(57)【要約】【課題】排熱回収、ＥＧＲガス冷却、及び触媒温度調節が可能な熱交換システムを提供する。【解決手段】熱交換システム１００は、エンジン１０の排気通路１１におけるメイン触媒１２の上流側に、排気と液体との熱交換を行う熱交換器１３が設けられた熱交換通路１４と、熱交換通路１４をバイパスするバイパス通路１５と、熱交換通路１４の熱交換器１３の出口側からエンジン１０の吸気通路１６に排気を還流させる還流通路１７と、を備え、熱交換通路１４における還流通路１７よりも下流側の排気の流量を調節する第１バルブ機構１９と、第１バルブ機構１９と独立してバイパス通路１５における排気の流量を調節する第２バルブ機構２０と、第１バルブ機構１９と独立して還流通路１７における排気の流量を調節する第３流量調節機構２１と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換システムであって、
エンジンの排気通路における触媒の上流側に、
排気と液体との熱交換を行う熱交換器が設けられた熱交換通路と、
前記熱交換通路をバイパスするバイパス通路と、
前記熱交換通路の前記熱交換器の出口側から前記エンジンの吸気通路に前記排気を還流させる還流通路と、
を備え、
前記熱交換通路における前記還流通路よりも下流側の前記排気の流量を調節する第１流量調節機構と、
前記第１流量調節機構と独立して前記バイパス通路における前記排気の流量を調節する第２流量調節機構と、
前記第１流量調節機構と独立して前記還流通路における前記排気の流量を調節する第３流量調節機構と、
を有する、
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換システムであって、
前記触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒、酸化触媒、及び三元触媒のいずれか、又はこれらの組み合わせで構成される、
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱交換システムであって、
前記エンジンのリーン燃焼中は、前記触媒の温度が所定範囲内になるように前記第１流量調節機構と前記第２流量調節機構との少なくとも一方を作動させる、
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の熱交換システムであって、
前記エンジンのリーン燃焼が禁止され、且つ前記触媒の温度が所定範囲よりも高い場合は、前記熱交換通路を流れる前記排気の比率が多くなるように前記第１流量調節機構と前記第２流量調節機構との少なくとも一方を作動させる、
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項５】
請求項４に記載の熱交換システムであって、
前記エンジンのリーン燃焼が禁止され、且つ前記触媒の温度が所定範囲よりも低い場合は、前記バイパス通路を流れる前記排気の比率が多くなるように前記第１流量調節機構と前記第２流量調節機構との少なくとも一方を作動させる、
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の熱交換システムであって、
前記エンジンのリーン燃焼が禁止され、且つ前記排気を前記還流通路から前記吸気通路へ還流させるＥＧＲ制御中は、前記還流通路への導入圧が一定となるように前記第１流量調節機構及び前記第２流量調節機構を作動させる、
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の熱交換システムであって、
前記エンジンの負荷が所定値よりも高い場合は、前記熱交換通路の流量及び前記バイパス通路の流量がいずれも最大となるように前記第１流量調節機構及び前記第２流量調節機構を作動させる、
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の熱交換システムであって、
前記排気を前記還流通路から前記吸気通路へ還流させるＥＧＲ制御の実行条件が成立すると、前記還流通路への導入圧が前記ＥＧＲ制御の実行に必要な排気圧となるように前記第１流量調節機構及び前記第２流量調節機構を作動させる、
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の熱交換システムであって、
