(57)【要約】【課題】外部の温度環境の影響を受けないで、温度を制御可能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置１１は、エネルギ変換部３０および排気温度制御部４０を備える。エネルギ変換部３０は、エンジン１の排気流路に設けられ、エンジン１から流れる排気のエネルギを変換可能である。排気温度制御部４０は、エネルギ変換部３０によって排気から変換されたエネルギを用いて、排気浄化装置５に流れる排気を加熱または冷却可能で、浄化装置温度Ｔｃを制御可能である。排気浄化装置１１では、燃料の燃焼エネルギを用いずに、排気浄化装置５を加熱できるため、エンジン１の燃費が良くなる。また、排気浄化装置１１では、吸気量を増加して冷却する必要がないため、エンジン１の性能が良くなる。したがって、排気浄化装置１１は、エンジン１の性能を悪化させないで、浄化装置温度Ｔｃを適切に制御できる。【選択図】図３
2018162687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）からの排気を浄化可能な排気浄化装置（１１、１２、１３、１４、１５）であって、
前記内燃機関（１）からの排気を浄化可能な排気浄化部（５）と、
前記内燃機関の排気流路（３）に設けられ、前記内燃機関から流れる排気のエネルギを変換可能なエネルギ変換部（３０、２３０、２３１、３３０、４３０）と、
前記エネルギ変換部によって排気から変換されたエネルギを用いて、前記排気浄化部に流れる排気を加熱または冷却可能で、前記排気浄化部の温度（Ｔｃ）を制御可能な排気温度制御部（４０、２４０、２４３、２４５、５４０）と、
を備える排気浄化装置。
【請求項２】
前記エネルギ変換部（３０）は、前記内燃機関から流れる排気の圧力エネルギ（Ｅｐ）を熱エネルギ（Ｅｈ）に変換可能である請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記エネルギ変換部（３０）は、前記内燃機関から流れる排気の温度（Ｔｇ）を異なる温度の排気に分離可能である請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記エネルギ変換部（２３０）は、前記内燃機関から流れる排気の圧力エネルギ（Ｅｐ）を電気エネルギ（Ｅｅ）に変換可能である請求項１から３のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記エネルギ変換部（３３０）は、前記内燃機関から流れる排気の熱エネルギ（Ｅｈ）を電気エネルギ（Ｅｅ）に変換可能である請求項１から４のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記エネルギ変換部（４３０）は、前記内燃機関から流れる排気の運動エネルギ（Ｅｋ）を電気エネルギ（Ｅｅ）に変換可能である請求項１から５のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記内燃機関からの排気の温度を検出可能な排気温度検出部（２１）と、
前記排気浄化部の温度を検出可能な装置温度検出部（２２）と、
を備え、
予め設定される温度を下限温度（Ｔｃ＿ｃａｔ＿ｌｏｗ）とし、前記下限温度より高く、予め設定される温度を上限温度（Ｔｃ＿ｃａｔ＿ｕｐｐ）とすると、
前記排気温度制御部（４０）は、
前記排気浄化部の温度が前記上限温度以上であり、前記内燃機関からの排気の温度が前記下限温度以上であるとき、前記排気浄化部の温度を低くする請求項１から６のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
前記内燃機関からの排気の温度を検出可能な排気温度検出部（２１）と、
前記排気浄化部の温度を検出可能な装置温度検出部（２２）と、
を備え、
予め設定される温度を下限温度（Ｔｃ＿ｃａｔ＿ｌｏｗ）とし、前記下限温度より高く、予め設定される温度を上限温度（Ｔｃ＿ｃａｔ＿ｕｐｐ）とすると、
前記排気温度制御部（４０）は、
前記排気浄化部の温度が前記下限温度よりも低く、前記内燃機関からの排気の温度が前記上限温度よりも低いとき、または、
前記排気浄化部の温度が前記下限温度以上であり、前記排気浄化部の温度が前記上限温度より低く、前記内燃機関からの排気の温度が前記下限温度よりも低いとき、
前記排気浄化部の温度を高くする請求項１から７のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項９】
前記内燃機関に設けられる燃料噴射弁（７）から噴射される燃料の体積を燃料噴射率（Ｑ）とし、前記燃料噴射率において予め設定される下限値を噴射下限値（Ｑ＿ｌｏｗ）とすると、
前記排気温度制御部（５４０）は、前記燃料噴射率が前記噴射下限値よりも小さいとき、前記排気浄化部の温度を高くする請求項１から８のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記内燃機関に設けられる燃料噴射弁（７）から噴射される燃料の体積を燃料噴射率（Ｑ）とし、前記燃料噴射率において予め設定される上限値を噴射上限値（Ｑ＿ｕｐｐ）とすると、
