(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルパティキュレートフィルタを、ヒーターの通電制御により再生するＤＰＦヒーターの制御システムにおいて、車載用交流発電機からの交流を整流するサイリスタからなる整流部と、整流された直流で充電されるバッテリーと、整流部とバッテリーに接続された電装負荷とを備え、上記車載用交流発電機と上記整流部の間の電源ライン間に、正逆一対のサイリスタを介してＤＰＦヒーターを接続し、上記正逆一対のサイリスタの各ゲート端子と、上記整流部のサイリスタのゲート端子とに、トリガ電流を与えるトリガ制御回路を接続し、そのトリガ制御回路で、上記ＤＰＦヒーターの通電電力と、上記電装負荷の直流電力との出力比を変更することを特徴とするＤＰＦヒーターの制御システム。
【請求項２】
車載用交流発電機を単相巻線とし、上記トリガ制御回路は、上記車載用交流発電機からの交流電力を上記ＤＰＦヒーターに通電すべく上記正逆一対のサイリスタをＯＮ／ＯＦＦして位相制御すると共に、余剰の交流電力を上記整流部側に加えるべく上記整流部のサイリスタをＯＮ／ＯＦＦする請求項１記載のＤＰＦヒーターの制御システム。
【請求項３】
ヒーターに印加する交流実効電圧を電装負荷に印加する直流制御電圧より高くなるように設定すると共に、ＤＰＦヒーター通電のタイミングより電装負荷通電のタイミングを遅らせるようにした請求項２記載のＤＰＦヒーターの制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルパティキュレートフィルタを、ヒーターの通電制御により再生するＤＰＦヒーターの制御システムに係り、特に、配線の軽量化・省力化を図ったＤＰＦヒーターの制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ）は、ディーゼルエンジンから排出される黒煙を中心とするパティキュレート（微粒子状物質）を捕集低減するものである。
【０００３】
一般に、ＤＰＦは、使用するうちに捕集したパティキュレートが目詰まりして捕集能力が落ちるため、所定時間ごとに内蔵したＤＰＦヒーターの通電制御を行い、パティキュレートをヒーターで燃焼してフィルタの捕集能力を再生することが行われている。
【０００４】
従来のＤＰＦヒーターの制御システムは、ＤＰＦヒーターの通電制御を直流で行ってＤＰＦを再生するものである。
【０００５】
図４に示すように、従来のＤＰＦヒーターの制御システム４０は、車載用交流発電機４１からの交流を整流する整流部４２、整流された直流で充電されるバッテリー４３、整流部４２とバッテリー４３に接続された電装負荷４４およびＤＰＦヒーター４５などを備えている。
【０００６】
バッテリー４３と電装負荷４４間には、電装負荷４４を過電圧から保護するリレー４６が接続され、電装負荷４４とＤＰＦヒーター４５間にも、ＤＰＦヒーター４５を過電圧から保護するリレー４７が接続される。整流部４２、バッテリー４３、リレー４６、４７には、電力制御回路４８が接続される。
【０００７】
従来の制御システム４０では、電力制御回路４８により、電装負荷４４とＤＰＦヒーター４５の直流電力を制御しており、電装負荷４４とＤＰＦヒーター４５に印加される直流電圧は同じである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＰＦヒーター４５の消費電力は、電装負荷４４の消費電力に比べて大きいため、従来の制御システム４０では、発電機４１からＤＰＦヒーター４５に至る配線を全て太くする必要があり、配線の軽量化・省力化が図れないという問題がある。
【０００９】
また、ＤＰＦを再生するために、ＤＰＦヒーター４５に印加する電圧は高い方が望ましいが、制御システム４０では、バッテリー４３や電装負荷４４の定格を考慮する必要があり、しかも整流部４２で電圧降下が生じるので、ＤＰＦヒーター４５に印加する電圧を高く設定することが難しいという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、配線の軽量化・省力化が図れ、しかもヒーターに印加する電圧を高く設定することができるＤＰＦヒーターの制御システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、ディーゼルパティキュレートフィルタを、ヒーターの通電制御により再生するＤＰＦヒーターの制御システムにおいて、車載用交流発電機からの交流を整流するサイリスタからなる整流部と、整流された直流で充電されるバッテリーと、整流部とバッテリーに接続された電装負荷とを備え、上記車載用交流発電機と上記整流部の間の電源ライン間に、正逆一対のサイリスタを介してＤＰＦヒーターを接続し、上記正逆一対のサイリスタの各ゲート端子と、上記整流部のサイリスタのゲート端子とに、トリガ電流を与えるトリガ制御回路を接続し、そのトリガ制御回路で、上記ＤＰＦヒーターの通電電力と、上記電装負荷の直流電力との出力比を変更することを特徴とするＤＰＦヒーターの制御システムである。