前記エンジンの暖機要求、或いは暖房要求がある場合は、前記排気が全て前記熱交換通路を通過するように前記第１〜第３流量調節機構を作動させる、
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の熱交換システムであって、
前記液体の温度が所定温度よりも高い場合は、前記排気が全て前記バイパス通路を通過するように前記第１〜第３流量調節機構を作動させる、
ことを特徴とする熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンの排気通路に設けられたＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラを排熱回収器として用いる熱交換装置が開示されている。
【０００３】
上記の熱交換装置は、ＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路の流量を調節するバルブ機構と、バイパス通路から吸気通路へのＥＧＲ量を調節するバルブ機構と、排気通路から吸気通路へのＥＧＲ量を調節するバルブ機構と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０８８２２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の熱交換装置では、触媒に供給される排気温度を調節することが難しい。よって、例えば、上記の熱交換装置をＮＯｘ吸蔵還元触媒を搭載した車両に適用した場合は、触媒の温度が適切な温度範囲を外れて触媒効率が低下することが考えられる。
【０００６】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、排熱回収、ＥＧＲガス冷却、及び触媒温度調節が可能な熱交換システムを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明のある態様によれば、エンジンの排気通路における触媒の上流側に、排気と液体との熱交換を行う熱交換器が設けられた熱交換通路と、前記熱交換通路をバイパスするバイパス通路と、前記熱交換通路の前記熱交換器の出口側から前記エンジンの吸気通路に前記排気を還流させる還流通路と、を備える熱交換システムが提供される。
【０００８】
熱交換システムは、前記熱交換通路における前記還流通路よりも下流側の前記排気の流量を調節する第１流量調節機構と、前記第１流量調節機構と独立して前記バイパス通路における前記排気の流量を調節する第２流量調節機構と、前記第１流量調節機構と独立して前記還流通路における前記排気の流量を調節する第３流量調節機構と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
これによれば、第１流量調節機構と第２流量調節機構との少なくとも一方を作動させることで、触媒に供給される排気の温度を調節でき、触媒温度を調節できる。よって、排熱回収、ＥＧＲガス冷却、及び触媒温度調節が可能な熱交換システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る熱交換システムの概略図である。
【図２】コントローラが実行する制御の内容を示すフローチャートである。
【図３】ＥＧＲ制御の内容を示すフローチャートである。
【図４】熱交換システムの作動モードについて説明するための図である。
【図５】エンジンの状態について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る熱交換システム１００を示す概略図である。
【００１３】
熱交換システム１００は、車両に適用されるシステムである。熱交換システム１００は、エンジン１０の排気通路１１における触媒としてのメイン触媒１２の上流側に、排気と液体との熱交換を行う熱交換器１３が設けられた熱交換通路１４と、熱交換通路１４をバイパスするバイパス通路１５と、を備える。また、熱交換通路１４における熱交換器１３よりも下流側に接続され、熱交換通路１４の熱交換器１３の出口側から吸気通路１６に排気の一部を還流させる還流通路１７を備える。本実施形態では、液体は冷却水である。
【００１４】
