(57)【要約】【課題】排気浄化システムに関し、簡素な構成で、ＮＯｘ浄化触媒の触媒反応を効果的に向上させる。【解決手段】車両１の駆動系から伝達される動力で発電駆動する発電機１８と、内燃機関１０の排気管２０，２０ｂに設けられて排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒２２と、ＮＯｘ浄化触媒２２が設けられた排気管２０ｂの少なくとも一部の外周面、もしくは、ＮＯｘ浄化触媒２２よりも排気上流側の排気管２０に設けられて、発電機１８で発電される電力で発熱する電気ヒータ４０とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動系から伝達される動力で発電駆動する発電機と、
内燃機関の排気管に設けられて排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、
前記ＮＯｘ浄化触媒が設けられた前記排気管の少なくとも一部の外周面、もしくは、前記ＮＯｘ浄化触媒よりも排気上流側の前記排気管に設けられて、前記発電機で発電される電力で発熱する電気ヒータと、を備えることを特徴とする排気浄化システム。
【請求項２】
前記発電機は、前記車両の制動時に発電駆動して補助ブレーキとして機能する電磁式リターダである請求項１に記載の排気浄化システム。
【請求項３】
前記ＮＯｘ浄化触媒よりも排気上流側の前記排気管に設けられて該排気管内に尿素水を噴射する尿素水噴射手段をさらに備え、
前記ＮＯｘ浄化触媒は、噴射された前記尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中のＮＯｘを選択的に浄化する選択的還元触媒である請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
【請求項４】
前記ＮＯｘ浄化触媒よりも排気上流側の前記排気管に設けられて該排気管内に燃料を噴射する燃料噴射手段をさらに備え、
前記ＮＯｘ浄化触媒は、排気ガスの空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比のときに吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒である請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化システムに関し、特に、排気ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ浄化触媒を備えた排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
制動時に発電駆動して補助ブレーキとして機能する電磁式リターダを搭載した車両では、制動エネルギから変換した電気エネルギをバッテリに蓄電している。そして、バッテリに蓄電された電気エネルギは、必要に応じて種々の機器類の作動に用いられている。このような電磁式リターダを搭載した車両は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒として、尿素水から排気熱により加水分解されたアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する選択的還元触媒（Selective Catalytic Reduction：以下、ＳＣＲという）が知られている。このようなＳＣＲを備えた排気浄化装置は、例えば特許文献２に開示されている。
【０００４】
また、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒として、排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときにＮＯｘを還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（Lean NOx Trap：以下、ＬＮＴという）が知られている。このようなＬＮＴを備えた排気浄化装置は、例えば特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８４９７１号公報
【特許文献２】特開２０１２−７５５７号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２６３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電磁式リターダ等の発電機を搭載した車両では、発電した電力を蓄電するために大容量のバッテリを搭載する必要がある。そのため、システム全体が複雑になる他、車両の重量やコストを増加させる要因となる。
【０００７】
また、一般的に触媒温度は、排気ガス温度と排気管の外側温度（外気温度）との温度差により、中心部の温度よりも外周側近傍の温度の方が低くなる傾向にある。さらに、車両の制動時には、エンジン負荷の低下により排気ガス温度も低下するため、触媒温度を触媒反応が活性化する最適な温度に維持できない可能性がある。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡素な構成で、ＮＯｘ浄化触媒の触媒反応を効果的に向上することができる排気浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の排気浄化システムは、車両の駆動系から伝達される動力で発電駆動する発電機と、内燃機関の排気管に設けられて排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、前記ＮＯｘ浄化触媒が設けられた前記排気管の少なくとも一部の外周面、もしくは、前記ＮＯｘ浄化触媒よりも排気上流側の前記排気管に設けられて、前記発電機で発電される電力で発熱する電気ヒータとを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、前記発電機は、前記車両の制動時に発電駆動して補助ブレーキとして機能する電磁式リターダであってもよい。
