JP2014118877A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーロスの少ない排気浄化装置を提供すること。
【解決手段】エンジン（２）と、エンジンにより駆動されて発電を行う発電機（３）と、発電機で発電された電気を充電可能なバッテリ（４）と、エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化部（５）と、エンジンにより発電機を駆動させてエンジンに負荷を与え、該エンジンから排出される排気ガスの温度を上昇させる昇温モードを実行する昇温制御手段（１０）と、を備えた排気浄化装置（１）において、排気浄化装置は、発電機で発電された電気を車両外部にある路面側受電装置（２０）又は他の車両に送電可能な車両側送電装置（１２）を更に備え、車両側送電装置が、昇温モード中においてバッテリの充電率が閾値（α）以上である場合に、発電機で発電された電気を路面側受電装置又は他の車両に送電するように構成した。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化部を備えた排気浄化装置に関する。

エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化部として、種々の触媒装置が公知である。例えば、公知の触媒装置としては、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を除去するＮＯｘ吸蔵触媒やＳＣＲ装置（選択的触媒還元装置）、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を除去するＤＯＣ触媒（ディーゼル酸化触媒）及びＤＰＦ装置（ディーゼルパーティキュレートフィルター）などが挙げられる。

これら触媒装置の排気浄化機能が適切に発揮されるためには、その触媒の活性化等を図るために、触媒装置に流入する排気ガスの温度を所定以上の温度に制御する必要がある。例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒では、燃料中の硫黄濃度が高いと硫酸塩が生成され、ＮＯｘの浄化能力が低下してしまう。よって、定期的にこの硫酸塩を除去するために、エンジンから排出される排気ガスの温度を上昇させてＮＯｘ吸蔵触媒の昇温を図り、これにより硫酸塩を除去する所謂Ｓパージ処理と呼ばれる制御が行われる。

また、エンジンから排出される排気ガスの温度を上昇させる技術として、通常よりも遅いタイミングで燃料を噴射するアフター噴射と呼ばれる制御が行われている。ところが、このアフター噴射は、筒内での燃焼に寄与しないタイミングで燃料を噴射するものであり、燃費の悪化要因となってしまう。

このような背景の下、アフター噴射に依らず、エンジンから排出される排気ガスの温度を上昇させる技術として、エンジンにより発電機を駆動させることでエンジンに負荷を与え、これによりエンジンから排出される排気ガスの昇温を図る技術が、特許文献１，２に開示されている。これら特許文献１，２の技術によれば、発電機で発電した電力は、別途車両に搭載されているバッテリ等に充電されるため、エネルギーロスの少ない排気浄化装置を提供することができるとされている。

特開２００７−２３０４０９号公報 特開２０１１−６９３１４号公報

上述した特許文献１の発明は、バッテリの過充電によるバッテリの劣化を防ぐために、排気ガスの昇温制御の前に、予めバッテリの充電量を低下させ、充電のための空き容量を形成することを特徴としている。しかしながら、バッテリの充電量を予め大幅に低下させることは好ましくなく、本技術による方法だと、エネルギーロスの低減に限界がある。

また、上述した特許文献２の発明は、バッテリの充電状態に基づいて、発電機の発電量を可変に制御することを特徴としている。そして、発電機の発電量の制御を介してバッテリの充電状態を制御している。

しかしながら、特許文献１，２ともに、いずれも１台の車両内においてバッテリの充電状態を制御するものであり、その制御によるエネルギーロスの低減には自ずと限界がある。

本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述したような課題に鑑みなされたものであって、エンジンにより発電機を駆動させてエンジンに負荷を与え、排気ガスの温度を上昇させるように制御する昇温制御手段を備えた排気浄化装置において、エネルギーロスの少ない排気浄化装置を提供することを提供することを目的としている。

