(57)【要約】【課題】触媒の暖機と排気熱の回収とを両立させる。【解決手段】排気熱回収装置３００は、排気管２２１と連通する内筒部３１０と、内筒部３１０を覆う外筒部３２０とを有する。内筒部３１０におけるＳ／Ｃ触媒２２３下流の分岐位置からは還流管３３０が分岐しており、外筒部３２０におけるＳ／Ｃ触媒２２３上流の合流位置で外筒部３２０に連通している。このため、内筒部３１０を流れる排気の一部は、還流管３３０を介して内筒部３１０と外筒部３２０との間の還流空間に導かれる。ここで、還流管３３０には排気熱を回収する排気熱回収器３４０が設置されており、冷却水に対し排気熱を付与することにより排気熱の回収が可能となっている。還流管３３０を流れる排気はこの排気熱の回収により冷却されるが、還流空間をＵ／Ｆ触媒２２５に向かう過程で内筒部外壁及びＳ／Ｃ触媒外壁との熱交換により昇温される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒の内部と連通する排気管、及び該排気管を介して導かれる排気を浄化することが可能な第１の触媒を備えた内燃機関において排気熱を回収する内燃機関の排気熱回収装置であって、
前記第１の触媒の上流側において前記排気管と連通し、前記排気を前記第１の触媒に導く筒状の内筒部と、
前記内筒部を空間が介在するように覆うと共に、上流側の端部が閉じられ、且つ下流側の端部において前記第１の触媒に連通してなる筒状の外筒部と、
所定の分岐位置において前記内筒部から分岐すると共に、前記分岐位置よりも上流側に位置する所定の合流位置において前記外筒部の内部に連通し、前記排気の少なくとも一部を前記空間へ還流させる還流管と、
前記還流管に設置され、前記還流する排気に係る前記排気熱の回収を行う排気熱回収手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、前記分岐位置よりも上流側、且つ前記合流位置よりも下流側の区間において前記内筒部に設置され、前記排気を浄化することが可能な第２の触媒を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項３】
前記排気熱回収手段は、前記排気熱の回収の少なくとも一部として前記内燃機関の冷却水との間で熱交換を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項４】
前記還流する排気の流量を制御することが可能な流量制御手段と、
前記内燃機関の運転条件に応じて前記流量が変化するように前記流量制御手段を制御する制御手段と
を更に具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項５】
前記流量制御手段は、前記還流管及び前記内筒部の少なくとも一方に設置され、開閉状態に応じて前記還流管と前記内筒部との間の連通状態を制御する第１の開閉弁を含み、
前記制御手段は、前記運転条件に応じて前記第１の開閉弁の開閉状態を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項６】
前記流量制御手段は、前記還流管及び前記外筒部の少なくとも一方に設置され、開閉状態に応じて前記還流管と前記外筒部との間の連通状態を制御する第２の開閉弁を含み、
前記制御手段は、前記運転条件に応じて前記第２の開閉弁の開閉状態を制御する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項７】
前記第１の触媒の温度を特定する第１の特定手段を具備し、
前記制御手段は、前記特定された第１の触媒の温度が所定値未満である場合に、前記排気が前記還流管を還流しないように前記流量制御手段を制御する
ことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項８】
前記内燃機関は、前記分岐位置よりも上流側、且つ前記合流位置よりも下流側の区間において前記内筒部に設置され、前記排気を浄化することが可能な第２の触媒を備え、
前記内燃機関の排気熱回収装置は、前記第２の触媒の温度を特定する第２の特定手段を更に具備し、
前記制御手段は、前記特定された第２の触媒の温度が所定値以上である場合に、前記排気が前記還流管を還流するように前記流量制御手段を制御する
ことを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項９】
前記内燃機関の冷却水の温度を特定する第３の特定手段を更に具備し、
前記排気熱回収手段は、前記排気熱の回収の少なくとも一部として前記冷却水との間で熱交換を行い、
前記制御手段は、前記特定された冷却水の温度が所定値以上である場合に、前記排気が前記還流管を還流しないように前記流量制御手段を制御する
ことを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関において排気熱を回収する内燃機関の排気熱回収装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、触媒暖機を考慮したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたスターリングエンジン（以下、「従来の技術」と称する）によれば、触媒温度が所定値以下である場合にスターリングエンジンを停止させ、スターリングエンジンによる熱回収が行われないようにすることによって、触媒の温度上昇が促進されるとされている。
【０００３】
尚、排気熱回収装置及び電動ウォータポンプを備える構成において、エンジン停止時に電動ウォータポンプを停止させるタイミングを所定時間遅延させることにより、冷却水の局部沸騰を防止する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３７１７８号公報
【特許文献２】特開平２−１０４９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
