(57)【要約】【課題】  触媒装置の故障により排熱回収装置の二次故障を誘引させることなく、エンジンの排熱を回収する。【解決手段】  ＥＣＵは、触媒劣化判定処理（酸素吸蔵量変化）を実行するステップ（Ｓ１００）と、三元触媒コンバータ１２０が劣化していると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、触媒劣化フラグをセットするステップ（Ｓ３００）と、エンジン１５０の失火を検出したか否かを判断するステップ（Ｓ５００）と、触媒が劣化している（Ｓ２００にてＹＥＳ）または失火検出後において触媒劣化フラグがセットされている状態であると（Ｓ５００にてＹＥＳかつＳ６００にてＹＥＳ）、エンジン１５０の排気ガスからの排熱の回収を禁止するステップ（Ｓ７００）とを含む、プログラムを実行する。【選択図】        図４
2006070792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の触媒装置の下流側に設けられた排熱回収装置の制御装置であって、
前記触媒装置を構成する物品の切片の脱落および脱落の可能性を検知するための検知手段と、
前記検知手段による検知結果に基づいて、前記排熱回収装置を制御するための制御手段とを含む、排熱回収装置の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記切片の脱落および脱落の可能性が検知されると、前記排熱回収装置への排気の流入を遮断するように、前記排熱回収装置を制御するための手段を含む、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記触媒装置の下流側に設けられた分岐弁であって、前記排熱回収装置を迂回するバイパス通路および前記排熱回収装置に接続された排気通路のいずれに排気を流すのかを切り換えるための分岐弁を、前記バイパス通路側に切り換えるように前記分岐弁を制御するための手段を含む、請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記検知手段は、前記触媒装置の酸素吸蔵量に基づいて、前記切片の脱落および脱落の可能性を検知するための手段を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記内燃機関の失火を検知するための手段をさらに含み、
前記検知手段は、前記失火の検知後、前記触媒装置が正常であると判断されるまでは、前記切片の脱落の可能性があると検知するための手段を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
前記検知手段は、前記触媒装置の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒装置が正常であることを判断するための手段を含む、請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
前記切片の脱落は、触媒の溶解による触媒装置の破損に起因する、請求項１〜６のいずれかに記載の制御装置。
【請求項８】
前記排熱回収装置の制御装置は、車両に搭載される、請求項１〜７のいずれかに記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に設けられた排気系における排気ガスの熱を回収する排熱回収装置の制御に関し、特に、触媒装置の下流側に設けられた排熱回収装置の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に内燃機関の排気系には、排気ガス中の有害成分を浄化するための触媒コンバータが設けられている。この触媒コンバータとして、三元触媒コンバータが広く使用されており、これは排気ガス中の有害三成分である一酸化炭素（ＣＯ）および未燃焼の炭化水素（ＨＣ）を酸化するとともに酸化窒素（ＮＯｘ）を還元して、無害な二酸化炭素（ＣＯ2）、水蒸気（Ｈ2Ｏ）、および窒素（Ｎ2）に変換させるものである。
【０００３】
この三元触媒コンバータによる浄化特性は、燃焼室内に形成される混合気の空燃比に依存し、それが理論空燃比近傍である時に三元触媒コンバータは最も有効に機能する。これは、空燃比がリーンであり排気ガス中の酸素量が多いと、酸化作用が活発となるが還元作用が不活発となり、また空燃比がリッチであり排気ガス中の酸素量が少ないと、逆に還元作用が活発となるが酸化作用が不活発となり、前述の有害三成分を全て良好に浄化させることができないためである。したがって、三元触媒コンバータを有する内燃機関には、その排気通路に出力リニア型酸素センサが設けられ、それにより測定される酸素濃度を使用して燃焼室内の混合気を理論空燃比にフィードバック制御されている。
【０００４】
