(57)【要約】【課題】内燃機関の冷却媒体の温度上昇を促進させる暖機促進処理が一旦実行された後、当該暖機促進処理が再度実行されるときに未燃焼成分が外部に排出されるのを抑制する。【解決手段】排ガスが排気熱回収装置の熱交換部を通過するのを許容してエンジン冷却水の温度上昇を促進させる暖機促進処理が一旦実行された後、冷却水温度Ｔｗが所定の完全暖機温度Ｔｒｅｆ以上になったときに、排ガスが所定時間ｔｅｒｆだけ熱交換部を通過するように、排ガスが熱交換部を通過するのを許容すると共に規制することができる流路切替弁のバルブアクチュエータが制御される（ステップＳ１７０〜Ｓ１９０）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に組み込まれると共に該内燃機関からの排ガスと該内燃機関を循環する冷却媒体との熱交換を可能とする熱交換部と、前記排ガスが前記熱交換部を通過するのを許容すると共に規制することができる流路切替手段とを含む排気熱回収装置において、
前記流路切替手段を駆動するアクチュエータと、
前記排ガスが前記熱交換部を通過するのを許容して前記冷却媒体の温度上昇を促進させる暖機促進処理が一旦実行された後、前記冷却媒体の温度が所定の完全暖機温度以上になったときには、前記排ガスが所定時間だけ前記熱交換部を通過するように前記アクチュエータを制御する制御手段を備える排気熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気系に組み込まれる排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排気熱回収装置として、排ガスを流通させるためのガス流路と、ガス流路の外周を覆うように設けられると共に冷媒との熱交換を行う排ガスを流通させる熱交換流路と、ガス流路を開閉する弁装置と、熱交換流路における排ガス流れ方向の上流側とガス流路とを連通する熱交換ガス入口と、熱交換流路の排ガス流れ方向下流端側とガス流路とを連通する熱交換ガス出口と、ガス流路を排ガスが流通するのに伴って熱交換ガス入口から熱交換流路へのガス流入を抑制する方向の負圧を生じさせる負圧発生構造とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この排気熱回収装置では、排ガスがガス流路を流通するのに伴い、熱交換ガス入口の近傍で熱交換流路からガスを吸い出す方向の負圧が発生することから、熱交換ガス出口が開放されていても、熱交換ガス入口から熱交換流路に排ガスが導入されることが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６９７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような排気熱回収装置は、主に内燃機関の冷間始動後等に排ガスとの熱交換により内燃機関の冷却媒体の温度上昇を促進させ、それにより内燃機関の暖機を促進させるために利用される。このため、内燃機関の冷間始動後等に排ガスと冷却媒体との熱交換により当該冷却媒体の温度上昇を促進させる暖機促進処理が一旦実行されると、排ガス中の未燃焼成分が熱交換流路内に滞留・付着してしまうことがある。そして、暖機促進処理の実行に伴って未燃焼成分が熱交換流路内に滞留したり付着したりすると、次に暖機促進処理が実行された際に、内燃機関側からの排ガスにより熱交換流路内の未燃焼成分が押し出されて外部に排出されてしまう。
【０００５】
そこで、本発明の排気熱回収装置は、内燃機関の冷却媒体の温度上昇を促進させる暖機促進処理が一旦実行された後、当該暖機促進処理が再度実行されるときに未燃焼成分が外部に排出されるのを抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の排気熱回収装置は、上記主目的を達成するために以下の手段を採っている。    
【０００７】
本発明の排気熱回収装置は、
内燃機関の排気系に組み込まれると共に該内燃機関からの排ガスと該内燃機関を循環する冷却媒体との熱交換を可能とする熱交換部と、前記排ガスが前記熱交換部を通過するのを許容すると共に規制することができる流路切替手段とを含む排気熱回収装置において、
前記流路切替手段を駆動するアクチュエータと、
前記排ガスが前記熱交換部を通過するのを許容して前記冷却媒体の温度上昇を促進させる暖機促進処理が一旦実行された後、前記冷却媒体の温度が所定の完全暖機温度以上になったときには、前記排ガスが所定時間だけ前記熱交換部を通過するように前記アクチュエータを制御する制御手段を備えるものである。