触媒の暖機を促進すべく排気熱の回収が停止させられた場合、回収された熱によって温められ得る、例えば冷却水等の昇温が阻害される。この場合、冷却水との熱交換により車内を暖房するヒータ等の動作が阻害されかねない。即ち、従来の技術には、触媒の暖機と、回収された排気熱を利用する機器の動作とを両立させることが困難であるという技術的な問題点がある。特に、ハイブリッド車両等、内燃機関の動作効率が相対的に高い、或いは内燃機関を停止させた状態で走行可能な車両においては、必然的に冷却損失が小さくなり易く、このような問題が顕著に生じ得る。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、触媒の暖機と排気熱の回収とを両立させ得る内燃機関の排気熱回収装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の排気熱回収装置は、気筒の内部と連通する排気管、及び該排気管を介して導かれる排気を浄化することが可能な第１の触媒を備えた内燃機関において排気熱を回収する内燃機関の排気熱回収装置であって、前記第１の触媒の上流側において前記排気管と連通し、前記排気を前記第１の触媒に導く筒状の内筒部と、前記内筒部を空間が介在するように覆うと共に、上流側の端部が閉じられ、且つ下流側の端部において前記第１の触媒に連通してなる筒状の外筒部と、所定の分岐位置において前記内筒部から分岐すると共に、前記分岐位置よりも上流側に位置する所定の合流位置において前記外筒部の内部に連通し、前記排気の少なくとも一部を前記空間へ還流させる還流管と、前記還流管に設置され、前記還流する排気から前記排気熱の回収を行う排気熱回収手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明における「内燃機関」とは、例えば複数の気筒を有し、当該複数の気筒の各々における燃焼室において、例えばガソリン、軽油又はアルコール等の各種燃料が燃焼した際に発生する爆発力たる動力を、例えばピストン及びコネクティングロッド等の機械的な伝達経路を経て、例えばクランク軸等を介して動力として出力可能な機関を少なくとも含んでなる概念であり、例えば自動車用の２サイクル或いは４サイクルレシプロエンジン、或いは例えば当該エンジンに加え、当該エンジンの前段又は後段に接続される例えば吸気系又は排気系等を含んでなるエンジンシステム等の形態を採る。
【０００９】
本発明に係る内燃機関には、気筒内部に連通する、例えば排気ポート、排気マニホールド及び主として排気経路を構築する一般的な排気管を含む概念としての排気管が備わり、例えば燃焼ガス又は未燃燃料等を含む排気が導かれる構成となっている。この排気は、例えば三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒、酸化触媒、又はＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等の各種形態、或いはその設置箇所に由来する呼称としてＳ／Ｃ（Start Converter）触媒又はＵ／Ｆ（Under Floor）触媒等の各種形態を採り得る第１の触媒に係る触媒反応により浄化される。
【００１０】
本発明に係る内燃機関の排気熱回収装置には、第１の触媒の上流側において排気管に連通する筒状の、好適には例えば排気管と同様断面視円環状の内筒部が備わる。この筒状の内筒部は、例えば下流側の一端部において、排気を直接的に又は適当な空間を介して間接的に、第１の触媒に導く構成を有している。
【００１１】
この内筒部は、例えば内筒部と断面視同心円状に配されてなる筒状の外筒部に、空間が介在するように、即ち適当な間隙を隔てて覆われる。この外筒部は、上流側の端部が、少なくとも排気管を介して直接排気が流入しない程度に物理的に閉じられており、且つ下流側の端部において第１の触媒に連通する構成となっている。従って、第１の触媒には、内筒部、及び内筒部と外筒部との間に介在する前述した空間とが少なくとも連通しており、好適には、この内筒部及び空間も相互に連通する構成となっている。
【００１２】
尚、本発明における「上流」及び「下流」とは、即ち、正常に流れている状態における（即ち、後述する還流する場合を除く）、排気の流れを基準としてなる方向概念であり、排気の流れからみてより気筒に近い側が上流であり、遠い側が下流として規定される。
【００１３】
ここで、内筒部からは、所定の分岐位置において還流管が分岐しており、当該分岐位置よりも上流側に位置する合流位置において外筒部の内部と連通している。内筒部を介して導かれる排気の少なくとも一部は、例えば排気の流れに沿った断面において、排気の正常な流れ（即ち、内筒部における排気の流れ）とは言わば逆行するように還流し、係る合流位置において前述した空間に導かれる。
【００１４】
一方、上述したように、この空間は、内筒部と共に第１の触媒に連通しており、且つ外筒部の上流側の端部は閉じられているため、還流管を還流し、空間に導かれた排気は、最終的には第１の触媒に導かれる。即ち、還流管を還流することなく内筒部を流れる排気も、当該空間に還流した排気も、最終的に第１の触媒に流入することとなる。
【００１５】
一方、本発明に係る内燃機関の排気熱回収装置によれば、この還流管に、例えばステンレス鋼等、例えば蓄熱容量が大きく且つ伝熱性能が相対的に良好な材料等によって少なくとも一部が形成され得る排気熱回収手段が備わり、還流する排気に係る排気熱の回収を行うことが可能に構成されている。
【００１６】
尚、本発明において「排気熱の回収を行う」とは、還流される排気から排気熱の一部を奪うことを少なくとも含み、この奪った排気熱の少なくとも一部を、例えば蓄熱手段等により一旦蓄熱した後に、又は直接、例えばＬＬＣ（Long Life Coolant）等の冷却水との間で空間輻射や物理的な熱伝達等を含む概念としての熱交換等を行うこと等により当該冷却水に付与すること等も含み得、更には例えば排気熱を機械的エネルギに変換することや、ヒートポンプ及び熱電変換モジュール等によって排気熱から電気エネルギを生成すること等を含む広い概念である。尚、排気と冷却水との間で直接熱交換が行われることによって、排気から排気熱が奪われてもよい。
【００１７】
ここで特に、第１の触媒に係る触媒反応を活性せしめるためには所定の活性温度以上の触媒温度が必要であるから、例えば第１の触媒と排気熱回収手段とが、物理的に直列に配されている場合等には、排気熱を回収することによって、触媒への熱供給が阻害され、例えば冷間時や始動時等において触媒温度が相対的に低下している場合や、触媒温度が活性温度以上であっても不安定である場合等において、エミッションや動力性能の低下を招きかねない。
【００１８】
然るに、本発明に係る内燃機関の排気熱回収装置によれば、排気熱回収手段は、内筒部から分岐して外筒部上流側へ繋がる還流管に設置されている。従って、排気熱回収手段により排気熱が回収された、相対的にみて低温の排気は、上述した空間を第１の触媒へ向かって導かれる過程において、内筒部外壁からの熱輻射によって、或いは内筒部外壁との物理的接触による熱伝達等によって、再度昇温せしめられる。即ち、第１の触媒には、還流管へ分岐することなく内筒部を通過した高温の排気と、排気熱回収手段により排気熱を回収されつつ再度昇温せしめられた排気とが流入することとなる。
【００１９】
このため、本発明に係る内燃機関の排気熱回収装置によれば、排気熱回収手段による排気熱の回収を、実践上第１の触媒の昇温が阻害されることによる不具合を顕在化させることなく実行することが可能となる。即ち、第１の触媒に係る触媒暖機と、排気熱の回収とを相互に独立して実行することが可能となり、両者が両立されるのである。
【００２０】
尚、内筒部及び外筒部の材質、物理形状及び空間的な位置関係は、上述した空間に導かれた排気熱回収後の排気が、少なくとも幾らかなり昇温せしめられた状態で第１の触媒へ導かれ得る限りにおいて何ら限定されない。例えば、内筒部の外壁は、内筒部からの熱輻射がより効率的且つ効果的に行われるように、凹凸や放熱用のフィン等、表面積を増加させ得る形状を有していてもよい。
