(57)【要約】【課題】今後車両への取り付けが必須となるターボチャージャ及び排ガス浄化装置がエンジンに装着されていることを前提として、排ガス浄化装置の再生操作を行うと共に、車両発進時の出力向上を可能とする。【解決手段】ターボチャージャ１５をエンジン１０に装着し、且つ再生操作が必要な排ガス浄化装置１６をエンジン１０の排気通路１１のターボチャージャ１５よりも排ガス流下流側に配設した車両の発進補助システムであって、排ガス浄化装置１６の再生操作を行う際に付加燃料を反応させて排ガスの温度を上昇させるために必要な前段酸化触媒２７を、排気通路１１のターボチャージャ１５よりも排ガス流上流側に配設し、車両の発進時に付加燃料を前段酸化触媒２７に供給して排ガス浄化装置１６の再生操作を行うことで、付加燃料を前段酸化触媒１６で反応させて、ターボチャージャ１５に導入される排ガスの温度を上昇させるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャをエンジンに装着し、且つ再生操作が必要な排ガス浄化装置を前記エンジンの排気通路の前記ターボチャージャよりも排ガス流下流側に配設した車両の発進補助システムであって、
前記排ガス浄化装置の再生操作を行う際に付加燃料を反応させて排ガスの温度を上昇させるために必要な前段酸化触媒を、前記排気通路の前記ターボチャージャよりも排ガス流上流側に配設し、
前記車両の発進時に付加燃料を前記前段酸化触媒に供給して前記排ガス浄化装置の再生操作を行うことで、付加燃料を前記前段酸化触媒で反応させて、前記ターボチャージャに導入される排ガスの温度を上昇させるようにしたことを特徴とする車両の発進補助システム。
【請求項２】
前記排ガス浄化装置は、排ガス中の窒素酸化物を浄化するためのＮＯｘ浄化装置と、排ガス中の粒子状物質を浄化するためのＰＭ浄化装置とを有する請求項１に記載の車両の発進補助システム。
【請求項３】
前記前段酸化触媒への付加燃料の供給は、前記エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズルから燃料を噴射することで行うようにした請求項１又は２に記載の車両の発進補助システム。
【請求項４】
前記排気通路に排気管燃料噴射インジェクタを設け、
前記前段酸化触媒への付加燃料の供給は、前記排気管燃料噴射インジェクタから燃料を噴射することで行うようにした請求項１又は２に記載の車両の発進補助システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ及び排ガス浄化装置をエンジンに装着した車両の発進補助システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃費向上の為にディーゼルエンジンでは、ターボチャージャと称される過給装置の付加が進んでいる。また、ダウンサイジングと称される小排気量化も進んでいる。それら過給装置の付加及び小排気量化に伴う弊害の一つが車両発進時の出力不足である。その車両発進時の出力不足を改善するために、ハイブリッド化による電気モータによる発進補助や、ターボチャージャの改良による車両発進時の出力向上などが行われている。
【０００３】
また、ディーゼルエンジンでは、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）及び粒子状物質（ＰＭ）を浄化する排ガス浄化装置の付加も進んでいる（特許文献１参照）。この排ガス浄化装置は、その役割と機能を保つために再生操作が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０１５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両発進時の補助として行われている電気モータによる発進補助は、車両がハイブリッド車であることが必須である。また、ハイブリッド車自体の生産工程が複雑であるため、ハイブリッド車は高価で生産効率が低く車両の主流となることが不可能であると思われる。
【０００６】
