(57)【要約】【課題】触媒をより迅速に加熱する。【解決手段】熱交換器（１２）が、内燃機関（４）の排気経路（６）内で触媒（８）の後方に配置されており、該触媒（８）を通してバーナ（１０）の高温の燃焼ガスが供給可能であるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、該内燃機関の排気経路に配置された触媒とを備えた自動車用の加熱システム及び／又は冷却システムであって、触媒の手前で内燃機関の排気経路に接続されたバーナと、該バーナにおいて生ぜしめられた熱を自動車の加熱回路及び／又は冷却回路へ伝達するための熱交換器とが設けられている形式のものにおいて、
熱交換器（１２）が、内燃機関（４）の排気経路（６）内で触媒（８）の後方に配置されており、該触媒（８）を通してバーナ（１０）の高温の燃焼ガスが供給可能であることを特徴とする、自動車用の加熱システム及び／又は冷却システム。
【請求項２】
熱交換器（１２）の前後で排気経路（６）に開口する閉鎖可能なバイパス導管（５２）が設けられている、請求項１記載の加熱システム及び／又は冷却システム。
【請求項３】
バイパス導管（５２）に制御可能なスロットル弁（５４）が設けられている、請求項２記載の加熱システム及び／又は冷却システム。
【請求項４】
バイパス導管（５２）と熱交換器（１２）とが、拡張された排気管（４６）によって取り囲まれている、請求項２又は３記載の加熱システム及び／又は冷却システム。
【請求項５】
熱交換器（１２）が内燃機関（４）の冷媒回路（２８）に接続されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の加熱システム及び／又は冷却システム。
【請求項６】
熱交換器（１２）が、自動車の加熱装置の加熱回路に接続されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の加熱システム及び／又は冷却システム。
【請求項７】
熱交換器（１２）が、自動車の空調装置の吸収式冷凍機（２０）に接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の加熱システム及び／又は冷却システム。
【請求項８】
吸収式冷凍機（２０）の排除器（８８）に、熱交換器（１２）で加熱されたエンジン用冷媒を供給することができる、請求項７記載の加熱システム及び／又は冷却システム。
【請求項９】
吸収式冷凍機が、内燃機関の排気ガス再循環装置若しくは排気ガス再循環導管を冷却するために使用される、請求項７又は８記載の加熱システム及び／又は冷却システム。
【請求項１０】
吸収式冷凍機が、内燃機関のターボチャージャ（５８）のチャージエアを冷却するために使用される、請求項７から９までのいずれか１項記載の加熱システム及び／又は冷却システム。
【請求項１１】
排気経路（６）内で触媒（８）の手前に配置された内燃機関のターボチャージャ（５８）の排気タービン（６２）に、バーナ（１０）の高温の燃焼ガスを供給することができる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の加熱システム及び／又は冷却システム。
【請求項１２】
排気タービン（６２）の傍らを案内される、制御機関（６６）によって閉鎖可能なバイパス導管（６４）が設けられている、請求項１１記載の加熱システム及び／又は冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と、該内燃機関の排気経路に配置された触媒とを備えた自動車用の加熱システム及び／又は冷却システムであって、触媒の手前で内燃機関の排気経路に接続されたバーナと、該バーナにおいて生ぜしめられた熱を自動車の加熱回路及び／又は冷却回路へ伝達するための熱交換器とが設けられている形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような形式の加熱システムは、既に同一出願人のドイツ連邦共和国特許出願公開第１０００５４９０号明細書から公知である。この公知の加熱システムの場合、熱交換器がバーナの燃焼室を取り囲んでおり且つ循環ポンプを介して内燃機関の冷媒回路に接続されているので、内燃機関の始動前の低い周辺温度において、内燃機関の冷媒がバーナによって加熱され、次いで内燃機関を予熱し且つ／又は補助ヒータとして車両内室若しくは自動車ガラスを暖めるために、内燃機関及び／又は自動車の加熱装置の加熱式熱交換器に供給可能である。
