(57)【要約】【課題】  大型車両に搭載する排ガス中の微粒子捕捉フィルタは、その再生時に一時的に大電流を必要とすることになるので、車載電池として許容最大電流の大きい装置が必要になる。フィルタ再生のための電流を車載の発電機から長時間にわたり平均化して供給することができる装置を提供する。【解決手段】  従来から搭載されている電池を大型化するのではなく、従来からの電池（第一の電池）に加えて別に、長時間にわたり充電され一時的に放電することが可能な第二の電池を車両に搭載する。そしてこの第二の電池は、第一の電池の充電回路により長時間にわたり充電するとともに、微粒子捕捉フィルタを再生するタイミングでは、一時的に大電流を放出することができるように設計する。【選択図】図１
2008008239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の排ガス通路に設けられ排ガス中の微粒子を捕捉するフィルタと、このフィルタを加熱再生するための電気ヒータを備えた排ガス浄化装置において、
前記電気ヒータの電源として、その車両の各種機器に電源電流を供給する第一の電池とは別に第二の電池を設けたことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記第二の電池の充電電源は前記第一の電池の充電電源と共通であり、前記第二の電池の充電電流の通路には電流制限回路を備えた請求項1記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記第二の電池（２）から前記電気ヒータ（４）に通電中にその電気ヒータ（４）の端子電圧が所定値より低下したことを検知する手段（７）と、この検知する手段の出力にしたがって前記電気ヒータ（４）への通電を遮断して前記第二の電池（２）に充電電流を供給する過放電防止手段（５、１０）を含む請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記第二の電池は、ニッケル水素電池、もしくはキャパシタである請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記排ガス通路を複数に分岐する手段（２２）およびその分岐された通路の一つを選択的に閉塞する手段（１１）を設け、前記分岐する手段により分岐された各通路に前記フィルタ（３）および前記電気ヒータ（４）がそれぞれ配置され、前記閉塞する手段（１１）により閉塞された通路の前記電気ヒータ（４）を選択的に通電する手段（１５）を備えた請求項１記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排ガス浄化に利用する。とくにディーゼル機関を動力とする車両に搭載する排ガス浄化装置に関する。本発明は、ディーゼル機関排ガス微粒子捕捉フィルタ（Diesel Particulate Filter,  以下この明細書では「ＤＰＦ」という)を備えた排ガス浄化装置について、そのフィルタに捕捉された排ガス微粒子を燃焼させ、そのフィルタを再生するための技術に関する。とくに燃焼させるための電源の形態および回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載された内燃機関から空気中に放出される排ガスについては、一酸化炭素、窒素酸化物、または各種微粒子がそれぞれ所定の規制内容を満足するように設計しなければならない。ディーゼル機関を主動力装置とする車両には、当該規制に適合するためにディーゼル機関の排ガス通路に、その出力に応じて設定された性能を満足するＤＰＦを含む排ガス浄化装置を装備することがある。このような排ガス浄化装置では、フィルタにトラップされた可燃性の微粒子を電気ヒータを利用して加熱燃焼させることにより、フィルタを再生させる技術が知られている。
【０００３】
本願出願人が製造販売する大型貨物車両に利用されているＤＰＦを再生させる装置は、従来例装置として図３にその一例を示すと、ＤＰＦ３に設けた電気ヒータ４に電流を供給し、捕捉された可燃性の微粒子を燃焼させる装置が搭載されている。この電気ヒータ４に供給する電流は、継電器スイッチ（９、１０）により車両の電池１から取出した電流を利用している。この電池１は車両の主電源装置の主要な要素であり、この電池１には走行用エンジンにより駆動される発電機２０から整流回路２１を介して充電電流が供給される。