【０００８】
この排気熱回収装置では、排ガスが熱交換部を通過するのを許容して冷却媒体の温度上昇を促進させる暖機促進処理が一旦実行された後、冷却媒体の温度が所定の完全暖機温度以上になったときに、排ガスが所定時間だけ熱交換部を通過するようにアクチュエータが制御される。これにより、この排気熱回収装置では、暖機促進処理が一旦実行されると、その後に内燃機関が充分に暖機された段階で高温の排ガスが所定時間だけ熱交換部に導入されることになるので、暖機促進処理の実行に伴って熱交換部内に残存している未燃焼成分を高温の排ガスにより燃焼させた上でクリーンな排ガスを外部に排出することができる。従って、この排気熱回収装置によれば、暖機促進処理が一旦実行された後、当該暖機促進処理が再度実行されるときに未燃焼成分が外部に排出されるのを良好に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係る排気熱回収装置を備えた内燃機関装置の概略構成図である。
【図２】実施例のエンジンＥＣＵ２４により実行される排気熱回収装置制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】目標開度設定用マップの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の実施例に係る排気熱回収装置３０を備えた内燃機関装置２０の概略構成図である。同図に示す内燃機関装置２０は、エンジンと電動機とを走行用動力の発生源として備えるハイブリッド車両やエンジンのみを走行用動力の発生源として備える車両に搭載されるものであり、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料の供給を受けて動力を出力する内燃機関であるエンジン２２と、エンジン２２からの排ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害成分を浄化する図示しない排ガス浄化触媒（三元触媒）を含む浄化装置２３と、当該浄化装置２３と図示しないマフラーとの間でエンジン２２の排気系に組み込まれた排気熱回収装置３０と、内燃機関装置２０の全体を制御するエンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２４等とを備えるものである。
【００１２】
排気熱回収装置３０は、主にエンジン２２の冷間始動の直後等に排ガスとの熱交換によりエンジン冷却水の温度上昇を促進させ、それによりエンジン２２の暖機を促進させるために利用されるものである。実施例の排気熱回収装置３０は、図１に示すように、浄化装置２３の排ガス出口に接続される排ガス流通管３１と、排ガス流通管３１の下流側端部を覆うように当該排ガス流通管３１に接合されると共にフロントエクゾーストパイプ２５の先端に接続される筒状のシェル３２と、高い熱伝導性を有する材料からなると共に排ガス流通管３１の外周とシェル３２との間に配置されて排ガス流通管３１およびシェル３２と共に熱交換部３３を構成する冷却水通路３４と、排ガス流通管３１の下流側開口を開閉可能な流路切替弁３５と、流路切替弁３５の開度を調整するための電気式のバルブアクチュエータ３６とを含む。
【００１３】
図１に示すように、排ガス流通管３１の下流側端部には、比較的小径の開口３１ａが複数形成されている。また、冷却水通路３４には、冷却水供給管３４ａを介してエンジン２２からエンジン冷却水が導入され、冷却水通路３４を流通したエンジン冷却水は冷却水返送管３４ｂを介してエンジン２２側に返送される。これにより、流路切替弁３５により排ガス流通管３１の下流側開口をある程度閉鎖すれば、浄化装置２３からの排ガスの少なくとも一部が排ガス流通管３１および開口３１ａを介して熱交換部３３へと流入すると共に熱交換部３３からフロントエクゾーストパイプ２５へと流入することになり、その際には、熱交換部３３内の排ガスと冷却水通路３４内のエンジン冷却水とが熱交換することになる。従って、流路切替弁３５により排ガス流通管３１の下流側開口を閉鎖（必ずしも全閉とする必要はない）した際には、背圧が若干増加することになるものの、熱交換部３３における排ガスとエンジン冷却水との熱交換によりエンジン冷却水を昇温させ、それによりエンジン２２の暖機を促進させることが可能となる。また、流路切替弁３５により排ガス流通管３１の下流側開口を開放すれば、浄化装置２３からの排ガスの殆どが開口３１ａを介して熱交換部３３へと流入することなく排ガス流通管３１からフロントエクゾーストパイプ２５へと流入することになる。
【００１４】