【００１２】
請求項２の発明は、車載用交流発電機を単相巻線とし、上記トリガ制御回路は、上記車載用交流発電機からの交流電力を上記ＤＰＦヒーターに通電すべく上記正逆一対のサイリスタをＯＮ／ＯＦＦして位相制御すると共に、余剰の交流電力を上記整流部側に加えるべく上記整流部のサイリスタをＯＮ／ＯＦＦする請求項１記載のＤＰＦヒーターの制御システムである。
【００１３】
請求項３の発明は、ヒーターに印加する交流実効電圧を電装負荷に印加する直流制御電圧より高くなるように設定すると共に、ＤＰＦヒーター通電のタイミングより電装負荷通電のタイミングを遅らせるようにした請求項２記載のＤＰＦヒーターの制御システムである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１５】
図１は、本発明の好適実施の形態であるＤＰＦヒーターの制御システムを示す回路図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明のＤＰＦヒーターの制御システム１は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２を、ＤＰＦヒーター３の通電制御により再生するものであり、車載用交流発電機４からの交流を整流する整流部５と、整流された直流で充電されるバッテリー６と、整流部５とバッテリー６に接続された電装負荷７とを備え、車載用交流発電機４と整流部５の間の電源ライン８間に、サイリスタ９、１０を介してＤＰＦヒーター３を接続し、発電された交流電圧を位相制御してＤＰＦヒーター３の通電制御を行うものである。
【００１７】
ＤＰＦヒーター３には、例えば、約２５Ｖ〜２８．５Ｖの電圧が印加されたときの消費電力が約２．３ｋＷ〜３．５ｋＷのものを使用している。
【００１８】
車載用交流発電機４は、車のエンジンに装着されており、プーリとベルトを介してエンジンで駆動され、電装負荷７に電力を供給すると共に、バッテリー６を充電するものである。車載用交流発電機４としては、例えば、単相巻線のＡＣＧ(Alternating Current Generator) を用いており、系電圧で分類すると２４Ｖ系であり、出力電流は約６０〜３００Ａである。
【００１９】
この車載用交流発電機４は、整流部５に至る電源ライン８間に、互いに逆向きに並列に接続された２個のサイリスタ９、１０を介してＤＰＦヒーター３に直列に接続されている。車載用交流発電機４は、整流部５に至る電源ライン８間に、１個のトライアックを介してＤＰＦヒーター３に直列に接続するようにしてもよい。
【００２０】
整流部５は、例えば、２個のサイリスタ１１、１２と２個のダイオード１３、１４とからなるブリッジ回路で構成されており、車載用交流発電機４からの交流を直流に整流する。
【００２１】
バッテリー６は、電装負荷７に電力を供給するものである。バッテリー６には、公称電圧が２４Ｖ、定格電圧が２７Ｖのものを使用している。このバッテリー６は、約２７〜３０Ｖの定電圧充電によって充電される。
【００２２】
バッテリー６と電装負荷７間には、電装負荷７を過電圧から保護する保護リレー１５が接続されている。
【００２３】
本発明のＤＰＦヒーターの制御システム１には、正逆一対のサイリスタ９、１０のそれぞれのゲート端子に、車載用交流発電機４で発電された交流電力としての交流電圧の位相制御を行うべくトリガ電流を与えるトリガ制御回路１６が接続されている。このトリガ制御回路１６は、整流部５のサイリスタ１１、１２とも接続されており、サイリスタ１１、１２のそれぞれのゲート端子に、余剰の交流電力を整流部５側に流すべくトリガ電流を与える。すなわち、トリガ制御回路１６は、サイリスタ９、１０のＯＮ／ＯＦＦにより交流制御を行い、サイリスタ１１、１２のＯＮ／ＯＦＦにより直流制御を行う。
【００２４】