前記排気温度制御部（５４０）は、前記燃料噴射率が前記噴射上限値よりも大きいとき、前記排気浄化部の温度を低くする請求項１から９のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記エネルギ変換部（３０）と前記排気温度制御部（４０）とは、一体に構成されている請求項１から１０のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関から流れる排気を浄化する排気浄化装置が知られている。特許文献１に記載されるように、排気温度が所定値以下のときに、内燃機関の主燃料噴射の後に燃料を噴射し、排気浄化装置の温度を制御する排気浄化装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３０３２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、排気浄化装置は、温度によって浄化特性が異なる。
低温環境下で排気浄化装置を用いる場合、比較的高い浄化効率を排気浄化装置が維持するため、低温の排気浄化装置を加熱して、早期に適切な温度に維持する必要がある。
また、高負荷環境下で内燃機関が駆動しているとき、高温の排気浄化装置を冷却して、早期に適切な温度に維持する必要がある。
特許文献１の構成では、燃料を噴射する等の燃焼エネルギを用いて、排気浄化装置を加熱しており、燃費が悪化する。また、特許文献１の構成では、排気浄化装置を冷却するとき、吸気量を増加して冷却する必要があり、内燃機関の性能が悪化する。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、内燃機関の性能を悪化させないで、温度を制御可能な排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の排気浄化装置（１１、１２、１３、１４、１５）は、内燃機関（１）からの排気を浄化可能である。
排気浄化装置は、排気浄化部（５）、エネルギ変換部（３０、２３０、２３１、３３０、４３０）および排気温度制御部（４０、２４０、２４３、２４５，５４０）を備える。
【０００７】
排気浄化部は、内燃機関からの排気を浄化可能である。
エネルギ変換部は、内燃機関の排気流路（３）に設けられ、内燃機関から流れる排気のエネルギを変換可能である。
排気温度制御部は、エネルギ変換部によって排気から変換されたエネルギを用いて、排気浄化装置に流れる排気を加熱または冷却可能で、排気浄化部の温度（Ｔｃ）を制御可能である。
【０００８】
排気温度制御部は、排気から変換されたエネルギを用い、排気浄化装置に流れる排気をまたは排気浄化部を加熱または冷却して、排気浄化部の温度を制御する。燃料の燃焼エネルギを用いずに、排気浄化部を加熱できるため、内燃機関の燃費が良くなる。また、吸気量を増加して冷却する必要がなく、内燃機関の性能が良くなる。したがって、排気浄化装置は、内燃機関の性能を悪化させないで、排気浄化装置の温度を適切に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による排気浄化装置の構成図。
【図２】本発明の第１実施形態による排気浄化装置の触媒温度およびＮＯｘ吸蔵量の関係図。
【図３】本発明の第１実施形態による排気浄化装置のブロック図。
【図４】本発明の第１実施形態による排気浄化装置のボルテックスチャンバの断面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図。
【図６】本発明の第１実施形態による排気浄化装置において浄化装置温度が上昇するときのブロック図。
【図７】本発明の第１実施形態による排気浄化装置において浄化装置温度が低下するときのブロック図。
【図８】本発明の第１実施形態による排気浄化装置において浄化装置温度を排気温度に維持するときのブロック図。
【図９】本発明の第１実施形態による排気浄化装置の処理を説明するためのフローチャート。
【図１０】本発明の第２実施形態による排気浄化装置の構成図。
【図１１】本発明の第２実施形態による排気浄化装置の処理を説明するためのフローチャート。
【図１２】本発明の第３実施形態による排気浄化装置の構成図。
【図１３】本発明の第４実施形態による排気浄化装置の構成図。
【図１４】本発明の第５実施形態による排気浄化装置の構成図。
【図１５】本発明の第５実施形態による排気浄化装置の処理を説明するためのフローチャート。
【図１６】他の実施形態による排気浄化装置の構成図。
【図１７】他の実施形態による排気浄化装置のブロック図。
【図１８】他の実施形態による排気浄化装置の構成図。
【図１９】他の実施形態による排気浄化装置の構成図。
【図２０】他の実施形態による排気浄化装置の構成図。
【図２１】他の実施形態による排気浄化装置の構成図。