混合気空燃比が、一時的にリーン状態やリッチ状態になっても、三元触媒コンバータの排気ガスの浄化性能が低下させないように、三元触媒コンバータに酸素を貯蔵する能力（酸素ストレージ）を持たせることが一般的に知られている。これにより、空燃比がリーン状態の時に余分な酸素を貯蔵し、またリッチ状態の時に貯蔵された酸素を使用することにより、排気ガスの浄化性能を維持することができる。
【０００５】
すなわち、三元触媒コンバータは、空燃比がリーンのときに排気ガス中の過剰酸素を取込んで貯蔵する機能を有し、この機能によってＮＯｘを還元させる。一方、空燃比がリッチになると排気ガス中の未燃焼のＨＣ，ＣＯが三元触媒コンバータ内に貯蔵されている酸素を奪い、それによって未燃焼のＨＣ，ＣＯを酸化させる。したがって、空燃比が理論空燃比からずれたときにＮＯｘを還元させるためには三元触媒コンバータが酸素を貯蔵しえる状態になければならず（すなわち、三元触媒コンバータの酸素貯蔵量が最大酸素吸蔵量に対して余裕がなければならず）、一方、このとき未燃焼のＨＣ，ＣＯを酸化させるためには三元触媒コンバータがある程度の酸素を貯蔵していなければならないことになる。
【０００６】
このように、空燃比が理論空燃比からリーン側にずれたときにＮＯｘを還元でき、空燃比が理論空燃比に対してリッチ側にずれたときに未燃焼のＨＣ，ＣＯを酸化できるようにするためには、三元触媒コンバータの酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量の半分程度に維持しておくことが好ましいとされている。この酸素吸蔵量を監視することにより、触媒コンバータの故障を検知することもできる。
【０００７】
一方、自動車の排気ガスの熱エネルギを回収する装置が開発されている。特に、このような装置においては、広い温度範囲の排熱エネルギの回収が可能であることが好ましい。排熱エネルギの回収には、熱交換によるものや、熱電変換素子を用いたものがある。熱電変換素子を用いたものとして、ゼーベック効果を発揮する熱発電素子を自動車の排気ガス系統に装着して排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換し、その電気エネルギでペルチエ効果を発揮する電熱変換素子を作動させて、たとえば車両用の保温冷蔵庫を動作させる排気ガスの熱エネルギの利用が提案されている。
【０００８】
このような排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱発電素子としては、たとえばＢｉ−Ｔｅ半導体素子やＰｂ−Ｔｅ半導体素子などが知られている。そして、これらの素子は、いずれも、その素子特有のある温度域において高い変換効率を示す。しかしながら、自動車エンジンからの排気ガスの温度は、運転条件によって大幅に変動する。通常、排気ガスの温度幅は２００〜７００℃程度になっているため、排気ガス系統に装着されている熱発電素子は、不規則に上記の幅の温度に曝されることになる。排気ガスの温度幅が、用いた熱発電素子の適正な作動温度域の範囲内にあれば、格別問題となることはないが、しかし、上記作動温度域より外れている場合には、熱発電素子が作動しなかったり、作動しても低効率であったりすることがあり、最悪の場合は、素子が破損することもある。
【０００９】
特開平５−１９５７６５号公報（特許文献１）は、排気ガス温度に対応させて広い温度範囲で高効率の熱回収をすることができる排気ガスの熱エネルギの回収装置を開示する。この排気ガスの熱エネルギの回収装置は、自動車の排気通路に排熱回収手段を備えて排気ガスの熱エネルギを回収する排気ガスの熱エネルギ回収装置であって、排気通路の途中に、第１の排気ガス流路と第２の排気ガス流路を設け、第１の排気ガス流路には高温排熱回収手段と温度センサが装着され、かつ第２の排気ガス流路には低温排熱回収手段と温度センサが装着され、２本の排気ガス流路の分岐点には、各排気ガス流路を流れる排気ガスの温度に応じて開閉する切換バルブが装着されている。
【００１０】
この排気ガスの熱エネルギの回収装置によると、排気通路に２本の排気ガス流路を設け、１本には高温の排気ガスを流し、他の１本には低温の排気ガスを流せるようになっている。エンジンからの排気ガス温度（Ｔ）を各排気ガス流路の温度センサで測定し、それが設定した温度（Ｔ0）より高温である場合には、温度センサからの信号で２本の排気ガス流路の分岐点に設けられている切換バルブを作動することにより低温用の排気ガス流路を閉にして排気ガスを高温用の排気ガス流路のみに流す。そして、この高温用排気ガス流路に装着されている高温排熱回収手段から高温排気ガスの熱エネルギを回収する。排気ガス温度が設定温度（Ｔ0）より低温の場合は、同じく温度センサからの信号で切換バルブを作動することにより高温用の排気ガス流路を閉にして排気ガスを低温用の排気ガス流路のみに流し、そこで低温排熱回収手段によって低温排気ガスの熱エネルギを回収する。このように、排気ガスの温度（Ｔ）によって流路を変換し、各流路の高温または低温排熱回収手段を動作させるので、排熱エネルギの回収効率は高くなり、しかも破損事故も回避できるようになる。
