(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石が周方向に配置されると共に車両の非回転部に連結されたステータ、磁性体で形成されると共に前記車両のプロペラシャフト又は該車両に搭載された変速機の出力軸に一体回転可能に設けられ、前記ステータの周りを回転するロータ及び、前記ステータと前記ロータとの間に配置されたポールピースを有し、前記車両の減速時に当該車両に制動力を付与する永久磁石式リターダと、
前記車両に搭載されたエンジンの排気ガスを流通させる排気管と、
前記排気管内に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒よりも上流側の前記排気管から分岐すると共に、少なくともその一部を蛇行状又は螺旋状に曲げられて前記ロータの外周に取り付けられ、その下流端を前記排気管との分岐部と前記排気浄化触媒との間の前記排気管に合流させた排気加熱用配管と、
排気ガスの流路を前記排気管又は前記排気加熱用配管の一方に切り替え可能なバルブと、
前記永久磁石式リターダの作動時に前記バルブを制御して排気ガスの流路を前記排気管から前記排気加熱用配管に切り替える制御手段と、を備える
ことを特徴とする昇温装置。
【請求項２】
前記バルブとして、前記排気加熱用配管との分岐部よりも下流側の前記排気管に設けられた第１バルブと、前記排気加熱用配管に設けられた第２バルブとを備え、前記制御手段は、前記永久磁石式リターダの作動時に前記第１バルブを全閉且つ前記第２バルブを全開に制御する
請求項１に記載の昇温装置。
【請求項３】
前記排気浄化触媒が酸化触媒である
請求項１又は２に記載の昇温装置。
【請求項４】
前記酸化触媒よりも下流側の前記排気管に排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタが設けられた
請求項３に記載の昇温装置。
【請求項５】
前記排気浄化触媒よりも上流側の前記排気管に排気管インジェクタが設けられており、前記排気加熱用配管の下流端が前記排気管インジェクタよりも上流側の前記排気管に合流する
請求項１から４の何れか一項に記載の昇温装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇温装置に関し、特に、排気浄化装置の昇温に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、この種の排気浄化装置は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）・一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する酸化触媒や、排気ガス中の窒素化合物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ触媒等を備えている。酸化触媒やＮＯｘ触媒は低温時には不活性となるため、これら触媒の排気浄化性能を効果的に発揮させるには、触媒温度を活性温度以上に保つことが好ましい。
【０００３】
このような点に鑑みて、例えば、特許文献１には、車両制動時にリターダの廃熱を用いてＮＯｘ触媒の入口側排気ガスを保温する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２２４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来技術においては、ＮＯｘ触媒直上流の入口側排気ガスのみを保温するため、ＮＯｘ触媒よりも上流側に配置された酸化触媒の昇温効果は得られない構造になっている。このため、酸化触媒が活性温度未満の場合には、筒内の燃焼温度を上昇させて酸化触媒を昇温するアーリー・ポスト噴射（アフタ噴射に近いタイミングで行うポスト噴射）や排気管噴射が必要となり、燃費性能を十分に改善できない可能性がある。
【０００６】
本開示の技術は、リターダの放熱を用いて触媒を効果的に昇温しつつ、燃費性能の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の技術は、車両の減速時に当該車両の駆動系に制動力を付与するリターダと、前記車両に搭載されたエンジンの排気ガスを流通させる排気管と、前記排気管内に設けられた排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒よりも上流側の前記排気管から分岐すると共に、少なくともその一部を前記リターダの外周に取り付けられ、その下流端を前記排気管との分岐部と前記排気浄化触媒との間の前記排気管に合流させた排気加熱用配管と、排気ガスの流路を前記排気管又は前記排気加熱用配管の一方に切り替え可能なバルブと、前記リターダの作動時に前記バルブを制御して排気ガスの流路を前記排気管から前記排気加熱用配管に切り替える制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記排気加熱用配管が少なくともその一部を蛇行状又は螺旋状に曲げられて前記リターダの外周に取り付けられてもよい。
【０００９】
また、前記バルブとして、前記排気加熱用配管との分岐部よりも下流側の前記排気管に設けられた第１バルブと、前記排気加熱用配管に設けられた第２バルブとを備え、前記制御手段は、前記リターダの作動時に前記第１バルブを全閉且つ前記第２バルブを全開に制御してもよい。