エンジン２２や排気熱回収装置３０を含む内燃機関装置２０の全体を制御するエンジンＥＣＵ２４は、図示しないＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に各種処理プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、図示しない入出力ポートおよび通信ポート等を含む。そして、エンジンＥＣＵ２４には、クランクシャフトの回転位置を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションやエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２６からの冷却水温度Ｔｗ、エンジン２２の負荷としての吸入空気量を検出するエアフローメータ２８からの吸入空気量Ｇａ等が入力ポートを介して入力される。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２等を駆動するための様々な制御信号を図示しない出力ポートを介して出力する。例えば、エンジンＥＣＵ２４は、図示しないスロットルバルブを開閉する図示しないスロットルモータへの駆動信号や図示しない燃料噴射弁への駆動信号、イグナイタと一体化された図示しないイグニッションコイルへの制御信号、更に排気熱回収装置３０の流路切替弁３５を駆動するバルブアクチュエータ３６への制御信号等を出力ポートを介して出力する。
【００１５】
次に、上述の内燃機関装置２０に含まれる排気熱回収装置３０の動作について説明する。図２は、実施例のエンジンＥＣＵ２４により実行される排気熱回収装置制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、エンジン２２が始動されるとエンジンＥＣＵ２４により所定時間おきに繰り返し実行される。
【００１６】
図２の排気熱回収装置制御ルーチンの開始に際して、エンジンＥＣＵ２４の図示しないＣＰＵは、水温センサ２６からの冷却水温度Ｔｗやエアフローメータ２８からの吸入空気量Ｇａといった制御に必要なデータの入力処理を実行する（ステップＳ１００）。ステップＳ１００のデータ入力処理の後、入力した冷却水温度Ｔｗが予め定められた排気熱回収実行温度Ｔ０以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。排気熱回収実行温度Ｔ０は、排気熱回収装置３０の流路切替弁３５により排ガス流通管３１の下流側開口が少しでも閉じられるときの上限側の温度であり、実施例では例えば５０℃とされる。そして、冷却水温度Ｔｗが排気熱回収実行温度Ｔ０以下であれば、所定のフラグＦを値１に設定する（ステップＳ１２０）。また、冷却水温度Ｔｗが排気熱回収実行温度Ｔ０を上回っていれば、ステップＳ１２０の処理はスキップされる。
【００１７】
次いで、ステップＳ１００にて入力した冷却水温度Ｔｗに基づいて流路切替弁３５の目標開度Ｖｏを設定する（ステップＳ１３０）。なお、ここでは、流路切替弁３５の開度が大きいほど排ガス流通管３１の下流側開口が閉じられて熱交換部３３への排ガスの流入量が増加するものとする。実施例では、流路切替弁３５の目標開度Ｖｏを設定するために、冷却水温度Ｔｗと目標開度Ｖｏとの関係が予め定められて目標開度設定用マップとしてエンジンＥＣＵ２４のＲＯＭに記憶されている。図３に目標開度設定用マップの一例を示す。同図に示す目標開度係数設定用マップは、基本的に、冷却水温度Ｔｗが低いほど目標開度Ｖｏを大きくする（排ガス流通管３１の下流側開口を閉鎖する）傾向を有し、冷却水温度Ｔｗがエンジン２２の暖機が完了したと見なせる暖機完了温度（実施例では、例えば７０℃）以上になると排ガス流通管３１の下流側開口が全開となるように目標開度Ｖｏを値０にするものである。
【００１８】
流路切替弁３５の目標開度Ｖｏを設定したならば、ステップＳ１００にて入力した吸入空気量Ｇａが予め定められた第１閾値ＧＡ１（例えば、４０ｇ／Ｓｅｃ）未満であるか否かを判定し（ステップＳ１４０）、吸入空気量Ｇａが第１閾値ＧＡ１未満であれば、更にステップＳ１００にて入力した冷却水温度Ｔｗが予め定められた完全暖機温度Ｔｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５０）。完全暖機温度Ｔｒｅｆは、エンジン２２やトランスミッションといった駆動系全体が動作に適した温度に達したときの温度であり、上述の暖機完了温度よりも若干高い温度（実施例では、例えば８０℃）に定められる。