(57)【要約】      （修正有）【課題】ＤＰＦ再生により消費される熱エネルギーの効率的な回収と、ＤＰＦ再生中の排気ガス温度の確実な低減を図る。【解決手段】内燃機関が排出する粒子状物質を捕集するＤＰＦ１を有し、そのＤＰＦ１により捕集された粒子状物質を燃焼させてＤＰＦ再生を行うＤＰＦ再生制御が車両用電子制御ユニット５０により実行可能に構成されてなる排気浄化装置において、車両用電子制御ユニット５０は、ＤＰＦ再生制御の開始の際、排気ガスを排出する通路を熱発電用排気管３に切り換え、熱発電用排気管３を介して排気ガスの排出を可能にする一方、熱発電用排気管３には、熱電素子５が取着されており、排気ガスの熱エネルギーが電圧に変換されて回収可能となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関が排出する粒子状物質を捕集するＤＰＦを有し、前記ＤＰＦにより捕集された粒子状物質を燃焼させて前記ＤＰＦの再生を行うＤＰＦ再生制御が実行可能に構成された排気浄化装置におけるＤＰＦ再生制御方法であって、
前記ＤＰＦ再生制御の開始の際、前記排気ガスを排出する通路を、前記ＤＰＦ再生制御の非実行時に用いられる通常排気管とは別個に設けられた熱発電用排気管に切り換えて前記排気ガスを排出する一方、前記熱発電用排気管に取着された熱電素子により前記排気ガスの熱エネルギーを電圧に変換して回収可能としたことを特徴とするＤＰＦ再生制御方法。
【請求項２】
内燃機関が排出する粒子状物質を捕集するＤＰＦを有し、前記ＤＰＦにより捕集された粒子状物質を燃焼させて前記ＤＰＦの再生を行うＤＰＦ再生制御が電子制御ユニットにより実行可能に構成されてなる排気浄化装置であって、
前記電子制御ユニットは、
前記ＤＰＦ再生制御の開始の際、前記排気ガスを排出する通路を、前記ＤＰＦ再生制御の非実行時に用いられる通常排気管とは別個に設けられた熱発電用排気管に切り換え、前記熱発電用排気管を介して前記排気ガスの排出を可能に構成されてなる一方、
前記熱発電用排気管には、熱電素子が取着され、当該熱電素子により前記排気ガスの熱エネルギーを電圧に変換して回収可能としてなることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
前記熱電素子により得られた電圧は、車両用バッテリの充電に供されるよう構成されてなることと特徴とするする請求項２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記熱発電用排気管は、その外観形状が大凡ジグザグ状に形成されてなることを特徴とする請求項３記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記熱発電用排気管は、その外観形状が大凡螺旋状に形成されると共に、前記通常排気管に巻き回されるように設けられてなることを特徴とする請求項３記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、ＤＰＦ再生における熱効率の向上等を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載された内燃機関においては、排気ガスに対する様々な規制等に対する要求を充たし、より清浄な排気とする要請があることから、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particurate Matter）を除去するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等に代表される排気浄化のためのデバイスなどを用いた排気浄化装置が設けられていることは良く知られている通りである（例えば、特許文献１等参照）。
【０００３】
かかる排気浄化装置において、ＤＰＦを用いたものにあっては、内燃機関の運転に伴い捕集されたＰＭが蓄積、増加してゆくため、放置しておくとＤＰＦの目詰まりを招き、排気圧力の上昇による内燃機関の性能低下や燃費の悪化等を招くため、通常、ＤＰＦを昇温させてＰＭを燃焼させることで、ＤＰＦを再生させるＤＰＦ再生制御が行われるような構成が採られるものとなっている。
このＤＰＦ再生においては、例えば、内燃機関のシリンダ内への燃料のポスト噴射や排気管内への燃料の直接噴射等によって昇温された排気ガスが用いられることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０８４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来、上述のようなＤＰＦ再生のために行われた排気ガスの昇温によって生じた熱エネルギーは、通常、ＤＰＦ再生に供されるだけで、未だ十分な熱エネルギーがあってもそのまま外部へ排気され、効率的なエネルギーの使用という観点からは必ずしも望ましいものでは無いという問題がある。
また、ＤＰＦ再生に供された排気ガスが排気管から排気される際の温度は、ＤＰＦ再生を行っていない通常時に比して高いため、排気管周辺の部品の劣化を早める虞があるという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、ＤＰＦ再生により生ずる熱エネルギーの効率的な利用と、熱による部品の劣化を確実に抑圧、低減することができるＤＰＦ再生制御方法及び排気浄化装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るＤＰＦ再生制御方法は、
内燃機関が排出する粒子状物質を捕集するＤＰＦを有し、前記ＤＰＦにより捕集された粒子状物質を燃焼させて前記ＤＰＦの再生を行うＤＰＦ再生制御が実行可能に構成された排気浄化装置におけるＤＰＦ再生制御方法であって、