メイン触媒１２は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒、酸化触媒、及び三元触媒のいずれか、又はこれらの組み合わせで構成される。本実施形態では、排気通路１１におけるエンジン１０の近くにサブ触媒１８が設けられている。サブ触媒１８は必ずしも設けなくてもよい。
【００１５】
熱交換通路１４における還流通路１７よりも下流側には、第１流量調節機構としての第１バルブ機構１９が設けられる。バイパス通路１５には、第２流量調節機構としての第２バルブ機構２０が設けられる。還流通路１７には、第３流量調節機構としての第３バルブ機構２１が設けられる。
【００１６】
熱交換通路１４、バイパス通路１５、及び還流通路１７を流れる排気の流量は、各バルブ機構１９〜２１によりそれぞれ調節可能となっている
【００１７】
また、熱交換システム１００は、各バルブ機構１９〜２１の作動を制御するコントローラ３０を備える。本実施形態のコントローラ３０は、熱交換システム１００に加えて、エンジン１０の作動も制御するように構成される。熱交換システム１００の制御を行うコントローラとエンジン１０の制御を行うコントローラとを別々に設けてもよい。
【００１８】
コントローラ３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、入出インターフェース、これらを接続するバス等を含んだマイクロコンピュータで構成される。コントローラ３０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。コントローラ３０は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することで熱交換システム１００の制御を行う。
【００１９】
コントローラ３０には、メイン触媒１２の触媒ベッド温度を検出する温度センサ２２からの信号、還流通路１７への排気の導入圧を検出する圧力センサ２３からの信号、冷却水の温度を検出する温度センサ（図示せず）からの信号等が入力される。
【００２０】
熱交換システム１００は上記のように構成されており、車両の状態に応じたモードで作動するように、コントローラ３０よって各バルブ機構１９〜２１の作動が制御される。
【００２１】
以下、コントローラ３０が実行する制御について、図２〜図５を参照しながら説明する。
【００２２】
図２は、コントローラ３０が実行する制御の内容を示すフローチャートである。図３は、ＥＧＲ制御の内容を示すフローチャートである。図４は、熱交換システム１００の作動モードについて説明するための図である。図５は、エンジン１０の状態について説明するための図である。
【００２３】
まず、図２のフローチャートに従って説明する。ステップＳ１１では、コントローラ３０は、冷却水の温度が所定の第１温度よりも高いか判定する。本実施形態では、第１温度は１００℃である。第１温度は、車両毎に実験等によって予め定められる。
【００２４】
コントローラ３０は、冷却水の温度が第１温度よりも高いと判定すると、処理をステップＳ１５に移行する。また、冷却水の温度が第１温度以下と判定すると、処理をステップＳ１２に移行する。
【００２５】
ステップＳ１５では、コントローラ３０は、熱交換システム１００が図４に示す排熱非回収モード（モード５）となるように、各バルブ機構１９〜２１を作動させる。モード５は、冷却水の温度を低下させるための作動モードである。
【００２６】
具体的には、コントローラ３０は、第１バルブ機構１９及び第３バルブ機構２１が全閉となり、第２バルブ機構２０が全開となるように、各バルブ機構１９〜２１のアクチュエータ（図示せず）に指示信号を出力する。
【００２７】
これにより、熱交換通路１４及び還流通路１７が遮断され、エンジン１０の排気が全てバイパス通路１５を通過する。つまり、熱交換器１３による排気と冷却水との熱交換が行われなくなることで、冷却水の温度を速やかに低下させることができる。
【００２８】
図４に示すように、本実施形態では、水温が１００℃を超えた場合は、エンジン１０の状態に関わらず熱交換システム１００はモード５となる。これは、冷却水の温度が第１温度よりも高くなる頻度が低いことから、エンジン１０の出力や燃費要求よりも冷却水の温度低下を優先するためである。
【００２９】
ステップＳ１２では、コントローラ３０は、エンジン１０の負荷が所定値よりも高いか判定する。本実施形態では、所定値は８０％である。所定値は、車両毎に実験等によって予め定められる。