そして、ステップＳ１３０にて冷却水温度Ｔｗが完全暖機温度Ｔｒｅｆ未満であると判断された場合には、流路切替弁３５の開度がステップＳ１１０にて設定した目標開度Ｖｏになるようにバルブアクチュエータ３６を制御し（ステップＳ２１０）、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。これにより、エンジン２２の冷間始動直後といったような吸入空気量Ｇａがさほど多くはなく、かつ冷却水温度Ｔｗが低い（完全暖機温度Ｔｒｅｆ未満である）ときには、ステップＳ１３０にて流路切替弁３５の目標開度Ｖｏが比較的大きい値に設定されて排ガス流通管３１の下流側開口が閉じられ、熱交換部３３への排ガスの流入量が増加することになる。すなわち、内燃機関装置２０では、エンジン２２の冷間始動直後等にエンジン２２からの排ガスとの熱交換によりエンジン冷却水の温度上昇を促進させる暖機促進処理が実行され、それによりエンジン２２の暖機を促進させることができる。
【００１９】
一方、ステップＳ１５０にて冷却水温度Ｔｗが完全暖機温度Ｔｒｅｆ以上であると判断された場合には、更にステップＳ１００にて入力した吸入空気量Ｇａが予め定められた第２閾値Ｇａ２（例えば、２０ｇ／Ｓｅｃ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６０）。そして、ステップＳ１６０にて吸入空気量Ｇａが第２閾値Ｇａ２未満であって比較的少ないと判断された場合には、上述のフラグＦが値１であるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。ステップＳ１７０にてフラグＦが値０であると判断された場合には、流路切替弁３５の開度がステップＳ１３０にて設定した目標開度Ｖｏになるようにバルブアクチュエータ３６を制御し（ステップＳ２１０）、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。
【００２０】
これに対して、ステップＳ１６０にて吸入空気量Ｇａが第２閾値Ｇａ２以上であると判断されると共にステップＳ１７０にてフラグＦが値１であると判断された場合には、図示しないカウンタをインクリメントとした上で（ステップＳ１８０）、カウンタのカウント値Ｃが所定値Ｃｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１９０）。ステップＳ１９０にて用いられる閾値としての所定値Ｃｒｅｆは、例えば６秒程度の時間を示す値とされる。そして、カウント値Ｃが所定値Ｃｒｅｆ以下であれば、流路切替弁３５の目標開度Ｖｏを予め定められた所定開度Ｖｒｅｆ（実施例では、例えば５０％）に再設定し（ステップＳ２００）、流路切替弁３５の開度がステップＳ１８０にて再設定した目標開度Ｖｏになるようにバルブアクチュエータ３６を制御し（ステップＳ２１０）、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。また、ステップＳ１９０にてカウント値Ｃが所定値Ｃｒｅｆを上回っていると判断された場合には、カウンタをリセットすると共にフラグＦを値０に設定した上で（ステップＳ２２０）、流路切替弁３５の開度がステップＳ１３０にて設定した目標開度Ｖｏになるようにバルブアクチュエータ３６を制御し（ステップＳ２１０）、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。
【００２１】
これにより、内燃機関装置２０では、エンジン２２の暖機が完了して冷却水温度Ｔｗが完全暖機温度Ｔｒｅｆ以上になると、吸入空気量Ｇａが第２閾値Ｇａ２以上であること、すなわち排ガスの流量がある程度確保されていることを条件に、排ガス流通管３１の下流側開口をある程度閉じることで排気熱回収装置３０の熱交換部３３に排ガスが流入するように流路切替弁３５が制御される。すなわち、内燃機関装置２０では、暖機促進処理が一旦実行されると、その後にエンジン２２が充分に暖機された段階で高温の排ガスが所定値Ｃｒｅｆに対応した時間だけ排気熱回収装置３０の熱交換部３３に導入されることになる。この結果、暖機促進処理の実行に伴って熱交換部３３内に未燃焼成分が残存していたとしても、当該未燃焼成分を高温の排ガスにより燃焼させた上でクリーンな排ガスを外部に排出することが可能となる。なお、ステップＳ１４０にて吸入空気量Ｇａが第１閾値ＧＡ１以上であると判断された場合には、排ガスの流量が比較的多くなることから排ガスが過剰に排気熱回収装置３０の熱交換部３３に流入することがないように、ステップＳ１１０にて設定された目標開度Ｖｏから所定値ΔＶ（例えば、３０％程度の値）を減じた値と値０との大きい方を流路切替弁３５の目標開度Ｖｏに再設定した上で（ステップＳ２３０）、流路切替弁３５の開度が目標開度Ｖｏになるようにバルブアクチュエータ３６を制御し（ステップＳ２１０）、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。
