JP2011102568A

JP2011102568A - Ｄｐｆ再生方法及びｄｐｆ再生装置

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Publication number: JP2011102568A
Application number: JP2009258256A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Uchiyama; 正内山; Mitsuhiro Aso; 充宏阿曽
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2009-11-11
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2029-11-11
Also published as: JP5568959B2

Abstract

【課題】エネルギ消費を低減するＤＰＦ再生方法及びＤＰＦ再生装置を提供する。
【解決手段】エンジン８の排気経路に排気中からＰＭを捕集するＤＰＦ２を設置し、ＤＰＦ２に蓄積したＰＭを除去する電気ヒータ３を内蔵させ、車両を制動するリターダに制動エネルギから回生電力を発生させる回生発電機を付加し、ＤＰＦの再生を行うときは回生発電機付きリターダ４からの回生電力を電気ヒータ３に通電し、ＤＰＦの再生を行わないときは回生発電機付きリターダ４からの回生電力をバッテリ６に充電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギ消費を低減するＤＰＦ再生方法及びＤＰＦ再生装置に関する。

ディーゼルエンジンなどの内燃機関を搭載した車両では、内燃機関から大気までの排気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）を設置し、排気ガスに含まれるＳＯＦ、ＳＯＯＴなどの粒子状物質（Particurate Matter）を捕集している（以下、これらをＰＭと総称する）。ＤＰＦは、主としてセラミックからなるハニカム細孔状（四角い細孔のものでもよい）のフィルタにＰＭを一時的に捕集する部材である。

ＤＰＦに捕集されたＰＭが多く溜まると、エンジンの排圧が上昇しエンジン特性の低下をきたす。そこで、ＤＰＦを昇温することにより、堆積したＰＭを燃焼させて除去する必要がある。この動作をＤＰＦ再生という。

特開２００４−１９０６６６号公報特開２００４−３０８５６７号公報

ＤＰＦ再生の方法として、燃料噴射によって排気温度を上昇させることでＤＰＦを昇温する方法、ＤＰＦの上流にバーナーを設けておきバーナーの火力でＤＰＦを昇温する方法、ＤＰＦに電気ヒータを内蔵させておき電気ヒータでＤＰＦを昇温する方法などがある。

しかし、燃料噴射やバーナーの燃焼を行うと、燃料消費量が増大すると共に、排出されるＣＯ₂が多くなる。一方、電気ヒータは、大きな電力を必要とするので、エンジンに付属している発電機の電力ではまかなうことができず、発電機を大型にして電力を高めようとすると、エンジンの負荷が上昇して結果的に燃料消費量が増大し、排出されるＣＯ₂が多くなる。また、バッテリから電気ヒータに通電する大電力を取り出すにはバッテリを大きくする必要がある。さらに、バッテリから電気ヒータに通電すると、バッテリの電圧が降下してヘッドライトその他の電気回路に影響が及ぶと共に、バッテリの寿命も短くなる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エネルギ消費を低減するＤＰＦ再生方法及びＤＰＦ再生装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の方法は、エンジンの排気経路に排気中からＰＭを捕集するＤＰＦを設置し、該ＤＰＦに蓄積したＰＭを除去する電気ヒータを内蔵させ、車両を制動するリターダに制動エネルギから回生電力を発生させる回生発電機を付加し、前記ＤＰＦの再生を行うときは前記回生発電機付きリターダからの回生電力を前記電気ヒータに通電し、前記ＤＰＦの再生を行わないときは前記回生発電機付きリターダからの回生電力をバッテリに充電するものである。

また、本発明の装置は、エンジンの排気経路に設置され排気中からＰＭを捕集するＤＰＦと、該ＤＰＦに蓄積したＰＭを除去する電気ヒータと、車両の制動時に制動エネルギから回生電力を発生させる回生発電機付きリターダと、前記電気ヒータへの通電による前記ＤＰＦの再生が必要かどうかを判定する通電判定部と、前記ＤＰＦの再生を行うときは前記回生発電機付きリターダからの回生電力を前記電気ヒータに通電し、前記ＤＰＦの再生を行わないときは前記回生発電機付きリターダからの回生電力をバッテリに充電する切替回路とを備えたものである。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）エネルギ消費を低減することができる。