【特許文献１】特開平５−１９５７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、この特許文献１に開示された排気ガスの熱エネルギの回収装置は、自動車の排気系において、触媒装置の下流側（触媒装置と消音装置（マフラー）との間）に設けられる。触媒装置は、上述したような機能を有するために、触媒をモノリス（ハニカム状に多数の微細孔が貫通した触媒保持体であってセラミックスなどである）に保持させている。この触媒保持体が損傷すると、その破損片が排気ガスの熱エネルギの回収装置に流れ込む。このために、排気ガスの熱エネルギの回収装置の内部において、破損片が排気ガス通路を塞いでしまう（目詰まりしてしまう）等、排気ガスの熱エネルギの回収装置を故障させる可能性がある。
【００１２】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、触媒装置の故障により排熱回収装置の二次故障を誘引させることなく、内燃機関の排熱を回収することができる排熱回収装置の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の発明に係る制御装置は、内燃機関の触媒装置の下流側に設けられた排熱回収装置を制御する。この制御装置は、触媒装置を構成する物品の切片の脱落および脱落の可能性を検知するための検知手段と、検知手段による検知結果に基づいて、排熱回収装置を制御するための制御手段とを含む。
【００１４】
第１の発明によると、触媒装置内の触媒や、触媒を保持している触媒保持体である耐熱性の高いセラミックであっても、高温に曝されて一部が溶解して切片（破断片）として脱落する場合がある。このような場合やこのような可能性がある場合には、切片が排熱回収装置に流入しないように、たとえば排気ガスを排熱回収装置をバイパスする排気通路に流して、切片を排熱回収装置に流入させない。このため、触媒装置内において切片が脱落する等の故障が発生した場合または発生する可能性がある場合には、排熱回収装置にこのような切片を含む排気ガスが流入しないので、排熱回収装置を切片により故障させることがない。その結果、触媒装置の故障により排熱回収装置の二次故障を誘引させることなく、内燃機関の排熱を回収することができる排熱回収装置の制御装置を提供することができる。
【００１５】
第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、制御手段は、切片の脱落および脱落の可能性が検知されると、排熱回収装置への排気の流入を遮断するように、排熱回収装置を制御するための手段を含む。
【００１６】
第２の発明によると、触媒保持体が高温に曝されて一部が溶解して切片（破断片）として脱落する場合やこのような可能性がある場合には、切片が排熱回収装置に流入しないように、排熱回収装置への排気ガスの流入を遮断する。これにより、切片が排熱回収装置に流入することを回避できる。このため、触媒装置内において切片が脱落する等の故障が発生した場合または発生する可能性がある場合には、排熱回収装置にこのような切片を含む排気ガスの流入を遮断できるので、排熱回収装置を切片により故障させることがない。
【００１７】
第３の発明に係る制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、制御手段は、触媒装置の下流側に設けられた分岐弁であって、排熱回収装置を迂回するバイパス通路および排熱回収装置に接続された排気通路のいずれに排気を流すのかを切り換えるための分岐弁を、バイパス通路側に切り換えるように分岐弁を制御するための手段を含む。
【００１８】
第３の発明によると、触媒保持体が高温に曝されて一部が溶解して切片（破断片）として脱落する場合やこのような可能性がある場合には、切片が排熱回収装置に流入しないように、排熱回収装置をバイパスするように分岐弁を制御して、排気ガスを排熱回収装置をバイパスさせる。これにより、切片が排熱回収装置に流入することを回避できる。このため、触媒装置内において切片が脱落する等の故障が発生した場合または発生する可能性がある場合には、このような切片を含む排気ガスは排熱回収装置をバイパスさせるので、排熱回収装置を切片により故障させることがない。
【００１９】
第４の発明に係る制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、検知手段は、触媒装置の酸素吸蔵量に基づいて、切片の脱落および脱落の可能性を検知するための手段を含む。
【００２０】
第４の発明によると、触媒装置が三元触媒である場合には、酸素吸蔵能力を有する。このため、たとえば触媒装置の前後に設けられた酸素センサにより触媒の酸素吸蔵量を検知して、この酸素吸蔵量が正常な状態でなければ、切片の脱落および脱落の可能性を検知することができる。すなわち、触媒の一部が脱落していると、所望の量の酸素を吸蔵できないため、正常と異常とを検知できる。
【００２１】