本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述した目的を達成するために、
車両に搭載されるエンジンと、
前記エンジンにより駆動されて発電を行う発電機と、
前記発電機で発電された電気を充電可能なバッテリと、
前記エンジンの排気通路に設けられ、該エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化部と、
前記エンジンにより前記発電機を駆動させてエンジンに負荷を与え、該エンジンから排出される排気ガスの温度を上昇させる昇温モードを実行する昇温制御手段と、
を備えた排気浄化装置において、
前記排気浄化装置は、前記発電機で発電された電気を車両外部にある路面側受電装置又は他の車両に送電可能な車両側送電装置を更に備え、
前記車両側送電装置は、前記昇温モード中において前記バッテリの充電率が閾値以上である場合に、前記発電機で発電された電気を前記路面側受電装置又は他の車両に送電することを特徴とする。

このように本実施形態の排気浄化装置は、昇温モード中においてバッテリの充電率が閾値以上である場合に、発電機で発電された電気を車両外部にある路面側受電装置又は他の車両に送電するように構成されている。よって、バッテリの充電率が高く、発電機で発電した電気をバッテリに充電することが出来ない場合であっても、発電した電気を路面側受電装置又は他の車両に送電することで、発電した電気の有効利用を図ることが出来る。

また、本発明の一実施形態の排気浄化装置では、
前記車両側送電装置は、前記昇温モード中以外において前記バッテリの充電率が前記閾値よりも大きい場合に、前記バッテリの充電率が少なくとも前記閾値以下になるまで、前記バッテリに充電されている電気を前記路面側受電装置又は他の車両に送電する。

このような排気浄化装置によれば、昇温モード中以外の通常モードにおいて予めバッテリの充電率を下げておくことで、バッテリに空き容量を確保することが出来る。このため、昇温モード中において、発電した電気を車両外部にある路面側受電装置や他の車両に送電することが出来ない場合であっても、発電した電気をバッテリの空き容量に充電することが出来るため、発電した電気の有効利用を図れるようになっている。

また、本発明の一実施形態の排気浄化装置では、
前記車両側送電装置は、車両外部から送電される電気を受電可能に構成されている。

このように構成されていれば、バッテリの充電率が高い時には発電した電気を車両外部に送電し、車両に電気が必要なときは車両外部から電気の供給を受けるようにすることで、発電した電気のより一層の有効利用を図れるようになっている。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、昇温モード中においてバッテリの充電率が閾値以上である場合には、発電機で発電された電気が車両外部にある路面側受電装置又は他の車両に送電されるようになっているため、エネルギーロスの少ない排気浄化装置を提供することを提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置において、その送受電手段を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置において、充電率、車両外部への送電量、発電量などの変化を示したタイムチャートである。 本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置の作動フローを説明するためのフロー図である。 本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置において、特に通常モードの作動フローを説明するためのフロー図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置の構成を示したブロック図である。図２は、本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置において、その送受電手段を説明するための説明図である。先ず、図１、２を基にして、本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置１の構成について説明する。

図１に示したように、本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置１は、例えば車両に駆動力を付与する動力源として、ディーゼルエンジン２およびモータ３の２つの動力源を備えたディーゼルハイブリッドシステムを搭載した車両に適用されるものである。

ディーゼルエンジン２およびモータ３は、共にクラッチ７を介してトランスミッション８に接続されている。クラッチ７は、ディーゼルエンジン２およびモータ３と、トランスミッション８との接続を択一的に切り替えるとともに、ディーゼルエンジン２およびモータ３と、トランスミッション８とを接続または遮断する。ディーゼルエンジン２およびモータ３からトランスミッション８に伝達された回転力は、車軸１４に伝達され、これにより車輪１６が回転して車両に駆動力が付与される。なお、図中の符号９は、車輪１６の内外輪差を吸収するためのデファレンシャルギアを示している。

また、上述したモータ３は、モータとして機能しない状態では、ディーゼルエンジン２により駆動されて発電を行う発電機３としても機能する。このモータ３（発電機３）は、バッテリ４に接続されており、モータ３として機能する場合はバッテリ４から電気の供給を受け、発電機３として機能する場合は発電した電気をバッテリ４に充電する。

