(57)【要約】【課題】スターターモーターを利用して排気ガスの温度を上昇させて、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させ、ＤＰＦの再生を行うＤＰＦ再生システムを提供する。【解決手段】ＤＰＦ再生システムは、エンジン１と、スターターモーター２０と、充電装置３０と、排気ガス浄化装置４０と、ＤＰＦ再生制御部５０とを備える。スターターモーター２０は、ピニオンギヤ２１の回転と移動とを独立して制御可能である。充電装置３０は、エンジン１０によって駆動されるオルタネーター３１と、バッテリー３５とを備える。排気ガス浄化装置４０は、ＤＰＦ４４を備え、ＤＰＦ４４の上流側にＤＯＣ４３が配置されている。ＤＰＦ再生制御部５０は、排気ガスの温度が所定温度未満のとき、スターターモーター２０に電力を供給してピニオンギヤ２１を空転させて電気負荷を増やし、オルタネーター３１の発電負荷によってエンジン１０の負荷を増やすことで排気ガスの温度を上昇させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトと、前記クランクシャフトに設けられるリングギヤとを備えるエンジンと、
前記リングギヤに噛み合うピニオンギヤと、前記ピニオンギヤを移動してリングギヤに噛み合わせるソレノイドスイッチとを備え、前記ピニオンギヤの回転と移動とを独立して制御可能なスターターモーターと、
前記クランクシャフトの回転が伝達され、前記エンジンによって駆動されて発電を行うオルタネーターと、前記オルタネーターで発電した電力を蓄えるバッテリーとを備える充電装置と、
前記エンジンの排気経路に設けられ、排気ガスに含まれるＰＭを捕集するＤＰＦと、
前記ＤＰＦに捕集された前記ＰＭを燃焼させ、前記ＤＰＦの再生を行うＤＰＦ再生制御部と、を備え、
前記ＤＰＦ再生制御部は、前記排気ガスの温度が所定温度未満の場合、前記充電装置から前記スターターモーターに電力を供給して前記ピニオンギヤを空転させることにより、電気負荷を増やして前記オルタネーターで発電を行い、前記オルタネーターの発電負荷によって前記エンジンの負荷を増やすことで前記排気ガスの温度を上昇させて、前記ＰＭを燃焼させるＤＰＦ再生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気経路に設けられて排気ガスに含まれるＰＭを捕集するＤＰＦを再生するＤＰＦ再生システムに関する。特に、スターターモーターを利用して排気ガスの温度を上昇させて、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させ、ＤＰＦを再生するＤＰＦ再生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン、特にディーゼルエンジンから排気される排気ガス中には、スス（黒鉛）などのＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｒａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ；粒子状物質）が多く含まれている。排気ガスの浄化は、エンジンの排気経路（排気管）に設置されたＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｒａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ；ディーゼルパティキュレートフィルター）でＰＭを捕集して、ＰＭの除去を行う。ＰＭを捕集するＤＰＦには、セラミックス製のハニカム構造体からなるウォールフロー型ＤＰＦが多く採用されている。エンジンの運転に伴いＤＰＦに捕集されたＰＭが増えると、ＤＰＦが目詰まりを起こして排気圧力が上昇し、エンジン性能の低下や燃費の悪化を招く。そこで、ＤＰＭでのＰＭ捕集量が一定量を超えた段階で、ＤＰＦをＰＭが燃焼する温度以上（例、６００℃程度）に昇温することにより、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させ、ＤＰＦを強制再生することが行われている（特許文献１を参照）。
【０００３】