【００１１】
また、前記ＮＯｘ浄化触媒よりも排気上流側の前記排気管に設けられて該排気管内に尿素水を噴射する尿素水噴射手段をさらに備え、前記ＮＯｘ浄化触媒は、噴射された前記尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中のＮＯｘを選択的に浄化する選択的還元触媒であってもよい。
【００１２】
また、前記ＮＯｘ浄化触媒よりも排気上流側の前記排気管に設けられて該排気管内に燃料を噴射する燃料噴射手段をさらに備え、前記ＮＯｘ浄化触媒は、排気ガスの空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比のときに吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の排気浄化システムによれば、簡素な構成で、ＮＯｘ浄化触媒の触媒反応を効果的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る排気浄化システムの電気ヒータによる加熱時期（制動時）と触媒温度の推移とを示す図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る排気浄化システムの電気ヒータによる加熱時期（制動時）と触媒温度の推移とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面により、本発明に係る排気浄化システムの各実施形態について説明する。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。
【００１６】
［第一実施形態］
まず、図１に基づいて、第一実施形態の排気浄化システムが搭載される車両１の駆動系から説明する。
【００１７】
車両１には内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０が搭載されている。クラッチ１１はエンジン１０と変速機１２との間に介装されており、エンジン１０のクランクシャフト（不図示）と変速機１２のインプットシャフト（不図示）とを断接制御する。変速機１２はそのアウトプットシャフト（不図示）をプロペラシャフト１３の入力端に接続されており、エンジン１０からクラッチ１１を介して伝達されるトルクを所定の回転速度に変速して伝達する。プロペラシャフト１３の出力端は差動装置１４に接続されており、この差動装置１４には駆動軸１５を介して左右の駆動輪１６Ｌ，１６Ｒがそれぞれ接続されている。
【００１８】
次に、本実施形態の排気浄化システムの詳細構成について説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の排気浄化システムは、車両１の駆動系に設けられた発電機としての電磁式リターダ１８と、前段ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst：酸化触媒）２１と、排気ガス中に尿素水を噴霧する尿素水噴射装置３０と、ＳＣＲ２２と、後段ＤＯＣ２３と、ＳＣＲ２２を昇温する電気ヒータ４０と、電気配線１９と、排気温度センサ２４と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０とを備えている。
【００２０】
電磁式リターダ１８は、車両１の制動時に発電駆動して補助ブレーキとして機能するもので、プロペラシャフト１３に設けられたロータ１８ａと、供給される電力により磁界を発生させるステータ１８ｂとを備えている。この電磁式リターダ１８は、例えば制動時に運転者がリターダレバー（不図示）を操作すると、ステータ１８ｂに電力が供給されて発電駆動することで、プロペラシャフト１３に制動力を付与する。そして、制動時に発電した電力は、電気配線１９を介して電気ヒータ４０に直接的に供給されるように構成されている。
【００２１】
前段ＤＯＣ２１は、ＳＣＲ２２よりも排気上流側に位置する排気管２０に形成された前段触媒ケース２０ａの内部に収容されている。この前段ＤＯＣ２１は、排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ2を生成して、排気ガス中のＮＯに対するＮＯ2の比率を増加させることで、ＳＣＲ２２による脱硝効率を高めるように機能する。
【００２２】
尿素水噴射装置３０は、前段ＤＯＣ２１とＳＣＲ２２との間に位置する排気管２０に設けられた尿素水インジェクタ３１と、尿素水を貯留する尿素水タンク３２と、これら尿素水インジェクタ３１と尿素水タンク３２とを接続する尿素水供給ライン３３と、図示しないポンプとを備えている。この尿素水噴射装置３０による排気ガス中への尿素水の噴霧は、ＥＣＵ５０から尿素水インジェクタ３１に入力される指示信号に応じて制御されている。
【００２３】
