(57)【要約】【課題】排気浄化装置の温度制御をエンジン制御とは独立して行うことができる温度制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１００からの排気を浄化する触媒１１０の温度を制御する温度制御装置であって、エンジン１００と触媒１１０との間の排気経路１３０上に設けられ、排気熱を回収して、触媒１１０に流入する排気の温度を低下させるヒートパイプ式の排気熱回収器１０と、排気温度を上昇させるための加熱手段２０と、触媒温度を検出する触媒温度センサ３０と、触媒温度に基づいて排気熱回収器１０及び加熱手段２０を作動制御する制御ユニット４０とを有し、排気熱回収器１０は、作動／停止の切替えが排気経路１３０を切り替えることなく可能であり、制御ユニット４０は、触媒温度が閾値温度θ１以下のときには加熱手段２０を作動させ、触媒温度が閾値温度θ２以上のときには排気熱回収器１０を作動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（１００）からの排気を浄化する排気浄化装置（１１０）の装置温度を制御する排気浄化装置の温度制御装置であって、
前記エンジン（１００）と前記排気浄化装置（１１０）との間の排気経路（１３０）上に設けられ、排気熱を回収して、前記排気浄化装置（１１０）に流入する排気の排気温度を低下させるヒートパイプ式の排気熱回収器（１０）と、
前記排気温度を上昇させるための加熱手段（２０）と、
前記装置温度又は前記排気温度を検出する温度検出手段（３０）と、
前記装置温度又は前記排気温度に基づいて前記排気熱回収器（１０）及び前記加熱手段（２０）を作動制御する制御手段（４０）とを有し、
前記排気熱回収器（１０）は、少なくとも作動／停止の切替えが前記排気経路（１３０）を切り替えることなく可能であることを特徴とする排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項２】
前記排気浄化装置は、触媒作用により排気を浄化する触媒（１１０）を有しており、
前記制御手段（４０）は、前記装置温度又は前記排気温度が第１閾値温度（θ１）以下のときには前記加熱手段（２０）を作動させ、前記装置温度又は前記排気温度が第２閾値温度（θ２）以上のときには前記排気熱回収器（１０）を作動させることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項３】
前記排気浄化装置は、排気に含まれる粒子状物質を捕集するＤＰＦ（１５０）を有しており、
前記制御手段（４０）は、前記ＤＰＦ（１５０）の再生が必要と判断し、かつ前記装置温度又は前記排気温度が第３閾値温度（θ４）未満である場合には、前記加熱手段（２０）を作動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項４】
前記加熱手段（２０）は、燃料の燃焼熱により前記排気温度を上昇させる燃焼器（２１）を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項５】
前記燃焼器（２１）は、前記排気経路（１３０）外に設けられており、
前記燃焼器（２１）の燃焼ガスを排出する燃焼ガス経路（２７）は、前記触媒（１１０）よりも上流側で前記排気経路（１３０）に合流していることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項６】
前記燃焼ガス経路（２７）は、前記排気熱回収器（１０）よりも下流側で前記排気経路（１３０）に合流していることを特徴とする請求項５に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項７】
前記燃焼ガス経路（２７）は、前記排気熱回収器（１０）よりも上流側で前記排気経路（１３０）に合流していることを特徴とする請求項５に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項８】
前記燃焼器（２１）は、前記触媒（１１０）よりも上流側の前記排気経路（１３０）上に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項９】
前記燃焼器（２１）は、前記排気熱回収器（１０）よりも下流側に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項１０】
前記燃焼器（２１）は、前記排気熱回収器（１０）よりも上流側に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項１１】
前記燃焼器（２１）に燃焼用の空気を供給する吸気経路（２２、２９）をさらに有していることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項１２】
前記加熱手段（２０）は、
前記燃焼器（２１）と連動して前記燃焼器（２１）側に向かう空気流れを前記吸気経路（２２、２９）内に生成する送風手段（２４）と、
前記燃焼器（２１）と連動して前記吸気経路（２２、２９）を開閉する開閉手段（２３）とを有していることを特徴とする請求項１１に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項１３】
前記吸気経路（２２）は、前記エンジン（１００）の吸気経路（１２０）とは独立して設けられていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項１４】
前記吸気経路（２９）は、前記エンジン（１００）の吸気経路（１２０）から分岐して設けられていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【請求項１５】
前記エンジン（１００）は、リーン状態での燃焼が可能であり、
