置）３１にディジタ
ル信号として入力することができる。

【００３１】（ロ） 外部交流電源がオン状態となった
ことに基づいてコントローラ３１に入力信号を供給する
リレーにソリッドステートリレーが使用されているた
め、構成が簡単になる。

【００３２】（ハ） コントローラ３１の電源に車載の
バッテリ３８を使用するため、外部交流電源をトランス
で降圧する必要がなく、外部交流電源の地域差による電
圧のばらつきを考慮する必要がなくなる。

【００３３】（ニ） コントローラ３１は第２のＳＳＲ
３６のデジタル出力信号に基づいて、外部交流電源をヒ
ータ１６に供給可能な状態か否かの判定を従来より容易
にでき、電源異常の検出も容易となる。

【００３４】（ホ） 外部交流電源に排気浄化装置を電
気的に接続することにより、マイコンを自動的に立ち上
げることができる。 （ヘ） 外部交流電源のコード３４を排気浄化装置のコ
ンセント口３２に嵌合しただけでは再生処理を開始せ
ず、再生スイッチ４０のオン操作により、コントローラ
３１がＤＰＦ１１の再生処理制御を開始するので、再生
処理の開始時期を任意に設定できる。

【００３５】（ト） 第２のＳＳＲ３６がオン状態、即
ちコード３４の接続部３４ａがコンセント口３２に嵌合
された状態では、スタータリレー４２がオフ状態に保持
されるため、エンジン１３をかけることができない。従
って、コード３４が排気浄化装置に接続された状態で誤
ってフォークリフトが走行するのを確実に防止できる。

【００３６】なお、実施の形態は前記に限定されるもの
ではなく、例えば、次のように具体化してもよい。 ○ 再生処理作業の開始を再生スイッチ４０のオン操作
に基づいて行う構成に代えて、第２のＳＳＲ３６の出力
側がオフからオンになるトリガー信号でマイコンの立ち
上げを行うとともに、再生処理モードに移行する構成と
する。この場合、ＤＰＦ１１の再生処理が必要なとき
に、排気浄化装置と外部交流電源とを接続するだけで自
動的に再生処理が開始される。

【００３７】○ 外部交流電源側にコンセント口を設
け、車両側に該コンセント口に嵌合されるプラグを備え
たコードを設けてもよい。 ○ スタータ作動禁止手段として、キースイッチ４１が
スタート位置に配置されたオン信号と、第２のＳＳＲ３
６のオン信号の論理和でスタータリレー４２へのオン信
号を出力するアンド回路を設けてもよい。

【００３８】○ 収容筒１４内のＤＰＦ１１の後側に、
例えば特開平９−６８０３３号公報に開示されたものと
同様な後処理装置を設けてもよい。後処理装置はＤＰＦ
１１の再生処理時に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触媒作用により浄化するも
のである。

【００３９】○ ＤＰＦ１１をコーディエライトで形成
する代わりに、ＳｉＣ等その他のセラミックで形成して
もよい。前記各実施の形態から把握できる請求項記載以
外の技術的思想（発明）について、以下にその効果とと
もに記載する。

【００４０】（１） 請求項１又は請求項２に記載の発
明において、前記燃焼制御手段はマイコンを装備し、前
記入力信号を起動信号として該マイコンの立ち上げを行
う内燃機関の排気浄化装置。この場合、排気浄化装置と
外部交流電源とを接続すると、自動的に燃焼制御手段が
いつでも作動できる状態となる。

【００４１】（２） （１）の発明において、前記燃焼
制御手段は再生開始用のスイッチを備えている内燃機関
の排気浄化装置。この場合、フィルタの再生処理が必要
なときに、再生開始用のスイッチを押すと再生処理が開
始される。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１〜請求項４
に記載の発明によれば、外部交流電源との絶縁性が確保
され、マイコンを備えた燃焼制御装置に発熱手段への外
部交流電源が供給可能な状態になったことの入力信号を
供給できる。

【００４３】請求項２に記載の発明では、外部交流電源
がオン状態となったことに基づいて燃焼制御装置に入力
信号を供給するリレーにソリッドステートリレーが使用
されているため、構成が簡単になる。

【００４４】請求項３に記載の発明では、排気浄化装置
と外部交流電源とを接続すると、自動的にフィルタの再
生処理が開始される。請求項４に記載の発明では、外部
交流電源と排気浄化装置とが電源コードで接続された状
態での車両の移動を確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施の形態の排気浄化装置の構成を示すブ
ロック図。

【図２】 リレーとヒータ及びコントローラとの接続状
態を示す概略図。

【図３】 従来装置に使用される定電圧電源回路のブロ
ック図。

【符号の説明】

１１…フィルタとしてのＤＰＦ、１３…内燃機関として
のディーゼルエンジン、１６…発熱手段としてのヒー
タ、３１…燃焼制御手段及びスタータ作動禁止手段とし
てのコントローラ、３６…リレーとしての第２のＳＳ
Ｒ、４２…スタータ回路を構成するスタータリレー。

Claims (4)

【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、 前記フィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させ
   るため外部交流電源により駆動される発熱手段と、 車載のバッテリを電源として駆動され、前記フィルタに
   捕集されたパティキュレートの前記発熱手段による燃焼
   を制御する燃焼制御手段と、 前記外部交流電源のオン信号に基づいて前記バッテリを
   前記燃焼制御手段に通電させて前記燃焼制御手段に入力
   信号を出力する入出力間が電気的に分離されたリレーと
   を備えた内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記リレーはソリッドステートリレーで
   ある請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 前記燃焼制御手段は前記入力信号に基づ
   いて、前記発熱手段による燃焼制御を開始する請求項１
   又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 前記入力信号が出力されている間は、車
   両のエンジンを始動させるスタータ回路の作動を禁止す
   るスタータ作動禁止手段を備えている請求項１〜請求項
   ３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。