JP2012132378A

JP2012132378A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2012132378A
Application number: JP2010285785A
Authority: JP
Inventors: Akira Iijima; 章飯島
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-07-12

Abstract

【課題】内燃機関の排気浄化装置に関し、ＤＰＦ再生時の排気温度をＰＭ燃焼温度に安定させる。
【解決手段】車両１に搭載される内燃機関１１の排気浄化装置１０に、制動時に推進軸３２に接続されるとともに、推進軸３２の回転力で発電作動する発電機２５と、排気通路１５に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ４４を有する排気浄化部４０と、制動時に発電機２５から供給される電力を利用して通過する排気を昇温する電熱ヒータ４３と、制動時に電熱ヒータ４３を通過する排気の流量を調整する排気流量調整手段５０と、制動時に電熱ヒータ４３を通過する排気が粒子状物質の燃焼温度まで昇温される流量となるように、排気流量調整手段５０を制御する制御手段６０とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭという）を除去するフィルタとして、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）が知られている。このＤＰＦは、ポスト噴射や排気管噴射により上流側の酸化触媒に燃料を供給するとともに、酸化触媒で発生する酸化熱を利用して堆積したＰＭを燃焼除去する再生が行われる。

しかし、ＤＰＦの再生時に行われるポスト噴射等の燃料噴射は、燃費の悪化を招く可能性がある。そこで、酸化触媒とＤＰＦとの間に電熱ヒータを設け、この電熱ヒータにより排気を昇温してＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去する再生装置が知られている。

例えば、特許文献１には、車両の制動時におけるプロペラシャフトの回転で発電機を駆動させ、発電された電力を利用して電熱ヒータにより排気を昇温するＤＰＦの再生装置が開示されている。

この特許文献１に記載の再生装置では、発電機による発電作動を車両の制動時に行い、電熱ヒータによる排気の昇温も車両の制動時に行っている。

特開２００８−８２２８８号公報

ところで、特許文献１に記載の再生装置によれば、プロペラシャフトの回転数は車速と比例するので、制動時における発電機の発電量も車速と比例することになる。

しかし、ディーゼルエンジンから排出される排気流量（空気流量）は、運転状態によって車速と比例しないことがあり、そのため、排気流量と発電機による発電量とが比例しない場合もある。すなわち、排気流量と発電量とが比例しないような運転状態においては、電熱ヒータにより排気をＰＭ燃焼温度まで昇温することができず、ＤＰＦの再生を十分に行えない可能性がある。

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、ＤＰＦの再生時に、電熱ヒータを通過する排気の温度を昇温してＰＭ燃焼温度に安定させることにある。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、車両に搭載される内燃機関の排気浄化装置であって、前記車両の制動時に前記車両の推進軸に接続されるとともに、前記推進軸の回転力で発電作動する発電機と、前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを有する排気浄化部と、前記フィルタよりも上流側の前記排気浄化部に設けられ、前記車両の制動時に前記発電機から供給される電力を利用して通過する排気を昇温する電熱ヒータと、前記排気浄化部に設けられ、前記車両の制動時に前記電熱ヒータを通過する排気の流量を調整する排気流量調整手段と、前記車両の制動時に前記電熱ヒータを通過する排気が粒子状物質の燃焼温度まで昇温される流量となるように、前記排気流量調整手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

また、前記発電機による発電量を測定する発電量測定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記発電量測定手段の測定値に応じて、前記車両の制動時に前記電熱ヒータを通過する排気が粒子状物質の燃焼温度まで昇温される流量となるように、前記排気流量調整手段を制御してもよい。

本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＤＰＦの再生時に、電熱ヒータを通過する排気の温度を昇温してＰＭ燃焼温度に安定させることができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す模式的な全体構成図である。本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の開度設定マップを示す図である。

以下、図１，２に基づいて、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置１０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。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置１０は、トラック等の車両１に適用されるもので、図１に示すように、内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１１と、車両１の駆動系から動力を取り出す動力取出部２０と、この動力取出部２０から伝達される動力で発電作動する発電機２５と、エンジン１１の排気系に設けられた排気浄化部４０と、ＥＣＵ（電子制御ユニット）６０とを備える。

エンジン１１は、図１に示すように、車両１の前方に搭載されている。また、エンジン１１の出力軸は、変速機クラッチ３０を介して変速機３１の入力軸と断接可能に連結されている。変速機３１の出力軸にはプロペラシャフト（推進軸）３２の一端が接続され、プロペラシャフト３２の他端には差動装置３３が接続されている。また、プロペラシャフト３２には、動力取出部２０の一部を構成するプロペラシャフト側プーリ２１が設けられている。さらに、差動装置３３には、左右方向にそれぞれ延びるとともに、先端に駆動輪３４がそれぞれ取り付けられた左右一対の駆動軸３５が設けられている。