ＳＣＲ２２は、尿素水インジェクタ３１よりも排気下流側に位置する排気管２０に形成された後段触媒ケース２０ｂの内部に収容されている。このＳＣＲ２２は、尿素水インジェクタ３１により噴霧された尿素水から生成されるアンモニアを吸着するとともに、吸着したアンモニアで通過する排気ガス中からＮＯｘを還元浄化する。
【００２４】
後段ＤＯＣ２３は、ＳＣＲ２２よりも排気下流側に位置する後段触媒ケース２０ｂの内部に収容されている。この後段ＤＯＣ２３は、ＳＣＲ２２から余剰のアンモニアがスリップすると、この余剰のアンモニアを酸化除去する。
【００２５】
電気ヒータ４０は、ＳＣＲ２２を収容する後段触媒ケース２０ｂの外周面を覆うように設けられている。この電気ヒータ４０は、車両１の制動時に電磁式リターダ１８で発電された電力が電気配線１９を介して供給されることで発熱する。そして、電気ヒータ４０の発熱により後段触媒ケース２０ｂが加熱されると、ＳＣＲ２２の触媒温度は外周側から上昇するように構成されている。なお、図示の関係上、図１において電気ヒータ４０は後段触媒ケース２０ｂの外周面の一部にのみ設けられているが、電気ヒータ４０は触媒ケース２０ｂの外周面の全面に設けられている。
【００２６】
電気配線１９は、電磁式リターダ１８の出力端子と電気ヒータ４０の入力端子とを接続する。この電気配線１９には、ＥＣＵ５０から入力される指示信号に応じてＯＮ／ＯＦＦに切り替えられる図示しないスイッチが設けられている。
【００２７】
排気温度センサ２４は、ＳＣＲ２２よりも排気上流側の排気管２０（又は、後段触媒ケース２０ｂ）に設けられている。この排気温度センサ２４により検出される排気温度は、電気的に接続されたＥＣＵ５０に出力される。
【００２８】
ＥＣＵ５０は、エンジン１０や変速機１２、尿素水噴射装置３０等、車両１に搭載された機器類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。この各種制御を行うため、ＥＣＵ５０には各種センサの出力信号が入力される。
【００２９】
また、ＥＣＵ５０は、車両１の制動時に電磁式リターダ１８が発電駆動した際に、排気温度センサ２４の検出値に基づいて電気配線１９に設けられた図示しないスイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御する。より詳しくは、ＥＣＵ５０には、ＳＣＲ２２の触媒反応が低下する触媒温度上限閾値（例えば、５５０℃）が予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、制動時に電磁式リターダ１８から電気ヒータ４０に電力が供給されてＳＣＲ２２が昇温されている期間に、排気温度センサ２４の検出値がこの上限閾値を超えると、電気配線１９のスイッチ（不図示）をＯＦＦに制御する。これにより、ＳＣＲ２２は、制動時における電気ヒータ４０の加熱によって触媒反応が低下する所定の高温域まで昇温されないように構成されている。
【００３０】
次に、本実施形態に係る排気浄化システムによる作用効果について説明する。
【００３１】
車両１の制動時には、電磁式リターダ１８が発電駆動して補助ブレーキとして機能すると共に、この制動時に発電された電力は電気配線１９を介して電気ヒータ４０に直接的に供給される。そして、電気ヒータ４０の発熱により後段触媒ケース２０ｂが加熱されると、その内部に収容されたＳＣＲ２２も昇温される。すなわち、図２に示すように、エンジン１０が所定期間にわたり低負荷運転を行い排気ガス温度が低下した場合においても、ＳＣＲ２２の触媒温度は車両１が制動動作を行う度に上昇されて、触媒反応が活性化する所定の温度領域に維持される。
【００３２】
したがって、本実施形態の排気浄化システムによれば、ＳＣＲ２２の触媒温度を触媒反応が活性化する所定の温度領域に安定的に維持することが可能となり、ＳＣＲ２２によるＮＯｘの浄化効率を効果的に向上することができる。
【００３３】
また、一般的に触媒温度は、排気ガス温度と触媒ケースの外側の温度（外気温度）との温度差により、中心部よりも外周側近傍の領域が低くなる傾向にある。本実施形態の電気ヒータ４０は、ＳＣＲ２２を収容する後段触媒ケース２０ｂの外周面を覆うように設けられているので、ＳＣＲ２２を温度が低い外周側の領域から昇温することが可能となる。
【００３４】
したがって、本実施形態の排気浄化システムによれば、排気管２０内を流れる排気ガスの熱でＳＣＲ２２を直接温めるよりも、ＳＣＲ２２の触媒温度の均一性を効果的に保つことが可能となり、触媒反応を確実に向上することができる。
【００３５】
また、本実施形態の電磁式リターダ１８と電気ヒータ４０とは、電気配線１９を介して直接接続されている。すなわち、車両の制動時に電磁式リターダ１８で発電された電力は、電気配線１９を介して電気ヒータ４０に直接的に供給される。
【００３６】
したがって、本実施形態の排気浄化システムによれば、制動時に電磁式リターダ１８で発電された電力を蓄電するための大容量のバッテリ等が不要になり、システム全体を簡素化することができると共に、システムの重量やコストの増加を抑制することができる。
【００３７】
［第二実施形態］
以下、図３，４に基づいて、本発明の第二実施形態に係る排気浄化システムを説明する。
【００３８】
本願発明の第二実施形態は、上述の第一実施形態において、尿素水噴射装置３０を燃料噴射装置６０に置き替えると共に、ＳＣＲ２２をＬＮＴ２７に置き替えて、さらに後段ＤＯＣ２３を省略したものである。したがって、第一実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用い、同一の機能を有する構成要素については説明を省略する。