【００２１】
本発明の内燃機関の排気熱回収装置の一の態様では、前記内燃機関は、前記分岐位置よりも上流側、且つ前記合流位置よりも下流側の区間において前記内筒部に設置され、前記排気を浄化することが可能な第２の触媒を備える。
【００２２】
この態様によれば、内燃機関には、内筒部における、前述した分岐位置よりも上流側、且つ前述した合流位置よりも下流側となる区間において内筒部に設置される、例えば三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒、酸化触媒、又はＤＰＦ等の各種形態、或いはその設置箇所に由来する呼称としてＳ／Ｃ触媒又はＵ／Ｆ触媒等の各種形態を採り得る第２の触媒が備わる。内筒部に流入した排気は、この第２の触媒を通過して排気の浄化がなされた後に内筒部から排出される。
【００２３】
ここで、第２の触媒が第１の触媒よりも上流側にある点に鑑みれば、好適な一態様として、第２の触媒は三元触媒として構成されるＳ／Ｃ触媒であり、第１の触媒は同じく三元触媒として構成されるＵ／Ｆ触媒である。この場合、第２の触媒によって排気は必要にして十分に浄化され得、第１の触媒は第２の触媒において除去しきれない例えばＮＯｘ等を浄化し得るように、その貴金属の使用状態等が決定される。
【００２４】
この構成においては、排気熱が第２の触媒の暖機に優先的に供されるため、第１の触媒へ流入する排気に係る排気熱は相応に減衰することになり、また、排気熱回収手段により回収可能な排気熱も相応に減少しかねない。その反面、第２の触媒は分岐位置よりも上流側に設置されるため、排気管を介して導かれる排気は、排気熱の回収が行われる以前に第２の触媒を通過する。このため、第２の触媒の暖機は、第１の触媒の暖機よりも更に、実質的には全く、排気熱の回収の影響を受けずに済む。
【００２５】
即ち、この態様によれば、第２の触媒により排気を実践上十分に浄化しつつ、排気から可及的に多くの排気熱を回収し、更には、排気熱の回収が第１の触媒の暖機に与える影響を可及的に低減するといった、実践上極めて高い利益が提供される。
【００２６】
本発明に係る内燃機関の排気熱回収装置の他の態様では、前記排気熱回収手段は、前記排気熱の回収の少なくとも一部として前記内燃機関の冷却水との間で熱交換を行う。
【００２７】
この態様によれば、排気熱回収手段は、内燃機関の冷却に供される、例えばＬＬＣ等の冷却水との間で熱交換を行うことが可能に構成される。この際、冷却水に付与された排気熱は、例えば、ヒータコア等への熱供給等を介して、車室内の暖房等に供される。
【００２８】
内燃機関の冷却系統は、このような排気熱の回収の有無とは関係なく設置されるシステムであり、排気熱回収手段との間で熱交換を行い得るように新規に冷却系等の一部を延長又は増設する必要があるか否かによらず、このように既存のシステムの一部を利用する形で排気熱の回収がなされる場合には、排気熱回収手段の物理的、機械的、電気的又は化学的な構成を相対的にみて小さくすることが可能となって、排気熱のより効率的且つ効果的な利用が促進される。
【００２９】
本発明に係る内燃機関の排気熱回収装置の他の態様では、前記還流する排気の流量を制御することが可能な流量制御手段と、前記内燃機関の運転条件に応じて前記流量が変化するように前記流量制御手段を制御する制御手段とを更に具備する。
【００３０】
内筒部の流路抵抗は、還流管が排気を上流側へ還流させる必要があることに鑑みれば、少なくとも還流管の流路抵抗よりも小さくなり易い。従って、分岐位置から分岐する還流管を還流する排気の量（以下、適宜「還流量」と称する）は、還流管へ流入することなく内筒部を通過する排気の量と較べて小さくなり易く、また相対的にみて所望の特性に制御し難い。
【００３１】
そこで、この態様では、例えば、電磁開閉弁やバタフライ弁等の形態を採り得る流量制御手段が備わり、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成され得る制御手段を介した例えば物理的な、機械的な又は電気的な制御を受けて、排気の流量を可変に制御することが可能に構成される。
【００３２】
この際、制御手段は、例えば、第１の触媒の温度、第２の触媒の温度、或いは冷却水の温度等、例えば当該還流量と予め対応付けられてなる内燃機関の各種運転条件に応じて、例えば運転条件を規定する指標値に応じて連続的に、段階的に、又は二値的に排気の還流量を制御する。
【００３３】
従って、この態様によれば、例えば相対的に多い還流量が必要とされる場合には還流量が多くなるように、また、例えば排気を還流させる必要性が低い場合には還流量が相対的に減少するように還流量を制御することが可能となり実践上有益である。
【００３４】
流量制御手段を備える本発明に係る内燃機関の排気熱回収装置の一の態様では、前記流量制御手段は、前記還流管及び前記内筒部の少なくとも一方に設置され、開閉状態に応じて前記還流管と前記内筒部との間の連通状態を制御する第１の開閉弁を含み、前記制御手段は、前記運転条件に応じて前記第１の開閉弁の開閉状態を制御する。
【００３５】
この態様によれば、例えば電磁開閉弁等の形態を採り得る第１の開閉弁の開閉状態に応じて、例えば開弁しているか閉弁しているか等に応じて、還流管と内筒部との間の連通状態が制御される。還流管と内筒部との間の連通状態は、排気の還流量に大きく影響するため、このように流量制御手段が第１の開閉弁を含む場合には、排気の還流量の制御が比較的簡便にして可能となる。
【００３６】
尚、「連通状態」とは、還流管と内筒部との間の連通面積に限定されるものではなく、還流管及び内筒部の少なくとも一方に係り、還流管における排気の還流量を規定する状態を広く含んでなる概念である。即ち、連通状態とは、例えば、還流管と内筒部との間の連通面積に加え、更に分岐位置よりも下流側における内筒部の開口面積等をも含む趣旨である。例えば、前述した流路抵抗等に鑑みれば、この開口面積が大きければ、同一の連通面積であっても還流量は小さくなり得る。
【００３７】
流量制御手段を備えた本発明に係る内燃機関の排気熱回収装置の他の態様では、前記流量制御手段は、前記還流管及び前記外筒部の少なくとも一方に設置され、開閉状態に応じて前記還流管と前記外筒部との間の連通状態を制御する第２の開閉弁を含み、前記制御手段は、前記運転条件に応じて前記第２の開閉弁の開閉状態を制御する。
【００３８】
この態様によれば、例えば電磁開閉弁の形態を採り得る第２の開閉弁の開閉状態に応じて、例えば開弁しているか閉弁しているか等に応じて、還流管と外筒部との間の連通状態が制御される。還流管と外筒部との間の連通状態は、排気の還流量に大きく影響するため、このように流量制御手段が第２の開閉弁を含む場合には、排気の還流量の制御が比較的簡便にして可能となる。
【００３９】