ＤＰＦの再生方法の一つとして、ＤＰＦの上流にＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ；酸化触媒）を配置し、燃料噴射制御でポスト噴射（膨張行程噴射）することで、排気ガス中に燃料を噴霧してＤＯＣで燃焼させ、排気ガスを６００℃程度まで昇温する。そして、ＤＯＣで生成した高温の排気ガスをＤＰＦに送ることによって、高温の排気ガスでＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させ除去することが提案されている。
【０００４】
また、一般に、自動車のエンジンには、補機として、排気ガス浄化装置の他、エンジンを始動するためのスターターモーターといった始動装置や、エンジンによって駆動され発電を行うオルタネーター、及びオルタネーターで発電した電力を蓄えるバッテリーを備える充電装置などを備えている。スターターモーターは、エンジンの始動時に作動し、ピニオンギヤを移動してエンジンのクランクシャフトに設けられたリングギヤに噛み合わせ、ピニオンギヤを回転させて、その回転をエンジンの始動に用いる。オルタネーターは、エンジン（クランクシャフト）の回転が伝達されて回転し、電力消費が増える（バッテリーの充電量が減る）と作動して発電を行う。オルタネーターには、巻線型同期発電機が主に採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７０５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＤＯＣにより高温の排気ガスを生成するには、ＤＯＣを活性温度（例、２５０℃）以上に昇温する必要がある。エンジンの運転状態が高負荷時（例えば、高速走行時など）の場合は、エンジンから排気される排気ガスの温度が高く、排気ガスによってＤＯＣの温度が活性温度以上になるため、ＤＰＦを再生することができる。しかし、エンジンの運転状態が低負荷時（例えば、アイドリング時や低速走行時など）の場合は、エンジンから排気される排気ガスの温度が低く、ＤＯＣの温度が活性温度まで上昇せず、ポスト噴射してもＤＯＣで排気ガスを昇温できないため、ＤＰＦを再生することができないことがある。
【０００７】
特許文献１では、排気経路に排気絞り弁を設け、ＤＰＦ再生時、排気絞り弁による排気絞りを行い、排気抵抗を増大させることにより、エンジン負荷を上昇させることを提案している。特許文献１に記載の技術では、排気絞り弁を設ける必要があり、コスト上昇を招く。特に、小型の車両では、排気ブレーキを装備する必要性が低いため、エンジン負荷を上昇させるための専用の部品として排気絞り弁を設けることは、コスト面から好ましくない。
【０００８】
そこで、本発明の目的の一つは、スターターモーターを利用して排気ガスの温度を上昇させて、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させ、ＤＰＦの再生を行うＤＰＦ再生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】
（１）本発明の一形態に係るＤＰＦ再生システムは、エンジンと、スターターモーターと、充電装置と、ＤＰＦと、ＤＰＦ再生制御部とを備える。エンジンは、クランクシャフトと、クランクシャフトに設けられるリングギヤとを備える。スターターモーターは、リングギヤに噛み合うピニオンギヤと、ピニオンギヤを移動してリングギヤに噛み合わせるソレノイドスイッチとを備え、ピニオンギヤの回転と移動とを独立して制御可能である。充電装置は、クランクシャフトの回転が伝達され、エンジンによって駆動されて発電を行うオルタネーターと、オルタネーターで発電した電力を蓄えるバッテリーとを備える。ＤＰＦは、エンジンの排気経路に設けられ、排気ガスに含まれるＰＭを捕集する。ＤＰＦ再生制御部は、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させ、ＤＰＦの再生を行う。そして、上記ＤＰＦ再生システムにおいて、ＤＰＦ再生制御部は、排気ガスの温度が所定温度未満の場合、充電装置からスターターモーターに電力を供給してピニオンギヤを空転させることにより、電気負荷を増やしてオルタネーターで発電を行い、オルタネーターの発電負荷によってエンジンの負荷を増やすことで排気ガスの温度を上昇させて、ＰＭを燃焼させる。
【発明の効果】
【００１０】