【００３９】
燃料噴射装置６０は、ＤＯＣ２６よりも排気上流側に位置する排気管２０に設けられた燃料インジェクタ６１と、燃料を貯留する燃料タンク６２と、これら燃料インジェクタ６１と燃料タンク６２とを接続する燃料供給ライン６３と、図示しないポンプとを備えている。この燃料噴射装置６０による排気ガス中への燃料の噴霧は、ＥＣＵ５０から燃料インジェクタ６１に入力される指示信号に応じて制御されている。
【００４０】
ＤＯＣ２６は、ＬＮＴ２７よりも排気上流側に位置する排気管２０に形成された前段触媒ケース２０ａの内部に収容されている。このＤＯＣ２６は燃料噴射装置６０から噴霧される未燃焼の燃料を酸化して、酸化により発生する熱で排気ガスを昇温することで、下流側のＬＮＴ２７の触媒反応を高めるように機能する。
【００４１】
ＬＮＴ２７は、ＤＯＣ２６よりも排気下流側に位置する排気管２０に形成された後段触媒ケース２０ｂの内部に収容されている。このＬＮＴ２７は、排気ガスがリーン雰囲気のときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスがリッチ雰囲気のときにＮＯｘを放出して、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、Ｈ2等でＮＯｘを還元浄化する。また、ＬＮＴ２７は、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和状態となると、燃料噴射装置６０から噴霧される燃料で排気ガスをリッチ雰囲気（リッチスパイク）にすることで再生される。
【００４２】
次に、本実施形態に係る排気浄化システムによる作用効果について説明する。
【００４３】
車両１の制動時には、電磁式リターダ１８が発電駆動して補助ブレーキとして機能すると共に、この制動時に発電された電力は電気配線１９を介して電気ヒータ４０に直接的に供給される。そして、電気ヒータ４０の発熱により後段触媒ケース２０ｂが加熱されると、その内部に収容されたＬＮＴ２７も昇温される。すなわち、図４に示すように、エンジン１０が所定期間にわたり低負荷運転を行い排気ガス温度が低下した場合においても、ＬＮＴ２７の触媒温度は車両１が制動動作を行う度に上昇されて、触媒反応が活性化する所定の温度領域に維持される。
【００４４】
したがって、本実施形態の排気浄化システムによれば、ＬＮＴ２７の触媒温度を触媒反応が活性化する所定の温度領域に安定的に維持することが可能となり、ＬＮＴ２７によるＮＯｘの浄化効率を効果的に向上することができる。
【００４５】
また、一般的に触媒温度は、排気ガス温度と触媒ケースの外側の温度（外気温度）との温度差により、中心部よりも外周側近傍の領域が低くなる傾向にある。本実施形態の電気ヒータ４０は、ＬＮＴ２７を収容する後段触媒ケース２０ｂの外周面を覆うように設けられているので、ＬＮＴ２７を温度が低い外周側の領域から昇温することが可能となる。
【００４６】
したがって、本実施形態の排気浄化システムによれば、排気管２０内を流れる排気ガスの熱でＬＮＴ２７を直接温めるよりも、ＬＮＴ２７の触媒温度の均一性を効果的に保つことが可能となり、触媒反応を確実に向上することができる。
【００４７】
また、本実施形態の電磁式リターダ１８と電気ヒータ４０とは、電気配線１９を介して直接接続されている。すなわち、車両の制動時に電磁式リターダ１８で発電された電力は、電気配線１９を介して電気ヒータ４０に直接的に供給される。
【００４８】
したがって、本実施形態の排気浄化システムによれば、制動時に電磁式リターダ１８で発電された電力を蓄電するための大容量のバッテリ等が不要になり、システム全体を簡素化することができると共に、システムの重量やコストの増加を抑制することができる。
【００４９】
なお、本発明は、上述の各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。
【００５０】
例えば、電気ヒータ４０には、電磁式リターダ１８で発電される電力が供給されるものとして説明したが、例えばエンジン１０のクランクシャフト（不図示）に機械的に連結されたオルタネータ７０により発電される電力を供給してもよい。
【００５１】
また、電気ヒータ４０を設ける位置は後段触媒ケース２０ｂの外周面に限られず、例えば、ＳＣＲ２２（又はＬＮＴ２７）よりも排気上流側の排気管２０に設けてもよい。
【００５２】
また、上述の第二実施形態では、ＤＯＣ２６やＬＮＴ２７に燃料噴射装置６０から燃料を供給するものとして説明したが、例えば、エンジン１０のポスト噴射により燃料を供給してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１  車両
１０  エンジン（内燃機関）
１８  電磁式リターダ（発電機）
１９  電気配線
２０  排気管
２０ａ  前段触媒ケース
２０ｂ  後段触媒ケース
２１  前段ＤＯＣ
２２  ＳＣＲ（選択的還元触媒）
２３  後段ＤＯＣ
２４  排気温度センサ
３０  尿素水噴射装置（尿素水噴射手段）
４０  電気ヒータ
５０  ＥＣＵ
【図１】
2013194702.tif 000003
【図２】
2013194702.tif 000004
【図３】
2013194702.tif 000005
【図４】
2013194702.tif 000006