前記燃焼器（２１）は、前記エンジン（１００）からの排気に含まれる残存酸素を用いて前記燃料を燃焼させることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の排気浄化装置の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置の温度を制御する温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、触媒の温度を制御可能な内燃機関の排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置は、エンジンの下流側で互いに分岐して再び合流する主排気通路及び副排気通路を有している。主排気通路には主排気制御弁が設けられており、副排気通路には副排気制御弁が設けられている。副排気通路には、排気ガスを冷却する空冷式冷却装置が設けられている。主排気通路及び副排気通路の合流部よりも下流側には、触媒が設けられている。
【０００３】
エンジン起動直後の暖機運転時には、エンジンの燃焼室内に副燃料が追加噴射され、かつ主排気制御弁がほぼ全閉されるとともに副排気制御弁が全閉されるようになっている。これにより、触媒に流入する排気ガス温をかなり高くできるため、触媒の温度を迅速に上昇させることができる。
【０００４】
一方、触媒の過熱時には、主排気制御弁が全閉され、副排気制御弁が全開される。これにより、全排気ガスが副排気通路を流通して冷却装置で冷却される。したがって、触媒に流入する排気ガス温が低下するため、触媒の温度を低下させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２０７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の排気浄化装置では、暖機運転時において、副燃料の追加噴射等のエンジン側の制御が必要となる。また、触媒過熱時においても、各制御弁の開閉に伴って排気通路の圧力損失（圧損）が大きく変動するため、エンジン側の制御が必要となる。したがって、触媒の温度制御をエンジン制御から独立して行うことができないため、制御系が複雑化してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、排気浄化装置の温度制御をエンジン制御とは独立して行うことができる排気浄化装置の温度制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、エンジン（１００）からの排気を浄化する排気浄化装置（１１０）の装置温度を制御する排気浄化装置の温度制御装置であって、エンジン（１００）と排気浄化装置（１１０）との間の排気経路（１３０）上に設けられ、排気熱を回収して、排気浄化装置（１１０）に流入する排気の排気温度を低下させるヒートパイプ式の排気熱回収器（１０）と、排気温度を上昇させるための加熱手段（２０）と、装置温度又は排気温度を検出する温度検出手段（３０）と、装置温度又は排気温度に基づいて排気熱回収器（１０）及び加熱手段（２０）を作動制御する制御手段（４０）とを有し、排気熱回収器（１０）は、少なくとも作動／停止の切替えが排気経路（１３０）を切り替えることなく可能であることを特徴とする排気浄化装置の温度制御装置である。
【００１０】
これにより、排気熱回収器（１０）及び加熱手段（２０）を作動制御することによって排気浄化装置（１１０）に流入する排気の温度を調節できる。排気熱回収器（１０）の作動／停止の切替えは排気経路（１３０）を切り替えることなく可能であるため、排気熱回収器（１０）の作動／停止に伴う排気経路（１３０）での圧損の変動はほとんど生じない。したがって、排気浄化装置（１１０）の温度制御をエンジン制御とは独立して行うことができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、排気浄化装置は、触媒作用により排気を浄化する触媒（１１０）を有しており、制御手段（４０）は、装置温度又は排気温度が第１閾値温度（θ１）以下のときには加熱手段（２０）を作動させ、装置温度又は排気温度が第２閾値温度（θ２）以上のときには排気熱回収器（１０）を作動させることを特徴としている。
【００１２】
これにより、装置温度又は排気温度が低温のときには、加熱手段（２０）を作動させることによって、触媒（１１０）に流入する排気の温度上昇を促進することができるため、触媒（１１０）の温度を迅速に上昇させることができる。
【００１３】
一方、装置温度又は排気温度が高温のときには、排気熱回収器（１０）を作動させて排気熱を回収することによって、触媒（１１０）に流入する排気の温度を低下させることができるため、触媒（１１０）の温度上昇を抑制することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、排気浄化装置は、排気に含まれる粒子状物質を捕集するＤＰＦ（１５０）を有しており、制御手段（４０）は、ＤＰＦ（１５０）の再生が必要と判断し、かつ装置温度又は排気温度が第３閾値温度（θ４）未満である場合には、加熱手段（２０）を作動させることを特徴としている。
【００１５】
これにより、装置温度又は排気温度が比較的低い場合であっても、加熱手段（２０）を作動させることによって、ＤＰＦ（１５０）に流入する排気の温度を上昇させることができる。このため、ＤＰＦ（１５０）の温度を再生温度以上に上昇させることができ、ＤＰＦ（１５０）を再生することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、加熱手段（２０）は、燃料の燃焼熱により排気温度を上昇させる燃焼器（２１）を有していることを特徴としている。
【００１７】
燃焼熱を用いることによって排気温度をより迅速に上昇させることができるため、触媒（１１０）の温度を迅速に上昇させることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、燃焼器（２１）は、排気経路（１３０）外に設けられており、燃焼器（２１）の燃焼ガスを排出する燃焼ガス経路（２７）は、触媒（１１０）よりも上流側で排気経路（１３０）に合流していることを特徴としている。