尚、内筒部、還流管及び外筒部は、夫々相互に連通しているから、例えば、第２の開閉弁によって、上述した第１の開閉弁の機能を代替することも可能であり、また上述した第１の開閉弁によってこの第２の開閉弁の機能を代替することも可能である。但し、第１及び第２の開閉弁の両方が備わる場合には、より確実に排気の還流を抑止することが可能であり、好適である。
【００４０】
尚、このように第１及び第２の開閉弁の両方が備わる場合には、第１の開閉弁は還流管における排気熱回収手段よりも下流側（還流する排気を基準とすれば上流側）に、例えば分岐位置近傍に設置され、第２の開閉弁は還流管における排気熱回収手段よりも上流側（還流する排気を基準とすれば下流側）に、例えば合流位置近傍に設置されてもよい。
【００４１】
流量制御手段を備えた本発明に係る内燃機関の排気熱回収装置の他の態様では、前記第１の触媒の温度を特定する第１の特定手段を具備し、前記制御手段は、前記特定された第１の触媒の温度が所定値未満である場合に、前記排気が前記還流管を還流しないように前記流量制御手段を制御する。
【００４２】
この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成され得る第１の特定手段により特定される第１の触媒の温度が、例えば、触媒活性温度或いは予め第１の触媒が実践上十分に効果的に動作し得るものとして設定されてなる温度等として規定される所定値未満である場合に、制御手段によって、排気が還流管を還流しないように流量制御手段が制御される。即ち、排気の還流が禁止される。従って、第１の触媒には、内筒部を介して導かれた排気が支配的に流入し、第１の触媒の暖機が促進される。
【００４３】
尚、このように第１の触媒の暖機を優先した場合、排気熱の回収が行われ得ないから、回収された排気熱を二次的に利用する、例えばヒータ等の二次装置の動作が阻害されかねない。然るに、この態様では、あくまで排気熱の回収を行いつつ第１の触媒に暖機に供し得るだけの十分な熱供給を行うことが可能であることに変わりはなく、選択肢の一として敢えて第１の触媒の暖機が最優先されているに過ぎない。
【００４４】
従って、例えば、相対的にみて緊急度の高い排気熱の回収要求がなされた場合には、第１の触媒の暖機を、少なくとも第１の触媒の温度低下を、実践上不具合が生じ得る程度に顕在化させることなく継続しつつ、速やかに排気熱の回収を行うことも可能である。即ち、例えば第１の触媒を暖機するために排気熱の回収を停止せざるを得ない場合と比較して、この態様は明らかに有利に構成される。
【００４５】
尚、本発明に係る「特定」とは、例えば、何らかの検出手段を介して直接的に又は間接的に物理的数値又は物理的数値に対応する電気信号等として検出すること、予め然るべき記憶手段等に記憶されたマップ等から該当する数値を選択又は推定すること、それら検出された物理的数値若しくは電気信号又は選択若しくは推定された数値等から、予め設定されたアルゴリズムや計算式等に従った論理演算、数値演算、又は電気的若しくは機械的な制御の結果として導出すること、或いはこのように検出、選択、推定又は導出された値等を単に電気信号等として取得すること等を包括する広い概念である。このような概念の範囲内において、第１の特定手段は、例えば、第１の触媒の上流又は下流に設けられた温度センサによって検出される温度を例えば電気信号等として取得すること等により第１の触媒の温度を特定する。
【００４６】
流量制御手段を備えた本発明に係る内燃機関の排気熱回収装置の他の態様では、前記内燃機関は、前記分岐位置よりも上流側、且つ前記合流位置よりも下流側の区間において前記内筒部に設置され、前記排気を浄化することが可能な第２の触媒を備え、前記内燃機関の排気熱回収装置は、前記第２の触媒の温度を特定する第２の特定手段を更に具備し、前記制御手段は、前記特定された第２の触媒の温度が所定値以上である場合に、前記排気が前記還流管を還流するように前記流量制御手段を制御する。
【００４７】
この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成され得る第２の特定手段により特定される第２の触媒の温度が、例えば、第２の触媒を熱負荷により故障、損傷又は損壊させかねない程度に高い温度等として規定される所定値以上である場合に、制御手段によって、排気が還流管を還流するように流量制御手段が制御される。
【００４８】
この際、第２の触媒が設置された内筒部の外壁部及び第２の触媒の外壁部には、還流管を介して相対的に冷却されてなる排気が接触し、当該外壁部との熱交換により第２の触媒に流入する排気の温度、及び第２の触媒の温度が低下するため、第２の触媒を過剰な熱負荷から防護することが可能となる。内燃機関が第２の触媒を備える場合、第２の触媒には排気管を介して排気が直接供給され、第２の触媒は比較的高温に晒され易いため、このように熱負荷に対する防護がなされることにより高い利益が提供される。
【００４９】
流量制御手段を備えた本発明に係る内燃機関の排気熱回収装置の他の態様では、前記内燃機関の冷却水の温度を特定する第３の特定手段を更に具備し、前記排気熱回収手段は、前記排気熱の回収の少なくとも一部として前記冷却水との間で熱交換を行い、前記制御手段は、前記特定された冷却水の温度が所定値以上である場合に、前記排気が前記還流管を還流しないように前記流量制御手段を制御する。
【００５０】
この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成され得る第３の特定手段により特定される冷却水の温度が、例えば上述した二次装置の動作を賄い得る程度に高い温度等として規定される所定値以上である場合に、制御手段によって、排気が還流管を還流しないように流量制御手段が制御される。即ち、排気の還流が禁止される。
【００５１】
熱交換により冷却水に直接又は間接的に付与された排気熱は、冷却水の温度が例えば二次装置を駆動し得る程度に担保されている場合には結局、例えばラジエータ等の放熱手段を介して大気中に放熱されるだけであり、実質的には有意な効果が得られ難い。また、当該放熱手段の負荷の増大が顕在化し易い。更には、回収される熱量が大きければ、冷却水の沸騰及びそれに伴う内燃機関のオーバーヒートを招きかねない。
【００５２】
従って、このように冷却水の温度に基づいて流量制御手段の動作が制御されることにより、内燃機関の安全性を担保しつつ、排気熱の回収をより効率的且つ効果的に行うことが可能となる。
【００５３】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
＜発明の実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の模式図である。
【００５５】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。