【図２２】比較例の排気浄化装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態による排気浄化装置を図面に基づいて説明する。複数の実施形態の説明において、実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明する。また、本実施形態という場合、複数の実施形態を包括する。本実施形態の排気浄化装置は、内燃機関からの排気を浄化可能な排気浄化装置に用いられる。
【００１１】
まず、本実施形態の排気浄化装置１１が用いられる内燃機関としてのエンジン１について、説明する。
図１に示すように、エンジン１は、車両に搭載され、各気筒を備えており、軽油等の燃料が燃焼室に直接噴射されるディーゼルエンジンである。吸気流路２から供給される空気は、スロットルバルブ６により調整される。エンジン１内に、燃料噴射弁としてのインジェクタ７が設けられている。
【００１２】
ピストンが上死点付近で、インジェクタ７が燃料を噴射するとき、吸気流路２から供給される空気と燃料との混合気が燃焼室で自己着火し、燃焼する。燃焼時の爆発力によりピストンが往復運動する。ピストンの往復運動は、クランクシャフトの回転運動に変換される。燃料により生じた燃焼ガス等の排気は、排気流路３および排気浄化装置１１を経由して、大気中に放出される。
【００１３】
排気浄化装置１１の排気浄化部５は、エンジン１から流れる排気を浄化可能であり、担体８、触媒９および吸蔵剤１０を備える。
排気浄化部５は、例えば、ＬＮＴが用いられる。ＬＮＴは、Ｌｅａｎ  ＮＯｘ  Ｔｒａｐの略である。
【００１４】
通常運転するとき、排気浄化部５は、触媒９により一酸化窒素ＮＯを二酸化窒素ＮＯ2等の窒素酸化物ＮＯｘに変える。窒素酸化物ＮＯｘは、吸蔵剤に一時的に吸蔵される。触媒９の温度を触媒温度Ｔ＿ｃａｔとする。窒素酸化物ＮＯｘを吸蔵剤が吸蔵可能な量をＮＯｘ吸蔵量Ｍｏとする。触媒温度Ｔ＿ｃａｔによって、ＮＯｘ吸蔵量Ｍｏが変化し、排気浄化部５の浄化特性が変化する。
【００１５】
図２に示すように、触媒温度Ｔ＿ｃａｔが高くなるに伴い、ＮＯｘ吸蔵量Ｍｏは、多くなる。また、触媒温度Ｔ＿ｃａｔが変曲点Ｔｉ＿ｃａｔとなるとき、ＮＯｘ吸蔵量Ｍｏは、最大量となる。さらに、触媒温度Ｔ＿ｃａｔが変曲点Ｔｉ＿ｃａｔより高いとき、触媒温度Ｔ＿ｃａｔが高くなるに伴い、ＮＯｘ吸蔵量Ｍｏは、少なくなる。
【００１６】
触媒温度Ｔ＿ｃａｔにおいて予め設定される下限値を下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗとする。触媒温度Ｔ＿ｃａｔにおいて予め設定される上限値を上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐとする。
排気浄化部５では、触媒温度Ｔ＿ｃａｔが下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗ以上であり、上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐ以下であるとき、ＮＯｘ吸蔵量Ｍｏが許容値以上となる。なお、下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗおよび上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐは、用いられる担体８、触媒９および吸蔵剤１０により、調整される。また、下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗおよび上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐは、実験またはシミュレーション用いて算出される。
【００１７】
排気を浄化するとき、インジェクタ７から燃料が比較的多く噴射され、排気中の酸素Ｏ2が低減され、排気中の一酸化炭素ＣＯ、炭化水素ＨＣが増加し、エンジン１の排気をリッチ状態にする。このとき、吸蔵されたＮＯxとリッチ状態の排気とが反応し、排気浄化部５は、窒素酸化物ＮＯxを窒素Ｎ2に還元する。このように、排気浄化部５は、排気を浄化する。
【００１８】
図２２に示すように、比較例の排気浄化装置９０は、温度によって浄化特性が異なる。
低温環境下で排気浄化装置９０を用いる場合、比較的高い浄化効率を排気浄化装置９０が維持するため、低温の排気浄化装置９０を加熱して、早期に適切な温度に維持する必要がある。
また、高負荷環境下でエンジン９２が駆動しているとき、高温の排気浄化装置９０を冷却して、早期に適切な温度に維持する必要がある。
【００１９】
エンジン９２とは別に設けられる燃料噴射装置９１が燃料を噴射する。噴射された燃料の燃焼エネルギを用いて、排気浄化装置９０を加熱しており、燃費が悪化する。また、排気浄化装置９０を冷却するとき、吸気量を増加して冷却する必要があり、エンジン９２の性能が悪化する。
そこで、本実施形態の排気浄化装置１１は、エンジン１の性能を悪化させないで、排気浄化部５の温度を適切に制御する。
【００２０】
（第１実施形態）