このように、本発明では、トリガ制御回路１６によるトリガを与えるタイミングによって、ＤＰＦヒーター３の通電電力と、バッテリー６および電装負荷７の直流電力との出力比を変更可能としている。
【００２５】
さらに、本発明のＤＰＦヒーターの制御システム１には、システム全体の電力を制御する電力制御回路１７が接続されている。この電力制御回路１７は、上述したトリガ制御回路１６の他に、電圧／電流検出部１８、過電圧検出部１９、制御回路２０、インターフェース回路２１などを備えている。
【００２６】
電圧／電流検出部１８は、一方が整流部５とバッテリー６間に設けられた電流センサ２２に接続され、他方がバッテリー６の正極側となる接点Ｘに接続されている。
【００２７】
この電圧／電流検出部１８は、バッテリー６の充放電の際の電圧値・電流値を検出して制御回路２０に信号を送り、バッテリー６に過不足なく電力が供給されるようにしている。さらに、電圧／電流検出部１８は、電圧値・電流値を検出して制御回路２０に信号を送ることで、制御回路２０がＤＰＦヒータ３によるパティキュレートの燃焼加減を把握できるようにしている。
【００２８】
過電圧検出部１９は、保護リレー１５と接続されており、電装負荷７に過剰な電圧が印加されないようにしている。
【００２９】
インターフェース回路２１は、制御回路２０と外部機器の回路間とを結ぶものであり、外部機器の回路と各種信号の送受信を行ってＤＰＦヒーターの制御システム１と外部機器間を接続している。
【００３０】
制御回路２０は、トリガ制御回路１６、電圧／電流検出部１８、過電圧検出部１９の全てを統括して制御している。この制御回路２０には、図示はしていないが、発電された交流電圧波形の電圧ゼロ点を検出して同期をとるための回路が備えられている。
【００３１】
この制御回路２０は、通常、電圧／電流検出部１８からの信号に基づいてパティキュレートの燃焼加減を把握し、そのときに発電されている交流電圧波形の電圧ゼロ点を検出し、最適な電圧値・電流値でＤＰＦヒーター３を通電するようにトリガのタイミングを決定する。そして、制御回路２０は、決定したタイミングでトリガ制御回路１６がサイリスタ９、１０のゲート端子にトリガ電流を与えるように、トリガ制御回路１６に信号を送るようにしている。
【００３２】
また、パティキュレートは、車両の運転状況によってエンジンから排出される量が異なり、例えば、車両が低速ギア運転する際に比較的多く、高速ギア運転する際には比較的少ない。よって本発明では、外部機器からインターフェース回路２１を介して車両の運転状況に基づいた信号が制御回路２０に送られるようにもしており、制御回路２０により、例えば、低速ギア運転時にはＤＰＦヒーター３の通電量を増大させ、高速ギア運転時にはＤＰＦヒーター３の通電量を減少させるようにしている。
【００３３】
次に、本発明の作用を説明する。
【００３４】
図２は、図１に示した回路の各部動作の概略図を示したものであり、図２（ａ）は交流制御の動作を示し、図２（ｂ）は直流制御の動作を示したものである。
【００３５】
図２（ａ）の上のグラフは、横軸を時間Ｔにとり、縦軸を電圧値Ｖにとって交流電圧の位相制御の様子を電圧波形ｖA で表しており、図２（ａ）の下のグラフは、そのときの電流波形ｉA を横軸を時間Ｔにとり、縦軸を電流値Ｉにとって表している。同様に、図２（ｂ）の上のグラフは、整流部５で整流された直流電圧の位相制御の様子を電圧波形ｖD で表しており、図２（ｂ）の下のグラフは、そのときの電流波形ｉD を表している。
【００３６】
まず、交流制御の動作を説明する。
【００３７】
交流制御は、主にトリガ制御回路１６とサイリスタ９、１０により行っている。制御開始から所定時間（図では時間ｔ0 から時間ｔ1 まで）の間、サイリスタ９、１０は両方ともＯＦＦ状態である。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、時間ｔ0 のとき、発電機４で発電された交流電圧波形ｖA が電源ライン８間に印加される。このとき、ＤＰＦヒーター３に電流は流れていない。
【００３９】
時間ｔ1 のとき、サイリスタ１０のゲート端子に、トリガ制御回路１６からトリガ電流が与えられてサイリスタ１０のみがＯＮされる。サイリスタ１０は、時間ｔ1 から時間ｔ2 までの間ＯＮ状態となり、ＤＰＦヒーター３には、電圧波形ｖA のうち、面積ａ（図では斜線部分）の電圧が印加される。このとき、ＤＰＦヒーター３に、電流波形ｉA に応じた電流（ただし、電装負荷７に流れる電流分だけ差し引いた電流）が接点αから接点βへ向かって流れ、ＤＰＦヒーター３を通電してＤＰＦ２を再生する。