【００５６】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジン２００の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「第１の特定手段」、「第２の特定手段」、「第３の特定手段」及び「制御手段」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する排気熱回収制御を実行することが可能に構成される。
【００５７】
エンジン２００は、車両の動力源として機能するガソリンエンジンであり、本発明に係る「内燃機関」の一例である。エンジン２００は、シリンダ２０１内にその一部たる点火プラグの一部が露出してなる点火装置２０２の点火動作により混合気を爆発させると共に、爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクションロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。また、クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。クランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２０６によって検出されたクランクシャフト２０５の回転位置に基づいて、点火装置２０２の点火時期等を制御することが可能に構成されている。また、ＥＣＵ１００は、クランクシャフト２０５の回転位置に基づいてエンジン２００の機関回転数Ｎｅを算出することが可能に構成されている。以下に、エンジン２００の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。
【００５８】
シリンダ２０１内における燃料の燃焼に際し、外部から吸入された空気は吸気管２０７を通過し、吸気ポート２１３において、インジェクタ２１４から噴射された燃料と混合されて前述の混合気となる。燃料は、燃料タンク２１５に貯留されており、フィードポンプ２１７の作用によりデリバリパイプ２１６を介してインジェクタ２１４に圧送供給されている。インジェクタ２１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、この供給される燃料を、ＥＣＵ１００の制御に従って吸気ポート２１３に噴射することが可能に構成されている。
【００５９】
シリンダ２０１内部と吸気管２０７とは、吸気バルブ２１８の開閉によって連通状態が制御されている。シリンダ２０１内部で燃焼した混合気は排気となり吸気バルブ２１８の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１９の開弁時に排気ポート２２０を介して排気管２２１に導かれる。
【００６０】
吸気管２０７上には、クリーナ２０８が配設されており、外部から吸入される空気が浄化される構成となっている。また、吸気管２０７上にはエアフローメータ２０９が配設されている。エアフローメータ２０９は、ホットワイヤー式と称される形態を有しており、吸入された空気の質量流量（即ち、吸入空気量）を直接検出することが可能に構成されている。尚、エアフローメータ２０９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された吸入空気の質量流量は、ＥＣＵ１００によって絶えず或いは一定又は不定の周期で把握される構成となっている。
【００６１】
吸気管２０７には更に、吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２１０が配設されている。このスロットルバルブ２１０は、スロットルバルブモータ２１１により開閉駆動される構成となっており、スロットルポジションセンサ２１２によって、その開閉状態を表すスロットル開度が検出される構成となっている。
【００６２】
尚、スロットルポジションセンサ２１２は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたスロットル開度は絶えず、或いは一定又は不定の周期でＥＣＵ１００に把握される構成となっている。また、ＥＣＵ１００は、不図示のアクセルポジションセンサによって検出されるアクセル開度に基づいてスロットルバルブモータ２１１の駆動状態を制御する。
【００６３】
尚、スロットルバルブ２１０は、ＥＣＵ１００により制御されたスロットルバルブモータ２１１の駆動力により駆動される電子制御式のスロットルバルブであり、スロットル開度は、ＥＣＵ１００によって、運転者の意思（即ち、アクセル開度）とは無関係に制御され得る。
【００６４】
排気管２２１には、Ｓ／Ｃ触媒２２３が設置されている。Ｓ／Ｃ触媒２２３は、エンジン２００から排出されるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）を夫々浄化することが可能に構成された三元触媒であり、本発明に係る「第２の触媒」の一例である。Ｓ／Ｃ触媒２２３近傍には、Ｓ／Ｃ触媒２２３の温度たる触媒温度Ｔｓｃを検出することが可能に構成された温度センサ２２４が設置されている。温度センサ２２４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された触媒温度Ｔｓｃは、ＥＣＵ１００によって絶えず、或いは一定又は不定の周期で把握される構成となっている。
【００６５】
排気管２２１には更に、Ｕ／Ｆ触媒２２５が設置されている。Ｕ／Ｆ触媒２２５は、車両の床下に設置される、Ｓ／Ｃ触媒２２３と同様エンジン２００から排出されるＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘを夫々浄化することが可能に構成された三元触媒であり、本発明に係る「第１の触媒」の一例である。また、Ｕ／Ｆ触媒２２５近傍には、Ｕ／Ｆ触媒２２５の温度たる触媒温度Ｔｕｆを検出することが可能に構成された温度センサ２２６が設置されている。温度センサ２２６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された触媒温度Ｔｕｆは、ＥＣＵ１００によって絶えず、或いは一定又は不定の周期で把握される構成となっている。尚、Ｓ／Ｃ触媒２２３及びＵ／Ｆ触媒２２５周辺部分の詳細な構成については、後に図２を参照する形で詳述する。
【００６６】
排気管２２１には、空燃比センサ２２２が配設されている。空燃比センサ２２２は、排気ポート２２０を介して排出される排気ガスから、エンジン２００の空燃比を検出することが可能に構成されている。空燃比センサ２２２は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された空燃比は、ＥＣＵ１００によって絶えず、或いは一定又は不定の周期で把握される構成となっている。
【００６７】
また、シリンダ２０１を収容するシリンダブロックに設置されたウォータージャケットには、エンジン２００を冷却するための冷却水（即ち、ＬＬＣ）の温度（以下、適宜「冷却水温」と称する）Ｔｗを検出するための温度センサ２２７が配設されている。温度センサ２２７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された冷却水温Ｔｗは、ＥＣＵ１００によって絶えず或いは一定又は不定の周期で把握される構成となっている。