【００１９】
これにより、エンジン（１００）の排気と燃焼ガスとが触媒（１１０）よりも上流側で混合されるため、触媒（１１０）に流入する排気の温度を上昇させることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、燃焼ガス経路（２７）は、排気熱回収器（１０）よりも下流側で排気経路（１３０）に合流していることを特徴としている。
【００２１】
これにより、燃焼器（２１）と触媒（１１０）との間の経路長を短縮できるとともにその間の熱容量を低減できる。したがって、触媒（１１０）を迅速に加熱することができ、燃費上の損失も低減することができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、燃焼ガス経路（２７）は、排気熱回収器（１０）よりも上流側で排気経路（１３０）に合流していることを特徴としている。
【００２３】
これにより、排気熱回収器（１０）を通過する排気の温度を早期に上昇させることができ、排気熱の回収を早期に行うことができる。また、排気熱回収器（１０）よりも上流側で排気を加熱することができるため、排気熱回収器（１０）での熱回収量を増加させることができる。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、燃焼器（２１）は、触媒（１１０）よりも上流側の排気経路（１３０）上に設けられていることを特徴としている。
【００２５】
これにより、燃焼器（２１）の燃焼熱によって排気経路（１３０）の排気が直接的に加熱され、触媒（１１０）に流入する排気の温度を上昇させることができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、燃焼器（２１）は、排気熱回収器（１０）よりも下流側に設けられていることを特徴としている。
【００２７】
これにより、燃焼器（２１）と触媒（１１０）との間の経路長を短縮できるとともにその間の熱容量を低減できる。したがって、触媒（１１０）を迅速に加熱することができ、燃費上の損失も低減することができる。
【００２８】
請求項１０に記載の発明は、燃焼器（２１）は、排気熱回収器（１０）よりも上流側に設けられていることを特徴としている。
【００２９】
これにより、排気熱回収器（１０）を通過する排気の温度を早期に上昇させることができ、排気熱の回収を早期に行うことができる。また、排気熱回収器（１０）よりも上流側で排気を加熱することができるため、排気熱回収器（１０）での熱回収量を増加させることができる。
【００３０】
請求項１１に記載の発明は、燃焼器（２１）に燃焼用の空気を供給する吸気経路（２２、２９）をさらに有していることを特徴としている。
【００３１】
これにより、燃焼器（２１）に新鮮な空気を供給することができるため、燃焼器（２１）での燃焼効率低下や不完全燃焼を防止することができる。
【００３２】
請求項１２に記載の発明は、加熱手段（２０）は、燃焼器（２１）と連動して燃焼器（２１）側に向かう空気流れを吸気経路（２２、２９）内に生成する送風手段（２４）と、燃焼器（２１）と連動して吸気経路（２２、２９）を開閉する開閉手段（２３）とを有していることを特徴としている。
【００３３】
これにより、燃焼器（２１）の作動中には、送風手段（２４）によって燃焼ガス経路（２７）内に排気経路（１３０）に向かう空気流れが生成されるため、排気経路（１３０）内の排気と燃焼ガスとを確実に混合させることができる。一方、燃焼器（２１）の停止中には、開閉手段（２３）を閉じることにより、排気経路（１３０）内の排気が燃焼ガス経路（２７）及び吸気経路（２２）を逆流することを防止することができる。
【００３４】
請求項１３に記載の発明のように、吸気経路（２２）は、エンジン（１００）の吸気経路（１２０）とは独立して設けられていてもよい。
【００３５】
請求項１４に記載の発明は、吸気経路（２９）は、エンジン（１００）の吸気経路（１２０）から分岐して設けられていることを特徴としている。これにより、構造の簡素化及び軽量化が可能になる。
【００３６】
請求項１５に記載の発明は、エンジン（１００）は、リーン状態での燃焼が可能であり、燃焼器（２１）は、エンジン（１００）からの排気に含まれる残存酸素を用いて燃料を燃焼させることを特徴としている。
【００３７】
これにより、燃焼器（２１）の吸気用の吸気経路を省略できるため、構造の簡素化及び軽量化が可能になる。
【００３８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の一例を示している。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１実施形態における温度制御装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】第１実施形態における温度制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図３】第１実施形態における温度制御装置の作動状態及び触媒温度の変化の一例を示すタイミングチャートである。
【図４】第１実施形態の変形例における温度制御装置の構成の一部を模式的に示す図である。
【図５】第２実施形態における温度制御装置の構成を模式的に示す図である。
【図６】第３実施形態における温度制御装置の構成を模式的に示す図である。
【図７】第３実施形態の変形例における温度制御装置の構成を模式的に示す図である。
【図８】第４実施形態における温度制御装置の構成を模式的に示す図である。
【図９】第５実施形態における温度制御装置の構成を模式的に示す図である。
【図１０】第６実施形態における温度制御装置の構成を模式的に示す図である。
【図１１】第７実施形態における温度制御装置の構成を模式的に示す図である。