第５の発明に係る制御装置は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、内燃機関の失火を検知するための手段をさらに含む。検知手段は、失火の検知後、触媒装置が正常であると判断されるまでは、切片の脱落の可能性があると検知するための手段を含む。
【００２２】
第５の発明によると、たとえば失火が発生すると、着火しなかった混合気が触媒装置に導入されて、高温の触媒に到達したときに着火する可能性がある。このように触媒装置で着火すると高温の混合気が触媒や触媒保持体に触れて、触媒や触媒保持体の耐熱温度を越えると溶解してその一部が破損片として発生する。このため、失火の発生を、たとえば内燃機関の回転数センサが検知するパルス間隔に不当な間延びが生じていることにより検知して、その後、触媒装置の正常が確認されるまでは、切片の脱落の可能性があると検知することができる。
【００２３】
第６の発明に係る制御装置においては、第５の発明の構成に加えて、検知手段は、触媒装置の酸素吸蔵量に基づいて、触媒装置が正常であることを判断するための手段を含む。
【００２４】
第６の発明によると、失火が発生した後に、酸素吸蔵量が正常であると判断されるまでは、失火による触媒の破損の可能性があると判断できる。
【００２５】
第７の発明に係る制御装置においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、切片の脱落は、触媒の溶解による触媒装置の破損に起因するものである。
【００２６】
第７の発明によると、高温の排気ガスにより触媒が溶解することによる触媒保持体の切片の脱落や脱落の可能性を検知することができる。
【００２７】
第８の発明に係る制御装置は、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、車両に搭載されるものである。
【００２８】
第８の発明によると、車両に搭載されたエンジンの排気熱を回収する排熱回収装置における、触媒装置の故障に起因する二次故障を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。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。
【００３０】
図１に示すように、本実施の形態に係る内燃機関の排熱回収装置が搭載されたエンジンシステムについて説明する。なお、本発明に係る排熱回収装置の制御装置は、車両に搭載されるものに限定されず、たとえば内燃機関で電力を発生させるシステムであって、内燃機関で大気汚染物質（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ）を発生して、それを触媒装置で除去した後に排熱回収するシステムにも適用できる。
【００３１】
図１に示すように、このエンジンシステムは、エンジン１５０と、吸気系１５２と、排気系１５４と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とを含む。吸気系１５２は、吸気通路１１０と、エアクリーナ１１８と、吸気温センサ１０４と、スロットルモータ１１４と、スロットル弁１１２と、スロットルポジションセンサ１１６とを含む。
【００３２】
エアクリーナ１１８から吸気された空気は、吸気通路１１０を通り、エンジン１５０に流通する。吸気通路１１０の途中には、スロットル弁１１２が設けられる。スロットル弁１１２は、スロットルモータ１１４が作動することにより開閉される。このとき、スロットル弁１１２の開度は、スロットルポジションセンサ１１６により検知することが可能となる。エアクリーナ１１８とスロットル弁１１２との間における吸気通路には、吸気温センサ１０４が設けられており、吸気された空気の温度を検知する。吸気温センサ１０４は、検知した吸気温を、吸気温検知信号としてＥＣＵ１００に送信する。
【００３３】
エンジン１５０は、冷却水通路１２２と、シリンダブロック１２４と、インジェクタ１２６と、ピストン１２８と、クランクシャフト１３０と、水温センサ１０６とを含む。
【００３４】
シリンダブロック１２４の気筒数に対応した数のシリンダ内には、それぞれピストン１２８が設けられる。ピストン１２８上部の燃焼室において、インジェクタ１２６から噴射された燃料と吸気通路１１０を通って吸気された空気との混合気が点火プラグ（図示せず）の点火により燃焼する。燃焼が生じると、ピストン１２８が押し下げられる。このとき、ピストン１２８の上下運動は、クランク機構を介して、クランクシャフト１３０の回転運動に変換される。
【００３５】
シリンダブロック１２４内には、冷却水通路１２２が設けられており、ウォータポンプ（図示せず）の作動により、冷却水が循環する。この冷却水通路１２２内の冷却水は、冷却水通路１２２に接続されたラジエータ（図示せず）へと流通して冷却ファン（図示せず）により放熱される。冷却水通路１２２の通路上には水温センサ１０６が設けられており、冷却水通路１２２内の冷却水の温度を検知する。水温センサ１０６は、検知した水温を、水温検知信号としてＥＣＵ１００に送信する。