図３に示すように、排気浄化装置１１は、排気温度検出部２１、装置温度検出部２２、エネルギ変換部３０および排気温度制御部４０を備える。
エンジン１から流れる排気の温度を排気温度Ｔｇとする。
排気浄化部５の温度を浄化装置温度Ｔｃとする。
排気浄化装置１１は、下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗ、上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐおよび排気温度Ｔｇに基づいて、浄化装置温度Ｔｃを制御する。
【００２１】
排気温度検出部２１は、エンジン１とエネルギ変換部３０との間における排気流路３に設けられており、排気温度Ｔｇを検出可能である。
装置温度検出部２２は、排気浄化部５に設けられ、浄化装置温度Ｔｃを検出可能である。
【００２２】
排気温度検出部２１および装置温度検出部２２は、例えば、２種類の金属線の先端同士が接触した回路を作り、接合点に発生する熱起電力を通じて温度差を測定する熱電対である。
排気温度検出部２１および装置温度検出部２２は、例えば、ＪＩＳ規格熱電対であるＫ熱電対が用いられる。
【００２３】
第１実施形態では、エネルギ変換部３０と排気温度制御部４０とは一体に構成されている。
エネルギ変換部３０および排気温度制御部４０は、排気流路３に設けられている。
エネルギ変換部３０は、エンジン１から流れる排気のエネルギを変換可能である。
【００２４】
エネルギ変換部３０は、エンジン１から流れる排気の圧力エネルギＥｐを熱エネルギＥｈに変換可能である。
また、エネルギ変換部３０は、排気温度Ｔｇを異なる温度に分離可能である。
エネルギ変換部３０は、第１電磁弁３１およびボルテックスチャンバ３２を有する。
【００２５】
第１電磁弁３１は、エンジン１、ボルテックスチャンバ３２および排気浄化部５に接続されている。なお、図３、図６、図７および図８において、エンジン１を「ＥＮＧ」と記載する。ボルテックスチャンバ３２を「Ｖ／Ｃ」と記載する。排気浄化部５を「ＬＮＴ」と記載する。冷却器４４を「Ｅ／Ｃ」と記載する。
また、第１電磁弁３１は、エンジン１からボルテックスチャンバ３２への排気流路３７またはエンジン１から排気浄化部５への排気流路３８に、排気の流路を切替可能である。
【００２６】
図４および図５に示すように、ボルテックスチャンバ３２は、大径部３３および小径部３４で構成されている。
大径部３３は、筒状であり、導入孔３３１および高温排気孔３３２を有する。
小径部３４は、筒状であり、低温排気孔３４１を有する。大径部３３と小径部３４との間に中央孔３６が形成されている。小径部３４は、大径部３３よりも径が小さく形成されている。
【００２７】
導入孔３３１は、大径部３３の側面に４つ形成され、径が比較的小さく形成されており、大径部３３の外部と内部とに連通している。
高温排気孔３３２は、大径部３３の側面に１つ形成されており、大径部３３の外部と内部とに連通している。
低温排気孔３４１は、小径部３４の側面に１つ形成されており、小径部３４の外部と内部とに連通している。
中央孔３６は、大径部３３の内部と小径部３４の内部とに連通している。
【００２８】
第１電磁弁３１を経由した排気が導入孔３３１に導入される。導入孔３３１を経由した排気の流れは、大径部３３の内部で渦流となり、高速で回転する流れになる。このとき、ボルテックス効果によって、大径部３３の外側の渦流は高温となり、大径部３３の内側の渦流は低温となる。
【００２９】
大径部３３の外側の渦流は、高温排気孔３３２を経由して流れ、高温の排気である高温排気Ｇｈとなる。
高温排気孔３３２は、第２電磁弁４２と接続されており、高温排気Ｇｈが第２電磁弁４２に流れる。
【００３０】
大径部３３の内側の渦流は、中央孔３６および低温排気孔３４１を経由して流れ、低温の排気である低温排気Ｇｌとなる。
低温排気孔３４１は、第３電磁弁４３と接続されており、低温排気Ｇｌが第３電磁弁４３に流れる。
このようにして、エネルギ変換部３０は、圧力エネルギＥｐを熱エネルギＥｈに変換し、排気温度Ｔｇを異なる温度の排気に分離する。
【００３１】
図３に戻って、排気温度制御部４０は、エネルギ変換部３０によって排気から変換されたエネルギを用いて、排気浄化部５に流れる排気を加熱または冷却可能である。
排気温度制御部４０は、加熱または冷却した排気によって、浄化装置温度Ｔｃを制御可能である。
【００３２】
排気温度制御部４０は、第２電磁弁４２、第３電磁弁４３および冷却器４４を有する。
第２電磁弁４２は、ボルテックスチャンバ３２、冷却器４４および排気浄化部５に接続されている。
第２電磁弁４２は、ボルテックスチャンバ３２から冷却器４４への排気流路４５またはボルテックスチャンバ３２から排気浄化部５への排気流路４６に、排気の流路を切替可能である。
【００３３】
第３電磁弁４３は、ボルテックスチャンバ３２、排気浄化部５およびインテークマニホールド５０等に接続されている。
インテークマニホールド５０は、例えば、ＥＧＲに用いられる。ＥＧＲは、Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎの略である。