上記ＤＰＦ再生システムによれば、ピニオンギヤの回転と移動とを独立して制御可能なスターターモーターを利用して排気ガスの温度を上昇させて、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させ、ＤＰＦの再生を行うことができる。ＤＰＦ再生制御部は、排気ガスの温度が所定温度未満の場合、充電装置からスターターモーターに電力を供給し、スターターモーターにおいて、ピニオンギヤを移動させずにピニオンギヤをリングギヤに噛み合わせない状態で空転させる。これにより電気負荷を増やして電力消費を増やし、オルタネーターを作動させてオルタネーターで発電を行う。その結果、オルタネーターの発電負荷が増え、これに伴いエンジンの負荷を増やすことにより、排気ガスの温度を上昇させることができる。また、上記ＤＰＦ再生システムは、スターターモーターを利用することから、排気絞り弁などの専用の部品を別途設ける必要がない。更に、上記ＤＰＦ再生システムは、スターターモーターのピニオンギヤを空転させるだけであるので、走行中の車両の挙動に影響を与えることもない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係るＤＰＦ再生システムの一例を示す構成図である。
【図２】実施形態に係るＤＰＦ再生システムの動作フローの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るＤＰＦ再生システムの具体例を説明する。
【００１３】
［実施形態］
＜ＤＰＦ再生システム＞
図１に示すＤＰＦ再生システムは、エンジン１０と、スターターモーター２０と、充電装置３０、排気ガス浄化装置４０、ＤＰＦ再生制御部５０とを備える。この実施形態では、ＤＰＦ再生システムをディーゼル車に適用している。
【００１４】
（エンジン）
エンジン１０は、ディーゼルエンジンであり、クランクシャフト１１と、クランクシャフト１１に設けられるリングギヤ１２とを備える。この例では、クランクシャフト１１の一端にフライホイール１３が取り付けられ、フライホイール１３の外周にリングギヤ１２が設けられている。エンジン１０は、後述するＤＰＦ再生制御部５０の燃料噴射制御部５１によって、燃料の噴射量や噴射タイミングが制御可能である。
【００１５】
（スターターモーター）
スターターモーター２０は、リングギヤ１２に噛み合うピニオンギヤ２１と、ピニオンギヤ２１を移動してリングギヤ１２に噛み合わせるソレノイドスイッチ２２とを備える。このスターターモーター２０は、ピニオンギヤ２１の回転と軸方向への移動とを独立して制御可能であり、ピニオンギヤ２１を移動させずにピニオンギヤ２１をリングギヤ１２に噛み合わせない状態でピニオンギヤ２１だけを空転させることができる。スターターモーター２０は、後述するＤＰＦ再生制御部５０のスターターモーター制御部５２によって制御される。スターターモーター２０には、例えばタンデムソレノイド式スターターモーターが利用できる。
【００１６】
（充電装置）
充電装置３０は、オルタネーター３１及びバッテリー３５を備える。オルタネーター３１は、クランクシャフト１１の回転が伝達され、エンジン１０によって駆動されて発電を行う。この例では、クランクシャフト１１の他端に設けられたクランクシャフトプーリー１４とオルタネーター３１の回転軸（ローター）との間にベルト１５が掛け渡され、クランクシャフト１１の回転がベルト１５を介してオルタネーター３１に伝達される。バッテリー３５は、オルタネーター３１で発電した電力を蓄え、バッテリー３５からスターターモーター２０などの電装部品に電力が供給される。この例では、オルタネーター３１は、巻線型同期発電機であり、ローターコイルへの通電を制御することで作動と停止を制御可能である。具体的には、ローターコイルに通電することで作動して発電を行い、ローターコイルに通電しなければ停止して発電を行わない。オルタネーター３１は、停止中もクランクシャフト１１の回転が伝達されローターが回転するが、停止中は発電を行わないため、作動中に比較して負荷が非常に小さい。また、ローターコイルへの通電量を増やすことで、発電量を増やすことができ、この場合、負荷が大きくなる。オルタネーター３１は、後述するＤＰＦ再生制御部５０のオルタネーター制御部５３によって制御される。充電装置３０（オルタネーター３１及びバッテリー３５）には、公知のものが利用できる。
【００１７】
（排気ガス浄化装置）