【００３６】
排気系１５４は、排気通路１０８と、第１の空燃比センサ１０２Ａと、第２の空燃比センサ１０２Ｂと、三元触媒コンバータ１２０と、排熱回収装置２００と、消音装置（マフラー）３００とを含む。三元触媒コンバータ１２０の上流側に第１の空燃比センサ１０２Ａが設けられ、三元触媒コンバータ１２０の下流側に第２の空燃比センサ１０２Ｂが設けられる。
【００３７】
エンジン１５０の排気側に接続された排気通路１０８は、三元触媒コンバータ１２０および排熱回収装置２００に接続される。すなわち、エンジン１５０において燃焼室内の混合気の燃焼により生じる排気ガスは、まず、三元触媒コンバータ１２０に流入する。三元触媒コンバータ１２０に流入した排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯは、三元触媒コンバータ１２０において酸化される。また、三元触媒コンバータ１２０に流入した排気ガス中に含まれるＮＯｘは、三元触媒コンバータ１２０において、還元される。この三元触媒コンバータ１２０は、エンジン１５０の近くに設置され、エンジン１５０の冷間始動時においても速やかに昇温されて触媒機能を発現する。
【００３８】
さらに、排気ガスは、排熱回収を目的として、三元触媒コンバータ１２０から排熱回収装置２００に送られる。この排熱回収装置の詳細な構造については後述する。排熱回収装置２００に排気ガスを流入させるか否かは、ＥＣＵ１００が切換弁２０２（電磁弁）を制御することにより切り換えることができる。触媒コンバータ１２０の下流側には、この切換弁２０２と、切換弁２０２に接続された排熱回収装置２００に排気ガスを連通させる排熱回収通路２０４と、切換弁２０２に接続された排熱回収装置２００から排気ガスを迂回させるバイパス通路２０６とが設けられている。さらに、これらの通路の合流点より下流側に消音装置（マフラー）３００が設けられる。さらに、バイパス通路２０６の途中には排気ガスの逆流を防ぐための逆止弁２０８が設けられる。
【００３９】
三元触媒コンバータ１２０の上流側に設けられた第１の空燃比センサ１０２Ａ、三元触媒コンバータ１２０の下流側に設けられた第２の空燃比センサ１０２Ｂは、三元触媒コンバータ１２０の前後における排気ガス中に含まれる酸素濃度を検知して、排気ガス中に含まれる燃料と空気との比、いわゆる空燃比を検知することができる。
【００４０】
第１の空燃比センサ１０２Ａおよび第２の空燃比センサ１０２Ｂは、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流を発生させる。この電流は、たとえば電圧に変換されてＥＣＵ１００に入力される。したがって、第１の空燃比センサ１０２Ａの出力信号から三元触媒コンバータ１２０の上流における排気ガスの酸素濃度や空燃比を検知することができ、第２の空燃比センサ１０２Ｂの出力信号から三元触媒コンバータ１２０の下流における酸素濃度や排気ガスの空燃比を検知することができる。これらの第１の空燃比センサ１０２Ａおよび第２の空燃比センサ１０２Ｂは、空燃比がリーンのときには、たとえば０．１Ｖ程度の電圧を発生し、空燃比がリッチのときには０．９Ｖ程度の電圧を発生するものである。これらの値に基づいて空燃比に換算した値と、空燃比のしきい値とを比較して、ＥＣＵ１００による空燃比制御が行なわれる。
【００４１】
三元触媒コンバータ１２０は、空燃比がほぼ理論空燃比のときにＨＣ，ＣＯを酸化しつつＮＯｘを還元する機能、すなわちＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを同時に浄化する機能を有する。上述したように、これらの三元触媒コンバータ１２０は酸素ストレージ機能（酸素吸蔵機能）、すなわち、その内部に酸素をストレージする機能を有し、この酸素ストレージ機能によって、たとえ空燃比が理論空燃比から乖離したしても三元触媒コンバータ１２０によってＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを浄化することができる。この酸素のストレージ作用は、三元触媒コンバータ１２０内に含まれるセリウムＣｅによって行なわれる。
【００４２】
セリウムＣｅは金属単体の状態であると不安定であり、酸素が結合するとセリアＣｅＯ2となって安定する。したがってセリウムＣｅの周囲に酸素が存在すれば、すなわち空燃比がリーンであれば直ちに酸素を奪ってセリアＣｅＯ2となる。一方、空燃比がリッチになると、すなわち排気ガス中に多量の未燃焼のＨＣ，ＣＯが存在するとこれら未燃焼のＨＣ，ＣＯはセリアＣｅＯ2から酸素を奪い、したがってセリアＣｅＯ2は再び不安定なセリウムＣｅとなる。この場合、セリウムＣｅが周囲から酸素を奪うのに要する時間は極めて短かく、すなわち酸素の吸蔵速度は極めて速く、これに対して未燃焼のＨＣ，ＣＯがセリアＣｅＯ2から酸素を奪うのに要する時間は若干長いこと、すなわち酸素の脱離速度は吸蔵速度に比べて遅いことが判明している。
【００４３】