【００６８】
エンジン２００の冷却水は、このウォータージャケットを循環経路の一部として含みつつ、更にエンジン２００における所定の冷却対象部位が冷却されるように、例えば電動ウォータポンプ等の圧送手段により循環供給されており、その循環過程において、例えば後述する排気熱回収装置３００との間で熱交換を行うことが可能に構成される。
【００６９】
尚、この冷却水は、不図示のヒータコアとの間でも熱交換を行うことが可能に構成されている。このヒータコアでは、冷却水から取得された熱によって、空調ダクト（不図示）内に吸引された空気が昇温せしめられる。この昇温せしめられた空気は、例えばデフロスタやレジスタ等の空調吹き出し口から車室内へ吹き出される。即ち、本実施形態において、エンジン２００の冷却水は、車室内の暖房に供される暖房装置等、排気熱を利用する二次装置に対する熱供給源として機能する。
【００７０】
エンジンシステム１０には更に、排気熱回収装置３００が備わり、排気熱の一部を回収することが可能に構成されている。ここで、図２を参照し、排気熱回収装置３００の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、排気熱回収装置３００の構成を概念的に表してなる概略構成図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００７１】
図２において、排気熱回収装置３００は、排気管２２１における前述したＳ／Ｃ触媒２２３及びＵ／Ｆ触媒２２５の周辺部に設けられ、排気管２２１を介して導かれる排気の排気熱を蓄熱し、更にこの蓄熱された排気熱の少なくとも一部を、熱交換によりエンジン２００の冷却水に付与することによって排気熱の回収を行うことが可能に構成されてなる、本発明に係る「内燃機関の排気熱回収装置」の一例である。
【００７２】
排気熱回収装置３００は、内筒部３１０、外筒部３２０、還流管３３０、熱交換器３４０、第１制御弁３５０及び第２制御弁３６０を備える。
【００７３】
内筒部３１０は、上流側の端部が排気管２２１と図示せぬフランジ等を介して接続されることによって排気管２２１と連通しており、下流側の端部が外筒部３２０の内部に開口してなる金属製の筒状部材である。また、内筒部３１０には、上述したＳ／Ｃ触媒２２３が設置されており、排気管２２１を介して導かれた排気は、Ｓ／Ｃ触媒２２３にて浄化された後、下流側の端部から放出される構成となっている。
【００７４】
外筒部３２０は、紙面と直交する断面で見た場合に内筒部３１０と同心円状をなし、内筒部３１０と空間（以下、適宜「還流空間」と称する）を隔てて内筒部３１０全体を収容してなる金属製の筒状部材である。外筒部３２０の上流側の端部は、例えば内筒部３１０が排気管２２１と連通すべく貫通してなるフランジ等によって物理的に閉じられており、下流側の端部において、Ｕ／Ｆ触媒２２５と連通している。即ち、前述した還流空間は、Ｕ／Ｆ触媒２２５と連通している。
【００７５】
還流管３３０は、内筒部３１０における、Ｓ／Ｃ触媒２２３の下流側で設定された分岐位置（符号省略）において内筒部３１０から分岐してなる管状部材である。還流管３３０は、当該分岐位置を始点として、外筒部３２０における、Ｓ／Ｃ触媒２２３よりも上流側で設定された合流位置（符号省略）において外筒部３２０に接続され、且つ外筒部３２０に連通する構成となっている。
【００７６】
排気熱回収器３４０は、還流管３３０上に設けられ、還流管を流れる排気から排気熱を回収することが可能に構成された、本発明に係る「排気熱回収手段」の一例である。排気熱回収器３４０は、蓄熱材としてのステンレス鋼製のマトリクス部材（或いはメッシュ部材）が複数積層された構成を有しており、排気がこのマトリクス部材を通過する際に、排気からの熱伝達を介して排気熱の少なくとも一部を奪うことが可能に構成されている。また、排気熱回収器３４０は、排気抵抗の大きさが実践上顕在化することのないように、その流動損失や圧力損失が決定されている。
【００７７】
この排気熱回収器３４０における、マトリクス部材の周囲には、エンジン２００の冷却水配管（図示略）が張り巡らされている。この冷却水配管は、排気熱回収器３４０（顕著にはマトリクス部材）と冷却水との間で十分な熱交換を行うことが可能に設置されており、マトリクス部材によって奪われ、蓄熱されてなる排気熱は、冷却水へ可及的に効率的に付与され、排気熱の回収が行われる構成となっている。
【００７８】
尚、この冷却水配管は、前述したウォータージャケット等冷却水循環系統と連通する冷却水管２２７Ａから流入し、同様に冷却水循環系統に連通する冷却水管２２７Ｂへと排出される構成となっている。また、エンジン２００の冷却水は、上述したように、例えば車室内を暖房するためのヒータ装置等、各種の二次装置（図示略）の熱源として利用される構成となっている。尚、排気熱回収器３４０の構成は、排気熱を冷却水へ付与することにより排気熱の回収を行い得る限りにおいて何ら限定されない。
【００７９】
第１制御弁３５０は、内筒部３１０における上述した分岐位置に設置された電磁開閉弁であり、本発明に係る「流量制御手段」及び「第１の開閉弁」の一例である。
【００８０】
第１制御弁３５０は、その開閉状態として全開状態及び全閉状態を採ることが可能に構成されており、全開状態において、内筒部３１０と還流管３３０とを相互に連通させると共に、全閉状態において内筒部３１０と還流管３３０との連通を遮断することが可能に構成される。第１制御弁３５０は、図２においては不図示のＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００による電気的な制御を受けて、上述した二値的な開閉状態が制御される構成となっている。
【００８１】
第２制御弁３６０は、外筒部３２０における上述した合流位置に設置された電磁開閉弁であり、本発明に係る「流量制御手段」の他の一例であり、且つ「第２の開閉弁」の一例である。
【００８２】
第２制御弁３６０は、その開閉状態として全開状態及び全閉状態を採ることが可能に構成されており、全開状態において、外筒部３２０と還流管３３０とを相互に連通させると共に、全閉状態において外筒部３２０と還流管３３０との連通を遮断することが可能に構成される。第２制御弁３５０は、図２においては不図示のＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００による電気的な制御を受けて、上述した二値的な開閉状態が制御される構成となっている。
【００８３】
＜実施形態の動作＞
ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納される制御プログラムに従って、上記構成を有する排気熱回収装置３００の動作を制御するための排気熱回収制御を実行する。ここで、図３を参照し、排気熱回収制御の詳細について説明する。ここに、図３は、排気熱回収制御における処理の流れを説明するフローチャートである。