排気ガス浄化装置４０は、エンジン１０の排気経路に設けられ、排気ガスに含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ４４を備える。この例では、排気ガス浄化装置４０は、エンジン１０の排気管４１に接続され、ケーシング４２内にＤＯＣ４３とＤＰＦ４４とが収納されており、ＤＰＦ４４の上流側（前段）にＤＯＣ４３が配置されている。ＤＯＣ４３は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して除去する。また、ＤＯＣ４３は、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成し、ＮＯ２を利用してＤＰＦ４４に捕集したＰＭを酸化させる。この例では、ＤＰＦ４４は、セラミックス製のハニカム構造体からなるウォールフロー型ＤＰＦであり、ＤＯＣ４３は、セラミックスや金属で形成されたハニカム状の担体の表面に白金などの触媒物質を担持したものである。排気ガス浄化装置４０（ＤＯＣ４３及びＤＰＦ４４）には、公知のものが利用できる。
【００１８】
（ＤＰＦ再生制御部）
ＤＰＦ再生制御部５０は、ＤＰＦ４４に捕集されたＰＭを燃焼させ、ＤＰＦ４４の再生を行う。具体的には、ＤＰＦ再生制御部５０は、ＤＰＦ４４に捕集されたＰＭの量（ＰＭ捕集量）が一定量を超えた段階でＤＰＦの再生を強制的に行う。エンジン１０から発生するＰＭの量は、エンジン１０の運転状態、例えば燃料噴射量と回転数によってほぼ決まり、ＰＭ捕集量は、エンジン１０の運転状態、例えば燃料噴射量、回転数及び運転時間から予め実験などにより得られたデータに基づいて推測できる。或いは、例えば、排気ガス浄化装置４０の少なくとも出口側に排気圧センサー（図示せず）を取り付け、出口側の排気圧力に基づいて推測することも可能である。ＤＰＦ再生制御部５０はコンピューターを利用できる。
【００１９】
また、ＤＰＦ再生制御部５０は、燃料噴射制御部５１、スターターモーター制御部５２、及びオルタネーター制御部５３を備える。燃料噴射制御部５１は、エンジン１０の燃料の噴射量や噴射タイミングを制御する。スターターモーター制御部５２は、ピニオンギヤ２１の回転と、ソレノイドスイッチ２２によるピニオンギヤ２１の移動を制御する。オルタネーター制御部５３は、バッテリー３５の充電量に基づいて、オルタネーター３１の作動と停止を制御する。例えば、オルタネーター制御部５３は、電力消費量が増え、バッテリー３５の充電量が低下するとオルタネーター３１を作動して発電を行い、電力消費量が減り、バッテリー３５に一定量が充電されるとオルタネーター３１を停止する。また、電力消費に応じて、ローターコイルへの通電量を制御してオルタネーター３１の発電量を調整する。
【００２０】
図１に示すＤＰＦ再生システムにおけるＤＰＦ再生制御部５０の動作を説明する。ＤＰＦ再生制御部５０は、ＰＭ捕集量が一定量を超えたと判断した場合、ＤＰＦの再生を行う。排気ガスの温度が所定温度未満のとき、充電装置３０（バッテリー３５）からスターターモーター２０に電力を供給し、ピニオンギヤ２１を移動させずに空転（ピニオンギヤ２１をリングギヤ１２に噛み合わせない状態で回転）させる。これにより、電気負荷を増やしてバッテリー３５の電力消費を増やし、オルタネーター３１を作動させて発電を行う。その結果、エンジン１０においてオルタネーター３１による発電負荷が増え、オルタネーター３１の発電負荷によってエンジン１０の負荷を増やすことで、排気ガスの温度を上昇させる。エンジン１０から排気される排気ガスの温度は、エンジン１０の運転状態、例えば燃料噴射量、回転数及び運転時間から予め実験などにより得られたデータに基づいて推測できる。或いは、例えば、排気ガス浄化装置４０の少なくとも入口側に排気温センサー（図示せず）を取り付け、排気温センサーで排気温度を検出して測定することも可能である。ＤＰＦ再生制御部５０はコンピューターを利用できる。
【００２１】
ＤＰＦ再生制御部５０によるＤＰＦの再生動作の具体例について、図２を参照しつつ説明する。ＰＭ捕集量に基づいて、ＤＰＦの再生が必要か否かを判定する（ステップＳ１）。再生が必要な場合は再生動作を行う、不要な場合は終了する。次に、排気ガスの温度が所定温度（ＤＯＣ４３の活性温度（例、２５０℃））未満の低温であるか否かを判定する（ステップＳ２）。排気ガスの温度が所定温度以上の高温である場合、燃料噴射制御部５１によるポスト噴射を行う（ステップＳ８）。これにより、排気ガス中の燃料をＤＯＣ４３で燃焼させ、排気ガスを６００℃程度まで昇温して、高温の排気ガスでＤＰＦ４４に捕集されたＰＭを燃焼させ、ＤＰＦ４４を強制再生する。
【００２２】