このように空燃比がリーンになると排気ガス中から酸素が奪われるので排気ガス中に含まれるＮＯｘが還元せしめられ、空燃比がリッチになると排気ガスの未燃焼のＨＣ，ＣＯがセリアＣｅＯ2から酸素を奪うので未燃焼のＨＣ，ＣＯが酸化せしめられる。したがっ
て空燃比が理論空燃比からずれたとしてもＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを浄化することができる。ただし、この場合、ＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを浄化することができるのは、空燃比がリーンになったときに三元触媒コンバータ１２０が酸素をストレージしうる状態になければならず、空燃比がリッチになったときに三元触媒コンバータ１２０がある程度の酸素をストレージしていなければならないことになる。
【００４４】
三元触媒コンバータ１２０がストレージしうる酸素量には限度があり、三元触媒コンバータ１２０はストレージしうる酸素量以上の酸素はストレージすることができない。
【００４５】
三元触媒コンバータ１２０にストレージされている酸素量は直接計測することはできず、したがって、この酸素量は、たとえば第１の空燃比センサ１０２Ａおよび第２の空燃比センサがそれぞれ検知した酸素濃度に基づいて計算することによって求められる。通常は、酸素のストレージ量が零のときを基準として酸素のストレージ量を算出するようにしている。なお、三元触媒コンバータ１２０にストレージされている酸素量（酸素吸蔵量）の算出方法は、このような方法に限定されない。
【００４６】
酸素のストレージ量が最大であるということは、三元触媒コンバータ１２０にストレージされている酸素が全く脱離していないことを意味している。このような酸素のストレージ量は、ＯＳＣ（Oxygen Storage Capacity）として表される。したがってＯＳＣが零であるということは脱離可能な酸素が全部脱離しているときを示している。ＯＳＣが最大のときということは、ストレージできる可能な限りの酸素をストレージしているときを示している。
【００４７】
このような酸素ストレージ機能を有する、三元触媒コンバータ１２０の酸素ストレージ量が最適な状態となり所望の触媒機能を発現できるように、ＥＣＵ１００はエンジン１５０の燃焼室内の空燃比を制御する。
【００４８】
三元触媒コンバータ１２０において、その内部構造が正常であれば、ＥＣＵ１００による制御により最適な酸素のストレージ量（酸素吸蔵量）になっているが、ＥＣＵ１００によりこのように制御されても、触媒コンバータ１２０の内部の触媒保持体であるモノリス構造体が破損すると、最適な酸素量をストレージできない。ＥＣＵ１００は、たとえば、第１の空燃比センサ１０２Ａの検知結果と第２の空燃比センサ１０２Ｂの検知結果とに基づいて、最適な酸素量をストレージできていないことに基づいて、三元触媒コンバータ１２０の一部が破損していると判断することができる。このような破損の原因は、エンジン１５０で、たとえば失火が発生すると、着火しなかった混合気が三元触媒コンバータ１２０に導入されて、高温の三元触媒コンバータ１２０に到達したときに着火する可能性がある。このように三元触媒コンバータ１２０で着火すると高温の混合気が触媒や触媒保持体に触れて、触媒や触媒保持体の耐熱温度を越えると溶解してその一部が破損片として発生する。この破損片は、三元触媒コンバータ１２０の下流側に設けられた排熱回収装置２００に流入する可能性がある。なお、破損片の発生原因は失火に限定されるものではない。たとえば、エンジ１５０の点火時期が遅角制御されていたり、可変バルブタイミング機構により吸気バルブが開くタイミングが早められていたりすると、着火した高温の排気ガスが早期に三元触媒コンバータ１２０に到達するので、触媒や触媒保持体を溶解させて破損片を発生させることも考えられる。
【００４９】
ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ１３２からの検知信号に基づいて、エンジン１５０の失火を検知できる。エンジン１５０に失火が生じているか否かは、クランクポジションセンサ１３２の検知信号であるパルスの間隔に不当な間延びが生じていないかに基づいて判断することができる。なお、クランクポジションセンサ１３２ではなくエンジン回転数センサであってもよい。
【００５０】
図２および図３に排熱回収装置２００の断面図を示す。図２および図３は、基本的には同じ構造を有する。排気ガス側に設けられる放熱フィンの形状および間隔が異なる。この排熱回収装置２００は、排気ガスの熱を効率的に放熱するための放熱フィン２１０が多数設けられる。図２および図３に示す放熱フィン２１０は、排気ガスが流れる際の流体抵抗を低減させるために、らせん状の形状を有する。ただし、放熱フィン２１０の形状は、らせん状に限定されない。この放熱フィン２１０に排気ガスが当たるように排気ガス通路２１２が形成される。
【００５１】