【図１２】第７実施形態における温度制御装置の作動状態及びＤＰＦ温度の変化の一例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態における排気浄化装置の温度制御装置１の構成を模式的に示している。図２は、本実施形態における温度制御装置１の概略の制御ブロックを示している。図１及び図２に示すように、温度制御装置１は、走行用の駆動源としてのエンジン１００と、エンジン１００に空気を供給する吸気経路１２０と、エンジン１００からの排気を外部に排出する排気経路１３０と、排気経路１３０に設けられてエンジン１００からの排気を触媒作用により後処理浄化する触媒（排気浄化装置）１１０とを備えた車両に搭載されている。吸気経路１２０には、空気を濾過して異物を除去するエアクリーナ１４０が設けられている。
【００４１】
温度制御装置１は、排気熱を回収して熱移動させ、所定の加熱対象（例えば、エンジン冷却水）を加熱するヒートパイプ式の排気熱回収器１０を有している。排気熱回収器１０の内部には、水、アルコール、フルオロカーボン又はクロロフルオロカーボン（フロン）等の作動流体が封入されている。
【００４２】
排気熱回収器１０は、蒸発部１１と凝縮部１２を有している。蒸発部１１は、エンジン１００と触媒１１０との間の排気経路１３０上に配置され、内部の作動流体と排気との熱交換により、作動流体を加熱して蒸発させるとともに排気を冷却するようになっている。凝縮部１２は、排気経路１３０の外部に配置され、蒸発部１１で蒸発した作動流体と加熱対象との熱交換により、作動流体を冷却して凝縮させるとともに加熱対象を加熱するようになっている。蒸発部１１の上部と凝縮部１２の上部との間は、蒸発部１１で蒸発した作動流体を凝縮部１２に流入させる蒸気管１３を介して接続されている。また、凝縮部１２の下部と蒸発部１１の下部との間は、凝縮部１２で凝縮した作動流体を蒸発部１１に還流させる還流管１４を介して接続されている。すなわち、排気熱回収器１０はループ型のヒートパイプ装置であり、ヒートパイプ作用により排気熱を回収して加熱対象に移動させるようになっている。
【００４３】
還流管１４には、後述する制御ユニット４０の制御により作動流体の還流量を調節可能なバルブ１５が設けられている。バルブ１５が閉状態になると、作動流体の蒸発部１１への還流が阻止されるため、排気熱回収器１０での排気熱の回収が停止する。バルブ１５が開状態になると、作動流体が蒸発部１１に還流し、排気熱回収器１０での排気熱の回収が開始される。またバルブ１５の開度が調節されることによって、排気熱の回収量が制御される。すなわち排気熱回収器１０は、排気経路１３０を切り替えることなく、排気熱の回収（作動）／停止の切替え、及び排気熱の回収量の調節を行うことができる。排気経路１３０を流通する排気は、排気熱回収器１０の蒸発部１１を通過すると、熱回収量に応じて冷却されるようになっている。
【００４４】
また温度制御装置１は、触媒１１０に流入する排気の温度を上昇させるための加熱手段２０を有している。加熱手段２０は、排気経路１３０外に配置されている。加熱手段２０は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器２１を備えている。燃焼器２１は、例えば、スパークプラグやグロープラグ等の点火装置や、燃料を噴射させるインジェクタを有している。燃焼器２１には、燃焼用の空気を供給する吸気経路２２と、燃焼ガスを触媒１１０側に排出する燃焼ガス経路２７とが接続されている。吸気経路２２は、エンジン１００の吸気経路１２０とは独立に設けられている。吸気経路２２には、エンジン用のエアクリーナ１４０とは独立のエアクリーナ２８が設けられている。燃焼ガス経路２７の下流端は、排気熱回収器１０よりも下流側かつ触媒１１０よりも上流側で排気経路１３０に合流している。これにより、燃焼器２１で生成された燃焼ガスは、燃焼ガス経路２７を通り、排気熱回収器１０よりも下流側で排気経路１３０に流出する。排気経路１３０では、排気熱回収器１０の蒸発部１１を通過した排気と燃焼ガスとが混合され、より高温の排気となって触媒１１０に流入する。すなわち燃焼器２１は、触媒１１０に流入する排気を間接的に加熱するようになっている。
【００４５】
また加熱手段２０は、エアクリーナ２８よりも下流側の吸気経路２２に設けられ、吸気経路２２を開閉するダンパ（開閉手段）２３と、ダンパ２３よりも下流側の吸気経路２２に設けられ、燃焼器２１及び排気経路１３０側に向かう空気流れを吸気経路２２内に生成するブロワ（送風手段）２４と、燃料タンク２５内の燃料を燃焼器２１に供給する燃料ポンプ２６とを有している。ダンパ２３、ブロワ２４及び燃料ポンプ２６は、制御ユニット４０の制御によって、燃焼器２１と連動して作動するようになっている。
【００４６】
触媒１１０には、触媒温度（装置温度）又は触媒直前の排気温度を検出して検出信号を制御ユニット４０に出力する触媒温度センサ（温度検出手段）３０が設けられている。
【００４７】
制御ユニット（制御手段）４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御ユニット４０には、触媒温度センサ３０を含む各種センサからの検出信号が入力されるようになっている。制御ユニット４０は、これらの入力信号に基づいて、排気熱回収器１０のバルブ１５や、加熱手段２０の燃焼器２１、ダンパ２３、ブロワ２４及び燃料ポンプ２６等の各種機器を作動制御する。例えば制御ユニット４０は、図２に示すように、触媒温度又は触媒直前の排気温度を監視し、排気熱回収器１０及び燃焼器２１をフィードバック制御するようになっている。
【００４８】
次に、本実施形態における温度制御装置１の作動について説明する。図３は、温度制御装置１の作動状態及び触媒温度の変化の一例を示すタイミングチャートである。図３（ａ）は燃焼器２１の作動状態を示し、図３（ｂ）は排気熱回収器１０の作動状態を示し、図３（ｃ）は触媒温度を示している。図３（ｃ）の実線は、本実施形態の温度制御装置１を用いた場合の触媒温度の変化を表し、図３（ｃ）の破線は、比較例として、排気熱回収器１０及び加熱手段２０を備えない従来構成における触媒温度の変化を表している。温度θ１は、触媒１１０の活性化下限温度に基づき設定される第１閾値温度であり、温度θ２は、触媒１１０の耐熱上限温度に基づき設定される第２閾値温度である（θ１＜θ２）。初期状態では、排気熱回収器１０、燃焼器２１、ブロワ２４及び燃料ポンプ２６は停止しており、ダンパ２３は全閉状態にある。また触媒温度は、第１閾値温度θ１よりも低い温度θ０である。
