(57)【要約】【課題】排ガスの温度上昇が大きいＤＰＦ加熱装置を提供する。【解決手段】発電式リターダを備えた車両の内燃機関から大気までの排ガスの排出流路２に挿入されＰＭが堆積されるＤＰＦ３と、ＤＰＦ３の上流に設置され排出流路２の内部で排出流路２の一部が区画された副排出流路４と、副排出流路４内に設置された電熱ヒータ５と、発電式リターダの発電電力を電熱ヒータ５に印加する制御を行う電力印加制御部６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電式リターダを備えた車両の内燃機関から大気までの排ガスの排出流路に挿入され粒子状物質（以下、ＰＭ）が堆積されるディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ）と、
前記ＤＰＦの上流に設置され前記排出流路の内部で前記排出流路の一部が区画された副排出流路と、
前記副排出流路内に設置された電熱ヒータと、
前記発電式リターダの発電電力を前記電熱ヒータに印加する制御を行う電力印加制御部とを備えたことを特徴とするＤＰＦ加熱装置。
【請求項２】
前記副排出流路内の前記電熱ヒータの上流に設置され排ガスの流量を絞る絞り弁と、
前記副排出流路内の前記電熱ヒータの下流に設置され排ガスの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサが検出する温度が閾値未満のときは前記絞り弁により排ガスの流量を絞る絞り制御部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のＤＰＦ加熱装置。
【請求項３】
前記電力印加制御部は、前記ＤＰＦの強制再生時期が近づいた時点か又は強制再生中に前記発電式リターダが作動された場合に、前記発電式リターダの発電電力を前記電熱ヒータに印加することを特徴とする請求項１又は２記載のＤＰＦ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスの温度上昇が大きいＤＰＦ加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関が搭載された車両では、内燃機関から大気までの排ガスの排出流路にディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter；以下、ＤＰＦという）が設置され、このＤＰＦに粒子状物質（Particulate Matter；以下、ＰＭという）が捕集される。ＤＰＦは、多孔質セラミックからなるハニカム細孔状のフィルタにＰＭを一時的に捕集する部材である。
【０００３】
ＤＰＦに捕集されているＰＭの量（以下、ＰＭ堆積量という）が多くなると内燃機関の排ガス圧力が上昇し内燃機関の特性低下をきたすため、捕集されているＰＭを燃焼させるＤＰＦ強制再生（以下、強制再生という）が行われる。強制再生時には、排ガス温度を上昇させるための燃料噴射が行われる。排ガス温度が上昇すると、排ガスによってＤＰＦが加熱され、ＰＭ燃焼温度に達するとＤＰＦに捕集されているＰＭが燃焼（排ガス中の酸素と化合）する。
【０００４】
強制再生時の燃料噴射は、例えば、内燃機関の低負荷時にアフター噴射と呼ばれるメイン噴射より遅い時期の燃料噴射を行うことにより実現される。ＤＰＦの上流に酸化触媒装置（Diesel Oxidation Catalyst；以下、ＤＯＣという）が設置されている排ガス浄化システムでは、ＤＯＣが活性化されているとき、ＤＯＣでは排ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）が酸化される。アフター噴射によりＤＯＣに燃料が供給されると、燃料が酸化する酸化熱により排ガス温度が上昇する。この排ガスによってＤＰＦが加熱されＰＭが燃焼する。ＤＯＣが設置されない排ガス浄化システムでも、アフター噴射により排ガス温度が上昇すると、ＤＰＦが加熱されＰＭが燃焼する。内燃機関の下流で燃料噴射を行う排気管噴射によってもアフター噴射と同等の効果が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３０７８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