放熱フィン２１０は、排熱回収冷却水側の吸熱フィン２２０と密着して設けられる。吸熱フィン２２０も放熱フィンと同様に多数設けられる。この吸熱フィン２２０に排熱回収冷却水が当たるように排熱回収冷却水通路２２２が形成される。排熱回収冷却水は、図１に示すように排気ガスの下流側から上流側に流通される。ただし、この排熱回収冷却水を流す方向は限定されない。
【００５２】
高温の排気ガスが排気ガス通路２１２を通って放熱フィン２１０により熱が奪われる。排気ガスの排熱は、排気ガス側の放熱フィン２１０に熱伝達され、放熱フィン２１０から排熱回収冷却水側の吸熱フィン２２０に熱伝達され、吸熱フィン２２０から排熱回収冷却水通路２２２を流れる冷却水に熱伝達される。このようにして、排気ガスの排熱が回収される。
【００５３】
いずれのフィンも熱交換効率が向上するような形状および素材（熱伝導率の高い素材）で形成される。このように放熱フィン２１０が形成されるので、特に、図２に示す排気ガス通路２１２が狭い形状になっている。このような狭い排気ガス通路２１２に触媒コンバータ１２０の破断片が流入すると、排気ガス通路２１２を目詰まりさせる可能性があり、このような場合、排熱回収装置２００の二次故障を引き起こす。また、図３に示す排気ガス通路２１２のように、排気ガス通路２１２が狭い形状でない場合においても、破断片が放熱フィン２１０に高温高速で衝突して、放熱フィン２１０を破損させる可能性があり、このような場合、排熱回収装置２００の二次故障を引き起こす。本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ１００は、このような排熱回収装置２００の二次故障を回避する。
【００５４】
なお、図２および図３に示した排熱回収装置２００は一例であって、このような形状に限定されるものではない。また、これらのフィンとは別に、またはこれらのフィンに加えて、熱発電素子を設けるようにしてもよい。どのような構造を有する排熱回収装置であっても、三元触媒コンバータ１２０から排熱回収装置２００に触媒や触媒保持体の破損片が流入すると、目詰りや構成部品の破損等により排熱回収装置２００が二次故障を誘引してしまう可能性があることが前提である。
【００５５】
図４を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ１００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００５６】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＵ１００は、触媒劣化判定処理（酸素吸蔵量変化）を実行する。この処理においては、第１の空燃比センサ１０２Ａおよび第２の空燃比センサ１０２Ｂによる検知信号を監視して、三元触媒コンバータ１２０において吸蔵された酸素量が変化した場合に、その酸素吸蔵量が予め定められたしきい値を下回っていると、三元触媒コンバータ１２０が劣化している（三元触媒コンバータ１２０の一部が破損している）と判定する。
【００５７】
Ｓ２００にて、ＥＣＵ１００は、三元触媒コンバータ１２０が劣化しているか否かを判断する。三元触媒コンバータ１２０の酸素吸蔵量が下限しきい値を下回っていると劣化していると判断され（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ３００へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ４００へ移される。
【００５８】
Ｓ３００にて、ＥＣＵ１００は、触媒劣化フラグをセットする。もし、触媒劣化フラグがセット状態であればその状態を維持する。Ｓ３００の処理の後、処理はＳ７００へ移される。
【００５９】
Ｓ４００にて、ＥＣＵ１００は、触媒劣化フラグをリセットする。もし、触媒劣化フラグがリセット状態であればその状態を維持する。Ｓ４００の処理の後、処理はＳ５００へ移される。
【００６０】
Ｓ５００にて、ＥＣＵ１００は、エンジン１５０の失火を検出したか否かを判断する。このとき、クランクポジションセンサ１３２の検知信号であるパルスの間隔に不当な間延びがあると、エンジン１５０に失火が生じていると判断される。エンジン１５０の失火を検出すると（Ｓ５００にてＹＥＳ）、処理はＳ６００へ移される。もしそうでないと（Ｓ５００にてＮＯ）、処理はＳ８００へ移される。
【００６１】
Ｓ６００にて、ＥＣＵ１００は、触媒劣化フラグがセットされているか否かを判断する。触媒劣化フラグがセットされていると（Ｓ６００にてＹＥＳ）、処理はＳ７００へ移される。もしそうでないと（Ｓ６００にてＮＯ）、処理はＳ８００へ移される。
【００６２】
Ｓ７００にて、ＥＣＵ１００は、エンジン１５０の排気ガスからの排熱の回収を禁止する処理を行なう。このとき、ＥＣＵ１００は、三元触媒コンバータ１２０の下流側通路とバイパス通路２０６とが連通するように、切換弁２０２を制御する。
【００６３】
Ｓ８００にて、ＥＣＵ１００は、エンジン１５０の排気ガスからの排熱の回収処理を行なう。このとき、ＥＣＵ１００は、三元触媒コンバータ１２０の下流側通路と排熱回収通路２０４とが連通するように、切換弁２０２を制御する。