【００４９】
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、時間０にエンジン１００が始動すると、制御ユニット４０は、燃焼器２１を同時に作動させる。燃焼器２１の能力が可変の場合には、例えば最大能力に設定される。このとき、燃焼器２１と連動して、ブロワ２４及び燃料ポンプ２６が例えば最大能力で作動し、ダンパ２３が全開となる。ここで、制御ユニット４０がエンジン１００の始動を事前に予測できる場合、エンジン１００の始動よりも少し前に燃焼器２１を作動開始させるようにしてもよい。
【００５０】
ブロワ２４によって生成される空気流れにより、燃焼器２１には吸気経路２２を介して空気が吸入される。燃焼器２１は、吸入した空気を燃焼させ、高温の燃焼ガスを生成する。生成された燃焼ガスは、ブロワ２４によって生成される空気流れにより、燃焼ガス経路２７を排気経路１３０側に向かって流れる。燃焼ガス経路２７を流通する燃焼ガスは、排気熱回収器１０よりも下流側でかつ触媒１１０よりも上流側で排気経路１３０に流出し、エンジン１００からの排気と混合される。これにより、触媒１１０に流入する排気の温度上昇が促進され、それに伴い触媒温度の上昇も促進される。従来構成では触媒温度が第１閾値温度θ１に到達するのが時間Ｔ２であるのに対し、本実施形態では時間Ｔ２よりも早い時間Ｔ１に触媒温度が第１閾値温度θ１に到達するため、触媒１１０の暖機時間を短縮できる。したがって本実施形態では、触媒１１０を早期に活性化させることができるため、触媒１１０による排気の浄化を早期に開始することができる。
【００５１】
制御ユニット４０は、触媒温度が第１閾値温度θ１を超えると、触媒１１０の暖機が終了したと判断して燃焼器２１の作動を停止させる。このとき、燃焼器２１と連動して、ブロワ２４及び燃料ポンプ２６が停止し、ダンパ２３が全閉となる。
【００５２】
また制御ユニット４０は、触媒温度が第１閾値温度θ１を超えた時間Ｔ１以降、触媒温度と加熱対象（例えばエンジン冷却水）の温度に基づいて排気熱回収器１０の作動制御を行う。すなわち制御ユニット４０は、触媒温度が第１閾値温度θ１以上かつ第２閾値温度θ２以下の範囲（図３（ｃ）における触媒温調範囲）において、加熱対象の温度が低いとき（時間Ｔ１、Ｔ２２）には、バルブ１５を開弁して排気熱回収器１０を作動させる。バルブ１５が開弁されると、凝縮部１２内の作動流体が還流管１４を介して蒸発部１１に還流する。蒸発部１１では、作動流体が排気熱により加熱されて沸騰蒸発する。蒸発した作動流体は、蒸気管１３を介して凝縮部１２に流入する。凝縮部１２では、作動流体と加熱対象との熱交換が行われ、作動流体が凝縮するとともに加熱対象が加熱される。凝縮した作動流体は、再び還流管１４を介して蒸発部１１に還流する。このように、ヒートパイプ作用により排気熱が回収されて加熱対象に移動し、加熱対象が加熱される。制御ユニット４０は、加熱対象の温度に基づいてバルブ１５の開度を制御し、熱回収量を調節する。蒸発部１１を通過した排気は、熱回収量に応じて冷却されることになる。
【００５３】
加熱対象が十分に加熱されて所定温度を超えたとき（時間Ｔ２１、Ｔ２３）には、制御ユニット４０はバルブ１５を閉弁する。これにより、凝縮部１２から蒸発部１１への作動流体の還流が停止し、排気熱回収器１０の作動が停止される。
【００５４】
図３では図示していないが、制御ユニット４０は、排気熱の回収によって排気温度が低下し、触媒温度がθ１以下にまで低下したときには、加熱対象の温度に関わらずバルブ１５を閉弁し、排気熱回収器１０の作動を停止させる。これにより、排気熱の回収が停止するため、触媒１１０に流入する排気の温度が上昇し、それに伴い触媒温度も上昇する。
【００５５】
排気熱回収器１０が停止状態であっても、負荷の低下等によって排気温度が低下し、触媒温度がθ１以下にまで低下する場合がある。この場合制御ユニット４０は、燃焼器２１、ブロワ２４及び燃料ポンプ２６を作動させ、ダンパ２３を開状態にする。例えば制御ユニット４０は、燃焼器２１、ブロワ２４及び燃料ポンプ２６の能力を触媒温度に基づいて制御し、触媒温度が低いほど高い能力に設定する。制御ユニット４０は、触媒温度が再びθ１を上回ると、燃焼器２１、ブロワ２４及び燃料ポンプ２６を停止させ、ダンパ２３を閉状態にする。
【００５６】
また制御ユニット４０は、触媒温度が上昇して第２閾値温度θ２以上になったときには（時間Ｔ３）、加熱対象の温度に関わらずバルブ１５を開弁し、排気熱回収器１０を作動させる。バルブ１５の開度は触媒温度に基づいて調節され、触媒温度が高いほど高開度に設定される。これにより、排気熱回収器１０によって排気熱が回収されるため、触媒１１０に流入する排気の温度上昇が抑制され、それに伴い触媒温度の上昇も抑制される。すなわち、従来構成では、高負荷時において触媒温度が温度θ３（θ３＞θ２）まで上昇し、触媒１１０の熱劣化が生じてしまうおそれがあったのに対し、本実施形態では、高負荷時における触媒温度を従来よりも低下させることができ、触媒１１０の熱劣化を抑制できる。
【００５７】
以上説明したように、制御ユニット４０は、触媒１１０に流入する排気の温度を上昇させる燃焼器２１と、触媒１１０に流入する排気の温度を低下させる排気熱回収器１０とを、触媒温度に基づいてフィードバック制御するようになっている。制御ユニット４０は、触媒温度が第１閾値温度θ１以下の場合には燃焼器２１を作動させ、触媒温度が第２閾値温度θ２以上の場合には排気熱回収器１０を作動させることによって、触媒１１０の温度調節を行っている。本実施形態では、加熱対象の温度に基づく排気熱回収器１０の作動制御も行われているが、排気熱回収器１０の作動に関しては触媒温度に基づく制御が優先されている。すなわち、加熱対象の温度が低温であっても触媒温度が低温（θ１以下）であれば排気熱回収器１０が停止し、加熱対象の温度が高温であっても触媒温度が高温（θ２以上）であれば排気熱回収器１０が作動する。