また、エンジン２の排気通路６には、ディーゼルエンジン２から排出される排気ガスを浄化する排気浄化部５が設けられている。本実施形態において、この排気浄化部５は、排気ガス中からＮＯｘを除去するＮＯｘ吸蔵触媒５として構成されている。

ＮＯｘ吸蔵触媒５では、燃料中の硫黄濃度が高いと硫酸塩が生成され、ＮＯｘの浄化能力が低下してしまう。よって後述するように、この硫酸塩を除去するために、ディーゼルエンジン２から排出される排気ガスの温度を上昇させてＮＯｘ吸蔵触媒５の昇温を図り、これにより硫酸塩を除去する所謂Ｓパージ処理と呼ばれる制御を行う必要がある。

また、排気浄化部５としては、ＮＯｘ吸蔵触媒以外の触媒装置、例えばＳＣＲ装置や、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を除去するＤＯＣ触媒及びＤＰＦ装置などを用いても良い。この場合であっても、触媒の活性化を図るためや、フィルタに付着したスス等を除去するために、触媒装置に流入する排気ガスの温度を所定以上の温度に昇温する制御を行う必要がある。

このため、本実施形態の排気浄化装置１では、ディーゼルエンジン２により発電機３を駆動させてディーゼルエンジン２に負荷を与えることにより、ディーゼルエンジン２から排出される排気ガスの温度を上昇させる昇温モードを実行する昇温制御手段を備えている。

また、本実施形態の排気浄化装置１は、各種装置を制御するコントロールユニット１０として、ハイブリッドＥＣＵ１０ａ、エンジンＥＣＵ１０ｂ、バッテリＥＣＵ１０ｃ、およびモータＥＣＵ１０ｄを備えている。上述した昇温制御手段は、このコントロールユニット１０によって構成されている。

ハイブリッドＥＣＵ１０ａは、車両に設けられている各種センサから、例えばアクセル開度、ブレーキ油圧、車速などの車両の走行に関する各種の信号を受信する。そして、受信した信号に基づき、ディーゼルエンジン２およびモータ３のいずれの動力源で走行するかを切り替えるとともに、エンジンＥＣＵ１０ｂやバッテリＥＣＵ１０ｃおよびモータＥＣＵ１０ｄに対して、ディーゼルエンジン２およびモータ３の駆動に関する信号を送信する。

また、ハイブリッドＥＣＵ１０ａは、モータ３を停止してディーゼルエンジン２を駆動する場合に、受信した各種の信号に基づき、排気浄化装置１が昇温モードの実行条件にあるか否かを判断する。昇温モードの実行条件にあるか否かは、例えば、前回のＳパージ処理を実施してからの経過時間や、排気ガス温度の履歴などから現在の硫酸塩濃度を推定し、これを所定の閾値を比較することで判断することができる。そして、昇温モードの実行条件にあると判断した場合は、ディーゼルエンジン２により発電機３を駆動させるように、モータＥＣＵ１０ｄに対して発電機３の駆動に関する信号を送信する。

エンジンＥＣＵ１０ｂは、ハイブリッドＥＣＵ１０ａから送信されたディーゼルエンジン２の駆動に関する信号に基づいて、ディーゼルエンジン２の燃料噴射量、給気流量、およびＥＧＲ量などを制御する。

バッテリＥＣＵ１０ｃは、ハイブリッドＥＣＵ１０ａから送信されたモータ３の駆動に関する信号に基づいて、バッテリ４に充電されている電気をモータ３に供給する。また、バッテリ４のバッテリ充電率（ＳＯＣ）に関する信号をハイブリッドＥＣＵ１０ａに断続的に送信する。

モータＥＣＵ１０ｄは、ハイブリッドＥＣＵ１０ａから送信されたモータ３の駆動に関する信号に基づいて、インバータによってモータ３の回転数を制御する。また、モータＥＣＵ１０ｄは、ハイブリッドＥＣＵ１０ａから送信された発電機３の駆動に関する信号に基づいて、ディーゼルエンジン２により発電機３を駆動させて、ディーゼルエンジン２から排出される排気ガスの温度を上昇させる昇温モードを実行する。