【０００４】
このような構成の従来例装置では、電気ヒータ４の電力消費量は数ｋｗ／ｈであり、一回通電しフィルタを再生させるに要する時間は例えば１０分〜２０分程度である。そして電気ヒータ４を利用してフィルタ３を再生させる頻度は、走行の数時間ごと、または車両の使用状況によっては数日に一回ていどである。フィルタ３の再生工程は車両の停車中に実行することが望ましい。そして長距離輸送など、車両が長時間にわたり連続使用される運用形態となる場合を配慮して、上記フィルタ３を排ガス通路に並列的に二系統設けて、この二系統のフィルタをシャッタにより片側ずつ閉塞して利用するとともに、シャッタにより閉塞されている側のフィルタを交互に再生させる形態の再生装置も知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３１２３３２（豊田自動織機）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者らは、上記のように電気ヒータを利用してフィルタを再生する方式は、フィルタを再生する工程で車載の電池を激しく消耗させることがあることに気付いた。すなわち本願発明者らは、このような装置をさらに大型車両に適用するための装置を設計し試験する過程で、フィルタを加熱するために設けた電気ヒータに通電すると、車載の電池はその充電状態により、一時的にその端子電圧が設計値を下回って低下することを経験した。現今の車両設計では、車載電池の端子電圧がごく短い時間だけ設定された規定値より低下することは相応に許容されているものの、車両に装備されている電子装置、とくにプログラム制御回路を伴う電子装置に誤動作が発生する可能性が考えられ、これは極力回避しなければならない。
【０００７】
これを解決するには、車載電池の容量の大きいものを選択することが従来からとられている正当な設計方針である。しかし車載電池として容量の大きい装置を選択すると、電池重量が大きくなるとともに、電池搭載用の空間を大きくしなければならない。これに伴い充電用のオルタネータ（発電機）も大型にしなければならない。このような設計は、車両に搭載する固定的な装置の重量および容積を大きくすることになり、それだけ貨物を積載することができる有効積載量および有効積載容積が犠牲になる。
【０００８】
本発明はこのような背景に行われたものであって、車両に搭載するディーゼル機関を大型化するに伴い、その排ガス微粒子捕捉フィルタ（Diesel Particulate Filter, ＤＰＦ）の再生に際して、一時的に必要な大きいヒータ電流を賄うために、車載主電池の容量、およびこれを充電するための発電機の出力を増大させることがない装置を提供することを目的とする。さらに広くはＤＰＦの再生に利用する一時的に必要な大電流について、これを車載の発電機から長時間にわたり平均化して供給することができる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、排ガスフィルタ（ＤＰＦ）を再生するために必要な電流を車載主電池（第一の電池）から供給するのではなく、この第一の電池とは別に第二の電池を設け、この第二の電池から供給するように構成することを特徴とする。そしてこの第二の電池は、排ガスフィルタ（ＤＰＦ）の再生を必要としない長い時間にわたり緩やかに充電することができるように構成する。
【００１０】
すなわち本発明は、車両の排ガス通路に設けられ排ガス中の微粒子を捕捉するフィルタ（排ガス微粒子捕捉フィルタ、ＤＰＦ, Diesel Particulate Filter)（３）と、このフィルタを加熱再生するための電気ヒータ（４）を備えた排ガス浄化装置において、前記電気ヒータ（４）の電源として、その車両の各種機器に電源電流を供給する第一の電池（１）とは別に第二の電池（２）を設けたことを特徴とする。
【００１１】
前記第二の電池（２）の充電電源は前記第一の電池（１）の充電電源と共通であり、前記第二の電池の充電電流の通路には電流制限回路（６）を備えて長時間にわたり前記第二の電池を充電するように構成することができる。
【００１２】