第３電磁弁４３は、ボルテックスチャンバ３２から排気浄化部５への排気流路４７またはボルテックスチャンバ３２からインテークマニホールド５０への排気流路４８に、排気の流路を切替可能である。
【００３４】
冷却器４４は、熱交換器であり、第２電磁弁４２を経由した高温排気Ｇｈを冷却可能である。
冷却器４４は、多管式熱交換器、プレート式熱交換器またはフィンチューブ型熱交換器である。冷却器４４により冷却された排気は、排気浄化部５に流れる。
【００３５】
図６、図７および図８を参照して、排気浄化装置１１の制御について説明する。
図６に示すように、エンジン１から流れる排気の温度が比較的低く、排気浄化装置１１が排気浄化部５を加熱するとき、第１電磁弁３１は、エンジン１からボルテックスチャンバ３２への排気流路３７を開く。また、第２電磁弁４２は、ボルテックスチャンバ３２から排気浄化部５への排気流路４６を開く。さらに、第３電磁弁４３は、ボルテックスチャンバ３２からインテークマニホールド５０への排気流路４８を開く。
【００３６】
エンジン１からの排気は、第１電磁弁３１を経由して、ボルテックスチャンバ３２に流れる。ボルテックスチャンバ３２により、エンジン１からの排気が、高温排気Ｇｈと低温排気Ｇｌとに分離される。
高温排気Ｇｈは、第２電磁弁４２を経由し、排気浄化部５に流れる。このとき、排気浄化部５は、加熱される。
低温排気Ｇｌは、第３電磁弁４３を経由し、インテークマニホールド５０に流れる。図３、図６、図７および図８において、高温排気Ｇｈおよび低温排気Ｇｌの流れを矢印で記載する。
【００３７】
図７に示すように、エンジン１から流れる排気の温度が比較的高く、排気浄化装置１１が排気浄化部５を冷却するとき、第１電磁弁３１は、エンジン１からボルテックスチャンバ３２への排気流路３７を開く。また、第２電磁弁４２は、ボルテックスチャンバ３２から冷却器４４への排気流路４５を開く。さらに、第３電磁弁４３は、ボルテックスチャンバ３２から排気浄化部５への排気流路４７を開く。
【００３８】
エンジン１からの排気は、第１電磁弁３１を経由して、ボルテックスチャンバ３２に流れる。ボルテックスチャンバ３２により、エンジン１からの排気が、高温排気Ｇｈと低温排気Ｇｌとに分離される。
高温排気Ｇｈは、第２電磁弁４２を経由し、冷却器４４に流れる。このとき、高温排気Ｇｈは、冷却される。冷却器４４により冷却された排気は、排気浄化部５に流れる。
第３電磁弁４３を経由した低温排気Ｇｌは、排気浄化部５に流れる。冷却器４４を経由した排気および第３電磁弁４３を経由した低温排気Ｇｌにより、排気浄化部５は、冷却される。
【００３９】
図８に示すように、排気浄化装置１１が浄化装置温度Ｔｃを排気温度Ｔｇに維持するとき、第１電磁弁３１は、エンジン１から排気浄化部５への排気流路３８を開く。このとき、エンジン１から流れる排気は、ボルテックスチャンバ３２に流れない。第１電磁弁３１を経由した排気は、排気浄化部５に流れる。排気温度Ｔｇの排気により、浄化装置温度Ｔｃが排気温度Ｔｇに維持される。
【００４０】
図９のフローチャートを参照して、排気浄化装置１１の制御について説明する。フローチャートにおいて、「Ｓ」は、ステップを意味する。また、エンジン１を「ＥＮＧ」と記載する。ボルテックスチャンバ３２を「Ｖ／Ｃ」と記載する。排気浄化部５を「ＬＮＴ」と記載する。冷却器４４を「Ｅ／Ｃ」と記載する。インテークマニホールド５０を「ＩＮＴＥＣ」と記載する。
【００４１】
ステップ１０１において、排気浄化装置１１は、排気温度検出部２１から排気温度Ｔｇを取得する。また、排気浄化装置１１は、装置温度検出部２２から浄化装置温度Ｔｃを取得する。
ステップ１０２において、排気浄化装置１１は、浄化装置温度Ｔｃと下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗとを比較する。
浄化装置温度Ｔｃが下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗより低いとき、処理は、ステップ１０３に移行する。
浄化装置温度Ｔｃが下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗ以上であるとき、処理は、ステップ１０８に移行する。
【００４２】
ステップ１０３において、排気浄化装置１１は、排気温度Ｔｇと上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐとを比較する。
排気温度Ｔｇが上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐより低いとき、処理は、ステップ１０４に移行する。
排気温度Ｔｇが上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐ以上であるとき、処理は、ステップ１１１に移行する。
【００４３】
ステップ１０４において、第１電磁弁３１は、エンジン１からボルテックスチャンバ３２への排気流路３７を開く。