また図１に示したように、本実施形態の排気浄化装置１は、発電機３で発電された電気を車両外部に送電可能な車両側送電装置１２を備えている。この車両側送電装置１２は、例えば図２に示したように車両５０の車両底面に搭載されており、路面６０に配置されている路面側受電装置２０との間で電気の送受電を行うことが出来るように構成されている。また図示しないが、車両側送電装置１２は、他の車両との間で電気を送受電するように構成されていてもよい。

上述した路面と車両との間（路車間）における電気の送受電に関する技術については、例えば特開２００８−９２７０４号公報に詳しく開示されている。

次に、図３〜図５を基にして、本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置の作用について説明する。図３は、本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置において、充電率、車両外部への送電量、発電量などの時間変化を示したタイムチャートである。

図３に示したように、期間（Ｉ）においては、Ｓパージ処理は実施されていない通常モードとなっている。この期間（Ｉ）では、モータ３が駆動されており、したがって発電機３による発電は行われていない。モータ３の駆動に伴ってバッテリ４の充電率（ＳＯＣ）は徐々に低下している。

また、期間（Ｉ）の後半からは加速運転を行っている。ここからは、モータ３に代わって、ディーゼルエンジン２を駆動する。そして、車速の上昇、すなわちディーゼルエンジン２の高負荷運転に伴って、排気ガスの温度が上昇する。そして、排気ガスの温度が所定以上の温度に達すると、期間（ＩＩ）において、硫酸塩が除去されるＳパージ処理が自然に行われる（自然再生）。

そして、期間（ＩＩ）の後半からは減速運転を行っている。すると、車速の低下に伴って排気ガス温度が低下する。そして、排気ガス温度が低下して自然再生が行われなくなると、昇温モードの実行条件であることを条件として、期間（ＩＩＩ−１）の昇温モードに移行する。この昇温モードでは、ディーゼルエンジン２により発電機３を駆動させてディーゼルエンジン２に負荷を与え、排気ガスの温度を強制的に上昇させることで、Ｓパージ処理を強制的に実施している（強制再生）。したがって、期間（ＩＩＩ−１）においては、発電量が０からプラスに推移するとともに、発電された電気がバッテリ４に充電されることでＳＯＣが上昇する。また、排気ガスの温度も所定の温度まで上昇している。

この昇温モード中において、ＳＯＣが閾値αまで上昇した場合には、期間（ＩＩＩ−２）に移行し、バッテリ４の過充電を避けるために発電機３で発電された電気を路面側受電装置２０や他の車両に送電する。したがって、期間（ＩＩＩ−２）においては、ＳＯＣは閾値αに到達した状態で一定に推移するとともに、車両外部への送電量がプラスに推移している。

また、図４は、本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置の作動フローを説明するためのフロー図である。図５は、本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置において、特に通常モードの作動フローを説明するためのフロー図である。

図４に示したように、排気浄化装置１の作動フローでは、先ず、ハイブリッドＥＣＵ１０ａにおいて昇温モードの実行条件か否かを判断する（Ｓ１）。そして、昇温モードの実行条件を満たす場合は、ハイブリッドＥＣＵ１０ａにおいて、バッテリ４のＳＯＣが所定の閾値αよりも小さいか否かを判断する（Ｓ２）。

そして、ＳＯＣが閾値αよりも小さい場合は、昇温モードを実行して、ディーゼルエンジン２により発電機３を駆動させてディーゼルエンジン２から排出される排気ガスの温度を上昇させるとともに、発電した電気をバッテリ４に充電する（Ｓ３）。

一方、ＳＯＣが閾値α以上である場合は、車両５０の外部にある路面側受電装置２０や他の車両に送電可能な状態にあるかを確認し（Ｓ４）、送電可能な状態にある場合は、昇温モードを実行して、ディーゼルエンジン２により発電機３を駆動させてディーゼルエンジン２から排出される排気ガスの温度を上昇させるとともに、発電した電気をバッテリ４に車両５０の外部にある路面側受電装置２０や他の車両に送電する（Ｓ５）。一方、送電が出来ない場合は、通常よりも遅いタイミングで燃料を噴射するアフター噴射を実施することで、排気ガスの昇温を図る（Ｓ６）。