強制再生のために行う燃料噴射は、車両の走行に対して寄与していない。車両走行の観点からは、強制再生の燃料噴射は無駄な燃料噴射であり、燃費悪化の要因となる。したがって、燃料が使用されなくともＤＰＦが加熱されて強制再生ができるＤＰＦ加熱装置、あるいは燃料噴射による強制再生時に燃料を使用しない別の手段でＤＰＦの加熱に寄与することで燃料消費が節減されるＤＰＦ加熱装置が望まれる。
【０００７】
一方、大型トラックでは、フットブレーキでは不足する制動力をリターダにより得ている。近年では、内燃機関の小型化によるコストダウンや燃費向上が図られているが、内燃機関が小型化されるとエンジンブレーキの能力が低下するのに対し、車両に必要な制動力の大きさは以前と同じであるため、リターダの重要性が増している。
【０００８】
永久磁石式リターダは、変速機の出力軸に取り付けられた中空のドラムの中に、固定軸に取り付けられた永久磁石を押し込むとドラムに渦電流が流れることで出力軸が制動される。このとき、渦電流によってドラムが温度上昇するので、ドラムを冷却するためにドラムの周囲には放熱フィンが形成される。しかし、ドラムは出力軸と一体的に回転するため、放熱フィンも回転され空気抵抗を受ける。つまり、出力軸は、常に放熱フィンの空気抵抗に抗して回転していることになり、燃費が悪化する。
【０００９】
永久磁石式リターダの代わりに発電式リターダを使用することが考えられる。発電式リターダは、変速機の出力軸に発電機の回転子が取り付けられ、車体に取り付けられた固定子に対して回転子が回転することで、出力軸の回転エネルギが電力に変換される。しかし、大型トラックが制動されるときに発電式リターダに生じる電力は、車載バッテリの容量を大きく超えているため、車載バッテリに回収しきれず、車載バッテリには発電電力のごく一部が回収されるに過ぎない。余剰の電力は、どこかで消費され、熱として外部に放出されなければならない。
【００１０】
そこで、発電式リターダの余剰電力を有効利用してＤＰＦの加熱を行うＤＰＦ加熱装置が提案されている。このＤＰＦ加熱装置では、排ガスの排出流路のＤＰＦより上流に電熱ヒータが設置され、この電熱ヒータが発電式リターダに接続される。この構成により、発電式リターダが作動したとき、ＤＰＦを通過する排ガスの温度が上昇することになる。
【００１１】
ところが、本発明者がこのようなＤＰＦ加熱装置を実験的に作製し、排ガスの加熱実験を実施したところ、期待した加熱効果は得られなかった。具体的には、大型トラック用の内燃機関の排ガスの排出流路にＤＰＦを設置し、この排出流路のＤＰＦより上流に電熱ヒータを設置し、この電熱ヒータに所望の電力を供給し、電熱ヒータの下流で排ガス温度の上昇を測定した。しかし、内燃機関がアイドリング時でも、供給電力１ｋＷあたり２５℃の温度上昇しか得られなかった。供給電力４ｋＷを投入しても１００℃しか温度上昇しないことになる。内燃機関がアイドリングよりも高回転になると、排ガス流量が増加するので、温度上昇はさらに小さくなると思われる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、排ガスの温度上昇が大きいＤＰＦ加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明のＤＰＦ加熱装置は、発電式リターダを備えた車両の内燃機関から大気までの排ガスの排出流路に挿入され粒子状物質（以下、ＰＭ）が堆積されるディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ）と、前記ＤＰＦの上流に設置され前記排出流路の内部で前記排出流路の一部が区画された副排出流路と、前記副排出流路内に設置された電熱ヒータと、前記発電式リターダの発電電力を前記電熱ヒータに印加する制御を行う電力印加制御部とを備えたものである。
【００１４】