【００８４】
図３において、ＥＣＵ１００は始めに、触媒温度Ｔｓｃが所定の上限温度Ｔｓｃｔｈ以下であるか否かを判別する（ステップＡ１０）。Ｓ／Ｃ触媒２２３は、床下に設置されるＵ／Ｆ触媒２２５と較べて上流側にあり、流入する排気の温度が高温となり易い。そのため、エンジン２００の運転条件や環境条件等によっては、熱負荷による例えば触媒担体の溶損等、物理的、機械的又は化学的な不具合が発生することがある。上限温度Ｔｓｃｔｈは、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、例えば所定時間以上継続した場合等にこのような不具合が顕在化しかねない温度等として設定されている。
【００８５】
触媒温度Ｔｓｃが上限温度Ｔｓｃｔｈよりも大きい場合（ステップＡ１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ／Ｃ触媒２２３が過剰な熱負荷に晒されているものと判断し、排気熱回収モードを実行する（ステップＡ１３）。
【００８６】
ここで、図４を参照して、排気熱回収モードの詳細について説明する。ここに、図４は、排気熱回収装置３００の一動作状態における排気の流れを概念的に説明してなる概略構成図である。尚、同図において、図２と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００８７】
図４において、排気熱回収モードを実行する場合、ＥＣＵ１００は、第１制御弁３５０及び第２制御弁３６０を、夫々上述した全開状態に制御する。図４には、各制御弁が全開状態に制御された場合の排気熱回収装置３００の様子が示される。
【００８８】
排気熱回収モードが実行されると、排気管２２１を介して導かれた排気の経路は、図示実線で示される排気ＥｘＡに対応する排気経路と、図示破線で示される排気ＥｘＢに対応する排気経路とに分割され、排気は各排気経路を辿って最終的にＵ／Ｆ触媒２２５に流入する。
【００８９】
ここで、各排気経路について詳述すると、排気管２２１から導かれた排気は、Ｓ／Ｃ触媒２２３の上流側における内筒部３１０及びＳ／Ｃ触媒２２３を通過した後、所定の分岐位置において還流管３３０に導かれることなく直接Ｕ／Ｆ触媒２２３に流入する排気ＥｘＡと、第１制御弁３５０を介して還流管３３０に導かれる排気ＥｘＢとに分岐する。
【００９０】
還流管３３０に導かれた排気ＥｘＢは、還流管３３０を還流し、第２制御弁３６０を介して外筒部３２０内部の上述した還流空間へ導かれ、この還流空間からＵ／Ｆ触媒２２５へ流入する。ここで、還流管３３０には排気熱回収器３４０が設置されているため、排気ＥｘＢは、この排気熱回収器３４０を通過する過程において、上述したマトリクス部材に排気熱の一部を奪われる。このマトリクス部材に蓄熱された排気熱は、冷却水管２２７Ａから排気熱回収器３４０に流入し且つ冷却水管２２７Ｂを介して排気熱回収器３４０から排出される冷却水との熱交換によって、冷却水に付与され回収される。こうして排気熱が付与された冷却水は、例えば車内の暖房を行うためのヒータ装置の熱源として利用され、エネルギの効率的な利用が促進される。
【００９１】
一方、還流空間へ導かれた排気ＥｘＢは、排気熱回収器３４０によって熱を奪われるため還流空間へ導かれた直後には排気ＥｘＡと較べて顕著に冷却されている。ここで、還流管３３０に係る合流位置はＳ／Ｃ触媒２２３よりも上流側に設定されているため、この相対的に冷却された状態にある排気ＥｘＢは、Ｓ／Ｃ触媒２２３の外壁部分と接触することによってＳ／Ｃ触媒２２３を冷却しつつ、言い換えれば、Ｓ／Ｃ触媒２２３との熱交換により昇温しつつ還流空間を下流、即ちＵ／Ｆ触媒２２５の方向へ進行することになる。
【００９２】
図３に戻り、触媒温度Ｔｓｃが上限温度Ｔｓｃｔｈよりも大きい場合には、この排気熱回収モードが実行されることによって、Ｓ／Ｃ触媒２２３が相対的に冷却され、高い熱負荷に起因するＳ／Ｃ触媒２２３の不具合を回避することが可能となる。
【００９３】
一方、触媒温度Ｔｓｃが上限温度Ｔｓｃｔｈ以下である場合（ステップＡ１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は更に、触媒温度Ｔｕｆが所定の下限温度Ｔｕｆｔｈよりも大きいか否かを判別する（ステップＡ１１）。
【００９４】
Ｕ／Ｆ触媒２２５及びＳ／Ｃ触媒２２３は、夫々所定の触媒活性温度以上（触媒活性温度の設定如何により容易に「より大きい」と置換し得る概念である）の温度領域において好適に排気を浄化せしめ得る反面、係る触媒活性温度未満（触媒活性温度の設定如何により容易に「以下」と置換し得る概念である）の温度領域では排気の浄化効率が顕著に低下する。下限温度Ｔｕｆｔｈは、例えばこの触媒活性温度に対応付けられた値として設定されており、例えばこの触媒活性温度そのもの、或いは触媒活性温度よりも安全側（即ち、高い側）にマージンを付与してなる温度等に設定されている。
【００９５】
尚、Ｕ／Ｆ触媒２２５は、Ｓ／Ｃ触媒２２３よりも下流に位置するため、触媒温度Ｔｕｆは、触媒温度Ｔｓｃよりも基本的に低くなる。従って、ステップＡ１１に係る判別処理においては、Ｕ／Ｆ触媒２２５の温度たる触媒温度Ｔｕｆのみが参照される。
【００９６】
触媒温度Ｔｕｆが下限温度Ｔｕｆｔｈよりも大きい場合（ステップＡ１１：ＹＥＳ）、即ち、Ｕ／Ｆ触媒２２５の触媒活性が担保されているとみなし得る場合、ＥＣＵ１００は更に、エンジン２００の冷却水温Ｔｗが所定の上限温度Ｔｗｔｈ以下であるか否かを判別する（ステップＡ１２）。
【００９７】
冷却水の熱を利用する、例えばヒータ等の二次装置は、冷却水がある程度の熱をもっていないと（即ち、端的には冷却水温がある程度以上ないと）効果的に作動し得ない。その一方で、冷却水が過剰に熱を持った状態（即ち、過剰に高温な状態）では、余剰な熱は結局冷却水循環系統に設置された、例えばラジエータ等の放熱手段により放熱されるだけであり、係る二次装置に熱源を供給することによる利益よりも、ラジエータに過剰な負荷をかける不利益の方が顕在化しかねない。また、ラジエータの放熱能力を超えた排気熱の回収がなされた場合には、冷却水の温度が過度に上昇し、例えばエンジン２００のオーバーヒートを招きかねない。
【００９８】
ステップＡ１２に係る上限温度Ｔｗｔｈは、このような観点から設定される温度であって、例えば予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、実践上冷却水に排気熱を付与する必要がないと判断され得る温度、或いは例えば所定時間以上継続した場合に冷却水の沸騰を招きかねない温度等に設定されている。例えば、上限温度Ｔｗｔｈは、一般的な冷却水の定常温度たる９０℃前後の値よりも若干低い、例えば８０℃前後の値に設定される。
【００９９】