本発明の一実施形態を示すＤＰＦ再生装置の回路図である。本発明のＤＰＦ再生装置を装備した車両の要部構成図である。本発明に用いる回生発電機付きリターダの回転数対発電量特性図である。本発明におけるＤＰＦ再生時期とＰＭの堆積量の遷移を示す図である。従来技術におけるＤＰＦ再生時期とＰＭの堆積量の遷移を示す図である。

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。

図１に示されるように、本発明のＤＰＦ再生装置１は、エンジンの排気経路に設置され排気中からＰＭを捕集するＤＰＦ２と、ＤＰＦ２に蓄積したＰＭを除去する電気ヒータ３と、車両の制動時に制動エネルギから回生電力を発生させる回生発電機付きリターダ４と、電気ヒータ３への通電によるＤＰＦ２の再生が必要かどうかを判定する通電判定部５と、ＤＰＦ２の再生を行うときには回生発電機付きリターダ４からの回生電力を電気ヒータ３に通電し、ＤＰＦ２の再生を行わないときには回生発電機付きリターダ４からの回生電力をバッテリ６に充電する切替回路７とを備える。

図２に示されるように、エンジン８には変速機９が接続され、変速機９から車軸機構１０を介して車輪１１に駆動力が伝達されるが、回生発電機付きリターダ４を使用して車両を制動する場合、車両の慣性により生じる車輪１１の回転力が回生発電機付きリターダ４に伝達される。

回生発電機付きリターダ４は、図示しない回転子と固定子間の電磁誘導により回生電力を発生させることで車両を制動するようになっており、電気自動車やハイブリッドカーに利用される公知のものである。

ＤＰＦ２及びＤＰＦ２に内蔵される電気ヒータ３は、公知であるので、説明を省略する。

図１に示される通電判定部５は、ＥＣＭ（Engine Control Machine）またはＥＣＵ（Engine Control Unit）と呼ばれる車載用のコンピュータで実現される。通電判定部５には、車両やエンジンの状態を表す公知の車両信号が入力されるので、適宜な車両信号を電気ヒータ３への通電によるＤＰＦ２の再生が必要かどうかの判定に利用できるが、ここでは排気圧力とＤＰＦ温度を判定に使用するものとする。排気圧力は、エンジン８とＤＰＦ２の間の排気経路に設置された排気圧力センサ１２で検出される。ＤＰＦ温度は、ＤＰＦ２に設置された温度センサ１３で検出される。

通電判定部５は、回生発電機付きリターダ４の制御状態から車両が制動中であるかどうかを判定すると共に、排気圧力とＤＰＦ温度によりＤＰＦ再生が必要であるか、あるいは行われてもよいかどうかを判定し、これらの判定に基づいて切替回路７に切り替えを指示するようになっている。

排気圧力が低いときはＤＰＦ２におけるＰＭの蓄積量が少ないと考えられるので、ＤＰＦ再生は特に必要でない。排気圧力が高いときはＤＰＦ２におけるＰＭの蓄積量が多いと考えられるので、ＤＰＦ再生を行うことが望ましい。また、ＤＰＦ２の温度がＰＭの燃焼に十分な程度高いときは、電気ヒータ３に通電させなくてもＤＰＦ２は再生される。ＤＰＦ２の温度がＰＭの燃焼に不足な程度低いときにＤＰＦ再生を行うには、電気ヒータ３に通電させる必要がある。

したがって、通電判定部５は、車両が制動中であって、排気圧力が閾値より高く、ＤＰＦ温度が低いとき、電気ヒータ３への通電によるＤＰＦ２の再生が必要と判定し、車両が制動中でないとき、あるいは排気圧力が閾値より低いとき、あるいはＤＰＦ温度が閾値より高いとき、電気ヒータ３への通電は必要ないと判定する。