ターボチャージャの改良による車両発進時の出力向上は、一定の効果を収めることが出来る。しかし、車両発進時という、ターボチャージャが最も苦手とするアイドリング状態からの過渡条件であるため、ターボチャージャの改良による車両発進時の出力向上には限界があり、排ガス悪化も招いてしまう虞がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、今後車両への取り付けが必須となるターボチャージャ及び排ガス浄化装置がエンジンに装着されていることを前提として、排ガス浄化装置の再生操作を行うと共に、車両発進時の出力向上を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、ターボチャージャをエンジンに装着し、且つ再生操作が必要な排ガス浄化装置を前記エンジンの排気通路の前記ターボチャージャよりも排ガス流下流側に配設した車両の発進補助システムであって、前記排ガス浄化装置の再生操作を行う際に付加燃料を反応させて排ガスの温度を上昇させるために必要な前段酸化触媒を、前記排気通路の前記ターボチャージャよりも排ガス流上流側に配設し、前記車両の発進時に付加燃料を前記前段酸化触媒に供給して前記排ガス浄化装置の再生操作を行うことで、付加燃料を前記前段酸化触媒で反応させて、前記ターボチャージャに導入される排ガスの温度を上昇させるようにしたものである。
【０００９】
前記排ガス浄化装置は、排ガス中の窒素酸化物を浄化するためのＮＯｘ浄化装置と、排ガス中の粒子状物質を浄化するためのＰＭ浄化装置とを有しても良い。
【００１０】
前記前段酸化触媒への付加燃料の供給は、前記エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズルから燃料を噴射することで行うようにしても良い。
【００１１】
前記排気通路に排気管燃料噴射インジェクタを設け、前記前段酸化触媒への付加燃料の供給は、前記排気管燃料噴射インジェクタから燃料を噴射することで行うようにしても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、今後車両への取り付けが必須となるターボチャージャ及び排ガス浄化装置がエンジンに装着されていることを前提として、排ガス浄化装置の再生操作を行うと共に、車両発進時の出力向上を可能とするという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る発進補助システムの概略図である。
【図２】図２は、他の実施形態に係る発進補助システムの概略図である。
【図３】図３は、他の実施形態に係る発進補助システムの概略図である。
【図４】図４（ａ）は車両発進時のトルク変化を示すグラフであり、図４（ｂ）は車両発進時のスモーク排出量変化を示すグラフであり、図４（ｃ）は車両発進時のターボチャージャ回転速度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態に係る発進補助システムでは、エンジン（例えば、ディーゼルエンジン）１０の排気通路１１に配設されるタービン１２とエンジン１０の吸気通路１３に配設されるコンプレッサ１４とを有するターボチャージャ１５がエンジン１０に装着されており、排気通路１１のターボチャージャ１５（タービン１２）よりも排ガス流下流側に、再生操作が必要な排ガス浄化装置１６が配設されている。また、排気通路１１と吸気通路１３とは、排気通路１１内の排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路１３に導入するためにＥＧＲ通路１７で連通されており、ＥＧＲ通路１７にはＥＧＲバルブ１８とＥＧＲクーラ（図示せず）とが設けられている。
【００１６】
本実施形態では、排気通路１１は、エンジン１０に装着された排気マニホールド１９と、排気マニホールド１９に接続された排気管２０とから構成されており、タービン１２及び排ガス浄化装置１６は排気管２０に配設されている。また、吸気通路１３は、エンジン１０に装着された吸気マニホールド２１と、吸気マニホールド２１に接続された吸気管２２とから構成されており、コンプレッサ１４は吸気管２２に配設されている。また、ＥＧＲ通路１７は、一端が排気マニホールド１９に接続され且つ他端が吸気管２２に接続されたＥＧＲ管２３から構成されている。
【００１７】