前記ＤＰＦ再生制御の開始の際、前記排気ガスを排出する通路を、前記ＤＰＦ再生制御の非実行時に用いられる通常排気管とは別個に設けられた熱発電用排気管に切り換えて前記排気ガスを排出する一方、前記熱発電用排気管に取着された熱電素子により前記排気ガスの熱エネルギーを電圧に変換して回収可能としてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る排気浄化装置は、
内燃機関が排出する粒子状物質を捕集するＤＰＦを有し、前記ＤＰＦにより捕集された粒子状物質を燃焼させて前記ＤＰＦの再生を行うＤＰＦ再生制御が電子制御ユニットにより実行可能に構成されてなる排気浄化装置であって、
前記電子制御ユニットは、
前記ＤＰＦ再生制御の開始の際、前記排気ガスを排出する通路を、前記ＤＰＦ再生制御の非実行時に用いられる通常排気管とは別個に設けられた熱発電用排気管に切り換え、前記熱発電用排気管を介して前記排気ガスの排出を可能に構成されてなる一方、
前記熱発電用排気管には、熱電素子が取着され、当該熱電素子により前記排気ガスの熱エネルギーを電圧に変換して回収可能に構成されてなるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ほぼ直線状の通常排気管の長さを越えることなく、通常排気管よりも長い通路長が確保でき、かつ、多くの熱電素子を取り付け可能な熱発電用排気管を設け、そこにＤＰＦ再生時の排気ガスを流通させるようにしたので、従来、単に消費されるだけだった高温の排気ガスの熱エネルギーから効率的に電圧を得ることができ、従来に比して高いエネルギーの使用効率を実現することができるという効果を奏するものである。
また、高温の排気ガスを、通路の長い熱発電用排気管を介して排出するため、通常排気管を介して排出する場合に比して、車両外部へ排出された際の排気ガスの温度を確実に低下させて、排気管周辺に設けられた部品の熱による劣化を従来に比してより確実に抑圧、低減することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態におけるＤＰＦ再生制御方法が適用される内燃機関の排気浄化装置の構成例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における排気浄化装置において実行されるＤＰＦ再生制御の処理手順を示すサブルーチンフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態における排気浄化装置によるＤＰＦ再生制御が非実行状態にある場合における排気ガスの通路を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態における排気浄化装置によるＤＰＦ再生制御が実行状態にある場合における排気ガスの通路を模式的に示す説明図である。
【図５】熱発電用排気管の他の構成例を模式的に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図５を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における排気浄化装置の構成例について、図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における排気浄化装置Ｓは、図示されない内燃機関としての車両用エンジンから排出された排気ガスの浄化を行うと共に、熱エネルギーの回収を可能とするもので、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）１と、通常の排気管（以下、説明の便宜上「通常排気管」と称する）２に対してバイパス通路として設けられた熱発電用排気管３と、排気ガスに対する通路を通常排気管２、又は、熱発電用排気管３の一方に切り換える排気通路切換フラップ４と、車両用電子制御ユニット（図１においては「ＥＣＵ」と表記）５０と、熱電素子５と、安定化回路（図１においては「ＲＥＧ」と表記）６とを主たる構成要素として構成されたものとなっている。
【００１１】
以下、かかる排気浄化装置Ｓの構成について具体的に説明すれば、まず、ＤＰＦ１は、従来から知られている構成を有するものであり、特定の構成に限定される必要は無いものである。
かかるＤＰＦ１は、図示されない車両用エンジンのエクゾーストマニホールドに接続された通常排気管２の途中の、車両用エンジンに比較的近い適宜な位置に設けられるものである。
また、ＤＰＦ１は、従来同様、差圧センサ７の検出結果等に基づいて、車両用電子制御ユニット５０によりＤＰＦ再生制御が適宜なタイミングで実行され、蓄積された粒子状物質の燃焼が行われるようになっている。
【００１２】
ＤＰＦ１の後流側の近傍において、熱発電用排気管３の２つの端部が適宜な間隔を隔てて通常排気管２に連通可能に接続されている。
そして、通常排気管２と熱発電用排気管３との２つの接続箇所の内、ＤＰＦ１に近い接続箇所には、排気ガス（図１の白抜き矢印参照）の流通通路を切り換えるための排気通路切換フラップ４が設けられている。
【００１３】
この排気通路切換フラップ４は、後述するように車両用電子制御ユニット５０によるフラップ駆動用モータ８の駆動制御により回動可能となっており、その回動位置によって排気ガスを通常排気管２か熱発電用排気管３のいずれか一方に流通させ得るものとなっている。
【００１４】
本発明の実施の形態における熱発電用排気管３は、部品等の配設スペースが極めて限定されて、部品等の配設スペースのさらなる縮小化が要請されている車両の現状に適用できるように次述するように構成されたものとなっている。
すなわち、熱発電用排気管３は、その配設に必要なスペースを必要最小限とすべく、例えば、図１に模式的に示されたように、通常排気管２の長手軸方向（図１において二点鎖線矢印で示された排気ガスの流通方向）に対して直交方向で、いわゆるジグザグ状に形成されたものとなっている。
そのため、通常排気管２の長手軸方向に沿った熱発電用排気管３の長さは、通常排気管２のそれに比して短いが、排気ガスが流通する通路全体としての長さは、通常排気管２に比して十分な長さが確保されたものとなっている。