切替回路７は、通電判定部５の判定に従い、回生発電機付きリターダ４の出力を電気ヒータ３とバッテリ６のどちらかに接続するスイッチング回路である。すなわち、通電判定部５において電気ヒータ３への通電が必要と判定がなされているとき、回生発電機付きリターダ４の出力を電気ヒータ３に接続することで、回生発電機付きリターダ４からの回生電力を電気ヒータ３に通電し、通電判定部５において電気ヒータ３への通電が必要ないと判定がなされているとき、回生発電機付きリターダ４の出力をバッテリ６に接続することで、回生発電機付きリターダ４からの回生電力をバッテリ６に充電するようになっている。

次に、本発明のＤＰＦ再生装置１の動作を説明する。

回生発電機付きリターダ４は、車両の制動時に回生電力を発生させる。図３に示されるように、回生発電機付きリターダ４では、回転子の回転数が比較的低い領域から高い領域まで、大きな発電量が得られる。

一方、通電判定部５は、回生発電機付きリターダ４で発生した回生電力を電気ヒータ３とバッテリ６のどちらに通電するかを、排気圧力センサ１２で検出される排気圧力、温度センサ１３で検出されるＤＰＦ温度に基づいて判定する。すなわち、通電判定部５は、排気圧力が閾値より高く、ＤＰＦ温度が閾値より低いとき電気ヒータ３への通電によるＤＰＦ２の再生が必要判定し、排気圧力が閾値より低いとき、あるいはＤＰＦ温度が閾値より高いとき電気ヒータ３への通電は必要ないと判定する。切替回路７は、通電判定部５において電気ヒータ３への通電が必要と判定がなされているときは、回生発電機付きリターダ４からの回生電力を電気ヒータ３に通電し、通電判定部５において電気ヒータ３への通電が必要ないと判定がなされているときは、回生発電機付きリターダ４からの回生電力をバッテリ６に充電する。

切替回路７において、回生発電機付きリターダ４からの回生電力が電気ヒータ３に通電される状態となっているとき、リターダを使用する車両の制動のたびに電気ヒータ３によってＤＰＦ２が昇温され、ＤＰＦ２に堆積したＰＭが燃焼して除去される。ここで、ＤＰＦ再生とＰＭの堆積量の関係を本発明と従来技術について見てみる。

図４に示されるように、車両の運転時間が経過するとＰＭの堆積量が増えていく。ここで、排気圧力の閾値は、燃料噴射を行うための蓄積量の閾値よりも少ない蓄積量に相当するように設定する。図４には、排気圧力の閾値に相当する蓄積量の閾値が示してある。本発明では、排気圧力が閾値より低いときには、車両が制動されても回生電力が電気ヒータ３に通電されない。しかし、排気圧力が閾値より高いときには、車両の制動が行われると、回生電力が電気ヒータ３に通電されて堆積したＰＭが燃焼して除去される。その後も同様のことが繰り返されるが、車両の制動が行われる時期は不定である。もし、リターダを用いた車両の制動が長く行われないと、ＤＰＦ２におけるＰＭの堆積量が燃料噴射を行うための蓄積量の閾値を超えることがある。この場合、燃料噴射を行う。

上記と同じ条件で車両を運転し、従来技術でＤＰＦ再生を行うものとすると、図５に示されるように、従来技術では、ＰＭの堆積量が燃料噴射の閾値を超えるとＤＰＦ再生を行っていたので、図示上で２回の燃料噴射が行われる。これに対して本発明では、排気圧力が閾値より高いときに制動のたびに随時、回生電力によるＤＰＦ再生が行われているので、燃料噴射によるＤＰＦ再生は１回である。