【００４０】
時間ｔ2 から時間ｔ3 までの間、サイリスタ９、１０は両方ともＯＦＦ状態である。
【００４１】
時間ｔ3 のとき、今度はサイリスタ９のゲート端子に、トリガ制御回路１６からトリガ電流が与えられてサイリスタ９のみがＯＮされる。サイリスタ９は、時間ｔ3 から時間ｔ4 までの間ＯＮ状態となり、ＤＰＦヒーター３には、電圧波形ｖA のうち、面積ｂ（図では斜線部分）の電圧が印加される。このとき、ＤＰＦヒーター３に、電流波形ｉA と同じ形で逆向きの電流波形ｉB に応じた電流（ただし、電装負荷７に流れる電流分だけ差し引いた電流）が接点βから接点αへ向かって流れ、ＤＰＦヒーター３を通電してＤＰＦ２を再生する。
【００４２】
時間ｔ4 以降の交流制御の動作は、同様にして行われる。
【００４３】
次に、直流制御の動作を説明する。
【００４４】
直流制御は、主にトリガ制御回路１６とサイリスタ１１、１２により行っている。
【００４５】
図２（ｂ）に示すように、時間ｔ1 から時間ｔ2 の間の時間ｔ12のとき、トリガ制御回路１６によりサイリスタ１１のゲート端子にトリガ電流が与えられ、サイリスタ１１がＯＮする。サイリスタ１１は、時間ｔ12から時間ｔ2 までの間ＯＮ状態となり、電装負荷７には、整流部５で整流された電圧波形ｖD のうち、面積ｃ（図では斜線部分）の電圧が印加される。このとき、電装負荷７に、電流波形ｉD に応じた電流（ただし、ＤＰＦヒーター３に流れる電流分だけ差し引いた電流）が流れる。
【００４６】
また、時間ｔ3 から時間ｔ4 の間の時間ｔ34のとき、トリガ制御回路１６によりサイリスタ１２のゲート端子にトリガ電流が与えられ、サイリスタ１２がＯＮする。サイリスタ１２は、時間ｔ34から時間ｔ4 までの間ＯＮ状態となり、電装負荷７には、整流部５で整流された電圧波形ｖD のうち、面積ｄ（図では斜線部分）に応じた電圧が印加される。このとき、電装負荷７に、電流波形ｉD に応じた電流（ただし、ＤＰＦヒーター３に流れる電流分だけ差し引いた電流）が流れる。
【００４７】
時間ｔ4 以降の直流制御の動作は、同様にして行われる。
【００４８】
このように、本発明のＤＰＦヒーターの制御システム１は、電装負荷７に比べて消費電力の大きいＤＰＦヒーター３を、直流制御側から切り離して交流制御側に接続しているので、システム全体の配線をＤＰＦヒーター３の消費電力に合わせて太くする必要がなく、配線の軽量化・省力化を図ることができる。これに伴って使用するリレー容量の小型化も図ることができる。
【００４９】
本発明では、ＤＰＦヒーター３の通電制御を交流電圧で制御する一方で、バッテリー６と電装負荷７を直流電圧で制御しており、しかも整流部５での電圧降下を考慮する必要もないことから、ＤＰＦヒーター３に印加する電圧（再生電圧）を高く設定することが可能となり、ＤＰＦを効率よく再生することができる。
【００５０】
また、ＤＰＦヒーター３への通電制御は、発電された交流電圧の位相制御で行っているので、従来のようにバッテリー６の充放電や電装負荷７の影響を考えながら直流電圧で制御する必要がない。すなわち、サイリスタ９、１０のゲート端子に、トリガ制御回路１６によるトリガ電流を与えるＯＮ・ＯＦＦのタイミングを決定しさえすればよいので、制御の簡略化も図ることができる。
【００５１】
次に、ＤＰＦヒーターの通電制御の一例を説明する。
【００５２】
図３は、本発明に係るＤＰＦヒーターの通電制御の一例を示し、図３（ａ）は発電された交流電圧の位相制御の概略図、図３（ｂ）はＤＰＦヒーターの電流波形図、図３（ｃ）は電装負荷の電流波形図を示したものである。
【００５３】
図３（ａ）に示すように、本発明のＤＰＦヒーターの通電制御の一例として、ＤＰＦヒーター３に印加する交流実効電圧ＶR を電装負荷に印加する直流制御電圧ＶD より高くなるように設定すると共に、ＤＰＦヒーター通電のタイミングより電装負荷通電のタイミングを遅らせるようにしている。
【００５４】
まず、時間Ｔ0 のとき、発電機４で発電された実効電圧ＶR の交流電圧波形ＶA が電源ライン８間に印加される。このとき、ＤＰＦヒーター３は通電されていない。
【００５５】