このような本実施形態の排気浄化装置１によれば、昇温モード中においてバッテリ４のＳＯＣが所定の閾値α以上である場合には、発電機３で発電された電気が車両５０の外部にある路面側受電装置２０又は他の車両に送電されるようになっている。よって、バッテリ４のＳＯＣが高く、発電機３で発電した電気をバッテリ４に充電することが出来ない場合であっても、発電した電気を路面側受電装置２０又は他の車両に送電することで、発電した電気の有効利用を図ることが出来る。

また上述したように、車両側送電装置１２が、路面側受電装置２０や他の車両から電気を受電可能に構成されていれば、バッテリ４の充電率が高い時には発電した電気を車両外部に送電し、車両５０に電気が必要なときは車両外部から電気の供給を受けるようにすることで、発電した電気のより一層の有効利用を図ることが出来る。

図５は、本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置において、特に通常モードの作動フローを説明するためのフロー図である。この図５に示したように、本実施形態の排気浄化装置１は、昇温モード中以外において、すなわち、昇温モードの実行条件を満たさない通常モード（図４のＳ１で「Ｎｏ」）の場合において、バッテリのＳＯＣが閾値αよりも大きく（Ｓ１）、且つ、車両外部に送電可能である場合に（Ｓ２）、バッテリ４に充電されている電気を予め路面側受電装置２０や他の車両などの車両外部に送電し（Ｓ３）、バッテリ４のＳＯＣが閾値α以下になるように制御している。

このような排気浄化装置１によれば、昇温モード中以外の通常モードにおいて予めバッテリ４のＳＯＣを下げておくことで、バッテリ４に空き容量を確保することが出来る。このため、昇温モード中において発電した電気を車両外部にある路面側受電装置２０や他の車両に送電することが出来ない場合であっても、発電した電気をバッテリ４の空き容量に充電すること出来るため、発電した電気の有効利用を図れるようになっている。

本発明の少なくとも一つの実施形態は、エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化部を備えた排気浄化装置として、自動車、特にディーゼルハイブリッドシステムを搭載した自動車において好適に用いられる。

１ 排気浄化装置
２ ディーゼルエンジン
３ モータ（発電機）
４ バッテリ
５ ＮＯｘ吸蔵触媒（排気浄化部）
６ 排気通路
７ クラッチ
８ トランスミッション
９ デファレンシャルギア
１０ コントロールユニット（昇温制御手段）
１０ａ ハイブリッドＥＣＵ
１０ｂ エンジンＥＣＵ
１０ｃ バッテリＥＣＵ
１０ｄ インバータ（モータＥＣＵ）
１２ 車両側送電装置
１４ 車軸
１６ 車輪
２０ 路面側受電装置
５０ 車両
６０ 路面

Claims (3)

1. 車両に搭載されるエンジンと、
   前記エンジンにより駆動されて発電を行う発電機と、
   前記発電機で発電された電気を充電可能なバッテリと、
   前記エンジンの排気通路に設けられ、該エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化部と、
   前記エンジンにより前記発電機を駆動させてエンジンに負荷を与え、該エンジンから排出される排気ガスの温度を上昇させる昇温モードを実行する昇温制御手段と、
   を備えた排気浄化装置において、
   前記排気浄化装置は、前記発電機で発電された電気を車両外部にある路面側受電装置又は他の車両に送電可能な車両側送電装置を更に備え、
   前記車両側送電装置は、前記昇温モード中において前記バッテリの充電率が閾値以上である場合に、前記発電機で発電された電気を前記路面側受電装置又は他の車両に送電することを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記車両側送電装置は、前記昇温モード中以外において前記バッテリの充電率が前記閾値よりも大きい場合に、前記バッテリの充電率が少なくとも前記閾値以下になるまで、前記バッテリに充電されている電気を前記路面側受電装置又は他の車両に送電することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記車両側送電装置は、車両外部から送電される電気を受電可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。

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