【００３０】
コントローラ３０は、エンジン１０の負荷が所定値よりも高いと判定すると、処理をステップＳ１６に移行する。また、エンジン１０の負荷が所定値以下と判定すると、処理をステップＳ１３に移行する。
【００３１】
ステップＳ１６では、コントローラ３０は、熱交換システム１００が排圧低減モード（モード４）となるように、各バルブ機構１９〜２１を作動させる。モード４は、排気の圧力損失を最小にすることでエンジン１０の出力への影響を抑制する作動モードである。
【００３２】
具体的には、コントローラ３０は、第１バルブ機構１９及び第２バルブ機構２０が全開となり、第３バルブ機構２１が全閉となるように、各バルブ機構１９〜２１のアクチュエータに指示信号を出力する。
【００３３】
これにより、熱交換通路１４及びバイパス通路１５の流量が最大化され、排気通路１１を通過する排気の圧力損失が最小になる。
【００３４】
図４に示すように、本実施形態では、エンジン１０の負荷が所定値を超えた場合、すなわち負荷Ｄの領域では、上述したモード５となる場合を除いて、熱交換システム１００はモード４となる。これは、運転者の出力要求が明確に表れている状態であることから、エンジン１０の出力を優先するためである。
【００３５】
なお、エンジン負荷が負荷Ｄの領域に入るのは、図５に示すように、エンジン１０がＷＯＴ（Ｗｉｄｅ−Ｏｐｅｎ  Ｔｈｒｏｔｔｌｅ）、或いはＷＯＴに近い状態の場合である。
【００３６】
ステップＳ１３では、コントローラ３０は、冷却水の温度が所定の第２温度よりも高いか判定する。本実施形態では、第２温度は６０℃である。第２温度は、冷却水の温度が第２温度以下の場合にエンジン１０の暖機運転を行う温度であって、車両毎に実験等によって予め定められる。
【００３７】
コントローラ３０は、冷却水の温度が第２温度よりも高いと判定すると、処理をステップＳ１７に移行する。また、冷却水の温度が第２温度以下と判定すると、処理をステップＳ１４に移行する。
【００３８】
ステップＳ１４では、コントローラ３０は、熱交換システム１００が図４に示す排熱回収モード（モード１）となるように、各バルブ機構１９〜２１を作動させる。モード１は、冷却水の温度を上昇させるための作動モードである。
【００３９】
具体的には、コントローラ３０は、第２バルブ機構２０及び第３バルブ機構２１が全閉となり、第１バルブ機構１９が全開となるように、各バルブ機構１９〜２１のアクチュエータに指示信号を出力する。
【００４０】
これにより、バイパス通路１５及び還流通路１７が遮断され、エンジン１０の排気が全て熱交換通路１４を通過する。つまり、全ての排気が熱交換器１３を通過するので、排熱を最大限に回収することができ、冷却水の温度を効率よく上昇させることができる。
【００４１】
図４に示すように、本実施形態では、水温が６０℃以下の場合は、上述したモード４となる場合を除いて、熱交換システム１００はモード１となる。なお、例えば、車両の暖房がＯＮの場合に、熱交換システム１００がモード１で作動するようにしてもよい。
【００４２】
ステップＳ１７では、コントローラ３０は、排気を還流通路１７から吸気通路１６へ還流させるＥＧＲ制御の実行条件（以下、ＥＧＲ条件という。）が成立したか判定する。
【００４３】
コントローラ３０は、ＥＧＲ条件が成立したと判定すると、処理を図３に示すＥＧＲ制御に移行する。また、ＥＧＲ条件が成立していないと判定すると、処理をステップＳ１８に移行する。
【００４４】
本実施形態では、ＥＧＲ制御は、図４に示すように、冷却水の温度が第２温度（６０℃）よりも高く第１温度（１００℃）以下であって、且つエンジン負荷が負荷Ｃの場合に実行される。なお、図５に示すように、エンジン負荷が負荷Ｃの領域では、エンジン１０のリーン燃焼（λ＝２）が禁止される。ＥＧＲ制御については後述する。
【００４５】
また、図４に示すように、冷却水の温度が第２温度（６０℃）よりも高く第１温度（１００℃）以下であっても、エンジン負荷が負荷Ａ、Ｂの場合は、ＥＧＲ制御は行われない。図５に示すように、エンジン負荷が負荷Ａ、Ｂの領域では、エンジン１０がリーン燃焼（λ＝２）となる。すなわち、図２のフローチャートにおけるステップＳ１８〜ステップＳ２２の処理は、リーン燃焼中に行われる。
【００４６】
ステップＳ１８では、コントローラ３０は、メイン触媒１２の触媒ベッド温度が所定の第３温度よりも低いか判定する。本実施形態では、第３温度は３５０℃である。