【００２２】
以上説明したように、実施例の排気熱回収装置３０を含む内燃機関装置２０では、排ガスが熱交換部３３を通過するのを許容してエンジン冷却水の温度上昇を促進させる暖機促進処理が一旦実行された後、冷却水温度Ｔｗが所定の完全暖機温度Ｔｒｅｆ以上になったときに、排ガスが所定時間ｔｅｒｆだけ熱交換部３３を通過するようにバルブアクチュエータ３６が制御される（ステップＳ１７０〜Ｓ１９０）。これにより、実施例の排気熱回収装置３０を含む内燃機関装置２０では、暖機促進処理が一旦実行されると、その後にエンジン２２が充分に暖機された段階で高温の排ガスが所定時間すなわち所定値Ｃｒｅｆに対応した時間だけ熱交換部３３に導入されることになるので、暖機促進処理の実行に伴って熱交換部３３内に未燃焼成分が残存していたとしても、当該未燃焼成分を高温の排ガスにより燃焼させた上でクリーンな排ガスを外部に排出することができる。従って、内燃機関装置２０では、暖機促進処理が一旦実行された後、当該暖機促進処理が再度実行されるときに未燃焼成分が外部に排出されるのを良好に抑制することが可能となる。
【００２３】
ここで、上記実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明しておく。すなわち、上記実施例等では、エンジン２２の排気系に組み込まれると共にエンジン２２からの排ガスとエンジン２２を循環するエンジン冷却水との熱交換を可能とする熱交換部３３と、排ガスが熱交換部３３を通過するのを許容すると共に規制することができる流路切替弁３５とを含む排気熱回収装置３０が「排気熱回収装置」に相当し、流路切替弁３５を駆動するバルブアクチュエータ３６が「アクチュエータ」に相当し、排ガスが熱交換部３３を通過するのを許容してエンジン冷却水の温度上昇を促進させる暖機促進処理が一旦実行された後、冷却水温度がＴｗが完全暖機温度Ｔｒｅｆ以上になったときには、排ガスが所定時間だけ熱交換部３３を通過するようにバルブアクチュエータ３６を制御するエンジンＥＣＵ２４が「制御手段」に相当する。
【００２４】
ただし、排気熱回収装置の「熱交換部」は、内燃機関の排気系に組み込まれると共に排ガスと内燃機関の冷却媒体との熱交換を可能とするものであれば、他の如何なる形式のものであっても構わない。排気熱回収装置の「流路切替手段」は、排ガスが熱交換部を通過するのを許容すると共に規制することができるものであれば、如何なる形式のものであっても構わない。「アクチュエータ」は、流路切替手段を駆動可能なものであれば、例えばサーモスタットといった電気式アクチュエータ以外の他の如何なる形式のものであっても構わない。「制御手段」は、排ガスが熱交換部を通過するのを許容して冷却媒体の温度上昇を促進させる暖機促進処理が一旦実行された後、冷却媒体の温度が所定の完全暖機温度以上になったときには、排ガスが所定時間だけ熱交換部を通過するようにアクチュエータを制御するものであれば、エンジンＥＣＵ２４以外の他の如何なる形式のものであっても構わない。何れにしても、これら実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施例はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。
【００２５】
以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、排気熱回収装置やそれを備えた内燃機関装置の製造産業等において利用可能である。
【符号の説明】
【００２７】
２０  内燃機関装置、２２  エンジン、２３  浄化装置、２４  エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２５  フロントエクゾーストパイプ、２６  水温センサ、２８  エアフローメータ、３０  排気熱回収装置、３１  排ガス流通管、３１ａ  開口、３２  シェル、３３  熱交換部、３４  冷却水通路、３４ａ  冷却水供給管、３４ｂ  冷却水返送管、３５  流路切替弁、３６  バルブアクチュエータ。
【図１】
2011099347.tif 000003
【図２】
2011099347.tif 000004
【図３】
2011099347.tif 000005