前記第二の電池（２）から前記電気ヒータ（４）に通電中にその電気ヒータ（４）の端子電圧が所定値より低下したことを検知する手段（７）と、この検知する手段の出力にしたがって前記電気ヒータ（４）への通電を遮断して前記第二の電池（２）に充電電流を供給する過放電防止手段（５、１０）を含む構成とすることができる。
【００１３】
前記第二の電池は、ニッケル水素電池、もしくはキャパシタとすることができる。
【００１４】
前記排ガス通路を複数に分岐する手段（２３）およびその分岐された通路の一つを選択的に閉塞する手段（１１）を設け、前記分岐する手段により分岐された各通路に前記フィルタ（３）および前記電気ヒータ（４）がそれぞれ配置され、前記閉塞する手段（１１）により閉塞された通路の前記電気ヒータ（４）を選択的に通電する手段（１５）を備えた構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
このような構成により、大電流を必要とするフィルタ再生は、それが必要なときに短時間に第二の電池からの放電電流を利用してこれを実行することができる。そしてフィルタの再生を必要としない長い時間にわたり、第二の電池を緩やかに充電するサイクルを繰り返すことが可能になる。したがって、重量および容積の大きい第一の電池を大型のものに設計する必要がなくなるとともに、発電機を大型に設計する必要もなくなる。また、発電機の効率も高くなり、燃費の低減にも寄与する。第二の電池からの放電は大電流になってもこれは一時的であり、第二の電池は相応に小型に設計できる。第二の電池は車両内の配置位置には選択自由度がある。また電気ヒータへの通電により一時的に大きい放電電流が生じ、これによりかりに第二の電池の端子電圧が大きく低下しても、第二の電池は車両の走行に直接関係しないから、これを切り離して車両を運行することが可能である。したがってフィルタ再生のために電池の充電容量が不足し車両の運行が不可能になるなどの影響はなくなる。これにより、エンジン停止ときにも温度監視等の制御を組み合わせることでフィルタを再生することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第一実施例）
図1は本発明の第一実施例装置の電気回路図である。第一の電池１はこの車両の各装置に直流電流を供給するための鉛蓄電池である。この第一の電池１は本発明にかかわらず従来から車両に装備されている装置であり、これは車両に搭載された各種電気装置の電源となる主要な装置である。この第一の電池１の両端子には、整流回路２１を介して、その車両の走行用の内燃機関（図外）により駆動される発電機２０から内燃機関の回転に対応して充電電流が供給されている。さらに詳しくは、発電機２０から発生される交流電流を整流回路２１により整流した直流電流により定常的に充電されている。この車両の各電気装置には、この第一の電池１の陽極端子２２からその動作電流が供給される。
【００１７】
本発明の装置は、この第一の電池１のほかにフィルタ再生に利用する第二の電池２を設けるところに最大の特徴がある。すなわち排気通路のフィルタ再生には第二の電池２を利用し、車両の主電源である第一の電池から直接取出す電流は利用しない。この第二の電池２は、この第一実施例ではニッケル水素電池により構成された装置であり、第一の電池１に比べて小型の二次電池（充放電可能な電池）である。そしてその端子電圧の規格は上記第一の電池１とほぼ等しく、もしくはわずかに低く設定される。この第二の電池２は電流制限回路６および切替回路１０の接点を介して、第一の電池１と電気的に並列に接続できる。これにより第二の電池２も、発電機２０から発生される交流電流を整流回路２１により直流電流に変換した電流により充電されることになるが、電流制限回路６を介して充電電流を供給するので、充電に要する時間はきわめて長い時間になる。
【００１８】
切替回路１０の放電側の接点には、接地電位との間に、ディーゼル微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）３の内部に設けられた電気ヒータ４が接続される。切替回路１０は制御回路５の切替継電器９により制御され、第二の電池２を充電状態と放電状態とに切替える。これはこの制御回路８に入力する車両の累積走行時間（または内燃機関の累積運転時間）により自動的に制御される。たとえば累積走行時間が設定された値に達すると、電気ヒータ４に自動的に通電を開始してＤＰＦ３にトラップされた微粒子を燃焼させるように作用する。そして、設定された所定時間（１０〜２０分程度）だけ通電して制御回路８のタイマにより切替回路１０は充電側に切替えられる。