ステップ１０５において、第２電磁弁４２は、ボルテックスチャンバ３２から排気浄化部５への排気流路４６を開く。
ステップ１０６において、第３電磁弁４３は、ボルテックスチャンバ３２からインテークマニホールド５０への排気流路４８を開く。
ステップ１０７において、排気浄化部５が加熱され、浄化装置温度Ｔｃが上昇する。処理は、終了する。
【００４４】
ステップ１０８において、排気浄化装置１１は、浄化装置温度Ｔｃと上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐとを比較する。
浄化装置温度Ｔｃが上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐより低いとき、処理は、ステップ１０９に移行する。
浄化装置温度Ｔｃが上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐ以上であるとき、処理は、ステップ１１３に移行する。
【００４５】
ステップ１０９において、排気浄化装置１１は、排気温度Ｔｇと下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗとを比較する。
排気温度Ｔｇが下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗより低いとき、処理は、ステップ１０４に移行する。
排気温度Ｔｇが下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗ以上であるとき、処理は、ステップ１１０に移行する。
【００４６】
ステップ１１０において、排気浄化装置１１は、排気温度Ｔｇと上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐとを比較する。
排気温度Ｔｇが上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐより低いとき、処理は、ステップ１１１に移行する。
排気温度Ｔｇが上限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｕｐｐ以上であるとき、処理は、ステップ１１４に移行する。
ステップ１１１において、第１電磁弁３１は、エンジン１から排気浄化部５への排気流路３８を開く。
ステップ１１２において、排気浄化装置１１は、浄化装置温度Ｔｃを排気温度Ｔｇで維持する。処理は、終了する。
【００４７】
ステップ１１３において、排気浄化装置１１は、排気温度Ｔｇと下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗとを比較する。
排気温度Ｔｇが下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗより低いとき、処理は、ステップ１１１に移行する。
排気温度Ｔｇが下限温度Ｔ＿ｃａｔ＿ｌｏｗ以上であるとき、処理は、ステップ１１４に移行する。
【００４８】
ステップ１１４において、第１電磁弁３１は、エンジン１からボルテックスチャンバ３２への排気流路３７を開く。
ステップ１１５において、第２電磁弁４２は、ボルテックスチャンバ３２から冷却器４４への排気流路４５を開く。
ステップ１１６において、第３電磁弁４３は、ボルテックスチャンバ３２から排気浄化部５への排気流路４７を開く。
ステップ１１７において、排気浄化部５が冷却され、浄化装置温度Ｔｃは、低下する。処理は、終了する。
【００４９】
（効果）
エネルギ変換部３０は、エンジン１から流れる排気のエネルギを変換する。排気温度制御部４０は、排気から変換されたエネルギを用いて、排気浄化部５に流れる排気を加熱または冷却する。これにより、排気温度制御部４０は、浄化装置温度Ｔｃを制御する。燃料の燃焼エネルギを用いずに、排気浄化部５を加熱できるため、エンジン１の燃費が良くなる。また、吸気量を増加して冷却する必要がないため、エンジン１の性能が良くなる。したがって、排気浄化装置１１は、エンジン１の性能を悪化させないで、浄化装置温度Ｔｃの温度を適切に制御できる。
【００５０】
（第２実施形態）
第２実施形態では、エネルギ変換部および排気温度制御部の形態が異なる点を除き、第１実施形態と同様である。
図１０に示すように、第２実施形態の排気浄化装置１２のエネルギ変換部２３０および排気温度制御部２４０は、別体に構成されている。
【００５１】
エネルギ変換部２３０は、圧電素子であり、エンジン１から流れる排気の圧力エネルギＥｐを電気エネルギＥｅに変換可能である。
エネルギ変換部２３０に用いられる圧電素子は、チタン酸バリウムもしくはチタン酸ジルコン酸鉛等のセラミックスである。圧電素子は、ポリフッ化ビニリデンもしくはポリフッ化ビニル等の高分子の双極子モーメントが整列して固められた材料であってもよい。
【００５２】
排気温度制御部２４０は、エネルギ変換部２３０と電気的に接続されている。
また、排気温度制御部２４０は、エネルギ変換部２３０で変換された電気エネルギＥｅを用いて、排気浄化部５に流れる排気を加熱または冷却可能である。