【００１０】
また、前記排気浄化触媒が酸化触媒であってもよい。
【００１１】
また、前記酸化触媒よりも下流側の前記排気管に排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタが設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の技術によれば、リターダの放熱を用いて触媒を効果的に昇温しつつ、燃費性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る昇温装置を搭載した車両を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る昇温装置において、（Ａ）は非制動時の排気ガスの流れを説明する模式図、（Ｂ）は制動時の排気ガスの流れを説明する模式図。
【図３】本発明の一実施形態に係る昇温装置の作用を説明するタイミングチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る昇温装置について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１５】
まず、図１に基づいて、本実施形態に係る車両１の駆動系から説明する。ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の出力軸（不図示）には、クラッチ装置１１を介して変速機１２の入力軸（不図示）が接続されている。また、変速機１２の出力軸（不図示）には、プロペラシャフト１３、差動装置１４、左右のドライブシャフト１５Ｌ，１５Ｒを介して、左右の駆動輪１６Ｌ，１６Ｒがそれぞれ接続されている。なお、図１中において、符号２０はリターダを示している。リターダ２０の詳細については後述する。
【００１６】
次に、本実施形態に係るエンジン１０の排気系について説明する。エンジン１０の排気マニホールド３１には、排気管３２が接続されている。また、排気管３２には、排気浄化装置４０が設けられている。さらに、排気浄化装置４０のケーシング４１内には、排気上流側から順に、酸化触媒４２及び、フィルタ４３が収容されている。
【００１７】
酸化触媒４２は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック担体表面に酸化触媒成分を担持して形成されている。酸化触媒４２は、エンジン１０のポスト噴射や排気管インジェクタ４４の排気管噴射によってＨＣが供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
【００１８】
フィルタ４３は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ４３は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積推定量が所定量に達すると、これを燃焼除去するフィルタ強制再生が実施される。フィルタ強制再生は、ポスト噴射や排気管噴射によって酸化触媒４２にＨＣを供給し、フィルタ４３に流れ込む排気ガスの温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約６００℃）以上に上昇させることで行われる。
【００１９】
次に、本実施形態に係る昇温装置の詳細について説明する。昇温装置は、少なくとも、リターダ２０と、排気加熱用配管６１と、第１バルブ７１と、第２バルブ７２と、コントロールユニット８０とを備えている。
【００２０】
リターダ２０は、例えば、永久磁石式リターダであって、何れも図示しない複数の永久磁石が周方向に所定ピッチで配置されると共に車体の非回転部に連結されたステータと、磁性体で形成されると共にプロペラシャフト１３（又は、変速機１２の出力軸）に一体回転可能に設けられ、ステータの周りを回転するロータと、これらステータとロータとの間に配置されたポールピースとを備えている。車両１の制動時には永久磁石の磁界がポールピースを通ってロータに作用することで制動力を発生させ、非制動時には隣接する永久磁石とポールピースによって閉回路を構成することで、磁界をロータに作用させないようになっている。なお、リターダ２０は、永久磁石式に限定されず、電磁式リターダや流体式リターダであってもよい。
【００２１】
排気加熱用配管６１は、分岐配管部６２と、熱交換配管部６３と、合流配管部６４とを備えている。
【００２２】
分岐配管部６２は、排気管インジェクタ４４よりも上流側の排気管３２から分岐すると共に、その下流端を熱交換配管部６３の入口部に接続されている。分岐配管部６２には、流路を開閉可能な第２バルブ７２が設けられている。
【００２３】
熱交換配管部６３は、リターダ２０のロータ外周に接触して設けられており、制動時にロータから発せられる廃熱と排気ガスとを熱交換させることで、排気温度を上昇させる。熱交換配管部６３は、熱交換面積を確保するために、好ましくは、蛇行状又は螺旋状に曲げられてリターダ２０のロータ外周に沿うように取り付けられている。
【００２４】
合流配管部６４は、その上流端を熱交換配管部６３の出口部に接続させると共に、その下流端を分岐配管部６２と排気管インジェクタ４４との間の排気管３２に合流させている。
【００２５】