【０００３】
循環ポンプの運転中、バーナにおいて発生した高温の燃焼ガスは、内燃機関の冷媒との熱交換に基づいて少なからず冷却され、その後、当該の燃焼ガスは燃焼室から流出して排気マニホールドの領域で内燃機関の排気経路に導入される。自動車が周辺温度の低いときに比較的長時間停止された場合は特に、前記燃焼ガスが低温の排気マニホールドで更に冷却され、その後当該の燃焼ガスは触媒に到達する。これにより、触媒には僅かな熱しか供給されないので、触媒は緩やかにしか加熱されない。しかし、将来的な排気限界値を遵守するためには、触媒のより迅速な加熱が必要とされている。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０００５４９０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、公知の欠点を回避することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題を解決するために本発明では、熱交換器が、内燃機関の排気経路内で触媒の後方に配置されており、該触媒を通してバーナの高温の燃焼ガスが供給可能であるようにした。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の特徴部に記載の構成を有する本発明による加熱システム及び／又は冷却システムは、触媒の極めて迅速な加熱が可能になるという利点を提供する。それというのも、触媒を通流するバーナの燃焼ガスが、触媒に到達する前は僅かにしか冷却されないからである。本発明の根底を成す思想は、バーナの高温の燃焼ガスを、まず最初は触媒を加熱するために使用し、これにより、触媒をできるだけ迅速に排気浄化のために必要とされる高い運転温度にもたらし、次いで初めて当該の燃焼ガスを内燃機関を加熱し且つ／又は自動車を暖房するために利用するという点にある。触媒の熱容量は内燃機関の熱容量に比べて比較的小さいので、前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１０００５４９０号明細書に記載の従来技術に基づく装置との比較において、内燃機関若しくは加熱装置に対する熱供給を著しく減少させること無く、触媒のより一層迅速な加熱が達成され得る。
【０００７】
本発明の有利な構成では、内燃機関を加熱するための熱交換器が内燃機関の冷媒回路に接続されているので、内燃機関の冷媒が熱交換器において加熱された後に直接に内燃機関の冷媒通路又は冷媒室へ供給可能であり、これにより、内燃機関の温度が、有害物質エミッション及び燃費を低減させるために、コールドスタート前に高められる。
【０００８】
本発明の別の有利な構成では、熱交換器が自動車の補助ヒータの一部をも形成しており、このために有利には自動車の加熱装置の加熱回路に接続されているので、周辺温度が低い場合は、自動車のガラス、シート及び／又は乗員室を補助ヒータによって加熱することにより車両始動前に走行安全性を改善するか、若しくは快適性を向上させるために、バーナの高温の燃焼ガスの熱を利用することができる。
【０００９】
走行駆動装置としての電動機の運転時に自動車を加熱するための十分な熱量が発生されないハイブリッド駆動装置を有する自動車の場合は、加熱通路に接続された熱交換器が補助ヒータの一部も形成しており、この補助ヒータでは電動機の作動中にバーナを運転開始することによって所要の熱量が形成される。バーナが周辺温度の低いときに、ほぼ電動機の運転時間全体にわたって熱形成のために使用されると、触媒の後方に熱交換器を配置することは、触媒が常に最適な運転温度に保持され、これにより、続いて内燃機関を運転開始する際に排気限界値を超える恐れがないという利点も有している。周辺温度が高く補助ヒータが不要な場合は、バーナが有利には内燃機関の運転開始直前に一時的に作動され、これにより触媒を予熱する。
【００１０】
本発明の更に別の有利な構成では、熱交換器が自動車の空調装置の吸収式冷凍機に接続されている。このことは、一方では周辺温度が高い場合に、車両バッテリの放電の危険を生ぜしめること無しに、バーナの運転開始により車両の補助温度調節を可能にする。熱交換器は内燃機関の運転中、該内燃機関の高温の排気によって通流されるので、当該手段により自動車の運転中も、コンベンショナルな空調装置により惹起される内燃機関の比較的高い燃費若しくは出力ロス無しで、自動車の温度調節が可能である。他方では、吸収式冷凍機は択一的又は付加的に、内燃機関の排気ガス再循環装置を冷却し且つ／又はターボエンジンに標準装備されるインタクーラのチャージエアを冷却するためにも使用され得る。