【００１５】
また、熱発電用排気管３の外面には、適宜な間隔を隔てて複数の熱電素子５が密接に取着されている。
熱電素子５は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するもので、例えば、ゼーベック効果を利用したペルチェ素子等に代表されるものである。
【００１６】
すなわち、本発明の実施の形態において、熱電素子５は、熱発電用排気管３に密接された面と、この面と反対側の外気に望む面との温度差によって電圧を出力を得ることができるものとなっている。この熱電素子５により得られた電圧は、安定化回路６において波形整形や電圧レベルの安定化等の処理が施されて、車両用バッテリ９の充電に供されるようになっている。
【００１７】
車両用電子制御ユニット５０は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータ（図示せず）を中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を有すると共に、燃料噴射弁（図示せず）を駆動するための駆動回路（図示せず）等を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
かかる車両用電子制御ユニット５０は、エンジン回転数、アクセル開度、外気温度、大気圧などの各種の図示されないセンサによる検出信号が入力され、従来同様、図示されないエンジンの様々な動作制御処理や、後述する本発明の実施例におけるＤＰＦ再生制御処理等に供されるようになっている。
【００１８】
次に、上記構成において、車両用電子制御ユニット５０により実行されるＤＰＦ再生制御の処理手順について、図２に示されたサブルーチンフローチャートを参照しつつ説明する。
最初に、本発明の実施の形態における排気浄化装置Ｓは、車両用電子制御ユニット５０により、従来同様、所定の条件の下、高温の排気ガスを排出してＤＰＦ１に捕集された粒子状物質を燃焼させてＤＰＦ１を再生させるためのＤＰＦ再生処理が実行されるよう構成されたものであることを前提とする。
【００１９】
しかして、車両用電子制御ユニット５０による処理が開始されると、最初に、ＤＰＦ再生処理が開始されているか否かが判定される（図２のステップＳ１０２参照）。ここで、ＤＰＦ再生処理は、前提条件で述べたように、車両用電子制御ユニット５０による燃料噴射制御の実行によって一時的に昇温された排気ガスの排出がなされ、ＤＰＦ１に蓄積された粒子状物質の燃焼を行うものである。
【００２０】
ステップＳ１０２において、ＤＰＦ再生処理が開始されていると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０４の処理へ進む一方、ＤＰＦ再生処理は開始されていないと判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ１０６の処理へ進むこととなる。
【００２１】
まず、ステップＳ１０６においては、ＤＰＦ再生処理が行われていないとの判定結果に基づいて、通常排気管２を排気ガスの通路とすべくフラップ切換が行われる。
すなわち、排気通路切換フラップ４は、車両用電子制御ユニット５０によるフラップ駆動用モータ８の駆動制御により熱発電用排気管３を閉鎖する位置に回動され、排気ガスは、通常排気管２を流通して外部へ排出されることとなる（図３参照）。
【００２２】
一方、ステップＳ１０４においては、熱発電用排気管３を排気ガスの通路とすべくフラップ切換が行われる。すなわち、排気通路切換フラップ４は、車両用電子制御ユニット５０によるフラップ駆動用モータ８の駆動制御により通常排気管２を閉鎖する位置に回動され、排気ガスは、熱発電用排気管３へ流入せしめられることとなる（図４参照）。
熱発電用排気管３の外面には、先に述べたように、熱電素子５が密着して取着されているため、ＤＰＦ再生処理中の高温の排気ガスの熱によって熱電素子５には電圧が発生する。この電圧は、安定化回路６によって安定化等の処理が施された後、車両用バッテリ９の充電に供され、排気ガスの熱エネルギーが充電電圧として回収可能となっている。
【００２３】
本発明の実施の形態における熱発電用排気管３は、先に述べたように排気ガスが流通する通路の長さが（通路長）が、通常排気管２に比して十分長い構成を有している。したがって、排気ガスが通常排気管２を通過する場合に比して、多くの熱が熱発電用排気管３通過中に奪われ、車両外へは十分温度低下した排出ガスが排出されるようになっている。そのため、排気管周辺に設けられた部品の熱による劣化を従来に比してより確実に抑圧、低減することができるものとなっている。
【００２４】
本発明の実施の形態において、熱発電用排気管３は、全体外観形状が大凡ジグザグ状に形成された構成としたが、勿論このような構成に限定される必要は無く、通常排気管２の長手軸方向における長さを超えることなく、通常排気管２に比して長い流通通路を確保できる構成であれば、他の形状を採る構成であっても良い。
例えば、図５に示されたように、熱熱発電用排気管３の全体外観形状を大凡螺旋状として、通常排気管２に密着して巻き回すような構成としても好適である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
熱エネルギーの効率的な利用と車外へ排出される際の排気ガスの温度の確実な低減が所望される排気浄化装置に適用できる。
【符号の説明】
【００２６】
１…ＤＰＦ
２…通常排気管
３…熱発電用排気管
４…排気通路切換フラップ
５…熱電素子
５０…車両用電子制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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