エンジン１１には吸気マニホールド１２と排気マニホールド１３とが設けられている。吸気マニホールド１２には、エンジン１１内の吸気弁（不図示）の開弁により新気を導入する吸気通路１４が接続されている。また、排気マニホールド１３には、排気弁（不図示）の開弁により排気を排出する排気通路１５が接続されている。

吸気通路１４には、上流側から順にエアフィルタ１６と、ターボ過給機１７のコンプレッサ１７ａと、インタクーラ１８が配設されている。また、排気通路１５には、上流側から順にターボ過給機１７のタービン１７ｂと、排気浄化部４０が配設されている。

動力取出部２０は、プロペラシャフト側プーリ２１と、プロペラシャフト側プーリ２１にベルト２２を介して連結された発電機側プーリ２３と、発電機側プーリ２３と発電機２５の入力軸とを断接可能に連結する発電機クラッチ２４とを備える。この発電機クラッチ２４は、電気配線を介してＥＣＵ６０に接続されており、ＥＣＵ６０から出力される作動信号に応じて断接が制御される。

発電機２５は、車両１の制動時に発電機クラッチ２４がＥＣＵ６０によって接状態に制御されると、プロペラシャフト３２から動力取出部２０を介して取り出した動力で発電作動する。また、発電機２５は、電気配線を介してＥＣＵ６０に接続されており、制動時に発電した電力を排気浄化部４０の電熱ヒータ４３に供給するように構成されている。

排気浄化部４０は、ケーシング４１内に上流側から順に、酸化触媒（以下、ＤＯＣという）４２と、電熱ヒータ４３と、パティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）４４と、排気流量調整バルブ（排気流量調整手段）５０とを備え構成されている。

ＤＯＣ４２は、セラミック製のハニカム構造を有する担体に、白金（Ｐｔ）等を担持して形成されている。このＤＯＣ４２は、排気中のＮＯを酸化してＮＯ₂を生成するとともに、排気中のＨＣとＣＯとを酸化してＨ₂ＯとＣＯ₂とを生成する。

電熱ヒータ４３は、電気配線を介してＥＣＵ６０に接続されている。この電熱ヒータ４３は、車両１の制動時に発電機２５で発電された電力がＥＣＵ６０を介して供給されることで、電熱ヒータ４３を通過する排気を昇温するように構成されている。

ＤＰＦ４４は、セラミック製のハニカム構造体からなる多数のセル内をガス流路として備え、上流側と下流側とを交互に目封じして形成されている。このＤＰＦ４４は、排気中に含まれるＰＭを捕集する。また、車両１の制動時に上流側の電熱ヒータ４３により排気がＰＭ燃焼温度まで昇温されると、堆積したＰＭを燃焼除去する再生が行われる。

排気流量調整バルブ５０は、例えばバタフライバルブであって、ＥＣＵ６０によりその開度を連続的に調整可能に構成されている。この排気流量調整バルブ５０の開度を調整することで、電熱ヒータ４３を通過してＤＰＦ４４に流れ込む排気の流量は調整される。なお、本実施形態において、排気流量調整バルブ５０は、ＤＰＦ４４よりもよりも下流側の排気浄化部４０（ケーシング４１内）に設けられているが、電熱ヒータ４３よりも上流側の排気浄化部４０（ケーシング４１内）に設けてもよい。

ＥＣＵ（電子制御ユニット）６０は、車両１やエンジン１１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に、ＥＣＵ６０には、図示しない車速センサ、エンジン回転センサ、アクセル開度センサ（不図示）等の各種センサの出力信号がＡ／Ｄ変換された後に入力される。

また、ＥＣＵ６０は、発電機クラッチ制御部６１と、発電量測定部６２と、排気流量調整制御部６３とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ６０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

発電機クラッチ制御部６１は、車両１の制動時に発電機クラッチ２４を接状態に制御し、制動時以外の運転状態においては、発電機クラッチ２４を断状態に制御する。具体的には、この発電機クラッチ制御部６１は、車速センサやアクセル開度センサ等の検出値に基づいて、車両１が制動中であるか否かを判定する。そして、制動中と判定した場合、発電機クラッチ制御部６１は、発電機クラッチ２４にクラッチを接状態にする作動信号を出力する。すなわち、発電機２５はプロペラシャフト３２から取り出した動力で発電作動し、発電された電力がＥＣＵ６０を介して電熱ヒータ４３に供給されるように構成されている。

一方、制動中でないと判定した場合、発電機クラッチ制御部６１は、発電機クラッチ２４にクラッチを断状態にする作動信号を出力する。すなわち、発電機２５の入力軸と発電機側プーリ２３とが断状態となることで、発電機２５は発電作動しないように構成されている。