【００１１】
本発明の更に別の有利な構成では、バーナの高温の燃焼ガスのエネルギは、ターボチャージャを備えた自動車の場合、ターボチャージャの排気タービンを駆動するために使用され、これにより、内燃機関の低回転数領域における「ターボホール（Ｔｕｒｂｏｌｏｃｈ）」が防止される。このためには、ターボチャージャの排気タービンが有利には内燃機関の排気経路内で触媒の手前に配置されており、これにより、バーナの高温の燃焼ガスは必要な場合に排気タービンを通って案内され得る。コールドスタートに際して前記燃焼ガスが排気タービンを通って案内されることを防止するために、有利には燃焼ガスを排気タービンの傍らを通して案内することのできるバイパス導管が設けられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１３】
内燃機関４（部分的にのみ図示）と、この内燃機関４の排気経路６内に配置された触媒８とを備えた図示の自動車の加熱システム及び／又は冷却システム２は、主として触媒８の手前で排気経路６に接続されたバーナ１０と、触媒８の後方で排気経路６に配置された熱交換器１２とから成っており、この熱交換器１２は、電気的な循環ポンプ１４、調整弁１６，１８、自動車のエアコンディショナの吸収式冷凍機２０、自動車の加熱装置の加熱式熱交換器２２及び内燃機関４のシリンダ２６内の冷却通路２４と相俟って、内燃機関４の冷媒が通流する加熱回路及び冷却回路２８を形成している。
【００１４】
バーナ１０は主として燃焼室３０から成っており、この燃焼室３０はベローズとして形成された排気導管３２を介して、内燃機関４の排気通路３４と結合された排気マニホールド３６に接続されている。燃焼室３０は、必要な場合には噴射弁３８を介して燃料を供給可能であり、この燃料は燃焼室３０において空気供給下で燃焼する。燃焼室３０に空気供給するためにはファン４０が設けられており、このファン４０は導管４２と制御弁４４とを介して燃焼室３０と接続されている。
【００１５】
熱交換器１２は主として拡張された排気管４６から成っており、この排気管４６は複数の冷却リブ４８（クーリングチューブとして簡略化して図示）が装備された熱交換器室５０と、バイパス通路５２とを取り囲んでいる。熱交換器室５０とバイパス通路５２とは、排気フラップ５４及び調整可能な制御弁５６を介して選択的に排気経路６に接続可能である。このようにして、内燃機関４の排気若しくはバーナ１０の燃焼ガスは触媒８を通過した後、加熱回路及び冷却回路２８において冷媒と熱交換するために熱交換器室５０を通って案内されるか、又はバイパス通路５２を通って熱交換器１２の傍らを通過案内されてよい。
【００１６】
内燃機関４はターボチャージャ５８を有しており、このターボチャージャ５８は内燃機関４の低回転数領域において、付加的にバーナ１０の高温の燃焼ガスによって駆動され得る。この目的のために、燃焼室３０は自動車の運転手による加速要求時に一時的に燃料と空気を供給され、これにより燃料／空気混合物は点火補助装置６０による点火後に燃焼する。燃焼室３０内での燃焼に際して発生した高温の燃焼ガスは、内燃機関４の排気と同じく、排気経路６に配置されたターボチャージャ５８の排気タービン６２を通って案内される。この排気タービン６２を通るガス量を調整するためには、排気マニホールド３６の、排気タービン６２を迂回するバイパス導管６４に制御機関６６が設けられており、この制御機関６６は電子制御可能な調節部材６８によって操作可能である。排気タービン６２にバーナ１０からの燃焼ガスを供給することによって、排気タービン６２と接続されたチャージコンプレッサ７０の回転数延いては内燃機関の低回転数領域において内燃機関４の吸気通路７２内のチャージ圧が高められ、これにより、「ターボホール」が防止され得る。
【００１７】
内燃機関４の停止時には制御機関６６が開放されているので、触媒８及び内燃機関４を加熱し且つ／又は乗員室を暖房するためのバーナ１０の運転開始時に、燃焼室３０に発生した高温の燃焼ガスが排気導管３２、排気マニホールド３６及びバイパス導管６４を通って直接に触媒８へ案内され、これにより、触媒８は内燃機関の排気が供給される前の、内燃機関４のコールドスタート前に（又はハイブリッドエンジンの場合は電動機が比較的長く作動した後に）、短時間で最適な運転温度に加熱され得る。