【００５８】
本実施形態によれば、触媒温度が低温のときには、加熱手段２０（燃焼器２１）を作動させて燃焼ガスを排気と混合することによって、触媒１１０に流入する排気の温度を上昇させることができる。したがって、触媒温度を迅速に上昇させることができ、触媒１１０を早期に活性化させることができるため、外部に排出されるエンジン１００の排気を早期に浄化することができる。一方、触媒温度が高温のときには、排気熱回収器１０を作動させて排気熱を回収することによって、触媒１１０に流入する排気の温度を低下させることができる。したがって、触媒１１０の温度上昇を抑制することができ、触媒１１０の熱劣化を防止することができる。このように、加熱手段２０及び排気熱回収器１０を作動制御することにより、触媒１１０の温度制御を行うことができる。
【００５９】
ヒートパイプ式の排気熱回収器１０は、バルブ１５の開閉によって、排気経路１３０を切り替えることなく作動／停止の切替え及び熱回収量の調節が可能であるため、排気経路１３０の圧損の変動は生じない。また燃焼器２１も、排気経路１３０の圧損の変動を生じさせずに作動／停止の切替え及び加熱能力の調節が可能である。したがって、触媒１１０の温度制御をエンジン制御から独立して行うことができる。
【００６０】
また本実施形態では、燃焼器２１での燃料の燃焼熱を用いることにより排気温度を迅速に上昇させることができるため、触媒温度を迅速に上昇させることができる。
【００６１】
さらに本実施形態では、燃焼ガス経路２７が排気熱回収器１０よりも下流側で排気経路１３０に合流しているため、燃焼器２１と触媒１１０との間の経路長を短縮できるとともにその間の熱容量を低減できる。したがって、燃焼器２１の作動に対する触媒温度の応答性が向上するため、触媒１１０を迅速に加熱することができ、燃費上の損失も低減することができる。
【００６２】
また本実施形態では、吸気経路２２が設けられているため、燃焼器２１に新鮮な空気を供給することができる。したがって、排気中の残存酸素等に頼らずに十分な酸素が燃焼器２１に供給されるので、燃焼器２１での燃焼効率低下や不完全燃焼を防止することができる。
【００６３】
さらに本実施形態では、燃焼器２１の作動中には、ブロワ２４によって吸気経路２２及び燃焼ガス経路２７内に排気経路１３０に向かう空気流れが生成されるため、排気経路１３０内の排気と燃焼ガスとを確実に混合させることができる。一方、燃焼器２１の停止中には、ダンパ２３により吸気経路２２が閉塞されるようになっているため、排気経路１３０内の排気が燃焼ガス経路２７及び吸気経路２２を逆流することを防止することができる。
【００６４】
また本実施形態では、排気を冷却する手段として排気熱回収器１０が用いられているため、排気から回収した熱を利用して加熱対象を加熱することができ、排気熱を暖房等に有効に利用することができる。
【００６５】
次に、本実施形態の温度制御装置の変形例について説明する。図４は、本変形例における温度制御装置の構成の一部を模式的に示している。図４に示すように本変形例では、燃焼器２１が、排気熱回収器１０よりも下流側で触媒１１０よりも上流側の排気経路１３０上に設けられている。燃焼器２１には、図１に示した構成と同様に、エンジン１００の吸気経路とは独立した吸気経路２２が設けられている。燃焼器２１は、吸気経路２２を介して供給された空気を用いて燃焼ガスを生成するようになっている。これにより排気経路１３０では、排気熱回収器１０の蒸発部１１を通過した排気と燃焼ガスとが混合され、より高温の排気となって触媒１１０に流入する。その他の構成は、図１に示した構成と同様であるので説明を省略する。
【００６６】
本変形例では、燃焼器２１が排気経路１３０上に設けられているため、温度制御装置全体を小型化できるとともに設置性を向上させることができる。また、燃焼器２１において排気熱を利用することができる。さらに、燃焼器２１と触媒１１０との間の経路長をさらに短縮でき、その間の熱容量を低減できるため、燃焼ガスによって触媒１１０をより早期に加熱することができ、燃費上の損失も低減できる。
【００６７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態における温度制御装置２の構成を模式的に示している。図５に示すように、本実施形態の温度制御装置２は、第１実施形態の温度制御装置１と比較して、吸気経路２９が、エンジン１００の吸気経路１２０から分岐していることを特徴としている。このため、エアクリーナ１４０は、エンジン１００の吸気用と燃焼器２１の吸気用とで共用されている。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００６８】
本実施形態では、燃焼器２１の吸気用のエアクリーナをエンジン１００の吸気用のエアクリーナ１４０と独立して設ける必要がないため、構造の簡素化及び軽量化が可能になる。また、燃焼器２１には吸気経路２９を介して新鮮な空気が供給されるため、燃焼器２１での燃焼効率低下や不完全燃焼を防止することができる。
【００６９】
本実施形態においても、図４に示した構成と同様に、燃焼器２１を排気経路１３０上に設けてもよい。こうすることにより、温度制御装置２を小型化できるとともに設置性を向上させることができる。
【００７０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図６及び図７を用いて説明する。図６は、本実施形態における温度制御装置３の構成を模式的に示している。図６に示すように、本実施形態の温度制御装置３は、第１実施形態の温度制御装置１と比較して、燃焼ガス経路２７が排気熱回収器１０よりも上流側で排気経路１３０に合流している点に特徴を有している。すなわち、燃焼器２１で生成された燃焼ガスは、排気熱回収器１０よりも上流側で排気と混合され、高温の排気となって排気熱回収器１０の蒸発部１１を通過する。