第１バルブ７１は、例えば、排気管３２の流路を開閉可能なバタフライバルブであって、分岐配管部６２と合流配管部６４との間の排気管３２に設けられている。第２バルブ７２は、例えば、排気加熱用配管６１の流路を開閉可能なバタフライバルブであって、好ましくは、分岐配管部６２の入口側に設けられている。各バルブ７０，７１の開閉動作はコントロールユニット８０によって制御されている。
【００２６】
コントロールユニット８０は、車両１やエンジン１０の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。また、コントロールユニット８０は、車両１の制動時に酸化触媒４２を昇温させる触媒昇温制御を実施する。
【００２７】
より詳しくは、コントロールユニット８０は、エンジン１０の高負荷運転時等、排気ガス温度が高い場合には、図２（Ａ）に示すように、第１バルブ７１を全開且つ第２バルブ７２を全閉にする指示信号を出力する。このように、排気ガス温度の高い車両加速時等は、第１バルブ７１を全開且つ第２バルブ７２を全閉にすることで、エンジン１０から排気管３２内に排出される高温排気ガスは、排気加熱用配管６１を流れることなくケーシング４１内の酸化触媒４２に直接的に導入されるようになる。
【００２８】
一方、排気ガス温度が低下する車両１の制動時にリターダ２０が作動すると、コントロールユニット８０は、図２（Ｂ）に示すように、第１バルブ７１を全閉且つ第２バルブ７２を全開にする指示信号を出力する。このように、リターダ２０の作動時に第１バルブ７１を全閉且つ第２バルブ７２を全開にすると、排気管３２を流れる低温排気ガスは排気加熱用配管６１に導入され、熱交換配管部６３にてリターダ２０の放熱によって加熱された後に、酸化触媒４２に導入されるようになる。
【００２９】
次に、図３に基づいて、本実施形態に係る昇温装置の作用について説明する。
【００３０】
図３の時刻ｔ０〜ｔ１は、運転者によってアクセルペダルがＯＮ操作される車両１の加速走行中を示し、時刻ｔ１〜ｔ３は、アクセルペダルがＯＦＦ操作される車両１の減速走行中を示している。車両１が加速するエンジン１０の高負荷運転時（時刻ｔ０〜ｔ１参照）は、排気ガス温度が上昇し、これに伴い酸化触媒４２も触媒活性温度（例えば、約２００℃）以上に昇温される。この間、第１バルブ７１は全開、第２バルブ７２は全閉に制御される。
【００３１】
時刻ｔ１にて、アクセルペダルのＯＦＦ操作によりエンジン１０が無負荷運転（フューエルカット状態）に切り替わると、これに伴いエンジン出口排気温度は次第に低下する。
【００３２】
本実施形態では、時刻ｔ２に示すように、車両１の減速走行時にリターダ２０が作動すると、これと同時に第１バルブ７１を全閉、第２バルブ７２を全開にして、排気ガスの流路を排気管３２から排気加熱用配管６１に切り替えるように構成されている。すなわち、車両１の制動時は、排気加熱用配管６１の熱交換配管部６３にてリターダ２０の放熱によって加熱された高温排気ガスを酸化触媒４２に導入することで、酸化触媒４２の温度低下が効果的に抑制されるようになっている（時刻ｔ２〜ｔ３参照）。
【００３３】
このように、車両１の制動時にエンジン出口排気温度が低下しても、リターダ２０の放熱を用いて酸化触媒４２に流入する排気ガスを昇温することで、酸化触媒４２の温度が触媒活性温度以上に効果的に維持されるようになる。これにより、筒内の燃焼温度を触媒活性温度以上に上昇させるアーリー・ポスト噴射や排気管噴射等が不要、或は、これらの噴射制御の実行頻度を効果的に削減することが可能となり、エンジン１０の燃費性能を向上させることができる。
【００３４】
また、車両走行時のフィルタ強制再生中に、車両１の減速によってエンジン出口排気温度が低下しても、フィルタ４３に流入する排気ガスはリターダ２０の放熱と熱交換されることで高温状態に維持され、フィルタ４３の温度低下が抑止されるようになる。これにより、フィルタ強制再生に必要な総ポスト噴射量や総排気管噴射量を効果的に削減することが可能となり、エンジン１０の燃費性能を確実に向上させることができる。
【００３５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００３６】
例えば、第２バルブ７２は分岐配管部６２に設けられるものとして説明したが、合流配管部６４等、排気加熱用配管６１の他の部位に設けられてもよい。また、第１バルブ７１や第２バルブ７２はバタフライバルブに限定されず、排気の流路を開閉可能なバルブであれば、ポペットバルブ等の他のバルブであってもよい。
【００３７】
また、エンジン１０は、ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  車両
１０  エンジン
１１  クラッチ装置
１２  変速機
１３  プロペラシャフト
１４  差動装置
１５Ｌ，１５Ｒ  ドライブシャフト
１６Ｌ，１６Ｒ  駆動輪
２０  リターダ
３１  排気マニホールド
３２  排気管
４０  排気浄化装置
４１  ケーシング
４２  酸化触媒
４３  フィルタ
６１  排気加熱用配管
６２  分岐配管部
６３  熱交換配管部
６４  合流配管部
７１  第１バルブ
７２  第２バルブ
８０  コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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