図４と図５の比較から分かるように、本発明のＤＰＦ再生装置１では、燃料噴射によるＤＰＦ再生の回数が従来技術より減少している。リターダを用いた車両の制動の機会が多くなれば、多くなるほど、燃料噴射によるＤＰＦ再生の回数が減少することになる。ここでは、燃料噴射によるＤＰＦ再生を併用する場合を述べたが、バーナーを用いたＤＰＦ再生やバッテリ６から電気ヒータ３に通電するＤＰＦ再生を併用する場合でも、同様の効果が得られる。

なお、車両が加速中、あるいは定常走行中（制動をしていないとき）に、排気圧力が閾値より大きくなった場合には、切替回路７がバッテリ６に電気ヒータ３を接続してバッテリ６からの通電でＤＰＦ再生が行われるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明のＤＰＦ再生装置１は、回生発電機付きリターダ４からの回生電力を電気ヒータ３に通電するようにしたので、ＤＰＦ再生のための燃料噴射やバーナー点火の機会を少なくして、燃料消費量を低減し、排出ＣＯ₂を削減することができる。

また、本発明のＤＰＦ再生装置１は、リターダを用いた車両の制動が行われるとＤＰＦ再生が行われるので、従来のようにＰＭの蓄積量をセンサで検出して蓄積量が閾値を超えたときにＤＰＦ再生を行ったり、車両の走行距離が所定値に達したときにＤＰＦ再生を行うのに比べ、ＤＰＦ再生の頻度が高くなる。これにより、ＰＭの堆積量が常時少なくなるので、ＤＰＦ２の容量を小さくすることができる。ＤＰＦ２の容量を小さくできれば、ＤＰＦ２のコストダウンにつながる。

また、本発明のＤＰＦ再生装置１は、電気ヒータ３への通電によるＤＰＦ再生を行うときには回生発電機付きリターダ４からの回生電力を電気ヒータ３に通電し、ＤＰＦ再生を行わないときには回生発電機付きリターダ４からの回生電力をバッテリ６に充電するので、回生電力が有効に利用できる。

本実施形態では、電気ヒータ３への通電によるＤＰＦ再生が必要かどうかの判定に、排気圧力、ＤＰＦ温度を用いたが、これに限らず様々の車両信号を判定に用いることができる。

本発明のＤＰＦ再生装置１は、ＤＰＦ２を再生するための電気ヒータ３に回生発電機付きリターダ４からの回生電力を用いたが、酸化触媒、ＳＣＲ等の排気処理設備に対しても回生電力を供給するようにすることができる。

１ＤＰＦ再生装置
２ＤＰＦ
３電気ヒータ
４回生発電機付きリターダ
５通電判定部（ＥＣＭ）
６バッテリ
７切替回路
８エンジン

Claims

エンジンの排気経路に排気中からＰＭを捕集するＤＰＦを設置し、該ＤＰＦに蓄積したＰＭを除去する電気ヒータを内蔵させ、車両を制動するリターダに制動エネルギから回生電力を発生させる回生発電機を付加し、前記ＤＰＦの再生を行うときは前記回生発電機付きリターダからの回生電力を前記電気ヒータに通電し、前記ＤＰＦの再生を行わないときは前記回生発電機付きリターダからの回生電力をバッテリに充電することを特徴とするＤＰＦ再生方法。
エンジンの排気経路に設置され排気中からＰＭを捕集するＤＰＦと、該ＤＰＦに蓄積したＰＭを除去する電気ヒータと、車両の制動時に制動エネルギから回生電力を発生させる回生発電機付きリターダと、前記電気ヒータへの通電による前記ＤＰＦの再生が必要かどうかを判定する通電判定部と、前記ＤＰＦの再生を行うときは前記回生発電機付きリターダからの回生電力を前記電気ヒータに通電し、前記ＤＰＦの再生を行わないときは前記回生発電機付きリターダからの回生電力をバッテリに充電する切替回路とを備えたことを特徴とするＤＰＦ再生装置。