発電された交流の１／４周期となる時間Ｔ1 のとき、ＤＰＦヒーター３の通電を開始すると、発電された交流の１／４周期から１／２周期にあたる時間Ｔ1 から時間Ｔ4 の間ＤＰＦヒーター３が通電される。一方、発電された交流の約３／４周期となる時間Ｔ2 のとき、電装負荷７の通電を開始し、時間Ｔ4 前の時間Ｔ3 に通電を終了するようにする。時間Ｔ4 から発電された交流の１周期となる時間Ｔ8 までの制御は、交流電圧波形ＶA が負であることを考慮しつつ以上の手順と同様にして行う。
【００５６】
発電された交流電圧を上記の手順で位相制御すると、時間Ｔ0 からＴ1 までと交流電圧波形ＶA とで囲む面積Ａの電圧は、バッテリー６に印加されてバッテリー６を充電する。時間Ｔ1 からＴ2 までと交流電圧波形ＶA とで囲む面積Ｂの電圧（図では左側の斜線部分）は、ＤＰＦヒーター３に印加される。時間Ｔ2 からＴ3 までと交流電圧波形ＶA とで囲む面積Ｃの電圧（図では格子状部分）は、ＤＰＦヒーター３と電装負荷７の両方に印加される。時間Ｔ3 からＴ4 までと交流電圧波形ＶA とで囲む面積Ｄの電圧（図では右側の斜線部分）は、ＤＰＦヒーター３に印加される。
【００５７】
このときのヒーター電流波形ＩH は、図３（ｂ）に示すように、時間Ｔ2 から時間Ｔ3 の間には電装負荷７が通電されているので、電装負荷７に流れる電流分（図では面積Ｅに当たる）だけ差し引いた電流波形（図では太線で囲った部分）となる。このヒーター電流波形ＩH は、時間Ｔ1 からＴ4 までの正の波形と時間Ｔ5 から時間Ｔ8 までの負の波形とを１サイクルとするものである。
【００５８】
一方、電装負荷電流波形ＩL は、図３（ｃ）に示すように、時間Ｔ2 から始まる連続した略のこぎり波状の電流波形である。この電装負荷電流波形ＩL は、時間Ｔ2 から時間Ｔ3 の間に電装負荷７が通電されることで発電機４から供給される電流分Ｆ（図では時間Ｔ2 から時間Ｔ3 間の白抜きされた面積）と、バッテリー６からの供給電流分Ｇ（図では斜線部分）との合成波形を１／２サイクルとするものである。
【００５９】
このように、本発明によれば、トリガ制御回路１６によるトリガを与えるタイミングによって、ＤＰＦヒーター３の通電電力と、バッテリー６および電装負荷７の直流電力との出力比を変更可能とすることができる。
【００６０】
本実施の形態においては、車載用交流発電機４が単相巻線の場合について説明したが、本発明は、例えば三相三線式の発電機の場合にも適用可能である。この場合、回路構成としては、例えば、図１の１組のサイリスタ９、１０を３組並列接続したものを用い、整流部５として６個のサイリスタからなる三相ブリッジ整流回路などを用いればよい。また、各サイリスタのゲート端子に与えるトリガ電流のタイミングも適宜決定するようにすればよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のごとき優れた効果を発揮する。
【００６２】
（１）配線の軽量化、省力化を図ることができ、リレー容量の小型化も図ることができる。
【００６３】
（２）ＤＰＦヒーターへの再生電圧を高く設定することができる。
【００６４】
（３）ＤＰＦヒーターへの通電制御を交流で行うことで、制御の簡略化を図ることができる。
【００６５】
（４）ヒーター通電電力と直流電力の出力比を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１に示した回路の交流制御の動作を示す概略図（ａ）、直流制御の動作を示す概略図（ｂ）である。
【図３】発電された交流電圧の位相制御の一例を示す概略図（ａ）、ＤＰＦヒーターの電流波形図（ｂ）、電装負荷の電流波形図（ｃ）である。
【図４】従来のＤＰＦヒータの制御システムを示す回路図である。
【符号の説明】
１  ＤＰＦヒーターの制御システム
２  ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
３  ＤＰＦヒーター
４  車載用交流発電機（ＡＣＧ）
５  整流部
６  バッテリー
７  電装負荷
８  電源ライン
９、１０  サイリスタ
【図１】
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【図２】
0003959947.tif 000003
【図３】
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【図４】
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