【００４７】
コントローラ３０は、メイン触媒１２の触媒ベッド温度が第３温度よりも低いと判定すると、処理をステップＳ２０に移行する。また、メイン触媒１２の触媒ベッド温度が第３温度以上と判定すると、処理をステップＳ１９に移行する。
【００４８】
ステップＳ１９では、コントローラ３０は、メイン触媒１２の触媒ベッド温度が所定の第４温度よりも高いか判定する。本実施形態では、第４温度は４５０℃である。
【００４９】
コントローラ３０は、メイン触媒１２の触媒ベッド温度が第４温度よりも高いと判定すると、処理をステップＳ２１に移行する。また、メイン触媒１２の触媒ベッド温度が第４温度以下と判定すると、処理をステップＳ２２に移行する。
【００５０】
第３温度及び第４温度は、メイン触媒１２の触媒ベッド温度がその範囲内にある場合に、触媒効率が所定の水準以上となる温度である。第３温度及び第４温度は、触媒毎に実験等によって予め定められる。
【００５１】
ステップＳ２０では、コントローラ３０は、メイン触媒１２の触媒ベッド温度が第３温度以上となるように、各バルブ機構１９〜２１を作動させる。
【００５２】
具体的には、コントローラ３０は、第１バルブ機構１９及び第３バルブ機構２１が全閉となり、第２バルブ機構が全開となるように、各バルブ機構１９〜２１のアクチュエータに指示信号を出力する。
【００５３】
これにより、熱交換通路１４及び還流通路１７が遮断され、エンジン１０の排気が全てバイパス通路１５を通過する。つまり、熱交換器１３による排気と冷却水との熱交換が行われなくなることで、排気が温度を保ったままメイン触媒１２に到達する。よって、排気からの伝熱により、メイン触媒１２の触媒ベッド温度を効率よく上昇させることができる。
【００５４】
なお、バイパス通路１５を流れる排気の比率が多くなるように熱交換通路１４及びバイパス通路１５の流量を調節すれば、メイン触媒１２に供給される排気温を上昇させることができる。よって、例えば、第１バルブ機構１９と第２バルブ機構２０との一方のみを作動させることでも、メイン触媒１２の触媒ベッド温度を上昇させることが可能である。
【００５５】
ステップＳ２１では、コントローラ３０は、メイン触媒１２の触媒ベッド温度が第４温度以下となるように、各バルブ機構１９〜２１を作動させる。
【００５６】
具体的には、コントローラ３０は、第１バルブ機構１９が全開となり、第２バルブ機構２０及び第３バルブ機構２１が全閉となるように、各バルブ機構１９〜２１のアクチュエータに指示信号を出力する。
【００５７】
これにより、バイパス通路１５及び還流通路１７が遮断され、エンジン１０の排気が全て熱交換通路１４を通過する。つまり、全ての排気が熱交換器１３を通過するので、排気温を最大限低下させることができる。よって、メイン触媒１２の触媒ベッド温度を効率よく低下させることができる。
【００５８】
なお、熱交換通路１４を流れる排気の比率が多くなるように熱交換通路１４及びバイパス通路１５の流量を調節すれば、メイン触媒１２に供給される排気温を低下させることができる。よって、例えば、第１バルブ機構１９と第２バルブ機構２０との一方のみを作動させることでも、メイン触媒１２の触媒ベッド温度を低下させることが可能である。
【００５９】
ステップＳ２２では、コントローラ３０は、熱交換システム１００が図４に示す排熱回収＋温度調節モード（モード２）となるように、各バルブ機構１９〜２１を作動させる。モード２は、排熱回収をするとともに、メイン触媒１２の触媒ベッド温度を触媒効率が所定の水準以上となる範囲（３５０℃〜４５０℃）内に調節する作動モードである。
【００６０】
具体的には、コントローラ３０は、温度センサ２２により検出した温度に基づいて、第１バルブ機構１９及び第２バルブ機構２０が中間開度となり、第３バルブ機構２１が全閉となるように、各バルブ機構１９〜２１のアクチュエータに指示信号を出力する。
【００６１】
つまり、モード２では、熱交換システム１００は、第１バルブ機構１９及び第２バルブ機構２０を中間開度で制御して熱交換通路１４とバイパス通路１５との流量配分を調節することで、メイン触媒１２に到達する排気の温度を調節するようになっている。これにより、メイン触媒１２の触媒ベッド温度が、触媒効率が所定の水準以上となる範囲内に調節される。
【００６２】