【００１９】
この図１の装置では、切替回路１０がＤＰＦ３の側（放電側）に接続されると、電気ヒータ４に第二の電池２から電流が供給され、フィルタに捕捉されたディーゼル微粒子を燃焼させてこのフィルタの再生を実行する。そしてこのフィルタに捕捉されているディーゼル微粒子がほぼ消滅し、ＤＰＦ３の再生が完了したときに、制御回路８の制御にしたがって切替回路１０が充電側に戻される。これにより第二の電池２は充電状態になる。
【００２０】
この装置は上記のように自動的に充放電を繰り返するように制御される。この充放電が正常に繰り返されているときには問題ないが、何らかの予期できない異常により第二の電池２が過放電状態にならないように保護手段を設けてある。すなわち第二の電池２が電気ヒータ４に電流を供給している状態のときに、その第二の電池２の端子電圧は切替回路１０の接点を介して不足電圧継電器７により監視されている。そしてこの通電中の電気ヒータ４の端子電圧が所定値を下回るような異常が発生すると、制御回路８はリレー９が作用し、切替回路１０をＤＰＦ３の側から電流制限回路６の側に切替える。これにより第二の電池２は自動的に充電状態になり、第二の電池２が過放電により劣化することが回避される。なおこの不足電圧継電器７が作動したことは、プログラム制御回路８に自動的に記録される。車両の定期整備に際してこの記録を読み出し適当な保守を行うことにより、この第二の電池２の充放電サイクルを長期間にわたり安定に維持することができる。
【００２１】
ここで電流制限回路６は、整流回路２１の出力電流（または第一の電池１の端子から供給される電流）を小さい充電電流に制限して第二の電池２に供給するための回路である。第二の電池２は急速に放電させることができるが、充電電流はこの電流制限回路６により制限されて緩やかにその充電が実行される。例示すると、第二の電池２の放電は短時間に行われ、充電は長時間をかけて完了することができる電流値に制限するように設定される。
【００２２】
この第二の電池２の充放電について数量的に例示すると、ＤＰＦ３の再生に要する時間は例えば１０分ないし２０分程度である。いったん再生が完了したフィルタについて次に再生を必要とすることになる時間は、例えば車両の累積走行時間１０時間ないし２０時間毎に一回である。したがって、この第二の電池は長い時間をかけて充電され、短い時間に放電される充放電サイクルを繰り返すことになる。そしてこの充放電サイクルは車両の主電池である第一の電池１とは無関係に実行されることになるから、従来例装置でフィルタの再生を実行するに際して、電池の充電容量が不足するような不都合は発生しないし、フィルタの再生により第一の電池１が消耗することを懸念する必要はなくなり、主電池である第一の電池１の容量を大きく設計するなどの必要はなくなる。また、第二の電池充電における発電機の効率も高くなり、燃費を低減できる。
【００２３】
このように本発明の装置では、ＤＰＦ３の再生はこの車両の主電池である第一の電池１の充電容量その他とは無関係に実行されることになる。かりにＤＰＦ３の再生に要する時間がなんらかの事情で長くなったとしても、第一の電池１にはその影響は及ぶことがない。すなわち車両の主電池から必要な電流が取出せなくなるような不都合を招くことはなくなる。この構成により、フィルタの再生は第二の電池２の充電容量にしたがって、第一の電池の充電状態とは無関係に実行することができる。第二の電池２の充電容量はＤＰＦ３の再生に要する時間および再生する頻度にしたがって、原則どのようにでも設計することができるから、フィルタの再生が第一の電池１の容量の制約を受けることから解放されることになる。
【００２４】
（第二実施例）