排ガス浄化装置１６は、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ浄化触媒（例えば、ＬＮＴ、ＮＡＣ、ＮＳＣ等のＮＯｘ吸蔵触媒、尿素や炭化水素を付加してＮＯｘを還元させる選択型ＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ）等）を有するＮＯｘ浄化装置２４と、排ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を浄化するＰＭフィルタ（例えば、ＤＰＦ、ＤＰＤ、Ｃ−ＤＰＦ、ＣＲＴ等）を有するＰＭ浄化装置２５とを備えて構成される。本実施形態では、前記ＮＯｘ浄化触媒がＳＣＲであり、前記ＰＭフィルタがＤＰＦである。
【００１８】
本実施形態では、排ガス流上流側から順に、ＰＭ浄化装置２５とＮＯｘ浄化装置２４とを排気管２０に配設しているが、これとは逆に、排ガス流上流側から順に、ＮＯｘ浄化装置２４とＰＭ浄化装置２５とを排気管２０に配設しても良い。
【００１９】
また、本実施形態では、エンジン１０の排気通路１１のＮＯｘ浄化装置２４（ＳＣＲ）よりも排ガス流上流側に、排気通路１１内に尿素を噴射する尿素噴射インジェクタ２６を配設している。尿素噴射インジェクタ２６は、ターボチャージャ１５（タービン１２）とＰＭ浄化装置２５との間で排気管２０に装着されている。本実施形態では、排気温度センサ（図示せず）により検出されるＮＯｘ浄化装置２４（ＳＣＲ）の入口の排気温度がＳＣＲの活性温度に達したとき、排ガス中の窒素酸化物の量に応じた量の尿素が尿素噴射インジェクタ２６から噴射される。排気管２０内に噴射された尿素は加水分解されてアンモニア（ＮＨ3）となり、このアンモニアをＮＯｘ浄化装置２４（ＳＣＲ）で窒素酸化物と反応させて、窒素酸化物を還元させるようになっている。
【００２０】
さらに、本実施形態では、排ガス浄化装置１６の再生操作を行う際に付加燃料を反応させて排ガスの温度を上昇させるために必要な前段酸化触媒２７が、排気マニホールド１９の前後やタービン１２の入口前のように、エンジン１０の排気通路１１のターボチャージャ１５（タービン１２）よりも排ガス流上流側に配設されており、エンジン１０の排気通路１１の排ガス浄化装置１６よりも排ガス流下流側に後段酸化触媒２８が配設されている。前段酸化触媒２７は、排気マニホールド１９の入口部に気筒毎に装着された第一酸化触媒２９と、タービン１２の入口前で排気管２０に装着された第二酸化触媒３０とから構成されている。本実施形態では、後段酸化触媒２８は、余剰のアンモニアを分解するものであり、排気管２０に装着されている。
【００２１】
ＥＧＲバルブ１８、尿素噴射インジェクタ２６及びエンジン１０の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル３１等が制御手段としてのＥＣＵ（エンジン制御ユニット又は電子制御ユニット）３２に電気的に接続されており、ＥＣＵ３２により、ＥＧＲバルブ１８、尿素噴射インジェクタ２６及び燃料噴射ノズル３１等が制御されるようになっている。
【００２２】
そして、本実施形態では、アイドリングをしている車両停止時からアクセル開度及び車速が増加する発進加速を行う時（つまり、車両の発進時）に、排ガス浄化装置１６の再生操作を行う。排ガス浄化装置１６の再生操作を行う際には、排ガスが悪化しない条件で付加燃料を前段酸化触媒２７に供給する。一般には、前段酸化触媒２７への付加燃料の供給は、ポスト噴射と称される、エンジンサイクルが燃焼行程から排気行程にさしかかるところで、燃料噴射ノズル３１から燃料を噴射する方法、または排気マニホールド１９に設けた排気管燃料噴射インジェクタ３３（図２参照）から燃料を噴射する方法が採られている。本実施形態では、前段酸化触媒２７への付加燃料の供給は、燃料噴射ノズル３１から燃料を噴射（ポスト噴射）する方法を採る。
【００２３】
車両発進時の排ガス浄化装置１６の再生操作による付加燃料は、前段酸化触媒２７（第一酸化触媒２９、第二酸化触媒３０）で反応し、排ガスの温度を上昇させる。高温となり膨張した排ガスは、ターボチャージャ１５（タービン１２）に導入され、ターボチャージャ１５の回転速度を素早く増加させて過給圧を素早く上昇させる。ターボチャージャ１５の回転速度を増加させて過給圧を上昇させることにより、車両発進時の出力は素早く上昇する。また、エンジン１０に供給される空気量も増加するので、出力自体も高めることができる。よって、車両発進時というターボチャージャ１５の苦手とする条件においても、ターボチャージャ１５の改良無しにターボ効率を向上させることが可能である。