【００７１】
本実施形態によれば、燃焼ガス経路２７を排気熱回収器１０よりも上流側で排気経路１３０に合流させているため、蒸発部１１を通過する排気の温度を早期に上昇させることができ、排気熱の回収を早期に行うことができる。これにより、加熱対象（エンジン冷却水）の温度上昇を促進させることができるため、エンジン１００の暖機やエンジン冷却水を用いた暖房の立ち上がりを早めることができる。
【００７２】
また本実施形態によれば、排気熱回収器１０よりも上流側で排気を加熱できるため、燃焼器２１及び排気熱回収器１０の双方を作動させることにより、排気熱回収器１０での熱回収量を増加させることができる。
【００７３】
図７は、本実施形態の変形例における温度制御装置の構成を模式的に示している。図７に示すように、本変形例は、燃焼ガス経路２７が第１経路５１と第２経路５２とに分岐している点に特徴を有している。第１経路５１と第２経路５２との分岐点には、燃焼ガス経路２７を流通した排気が第１経路５１及び第２経路５２のいずれに流入するかを切り替える切替手段５３が設けられている。切替手段５３は、制御ユニット４０（図７では図示せず）によって作動制御されるようになっている。第１経路５１は排気熱回収器１０よりも上流側で排気経路１３０に合流しており、第２経路５２は排気熱回収器１０よりも下流側かつ触媒１１０よりも上流側で排気経路１３０に合流している。
【００７４】
例えば、エンジン１００始動直後の暖機時には、触媒１１０の温度上昇促進が優先され、切替手段５３は第２経路５２側に切り替えられる。これにより、燃焼器２１で生成された燃焼ガスは、燃焼ガス経路２７及び第２経路５２を通り、排気熱回収器１０よりも下流側で排気と混合される。燃焼ガスと混合されて加熱された排気は、触媒１１０に流入して触媒１１０の昇温に寄与する。このように、燃焼ガス、及び燃焼ガスと混合されて加熱された排気は、排気熱回収器１０を通らずに触媒１１０に流入する。したがって、燃焼ガス経路の熱容量を低減できるため、触媒温度を迅速に上昇させることができる。
【００７５】
また例えば、触媒１１０の暖機が終了した後には、排気熱回収器１０での熱回収が優先され、切替手段５３は第１経路５１側に切り替えられる。これにより、燃焼器２１で生成された燃焼ガスは、燃焼ガス経路２７及び第１経路５１を通り、排気熱回収器１０よりも上流側で排気と混合される。燃焼ガスと混合されて加熱された排気は、排気熱回収器１０の蒸発部１１を通過して熱回収される。このように、排気熱回収器１０よりも上流側の排気を燃焼ガスとの混合により加熱できるため、熱回収を早期に行うことができるとともに、熱回収量を増加させることができる。
【００７６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図８を用いて説明する。図８は、本実施形態における温度制御装置４の構成を模式的に示している。図８に示すように、本実施形態の温度制御装置４は、第２実施形態の温度制御装置２と比較して、燃焼ガス経路２７が排気熱回収器１０よりも上流側で排気経路１３０に合流している点に特徴を有している。すなわち、燃焼器２１で生成された燃焼ガスは、排気熱回収器１０よりも上流側で排気と混合され、高温の排気となって排気熱回収器１０の蒸発部１１を通過する。
【００７７】
本実施形態によれば、燃焼ガス経路２７を排気熱回収器１０よりも上流側で排気経路１３０に合流させているため、蒸発部１１を通過する排気の温度を早期に上昇させることができ、排気熱の回収を早期に行うことができる。これにより、加熱対象（エンジン冷却水）の温度上昇が促進されるため、エンジン１００の暖機やエンジン冷却水を用いた暖房の立ち上がりを早めることができる。
【００７８】
また本実施形態によれば、排気熱回収器１０よりも上流側で排気を加熱できるため、排気熱回収器１０での熱回収量を増加させることができる。
【００７９】
本実施形態においても、図７に示した構成と同様に、燃焼ガス経路２７を第１経路５１と第２経路５２とに分岐させ、燃焼ガスの経路を切替手段５３によって切り替えるようにしてもよい。
【００８０】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図９を用いて説明する。図９は、本実施形態における温度制御装置５の構成を模式的に示している。図９に示すように、本実施形態の温度制御装置５は、燃焼器２１が排気熱回収器１０よりも下流側の排気経路１３０上に設けられているとともに、燃焼器２１には外部からの吸気を行っていない点に特徴を有している。温度制御装置５は、例えばリーン状態での燃焼が可能なエンジン１００（例えばディーゼルエンジン）を備えた車両に搭載されている。燃焼器２１は、リーン燃焼中のエンジン１００の排気に含まれる残存酸素を用いて燃料を燃焼させ、燃焼熱によって排気を直接的に加熱するようになっている。
【００８１】
本実施形態によれば、燃焼器２１の吸気用の吸気経路及びエアクリーナ等を省略できるため、構造の簡素化及び軽量化が可能になる。また、燃焼器２１が排気熱回収器１０よりも下流側に設けられているため、燃焼ガス経路の熱容量を低減でき、触媒温度を迅速に上昇させることができる。
【００８２】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態における温度制御装置６の構成を模式的に示している。図１０に示すように、本実施形態の温度制御装置６は、第５実施形態の温度制御装置５と比較して、燃焼器２１が排気熱回収器１０よりも上流側の排気経路１３０上に設けられている点に特徴を有している。
【００８３】
本実施形態によれば、排気熱回収器１０よりも上流側で排気を加熱できるため、蒸発部１１を通過する排気の温度を早期に上昇させることができ、排気熱の回収を早期に行うことができる。また本実施形態によれば、排気熱回収器１０よりも上流側で排気を加熱できるため、排気熱回収器１０での熱回収量を増加させることができる。