排気温度制御部２４０は、加熱器２４１および冷却器２４２を有する。
加熱器２４１は、電気エネルギＥｅによって駆動し、排気浄化部５に流れる排気を加熱する。
加熱器２４１は、例えば、アルミナや窒化珪素等のセラミックスに発熱体が内蔵されているセラミックヒータである。
【００５３】
冷却器２４２は、電気エネルギＥｅによって駆動し、排気浄化部５に流れる排気を冷却する。
冷却器２４２は、例えば、圧縮機であり、排気浄化部５に流れる排気を圧縮する。このとき、排気浄化部５に流れる排気は、気体から液体に変化する。冷却器２４２は、変化した液体を常圧にして、気体に戻す。液体から気体が戻るときの潜熱によって、排気浄化部５に流れる排気は、冷却される。
【００５４】
図１１のフローチャートを参照して、排気浄化装置１２の制御について説明する。
ステップ２０１−２０３は、第１実施形態のステップ１０１−１０３と同様である。
ステップ２０４において、電気エネルギＥｅを用いて、排気温度制御部２４０は、エンジン１から流れる排気を加熱する。
ステップ２０５において、加熱された排気により、排気浄化部５が加熱される。
ステップ２０６において、浄化装置温度Ｔｃが上昇する。処理は、終了する。
【００５５】
ステップ２０７−２０９は、第１実施形態のステップ１０８−１１０と同様である。
ステップ２１０において、エンジン１からの排気が排気浄化部５に流れる。
ステップ２１１において、エンジン１からの排気が排気浄化部５に直接流れることによって、排気浄化装置１２は、浄化装置温度Ｔｃを排気温度Ｔｇで維持する。処理は、終了する。
【００５６】
ステップ２１２は、第１実施形態のステップ１１３と同様である。
ステップ２１３において、電気エネルギＥｅを用いて、排気温度制御部２４０は、エンジン１から流れる排気を冷却する。
ステップ２１４において、冷却された排気により、排気浄化部５が冷却される。
ステップ２１５において、浄化装置温度Ｔｃが低下する。処理は、終了する。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００５７】
（第３実施形態）
第３実施形態では、エネルギ変換部の形態が異なる点を除き、第２実施形態と同様である。
図１２に示すように、第３実施形態の排気浄化装置１３のエネルギ変換部３３０は、熱電素子であり、エンジン１から流れる排気の熱エネルギＥｈを電気エネルギＥｅに変換可能である。
熱電素子は、ｐ型半導体とｎ型半導体とを組み合わせて構成されている。
【００５８】
エネルギ変換部３３０は、エンジン１から流れる排気の熱エネルギＥｈによって温度差が生じる。エネルギ変換部３３０は、ゼーベック効果を利用しており、この温度差によって熱起電力が発生する。これにより、熱エネルギＥｈが電気エネルギＥｅに変換される。
第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００５９】
（第４実施形態）
第４実施形態では、エネルギ変換部の形態が異なる点を除き、第２実施形態と同様である。
図１３に示すように、第４実施形態の排気浄化装置１４のエネルギ変換部４３０は、複数の羽根、増速機および発電機を有するタービンである。
エネルギ変換部４３０は、エンジン１から流れる排気の運動エネルギＥｋを電気エネルギＥｅに変換可能である。なお、エネルギ変換部４３０は、吸気流路２に用いられるタービンとは、別体に設けられている。
【００６０】
エネルギ変換部４３０は、エンジン１から流れる排気の運動エネルギＥｋにより、羽根が回転する。エネルギ変換部４３０は、運動エネルギＥｋを回転エネルギＥｒに変換する。増速機により回転エネルギＥｒが増加し、発電機に回転エネルギＥｒが伝達される。このとき、発電機により、電気エネルギＥｅが生じる。
このようにして、エネルギ変換部４３０は、運動エネルギＥｋを電気エネルギＥｅに変換される。
第４実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００６１】
（第５実施形態）
第５実施形態では、排気浄化装置の制御が異なる点を除き、第１実施形態と同様である。
単位時間あたりにインジェクタ７から噴射される燃料の体積を燃料噴射率Ｑとする。
第５実施形態の排気浄化装置１５の排気温度制御部５４０は、インジェクタ７のニードルの移動量、燃料密度、インジェクタ７内の流路面積等を用いて、燃料噴射率Ｑを演算する。
【００６２】
図１４に示すように、第５実施形態の排気浄化装置１５の排気温度制御部５４０は、燃料噴射率Ｑに基づいて、浄化装置温度Ｔｃを制御する。
予め設定される燃料噴射率Ｑの下限値を噴射下限値Ｑ＿ｌｏｗとする。予め設定される燃料噴射率Ｑの上限値を噴射上限値Ｑ＿ｕｐｐとする。
【００６３】
排気温度制御部５４０は、燃料噴射率Ｑが噴射下限値Ｑ＿ｌｏｗよりも小さいとき、浄化装置温度Ｔｃを高くする。
また、排気温度制御部５４０は、燃料噴射率Ｑが噴射上限値Ｑ＿ｕｐｐよりも大きいとき、浄化装置温度Ｔｃを低くする。
【００６４】