【００２４】
付加燃料による排ガス性状の変化は、排ガス浄化装置１６の再生（ＰＭ浄化装置２５のＰＭフィルタで捕集した粒子状物質の燃焼）も行うことができるため、車両を停車させて行う必要がある排ガス浄化装置１６の強制再生の頻度を減少させることが出来る。つまり、ドライバが意図せず排ガス浄化装置１６が再生されることが多くなり、排ガス浄化装置１６の浄化率維持のためのユーザ負担が低減する。
【００２５】
次に、本実施形態に係る発進補助システムの優位性を図４を用いて説明する。
【００２６】
図４に示すように、本実施形態では、発進加速を想定してアクセル開度を時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間（例えば、２秒間）で０％から所定開度（例えば、６０％）まで開け、時刻ｔ２以降はアクセル開度を前記所定開度（６０％）で一定とした。他方、車両の発進時に排ガス浄化装置１６の再生操作を行う場合には、アクセルＯＮとなる時刻ｔ１で排ガス浄化装置１６の再生操作を開始し、時刻ｔ３でその再生操作を終了した。
【００２７】
また、本実施形態では、排ガス浄化装置１６の再生操作を行っている間（つまり、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間）は、ＥＧＲ率又はＥＧＲ量が低くなるようにＥＧＲバルブ１８を制御した。
【００２８】
車両の発進時に排ガス浄化装置１６の再生操作を行った場合（再生操作有りの場合）、車両の発進時に排ガス浄化装置１６の再生操作を行わなかった場合（再生操作無しの場合）と比較して、図４（ｃ）に示すようにターボチャージャ１５の回転速度が素早く増加し、またエンジン１０に供給される空気量も増加するので、図４（ａ）に示すようにトルク増加の効果が得られ、図４（ｂ）に示すようにスモーク低減の効果も得られる。
【００２９】
以上要するに、本実施形態に係る発進補助システムによれば、排ガス浄化装置１６の再生操作を行う際に付加燃料を反応させて排ガスの温度を上昇させるために必要な前段酸化触媒２７を、エンジン１０の排気通路１１のターボチャージャ１５よりも排ガス流上流側に配設し、前記車両の発進時に付加燃料を前段酸化触媒２７に供給して排ガス浄化装置１６の再生操作を行うことで、付加燃料を前段酸化触媒２７で反応させて、ターボチャージャ１５に導入される排ガスの温度を上昇させるようにしたので、車両発進時に排ガス浄化装置１６の再生操作を行うと共に、車両発進時の出力向上を可能とすることができる。
【００３０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００３１】
例えば、上述の実施形態では、ＮＯｘ浄化装置２４のＮＯｘ浄化触媒がＳＣＲであるとしたが、これには限定はされず、例えば、図２及び図３に示すように、前記ＮＯｘ浄化触媒がＬＮＴ、ＮＡＣ、ＮＳＣ等のＮＯｘ吸蔵触媒（図示例では、ＬＮＴ）であっても良い。また、図２及び図３に示す発進補助システムの場合、前段酸化触媒２７への付加燃料の供給は、図２に示すように、排気マニホールド１９に排気管燃料噴射インジェクタ３３を設け、排気管燃料噴射インジェクタ３３から燃料を噴射するようにしても良く、図３に示すように、排気管燃料噴射インジェクタ３３を設けず、エンジン１０の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル３１から燃料を噴射（ポスト噴射）するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３２】
１０  エンジン
１１  排気通路
１３  吸気通路
１５  ターボチャージャ
１６  排ガス浄化装置
２４  ＮＯｘ浄化装置
２５  ＰＭ浄化装置
２７  前段酸化触媒
３１  燃料噴射ノズル
３３  排気管燃料噴射インジェクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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