【００８４】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、本実施形態における温度制御装置７の構成を模式的に示している。本実施形態の温度制御装置７は、ディーゼルエンジンを備えた車両に搭載されている。図１１に示すように、本実施形態の温度制御装置７は、第１実施形態の温度制御装置１と比較すると、後処理により排気を浄化する排気浄化装置として、排気に含まれる粒子状物質を捕集するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）１５０が設けられている点に特徴を有している。ＤＰＦ１５０には、ＤＰＦ温度（装置温度）又はＤＰＦ直前の排気温度を検出して検出信号を制御ユニット４０に出力するＤＰＦ温度センサ（温度検出手段）３１が設けられている。
【００８５】
ＤＰＦ１５０は、捕集した粒子状物質が内部に堆積すると機能低下が生じる。このため、ＤＰＦ１５０は、定期的に所定の再生温度以上の温度に加熱する必要がある。ＤＰＦ１５０を再生温度以上の温度に加熱すると、内部に堆積した粒子状物質が燃焼して除去され、ＤＰＦ１５０が再生される。高負荷時にはＤＰＦ温度が自然に再生温度以上になる場合もあるが、ＤＰＦ温度が再生温度まで上昇しない低負荷時等には、加熱手段等を用いた補助加熱が必要になる。ＤＰＦ１５０の再生タイミングは、例えば、ＤＰＦ１５０の圧損値や、前回再生されてからの経過時間などに基づいて、制御ユニット４０により判断される。
【００８６】
図１２は、温度制御装置７の作動状態及びＤＰＦ温度の変化の一例を示すタイミングチャートである。図１２（ａ）は燃焼器２１の作動状態を示し、図１２（ｂ）はＤＰＦ温度センサ３１で検出されるＤＰＦ温度を示している。排気熱回収器１０の作動状態については図示を省略している。温度θ４は、ＤＰＦ１５０が燃焼再生される再生温度に基づき設定される第３閾値温度である（例えばθ１＜θ４＜θ２）。第３閾値温度θ４は、例えばＤＰＦ１５０の再生温度にほぼ等しく設定される。
【００８７】
例えば時間Ｔ２４において、制御ユニット４０は、ＤＰＦ１５０の圧損値等に基づいてＤＰＦ１５０の再生が必要と判断した場合、ＤＰＦ温度と第３閾値温度θ４とを比較する。図１２（ｂ）に示すようにＤＰＦ温度が第３閾値温度θ４未満である場合には、制御ユニット４０は燃焼器２１を作動させ、ＤＰＦ１５０に流入する排気の温度を上昇させる。これにより、ＤＰＦ温度が再生温度以上に上昇し、ＤＰＦ１５０が再生される。
【００８８】
制御ユニット４０は、例えば、ＤＰＦ温度が第３閾値温度θ４以上に上昇してから所定時間経過したら（時間Ｔ２５）、ＤＰＦ１５０の再生が完了したと判断し、燃焼器２１を停止させる。
【００８９】
ＤＰＦ１５０の再生が必要と判断された時間Ｔ２４において、仮に、ＤＰＦ温度が第３閾値温度θ４以上である場合には、制御ユニット４０は燃焼器２１を作動させる必要はない。これは、ＤＰＦ温度が第３閾値温度θ４以上であれば、燃焼器２１を特に作動させるまでもなくＤＰＦ１５０の燃焼再生が自然に行われるためである。
【００９０】
本実施形態によれば、ＤＰＦ温度が比較的低い場合であっても、燃焼器２１を作動させることによって、ＤＰＦ１５０に流入する排気温度を上昇させることができる。このため、ＤＰＦ１５０の温度を再生温度以上に上昇させることができ、ＤＰＦ１５０を確実に再生することができる。
【００９１】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、触媒温度やＤＰＦ温度に基づいて排気熱回収器１０及び加熱手段２０を制御しているが、これらの温度に代えて、触媒１１０直前の排気温度等のように触媒温度と相関のある温度や、ＤＰＦ１５０直前の排気温度等のようにＤＰＦ温度と相関のある温度を用いてもよい。
【００９２】
また上記実施形態では、バルブ１５の開度を制御することにより熱回収量を調節しているが、バルブ１５の開閉のデューティ比を制御することにより熱回収量を調節してもよい。
【００９３】
さらに上記実施形態では、排気浄化装置として触媒又はＤＰＦを備えた車両を例に挙げたが、本発明の温度制御装置は、触媒及びＤＰＦの両方を備えた車両にも適用できる。この場合、触媒の加熱及び冷却の制御と、ＤＰＦの加熱再生制御とを複合的に行うシステムとしてもよい。
【００９４】
また上記実施形態では、排気熱回収器１０で排気熱を熱移動させる加熱対象としてエンジン冷却水を例に挙げたが、エンジンオイルやＡＴＦ（オートマチック・トランスミッション・フルード）等を加熱対象としてもよい。
【００９５】
さらに上記実施形態では、水冷式のエンジン１００を備えた車両に搭載された温度制御装置を例に挙げたが、本発明の温度制御装置は、空冷式のエンジンを備えた車両や、あるいは車両以外にも適用可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１〜７  温度制御装置
１０  排気熱回収器
２０  加熱手段
２１  燃焼器
２２、２９  吸気経路
２３  ダンパ（開閉手段）
２４  ブロワ（送風手段）
２７  燃焼ガス経路
３０  触媒温度センサ（温度検出手段）
３１  ＤＰＦ温度センサ（温度検出手段）
４０  制御ユニット（制御手段）
１００  エンジン
１１０  触媒（排気浄化装置）
１２０  吸気経路
１３０  排気経路
１５０  ＤＰＦ（排気浄化装置）
【図１】
2010180757.tif 000003
【図２】
2010180757.tif 000004
【図３】
2010180757.tif 000005
【図４】
2010180757.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010180757.tif 000008
【図７】
2010180757.tif 000009
【図８】
2010180757.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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