発電量測定部６２は、発電機２５から電気配線を介して供給される電流と電圧とに基づいて、車両１の制動時に発電機２５で発電される発電量を算出する。

排気流量調整制御部６３は、車両１の制動時に電熱ヒータ４３を通過する排気がＰＭ燃焼温度（例えば５００〜５５０℃）まで昇温される流量となるように、排気流量調整バルブ５０の開度を制御する。具体的には、このＥＣＵ６０には、予め実験等で作成した、プロペラシャフト３２の回転数と、発電機２５の発電量と、排気流量調整バルブ５０の開度と、電熱ヒータ４３を通過する排気流量との関係を示す開度設定マップ（図２参照）が記憶されている。そして、排気流量調整制御部６３は、この開度設定マップと発電量測定部６２で算出された発電機２５の発電量とに基づいて、電熱ヒータ４３により昇温される排気の温度がＰＭ燃焼温度で安定するように、排気流量調整バルブ５０の開度を制御する。例えば、電熱ヒータ４３を通過する排気流量が多い場合、排気流量調整バルブ５０の開度は大きく設定される。一方、電熱ヒータ４３を通過する排気流量が少ない場合、排気流量調整バルブ５０の開度は小さく設定される。このように、車両１の制動時に排気流量が発電量に応じて調整されることで、電熱ヒータ４３を通過する排気の温度はＰＭ燃焼温度で安定し、ＤＰＦ４４に堆積したＰＭが確実に燃焼除去される。

以上のような構成により、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置１０によれば以下のような作用効果を奏する。

車両１の制動時に発電機クラッチ２４が接状態に制御されると、発電機２５はプロペラシャフト３２から取り出した動力で発電作動する。そして、発電機２５で発電された電力は電熱ヒータ４３に供給され、電熱ヒータ４３を通過する排気が昇温される。この時、電熱ヒータ４３を通過する排気はＰＭ燃焼温度まで昇温される流量となるように、排気流量調整バルブ５０の開度が発電機２５の発電量に応じて調整される。

すなわち、発電機２５の発電量の変化に応じて、排気流量調整バルブ５０の開度が調整されることで、電熱ヒータ４３を通過してＤＰＦ４４に流れ込む排気の温度をＰＭ燃焼温度に安定して維持することが可能となる。

したがって、車両１の制動時に電熱ヒータ４３を通過する排気の温度をＰＭ燃焼温度に安定させることで、ＤＰＦ４４に堆積したＰＭを効率よく燃焼除去することができ、ＤＰＦ４４の再生を確実に行うことが可能となる。

なお、本発明は、上述の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。

例えば、排気流量調整バルブ５０の開度は、発電機２５の発電量に応じて調整されるものとして説明したが、プロペラシャフト３２の回転数に応じて調整してもよい。

また、排気流量調整バルブ５０の開度を電熱ヒータ４３よりも下流側に設けた図示しない排気温度センサの検出値に応じて、この検出値がＰＭ燃焼温度を維持するように調整してもよい。

また、排気流量調整バルブ５０の開度は、必ずしも開度設定マップ（図２参照）に基づいて設定される必要はなく、発電機２５の発電量と排気流量調整バルブ５０の開度との関係式を予め実験等で作成し、この関係式から算出してもよい。

１車両
１１ディーゼルエンジン（内燃機関）
１５排気通路
２５発電機
３２プロペラシャフト（推進軸）
４０排気浄化部
４３電熱ヒータ
４４ＤＰＦ（フィルタ）
５０排気流量調整バルブ（排気流量調整手段）
６０ＥＣＵ（制御手段）
６２発電量測定部（発電量測定手段）
６３排気流量調整制御部（制御手段）

Claims

車両に搭載される内燃機関の排気浄化装置であって、
前記車両の制動時に前記車両の推進軸に接続されるとともに、前記推進軸の回転力で発電作動する発電機と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを有する排気浄化部と、
前記フィルタよりも上流側の前記排気浄化部に設けられ、前記車両の制動時に前記発電機から供給される電力を利用して通過する排気を昇温する電熱ヒータと、
前記排気浄化部に設けられ、前記車両の制動時に前記電熱ヒータを通過する排気の流量を調整する排気流量調整手段と、
前記車両の制動時に前記電熱ヒータを通過する排気が粒子状物質の燃焼温度まで昇温される流量となるように、前記排気流量調整手段を制御する制御手段と、を備える
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記発電機による発電量を測定する発電量測定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記発電量測定手段の測定値に応じて、前記車両の制動時に前記電熱ヒータを通過する排気が粒子状物質の燃焼温度まで昇温される流量となるように、前記排気流量調整手段を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。