【００１８】
触媒８から流出するやや冷却された燃焼ガスは熱交換器１２に供給される。この熱交換器１２において前記燃焼ガスは、図示の排気フラップ５４の位置において熱交換器室５０を通って案内される。この場合、燃焼ガスの熱の大部分は、冷却リブ４８を介して対流内を案内される内燃機関４の冷媒に供給され、これにより、この冷媒を加熱する。次いで、加熱された冷媒は、始動前に内燃機関４を暖めるか若しくは乗員室を暖房するために、調整弁１６，１８を介して内燃機関４の冷却通路２４及び／又は加熱式熱交換器２２に供給される。
【００１９】
内燃機関４の始動後はその排気が熱交換器１２を通って流れるので、冷媒の加熱が助成される。バーナ１０は内燃機関４の始動時に遮断されるか、又は場合によっては乗員室をより迅速に暖めるために、更に短時間引き続き運転されてよい。乗員室が所望の温度に達すると、排気をバイパス通路５２を通して案内するためにバーナ１０が遮断され且つ排気フラップ５４が完全に又は部分的に閉じられてよい。
【００２０】
図示の加熱システム及び／又は冷却システム２によって、周辺温度が高い場合でも、吸収式冷凍機２０において周辺空気が乗員室へ供給される前に冷却されることにより、乗員室の補助温度調節が可能である。
【００２１】
このために吸収式冷凍機２０は図２に示したように、凝縮器７６及び蒸発器７８を備えた冷媒の通流する冷媒分岐部７４と、溶剤の通流する溶剤分岐部８０と、溶剤中の冷媒溶液が通流する、循環ポンプ８４を備えた２成分分岐部８２とを有している。３つの分岐部７４，８０，８２は、それぞれ吸収器８６及び排除器８８内を一緒に案内されている。吸収器８６において冷媒は溶剤によって吸収され且つ排除器８８においてエネルギ供給下で溶剤から分離される。このことは、冷媒によって濃化された溶剤が加熱されることに基づいて行われ、この場合、冷媒は蒸発して液体分離器（図示せず）により、一緒に案内された溶剤残留物から分離されてよい。濃化された溶剤を加熱するためには、熱交換器１２から排除器８８に供給される、内燃機関４の加熱された冷媒が役立つ。
【００２２】
次いで、冷媒は凝縮器７６において冷却され且つ液化された後に、調整弁９０によって蒸発圧へと放圧され且つ蒸発器７８において蒸発させられる。この場合、蒸発器７８において周辺空気が冷却されて、乗員室の温度を調節するために該乗員室に供給され得る。溶剤は冷媒から分離された後、弁９２によって吸収器８６内の圧力へ放圧され且つ冷却されてから、吸収器８６へ案内される。この吸収器８６では、蒸発器７８から供給される冷媒が再度吸収され得る。濃化された溶剤は、循環ポンプ８４によって排除器８８へ圧送し戻される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による自動車用の加熱システム及び／又は冷却システムの概略図である。
【図２】加熱システム及び／又は冷却システムの一部を形成する、自動車のエアコンディショナの吸収式冷凍機の概略図である。
【符号の説明】
【００２４】
２  加熱システム及び／又は冷却システム、  ４  内燃機関、  ６  排気経路、  ８  触媒、  １０  バーナ、  １２  熱交換器、  １４  循環ポンプ、  １６，１８  調整弁、  ２０  吸収式冷凍機、  ２２  加熱式熱交換器、  ２４  冷却通路、  ２６  シリンダ、  ２８  加熱回路・冷却回路、  ３０  燃焼室、  ３２  排気導管、  ３４  排気通路、  ３６  排気マニホールド、  ３８  噴射弁、  ４０  ファン、  ４２  導管、  ４４  制御弁、  ４６  排気管、  ４８  冷却リブ、  ５０  熱交換器室、  ５２  バイパス通路、  ５４  排気フラップ、  ５６  制御弁、  ５８  ターボチャージャ、  ６０  点火補助装置、  ６２  排気タービン、  ６４  バイパス導管、  ６６  制御機関、  ６８  調節部材、  ７０  チャージコンプレッサ、  ７２  吸気通路、  ７４  冷媒分岐部、  ７６  凝縮器、  ７８  蒸発器、  ８０  溶剤分岐部、  ８２  ２成分分岐部、  ８４  循環ポンプ、  ８６  吸収器、  ８８  排除器、  ９０  調整弁、  ９２  弁
【図１】
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【図２】
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