図１５のフローチャートを参照して、第５実施形態の排気浄化装置１５の制御について説明する。
ステップ５０１において、排気温度制御部５４０は、燃料噴射率Ｑを演算する。
ステップ５０２において、排気温度制御部５４０は、燃料噴射率Ｑと噴射下限値Ｑ＿ｌｏｗとを比較する。
燃料噴射率Ｑが噴射下限値Ｑ＿ｌｏｗより小さいとき、処理は、ステップ５０３に移行する。
燃料噴射率Ｑが噴射下限値Ｑ＿ｌｏｗ以上であるとき、処理は、ステップ５０７に移行する。
ステップ５０３−５０６は、第１実施形態のステップ１０４−１０７と同様である。
【００６５】
ステップ５０７において、排気温度制御部５４０は、燃料噴射率Ｑと噴射上限値Ｑ＿ｕｐｐとを比較する。
燃料噴射率Ｑが噴射上限値Ｑ＿ｕｐｐ以下であるとき、処理は、ステップ５０８に移行する。
燃料噴射率Ｑが噴射上限値Ｑ＿ｕｐｐより大きいとき、処理は、ステップ５１０に移行する。
ステップ５０８、５０９は、第１実施形態のステップ１１１、１１２と同様である。
ステップ５１０−５１３は、第１実施形態のステップ１１４−１１７と同様である。
第５実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００６６】
（他の実施形態）
排気浄化装置は、ＬＮＴに限らず、ＳＣＲまたはＮＳＲが用いられてもよい。ＳＣＲは、Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎの略である。ＮＳＲは、ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎの略である。
第１−第４実施形態のエネルギ変換部または排気温度制御部を組み合わせてもよい。
【００６７】
第１実施形態の思想を共有する他の実施形態を以下に示す。
図１６および図１７に示すように、ボルテックスチャンバ３２から流れ、第３電磁弁４３を経由する排気は、インテークマニホールドではなく、エンジン１に直接接続されている排気流路４９を経由して、エンジン１に流れてもよい。
【００６８】
第２実施形態の思想を共有する他の実施形態を以下に示す。
図１８に示すように、エネルギ変換部２３１は、排気流路３の内壁面に設けられてもよい。
図１９に示すように、排気温度制御部２４５と排気浄化部５とは、一体に構成されてもよい。また、エネルギ変換部２３０と排気温度制御部２４３との間に、電気エネルギＥｅを充電可能な蓄電装置２４４を設けてもよい。
【００６９】
第３実施形態の思想を共有する他の実施形態を以下に示す。
エネルギ変換部は、サーモパイルであってもよい。
サーモパイルは、数組の熱電対を直列に接続した接点が受熱面に置かれており、熱による受熱面の温度変化から熱起電力が発生する。これにより、サーモパイルは、熱エネルギＥｈを電気エネルギＥｅに変換する。
【００７０】
第４実施形態の思想を共有する他の実施形態を以下に示す。
図２０に示すように、エネルギ変換部４３１は、吸気流路３に接続されており、吸気流路２に用いられるタービンと併用してもよい。
また、図２１に示すように、エネルギ変換部４３１は、吸気流路３に接続されており、吸気流路２に用いられるタービンと併用されている。エネルギ変換部４３１は、排気温度制御部２４０と排気浄化部５とは、一体となって形成されてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１  ・・・内燃機関、
３  ・・・排気流路、
５  ・・・排気浄化部、
１１、１２、１３、１４、１５  ・・・排気浄化装置、
３０、２３０、２３１、３３０、４３０  ・・・エネルギ変換部、
４０、２４０、２４３、２４５，５４０  ・・・排気温度制御部。
【図１】
2018162687.tif 000003
【図２】
2018162687.tif 000004
【図３】
2018162687.tif 000005
【図４】
2018162687.tif 000006
【図５】
2018162687.tif 000007
【図６】
2018162687.tif 000008
【図７】
2018162687.tif 000009
【図８】
2018162687.tif 000010
【図９】
2018162687.tif 000011
【図１０】
2018162687.tif 000012
【図１１】
2018162687.tif 000013
【図１２】
2018162687.tif 000014
【図１３】
2018162687.tif 000015
【図１４】
2018162687.tif 000016
【図１５】
2018162687.tif 000017
【図１６】
2018162687.tif 000018
【図１７】
2018162687.tif 000019
【図１８】
2018162687.tif 000020
【図１９】
2018162687.tif 000021
【図２０】
2018162687.tif 000022
【図２１】
2018162687.tif 000023
【図２２】
2018162687.tif 000024