なお、上述したステップＳ２０、Ｓ２１と同様に、第１バルブ機構１９と第２バルブ機構２０との一方のみを作動させることでも、メイン触媒１２の触媒ベッド温度を調節することが可能である。
【００６３】
続いて、図３を参照してＥＧＲ制御について説明する。
【００６４】
図３に示すように、ステップＳ３１からステップＳ３４の処理は、図２に示すステップＳ１８からステップＳ２１の処理と同様である。ただし、ステップＳ３１からステップＳ３４の処理は、上述したように、エンジン１０のリーン燃焼が禁止された状態で行われる。
【００６５】
ステップＳ３５では、コントローラ３０は、還流通路１７への排気の導入圧が所定圧よりも低いか判定する。所定圧は、ＥＧＲ制御を実行するのに必要な排気圧であり、車両毎に実験等によって予め定められる。
【００６６】
コントローラ３０は、導入圧が所定圧よりも低いと判定すると、処理をステップＳ３６に移行する。また、導入圧が所定圧以上と判定すると、処理をステップＳ３７に移行する。
【００６７】
ステップＳ３６では、コントローラ３０は、導入圧がＥＧＲ制御を実行するのに必要な排気圧となるように、各バルブ機構１９〜２１を作動させる。
【００６８】
具体的には、コントローラ３０は、圧力センサ２３により検出した圧力に基づいて、第１バルブ機構１９及び第２バルブ機構２０の開度を減少させ、第３バルブ機構２１が全閉となるように、各バルブ機構１９〜２１のアクチュエータに指示信号を出力する。
【００６９】
これにより、熱交換通路１４及びバイパス通路１５の流量が絞られるので、還流通路１７への排気の導入圧を上昇させることができる。なお、例えば、第１バルブ機構１９と第２バルブ機構２０との一方が既に全閉の場合は、他方のみ開度を減少させればよい。また、第１バルブ機構１９と第２バルブ機構２０との一方のみの開度を減少させることでも、導入圧を上昇させることができる。
【００７０】
ステップＳ３７では、コントローラ３０は、熱交換システム１００が図４に示す排熱回収＋温度調節＋ＥＧＲモード（モード３）となるように、各バルブ機構１９〜２１を作動させる。モード３は、排熱回収をするとともに、メイン触媒１２の触媒ベッド温度を触媒効率が所定の水準以上となる範囲（３５０℃〜４５０℃）内に調節し、さらにＥＧＲを実行する作動モードである。
【００７１】
具体的には、コントローラ３０は、温度センサ２２により検出した温度及び圧力センサ２３により検出した圧力に基づいて、第１バルブ機構１９及び第２バルブ機構２０が中間開度となり、第３バルブ機構２１が要求ＥＧＲ量に応じた所定開度（以下、ＥＧＲ開度という。）となるように、各バルブ機構１９〜２１のアクチュエータに指示信号を出力する。
【００７２】
つまり、モード３では、熱交換システム１００は、第１バルブ機構１９及び第２バルブ機構２０を中間開度で制御して熱交換通路１４とバイパス通路１５との流量配分及び総流量を調節することで、メイン触媒１２に供給される排気の温度及び還流通路１７の導入圧を調節するようになっている。なお、導入圧は、ＥＧＲ率が変動することを防止するため、一定となるように調節される。
【００７３】
例えば、熱交換通路１４とバイパス通路１５との流量配分が変化しないように第１バルブ機構１９及び第２バルブ機構２０の開度を減少させれば、メイン触媒１２に供給される排気の温度を変化させることなく還流通路１７の導入圧を上昇させることができる。
【００７４】
以上述べたように、本実施形態の熱交換システム１００は、エンジン１０の排気通路１１におけるメイン触媒１２の上流側に、排気と冷却水との熱交換を行う熱交換器１３が設けられた熱交換通路１４と、熱交換通路１４をバイパスするバイパス通路１５と、熱交換通路１４の熱交換器１３の出口側からエンジン１０の吸気通路１６に排気を還流させる還流通路１７と、を備え、熱交換通路１４における還流通路１７よりも下流側の排気の流量を調節する第１バルブ機構１９と、第１バルブ機構１９と独立してバイパス通路１５における排気の流量を調節する第２バルブ機構２０と、第１バルブ機構１９と独立して還流通路１７における排気の流量を調節する第３バルブ機構２１と、を有する。
【００７５】
これによれば、第１バルブ機構１９と第２バルブ機構２０との少なくとも一方を作動させることで、メイン触媒１２に供給される排気の温度を調節でき、メイン触媒１２の温度を調節できる。よって、排熱回収、ＥＧＲガス冷却、及びメイン触媒１２の温度調節が可能な熱交換システムを実現できる。また、メイン触媒１２がＮＯｘ吸蔵還元触媒である場合でも、触媒効率を良好に保つことができる。