前記副排出流路内の前記電熱ヒータの上流に設置され排ガスの流量を絞る絞り弁と、前記副排出流路内の前記電熱ヒータの下流に設置され排ガスの温度を検出する温度センサと、前記温度センサが検出する温度が閾値未満のときは前記絞り弁により排ガスの流量を絞る絞り制御部とを備えてもよい。
【００１５】
前記電力印加制御部は、前記ＤＰＦの強制再生時期が近づいた時点か又は強制再生中に前記発電式リターダが作動された場合に、前記発電式リターダの発電電力を前記電熱ヒータに印加してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１７】
（１）排ガスの温度上昇が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態を示すＤＰＦ加熱装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１に示されるように、本発明に係るＤＰＦ加熱装置１は、発電式リターダ（図示せず）を備えた車両の内燃機関（図示せず）から大気までの排ガスの排出流路２に挿入されＰＭが堆積されるＤＰＦ３と、ＤＰＦ３の上流に設置され排出流路２の内部で排出流路２の一部が区画された副排出流路４と、副排出流路４内に設置された電熱ヒータ５と、発電式リターダの発電電力を電熱ヒータ５に印加する制御を行う電力印加制御部６とを備えたものである。
【００２１】
排出流路２と副排出流路４は円筒状であり、ＤＰＦ３は円柱状である。ＤＰＦ３の直径は排出流路２の直径とほぼ同じであり、ＤＰＦ３が排出流路２に隙間ができることなく挿入されている。一方、副排出流路４の直径は排出流路２の直径より小さい。副排出流路４の直径は、副排出流路４における排ガス流量（あるいは流路断面積）の好適値を実験により求めて決定される。副排出流路４は、排出流路２の中心に配置され、ＤＰＦ３の中心部に臨む。
【００２２】
電熱ヒータ５は、副排出流路４の中心から周辺にわたり、放射状、あるいは同心状、あるいは渦巻き状に形成される。電熱ヒータ５は、副排出流路４内の排ガスに所望の温度上昇が与えられるに十分な発熱量（例えば、数ｋＷ）を有するものとする。
【００２３】
電力印加制御部６は、電子制御装置（Electronical Control Unit；ＥＣＵ）に制御手順を搭載し、発電式リターダと電熱ヒータ５との間にＥＣＵから駆動可能なスイッチ回路（図示せず）を設けることで実現される。
【００２４】
ＤＰＦ加熱装置１は、副排出流路４内の電熱ヒータ５の上流に設置され排ガスの流量を絞る絞り弁７と、副排出流路４内の電熱ヒータ５の下流に設置され排ガスの温度を検出する温度センサ８と、温度センサ８が検出する温度が閾値未満のときは絞り弁７により排ガスの流量を絞る絞り制御部９とを備える。
【００２５】
絞り弁７は、バタフライバルブとして公知のものである。
【００２６】
温度センサ８は、公知のものであり、特に限定はない。
【００２７】
絞り制御部９は、ＥＣＵに制御手順を搭載し、バタフライバルブの駆動回路（図示せず）を設けることで実現される。
【００２８】
電力印加制御部６は、ＤＰＦ３の強制再生時期に近づいた時点か又は強制再生中に発電式リターダが作動された場合に、発電式リターダの発電電力を電熱ヒータ５に印加するように制御手順が組まれている。
【００２９】
電力印加制御部６は、発電式リターダが作動されていない状態でＤＰＦ３の強制再生時期になった場合に、車載バッテリの電力を電熱ヒータ５に印加するように制御手順が組まれている。
【００３０】
強制再生時期は、公知の技術により判定される。例えば、ＤＰＦ３のＰＭ堆積量が閾値に達したこと、あるいはＤＰＦ３の上流下流間の排ガス圧力差が閾値に達したことで強制再生時期が判定される。強制再生時期に近づいた時点は、強制再生時期を判定する閾値よりもやや小さい閾値で判定される。これらの閾値は、実験に基づき好適値に設定される。強制再生時期が他の数量に基づく場合、例えば、車両の運転時間が一定値に達するごとに強制再生を行う場合でも、本発明は適用できる。
【００３１】
以下、本発明のＤＰＦ加熱装置１の動作を説明する。
【００３２】