排気ガスの温度が所定温度未満の低温である場合、エンジンの運転状態が低負荷であるか否かを判定する（ステップＳ３）。高速走行時などエンジンの運転状態が一定回転数以上の高負荷である場合は、排気ガスの温度が所定温度以上となるまで待機する。低速走行時などエンジンの運転状態が低負荷である場合は、スターターモーター制御部５２によってスターターモーター２０を駆動してピニオンギヤ２１を空転させ、電気負荷を増やす（ステップＳ４）。電気負荷が増えることによって電力消費が増えることから、オルタネーター制御部５３によってオルタネーター３１を作動させて発電を行う（ステップＳ５）。ここでは、既にオルタネーター３１が作動中の場合、電気負荷（電力消費）に応じて、オルタネーター３１の発電量を増やすことも含む。
【００２３】
車速が一定の場合、オルタネーター３１の作動により発電負荷が増えることによって、エンジン１０の負荷が増え、これに伴い排気ガスの温度が上昇する。発電負荷が増え、エンジン負荷が増えれば、エンジン１０の出力（トルク、回転数）が下がる。そこで、エンジン負荷の変動に対するエンジン回転数の変動が小さくなるように、発電負荷の増加に応じて、燃料噴射制御部５１によって燃料噴射量を増やしたり、スロットルバルブを開くことで、エンジントルクを増加する。つまり、同じアクセル開度に対してエンジン回転数（車速）が一定に保たれる。エンジン負荷の増加分に対応して燃料噴射量が増えることから、排気ガスの温度が上昇することになる。
【００２４】
スターターモーター２０（ピニオンギヤ２１）の空転（ステップＳ４）、オルタネーター３１の作動（ステップＳ５）後、排気ガスの温度が所定温度以上となるまで待機する（ステップＳ６）。そして、排気ガスの温度が所定温度以上まで上昇したら、スターターモーター制御部５２によりスターターモーター２０（ピニオンギヤ２１）の回転を停止する（ステップＳ７）と共に、燃料噴射制御部５１によるポスト噴射を行う（ステップＳ８）。これにより、排気ガス中の燃料をＤＯＣ４３で燃焼させ、排気ガスを６００℃程度まで昇温して、高温の排気ガスでＤＰＦ４４に捕集されたＰＭを燃焼させ、ＤＰＦ４４を強制再生する。
【００２５】
上述した実施形態に係るＤＰＦ再生システムは、以下の効果を奏することができる。
【００２６】
排気ガスの温度が所定温度未満の場合であっても、ＤＰＦ再生制御部５０により、スターターモーター２０を利用して排気ガスの温度を上昇させることができ、ＤＰＦ４４に捕集されたＰＭを燃焼させ、ＤＰＦ４４の再生を行うことができる。つまり、低速度域でも、ＤＰＦ４４の再生を行うことができ、ＤＰＦの再生動作範囲が広い。
【００２７】
スターターモーター２０を利用することから、排気絞り弁などの専用の部品を別途設ける必要がない。また、スターターモーター２０のピニオンギヤ２１を空転させるだけであり、走行中の車両の挙動に影響を与えることもない。なお、エンジン１０の始動時には、スターターモーター２０によるエンジン１０の始動を優先させる。
【００２８】
更に、スターターモーター２０のピニオンギヤ２１を空転させることで、ギヤ歯間に付着した異物を取り除くことができる。そのため、次回のエンジン１０の始動時にピニオンギヤ２１とリングギヤ１２との噛み合わせをスムーズにできる。ピニオンギヤ２１の空転は負荷が小さいため、高速回転による風圧でスターターモーター２０のコミュテーター（整流子）に付着した異物も取り除くことができる。
【００２９】
本発明は、これらの例示に限定されず、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のＤＰＦ再生システムは、ディーゼルエンジンを搭載した車両（自動車）に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  エンジン
１１  クランクシャフト    １２  リングギヤ
１３  フライホイール
１４  クランクシャフトプーリー    １５  ベルト
２０  スターターモーター
２１  ピニオンギヤ    ２２  ソレノイドスイッチ
３０  充電装置
３１  オルタネーター    ３５  バッテリー
４０  排気ガス浄化装置
４１  排気管    ４２  ケーシング
４３  ＤＯＣ
４４  ＤＰＦ
５０  ＤＰＦ再生制御部
５１  燃料噴射制御部
５２  スターターモーター制御部
５３  オルタネーター制御部
【図１】
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【図２】
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