【００７６】
また、熱交換システム１００は、エンジン１０のリーン燃焼中は、メイン触媒１２の温度が所定範囲（３５０℃〜４５０℃）内になるように第１バルブ機構１９と第２バルブ機構２０との少なくとも一方を作動させる。
【００７７】
これによれば、メイン触媒１２の触媒ベッド温度が、触媒効率が所定の水準以上となる温度範囲内に維持される。よって、リーン燃焼中の排気性能を向上させることができる。
【００７８】
また、熱交換システム１００は、エンジン１０のリーン燃焼が禁止され、且つメイン触媒１２の温度が所定範囲（３５０℃〜４５０℃）よりも高い場合は、熱交換通路１４を流れる排気の比率が多くなるように第１バルブ機構１９と第２バルブ機構２０との少なくとも一方を作動させる。
【００７９】
これによれば、メイン触媒１２に供給される排気温を低下させることができ、メイン触媒１２の触媒ベッド温度を所定範囲内まで低下させることができる。よって、エンジン１０のリーン燃焼が許可される運転状態になった場合に、速やかにリーン燃焼を開始することができるので、燃費が向上する。
【００８０】
また、熱交換システム１００は、エンジン１０のリーン燃焼が禁止され、且つメイン触媒１２の温度が所定範囲（３５０℃〜４５０℃）よりも低い場合は、バイパス通路１５を流れる排気の比率が多くなるように第１バルブ機構１９と第２バルブ機構２０との少なくとも一方を作動させる。
【００８１】
これによれば、メイン触媒１２の触媒ベッド温度が低下しすぎることを防止できる。
【００８２】
また、熱交換システム１００は、エンジン１０のリーン燃焼が禁止され、且つ排気を還流通路１７から吸気通路１６へ還流させるＥＧＲ制御中は、還流通路１７への導入圧が一定となるように第１バルブ機構１９及び第２バルブ機構２０を作動させる。
【００８３】
これによれば、ＥＧＲ率を変動させることなく、メイン触媒１２の触媒ベッド温度を調節することができる。
【００８４】
また、熱交換システム１００は、エンジン１０の負荷が所定値（８０％）よりも高い場合は、熱交換通路１４の流量及びバイパス通路１５の流量がいずれも最大となるように第１バルブ機構１９及び第２バルブ機構２０を作動させる。
【００８５】
これによれば、排気の圧力損失を最小にすることで、エンジン１０の出力への影響を抑制することができる。
【００８６】
また、熱交換システム１００は、ＥＧＲ条件が成立すると、還流通路１７への導入圧がＥＧＲ制御の実行に必要な排気圧となるように第１バルブ機構１９及び第２バルブ機構２０を作動させる。
【００８７】
これによれば、ＬＰＬ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ）ＥＧＲシステムの場合でもアドミッションバルブが必要ないので、コストを低減できる。
【００８８】
また、熱交換システム１００は、エンジン１０の暖機要求、或いは暖房要求がある場合は、排気が全て熱交換通路１４を通過するように第１〜第３バルブ機構１９〜２１を作動させる。
【００８９】
これによれば、排熱回収量を最大化できるので、暖機性能、暖房性能が向上する。
【００９０】
また、熱交換システム１００は、冷却水の温度が所定温度（１００℃）よりも高い場合は、排気が全てバイパス通路１５を通過するように第１〜第３バルブ機構１９〜２１を作動させる。
【００９１】
これによれば、熱交換器１３による排気と冷却水との熱交換が行われなくなることで、冷却水の温度を速やかに低下させることができる。
【００９２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００９３】
１０    エンジン
１１    排気通路
１２    メイン触媒（触媒）
１３    熱交換器
１４    熱交換通路
１５    バイパス通路
１６    吸気通路
１７    還流通路
１９    第１バルブ機構（第１流量調節機構）
２０    第２バルブ機構（第２流量調節機構）
２１    第３バルブ機構（第３流量調節機構）
１００  熱交換システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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