本発明者は、先の実験で排ガスの温度上昇が不足した原因は、排ガスの全量を加熱しようとしたことにあると考察した。アイドリング時といえども、内燃機関の回転速度に応じた排ガス流量があり、電熱ヒータから発生できる熱量に比して排ガス流量が大きい。このため、電熱ヒータに大電力を印加しても排ガスの温度上昇は小さい。
【００３３】
本発明者は、電熱ヒータを通過する排ガス流量を制限すれば、小電力でも大きな温度上昇が得られると考え、図１のように、排出流路２の一部を区画した副排出流路４に電熱ヒータ５を設置することにした。
【００３４】
本発明のＤＰＦ加熱装置１によれば、副排出流路４における排ガス流量は、排出流路２における排ガス流量に比べて小さい。したがって、数ｋＷの電熱ヒータ５で副排出流路４の排ガスを十分に温度上昇させることができ、例えば、数百℃の上昇が期待できる。
【００３５】
副排出流路４の下流では、加熱された排ガスがＤＰＦ３の中心部に流れ込む。このため、ＤＰＦ３は、中心部のみ部分的に加熱されることになる。発電式リターダの作動時は、内燃機関での燃料噴射が少なく、排ガスが酸素リッチであるため、温度が上昇するとＰＭが燃焼しやすい。これによってＤＰＦ３の中心部で再生が始まる。再生によって中心部の温度がさらに上昇すると、周囲の部分でも温度が上昇し、再生が始まる。
【００３６】
また、副排出流路４における排ガスの加熱と強制再生の燃料噴射とがほぼ同時期に行われると、排ガスの温度上昇が促進され、その結果、強制再生の燃料消費が節減される。
【００３７】
本実施形態では、電力印加制御部６は、ＤＰＦ３の強制再生時期に近づいた時点か又は強制再生中に発電式リターダが作動された場合に、発電式リターダの発電電力を電熱ヒータ５に印加する。発電式リターダが作動しているときは、アクセル開度がゼロであるため、内燃機関から出てきた排ガスの温度が低い。従来技術では、発電式リターダの作動時に強制再生が開始されると、排ガス温度を低い温度から再生温度まで上昇させるために燃料が多く消費される。これに対し、本発明では、発電式リターダの発電電力で排ガス温度が上昇するので、強制再生の燃料消費が節減される。
【００３８】
このとき、ＤＰＦ３の強制再生時期に近づいた時点、つまり強制再生時期よりも早い時期から発電式リターダの発電電力を電熱ヒータ５に印加しておくと、強制再生時期になるまでに電熱ヒータ５の予熱ができ、強制再生の燃料消費がいっそう節減される。
【００３９】
本実施形態では、電熱ヒータ５を通過する排ガス流量をさらに制限することができる。すなわち、絞り制御部９は、温度センサ８が検出する排ガス温度が閾値未満のときは絞り弁７により排ガスの流量を絞る。これにより副排出流路４の排ガス温度がさらに上昇する。閾値として、ＤＰＦ３で再生が始まる温度を設定しておくことにより、副排出流路４の排ガス温度はＤＰＦ３で再生が始まる温度まで確実に上昇できることになる。
【００４０】
また、電熱ヒータ５への通電終了後は、絞り弁７を全閉するとよい。絞り弁７が全閉になると、副排出流路４では排ガスの流れが止まり、副排出流路４内の排ガスや電熱ヒータ５が保温され、次回のＤＰＦ加熱に際して排ガス温度を早期に上昇させることに寄与する。
【００４１】
本実施形態では、電力印加制御部６は、発電式リターダが作動されていない状態でＤＰＦ３の強制再生時期になった場合に、車載バッテリの電力を電熱ヒータ５に印加する。既に述べたように、本発明のＤＰＦ加熱装置１では、副排出流路４内に電熱ヒータ５が設置されるため、小電力でも大きな温度上昇が得られる。したがって、車載バッテリの電力でも排ガスの温度上昇が可能となる。そこで、発電式リターダが作動されていない状態でＤＰＦ３の強制再生時期になった場合、車載バッテリの電力を電熱ヒータ５に印加する。これにより、強制再生の燃料消費が節減される。
【符号の説明】
【００４２】
１  ＤＰＦ加熱装置
２  排出流路
３  ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
４  副排出流路
５  電熱ヒータ
６  電力印加制御部
７  絞り弁
８  温度センサ
９  絞り制御部
【図１】
2012246875.tif 000003