図２に本発明第二実施例装置の要部構成図を示す。この第二実施例装置は、実用的な車両の設計に本発明を実施した形態である。図２の左上に表示する第一の電池１は、車両に搭載され、この車両の各部装置に電源電流を供給する大型の鉛蓄電池である。車両の各部装置に電源電流を供給する通路、および各部の電気装置はこの図２に記載することを省いてある。第二の電池２は本発明により新たに車両に搭載することになる電池であり、これはＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕捉フィルタ）を再生させる電気ヒータ４に電流を供給するために設けたものである。第二の電池２として、この例ではキャパシタを利用することにより試験を行った。キャパシタは長時間にわたり微小電流を供給して充電させ、短時間に大電流により放電させる利用形態にすぐれた電池である。
【００２５】
図２を参照して、図の下方に太い矢印で示す車両の内燃機関排気通路に、分岐通路２３を設けて気流の通路を二つに分岐する。この二つに分岐された通路にそれぞれ閉気シャッタ１１を設ける。そしてこの閉気シャッタ１１はそれぞれ交互に開閉させることができるように構成されている。この構成により車両が走行中であっても、内燃機関の排気を二つのＤＰＦ３のいずれかに分配させることができる。排気が通過する側のＤＰＦ３では排気の成分から微粒子をそのフィルタ素子に捕捉する工程が実行される。排気が通過しない側ＤＰＦ３では捕捉されている微粒子を燃焼させてフィルタ素子の再生を実行する工程が実行される。
【００２６】
フィルタ素子の再生を実行する側では、閉気シャッタ１１を閉塞して排気の流通を一時的に停止し、ＤＰＦ３に設けられた電気ヒータ４を選択的に通電し加熱する。これによりフィルタ素子に捕捉されている可燃性の微粒子（炭素粉）は燃焼して排除される。これは、切替回路１０を制御して第二の電池２を充電側から放電側に切替えるとともに、制御回路１９が二つのリレー１５のうちの対応する一方を導通状態に制御することにより、その電気ヒータ４に電流を通電させることにより行われる。この通電時間は例えば１５分である。この通電が完了すると、切替回路１０は図示する状態に切り戻されて、第二の電池２を充電状態に制御する。この状態で車両走行が継続され、適当な長い時間（例、５時間）を経過したときに、二つの閉気シャッタ１１の開閉モードを転換して、これまで閉じていた側を開きこれまで開いていた側を閉じる。そしてその新たに閉気シャッタ１１を閉じた側について、上記と同様に電気ヒータ４に通電して、そのＤＰＦ３に捕捉されている微粒子を燃焼させることによりフィルタ素子を再生させる。このような制御により、フィルタ素子を再生させている側のＤＰＦ３にはその時には排気の流通はないが、フィルタ素子の再生を行っていない側では排気は流通しているから、車両が長距離を連続走行する場合であっても、内燃機関の運転を停止させることなくフィルタ素子を交互に再生させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明を実施することにより、一つの車両に二つの充放電可能な電池を搭載することになるが、微粒子捕捉フィルタを再生させるために、搭載する電池および発電機の規模が異常に大きくなことを回避することができ、また燃費を低減することができる。したがって、車両の規模が大きくなり、内燃機関の出力が大きくなっても、内燃機関を連続運転させ車両を連続走行させる運転形態に耐える装置を設計することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明第一実施例装置のブロック構成図。
【図２】本発明第二実施例装置のブロック構成図。
【図３】従来例装置のブロック構成図。
【符号の説明】
【００２９】
１    第一の電池
２    第二の電池
３    ディーゼル微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）
４    電気ヒータ
５    制御回路
６    電流制限回路
７    不足電圧継電器
８    制御回路
９    切替継電器
１０    切替回路
１１    閉気シャッタ
１２    圧力センサ
１３    空気ポンプ
１４    リレー
１５    リレー
１６    温度センサ
１７    自動再生スイッチ
１８    バッテリ電圧供給端子
１９    制御回路
２０    発電機
２１    整流回路
２２    陽極端子
２３    分岐通路
【図１】
2008008239.tif 000003
【図２】
2008008239.tif 000004
【図３】
2008008239.tif 000005