【００６４】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る排熱回収装置の制御装置を実現するＥＣＵ１００の動作について説明する。
【００６５】
エンジン１５０が作動中において、三元触媒コンバータ１２０により、排気ガスが浄化される。ＥＣＵ１００は、第１の空燃比センサ１０２Ａによる検知信号および第２の空燃比センサ１０２Bによる検知信号を監視して、三元触媒コンバータ１２０の一部が破損して、三元触媒コンバータ１２０が劣化していないか否かを判定する（Ｓ１００）。
【００６６】
三元触媒コンバータ１２０が劣化していると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、触媒劣化フラグがセットされ（Ｓ３００）、切換弁２０２により三元触媒コンバータ１２０の下流側通路とバイパス通路２０６とが連通され、排熱回収が禁止される（Ｓ７００）。このようにすると、三元触媒コンバータ１２０から触媒や触媒保持体の一部が破損していても、その破損片が排熱回収装置２００に流入することがない。
【００６７】
三元触媒コンバータ１２０が劣化していないと（Ｓ２００にてＮＯ）、触媒劣化フラグがリセットされる（Ｓ４００）。エンジン１５０において失火が発生していないか（Ｓ５００にてＮＯ）、またはエンジン１５０において失火が発生しているが（Ｓ５００にてＹＥＳ）触媒劣化フラグがセットされていないと（失火したが劣化していないと）（Ｓ６００にてＮＯ）、排熱回収処理が行なわれる（Ｓ８００）。このとき、切換弁２０２により三元触媒コンバータ１２０の下流側通路と排熱回収通路２０４とが連通され、排熱回収が行なわれる（Ｓ８００）。このようにすると、三元触媒コンバータ１２０から触媒や触媒保持体の一部が破損していないので、その破損片が排熱回収装置２００に流入することがないため、二次故障を誘引することなく、排気ガスの排熱を回収できる。
【００６８】
さらに、エンジン１５０において失火が発生しているが（Ｓ５００にてＹＥＳ）触媒劣化フラグがセットされている状態が継続していると（Ｓ６００にてＹＥＳ）、切換弁２０２により三元触媒コンバータ１２０の下流側通路とバイパス通路２０６とが連通され、排熱回収が禁止される（Ｓ７００）。すなわち、一旦失火が検知された後は、触媒劣化が判定されなくなるまでは三元触媒コンバータ１２０から破断片が発生する可能性があるので、排熱回収が禁止される。
【００６９】
以上のようにして、本実施の形態に係る排熱回収装置の制御装置によると、三元触媒コンバータ内の触媒や触媒を保持している触媒保持体が、高温に曝されて一部が溶解して破断片として脱落する場合がある。このような場合やこのような可能性がある場合には、破断片が排熱回収装置に流入しないように、排気ガスを排熱回収装置を迂回するバイパス通路に流して、破断片を排熱回収装置に流入させないようにできる。このため、三元触媒コンバータ内において破断片が脱落する等の故障が発生した場合または発生する可能性がある場合には、排熱回収装置にこのような破断片を含む排気ガスが流入しないので、三元触媒コンバータの故障により排熱回収装置の二次故障を誘引させることなく、内燃機関の排熱を回収することができる。
【００７０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態に係る排熱回収装置の制御装置が搭載される車両のエンジンシステムの構成を示す図である。
【図２】排熱回収装置の一例を示す断面図（その１）である。
【図３】排熱回収装置の一例を示す断面図（その２）である。
【図４】図１のＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
１００  ＥＣＵ、１０２Ａ  第１の空燃比センサ、１０２Ｂ  第２の空燃比センサ、１０４  吸気温センサ、１０６  水温センサ、１０８  排気通路、１１０  吸気通路、１１２  スロットル弁、１１４  スロットルモータ、１１６  スロットルポジションセンサ、１１８  エアクリーナ、１２０  三元触媒コンバータ、１２２  冷却水通路、１２４  シリンダブロック、１２６  インジェクタ、１２８  ピストン、１３０  クランクシャフト、１３２  クランクポジションセンサ、１５０  エンジン、１５２  吸気系、１５４  排気系、２００  排熱回収装置、２０２  切換弁、２０４  排熱回収通路、２０６  バイパス通路、２０８  逆止弁、２１０  放熱フィン、２１２  排気ガス通路、２２０  吸熱フィン、２２２  排熱回収冷却水通路。
【図１】
2006070792.tif 000003
【図２】
2006070792.tif 000004
【図３】
2006070792.tif 000005
【図４】
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