冷却水温Ｔｗが上限温度Ｔｗｔｈ以下である場合（ステップＡ１２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、未だ冷却水に排気熱を付与する必要性がある（或いはメリットがある）ものと判断して、上述した排気熱回収モードを実行する（ステップＡ１３）。
【０１００】
ここで、図４に戻り、排気熱回収モードについて補足すると、冷却水との熱交換に供された排気ＥｘＢは、還流空間を還流する過程でＳ／Ｃ触媒２２３及び内筒部３１０との熱交換により昇温する。従って、Ｕ／Ｆ触媒２２５に流入する時点において、排気ＥｘＢの温度は、少なくともＵ／Ｆ触媒２２５を触媒温度の低下による不具合を顕在化させない程度に維持されている。従って、排気熱回収モードによれば、Ｕ／Ｆ触媒２２５の動作を阻害することなく、即ちＵ／Ｆ触媒２２５の暖機から独立して排気熱の回収が可能となっている。
【０１０１】
図３に戻り、触媒温度Ｔｕｆが下限温度Ｔｕｆｔｈ以下である場合（ステップＡ１１：ＮＯ）、又は触媒温度Ｔｕｆが下限温度Ｔｕｆｔｈより大きくても冷却水温Ｔｗが上限温度Ｔｗｔｈよりも大きい場合（ステップＡ１２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、排気熱非回収モードを実行する（ステップＡ１４）。
【０１０２】
ここで、図５を参照して、排気熱非回収モードについて説明する。ここに、図５は、排気熱回収装置３００の他の動作状態における排気の流れを概念的に説明してなる概略構成図である。尚、同図において、図４と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１０３】
図５において、排気熱非回収モードを実行する場合、ＥＣＵ１００は、第１制御弁３５０及び第２制御弁３６０を、夫々上述した全閉状態に制御する。図５には、各制御弁が全閉状態に制御された場合の排気熱回収装置３００の様子が示される。
【０１０４】
排気熱非回収モードが実行されると、第１制御弁３５０及び第２制御弁３６０が全閉状態となるため、排気管２２１を介して導かれる排気は、ほぼ全て内筒部３１０を介してＵ／Ｆ触媒２２５に流入する排気ＥｘＡとなる。排気ＥｘＡは、排気ＥｘＢと較べて温度が高いから、Ｕ／Ｆ触媒２２５には相対的に高温の排気が流入することとなり、触媒暖機が一層促進される。尚、冷却水温Ｔｗの要請から排気熱非回収モードが実行される場合、このような触媒暖機の必要性は生じないが、前述したように冷却水温Ｔｗが高過ぎる場合ラジエータ等の負荷が増加するため、排気熱非回収モードによって排気熱の回収が禁止される。
【０１０５】
図３に戻り、排気熱回収モード又は排気熱非回収モードを実行すると、ＥＣＵ１００は処理をステップＡ１０に戻し、一連の処理を繰り返す。
【０１０６】
このように、本実施形態に係る排気熱回収装置３００及び排気熱回収制御によれば、排気熱回収モードと排気熱非回収モードとが、Ｓ／Ｃ触媒２２３、Ｕ／Ｆ触媒２２５及び冷却水等の温度状態を考慮して適宜選択的に切り替えられる。このため、これらの温度状態を可及的に最適化することが可能である。また、排気熱回収モードによって排気熱の回収が行われたとしても、還流空間において排気（即ち、排気ＥｘＢ）が昇温せしめられるため、排気熱の回収がＵ／Ｆ触媒２２５の温度低下を招く可能性は実践上無視し得る程度に低くなっている。即ち、触媒の暖機と排気熱の回収とを両立させることが可能となるのである。
【０１０７】
尚、本実施形態では、エンジン２００の触媒装置としてＳ／Ｃ触媒２２３とＵ／Ｆ触媒２２５とを備え、且つＳ／Ｃ触媒２２３については排気熱の回収以前に排気が通過する構成となっているが、排気熱回収装置３００に係る上述した効果は、このような構成を採らない場合であっても担保される。例えば、Ｓ／Ｃ触媒の上流側に還流管へ分岐する分岐位置が設定されていてもよい。
【０１０８】
尚、本実施形態では、排気熱回収モードと相対するモードとして排気熱非回収モードが設定され、ＥＣＵ１００により適宜に実行される構成となっているが、上述したように、本実施形態の構成によれば、排気熱の回収がＵ／Ｆ触媒２２５の暖機を顕著に阻害することはない（即ち、還流空間を還流する排気によってＵ／Ｆ触媒２２５が顕著に冷却されることはない）ため、触媒暖機の観点からは必ずしも排気熱非回収モードが実行されずともよい。
【０１０９】
尚、本実施形態においては、第１制御弁３５０及び第２制御弁３６０が、夫々全開又は全閉の二値状態を採る電磁開閉弁として構成されているが、第１制御弁３５０及び第２制御弁３６０は、夫々その開度として、全開と全閉の間に位置する中間開度を採ることが可能に構成されていてもよい。この場合、還流管３３０を還流する排気と還流管３３０を還流することなくＵ／Ｆ触媒２２５に導かれる排気ＥｘＡとの相対比率を連続的に変化させ得るため、Ｓ／Ｃ触媒２２３、Ｕ／Ｆ触媒２２５及び冷却水の温度状態をより精細に制御することが可能となる。
【０１１０】
また、排気を還流させる（即ち、排気本来の流れに対し典型的には逆行させる）必要がある点に鑑みれば、還流管３３０の流路抵抗は、内筒部３１０の流路抵抗と較べて高くなり易い。従って、単に第１制御弁３５０の開閉のみでは、効率的に排気を還流管３３０に導き難い可能性がある。そのような場合に備え、少なくとも第１制御弁３５０は、三方弁等の多方弁として構成されていてもよい。即ち、排気を還流管３３０に導く場合（例えば、排気熱回収モードが実行される場合）には、この多方弁の弁体駆動により、分岐位置又は分岐位置下流において内筒部３１０とＵ／Ｆ触媒２２５との連通を遮断してもよい。
【０１１１】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の排気熱回収装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの模式構成図である。
【図２】図１のエンジンシステムに備わる排気熱回収装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図３】ＥＣＵにより実行される排気熱回収制御における処理の流れを説明するフローチャートである。
【図４】排気熱回収装置の一動作状態における排気の流れを概念的に説明してなる概略構成図である。
【図５】排気熱回収装置の他の動作状態における排気の流れを概念的に説明してなる概略構成図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２２３…Ｓ／Ｃ触媒、２２５…Ｕ／Ｆ触媒、２２７Ａ、２２７Ｂ…冷却水管、３００…排気熱回収装置、３１０…内筒部、３２０…外筒部、３３０…還流管、３４０…排気熱回収器、３５０…第１制御弁、３６０…第２制御弁。
【図１】
2008175125.tif 000003
【図２】
2008175125.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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