(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ガスを通流させる排気ガス通路と、
第１媒体を通流させる第１媒体通路と、
前記排気ガス通路と前記第１媒体通路とで挟まれた、第２媒体を通流させる第２媒体通路と、
を備え、
排気ガスの熱を前記第１媒体に回収する排熱回収を実行する場合に前記第２媒体通路に前記第２媒体を通流させる排熱回収装置の制御方法において、
前記第２媒体の通流量を、前記第２媒体通路の前記排気ガス通路側の壁面の温度である部品温度が高いほど小さく設定することを特徴とする排熱回収装置の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の排熱回収装置の制御方法において、
前記第１媒体の温度が予め設定した非回収温度以下であり、かつ前記部品温度が閾値以下の場合に前記排熱回収を実行する排熱回収装置の制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載の排熱回収装置の制御方法において、
前記部品温度が前記閾値を超えている場合でも、前記第１媒体の温度が前記非回収温度以下かつ昇温要求があるときには、前記第２媒体の通流量を徐々に増加させながら前記排熱回収を実行する排熱回収装置の制御方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の排熱回収装置の制御方法において、
前記閾値を、前記第２媒体の温度に基づいて設定する排熱回収装置の制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載の排熱回収装置の制御方法において、
前記閾値を前記部品温度と前記第２媒体の温度との差が小さいほど高く設定する排熱回収装置の制御方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の排熱回収装置の制御方法において、
前記部品温度を、前記第２媒体が通流していない状態での排気温度に基づいて取得する排熱回収装置の制御方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の排熱回収装置の制御方法において、
前記排熱回収装置は前記第２媒体の通流量を制御するノーマルクローズタイプの流量調整弁を備える排熱回収装置の制御方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の排熱回収装置の制御方法を、前記エンジンの始動時に実行する排熱回収装置の制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の排熱回収装置の制御方法において、前記エンジンの始動が車両外部からの作動信号に基づくリモートスタートである排熱回収装置の制御方法。
【請求項１０】
エンジンの排気ガスを通流させる排気ガス通路と、
第１媒体を通流させる第１媒体通路と、
前記排気ガス通路と前記第１媒体通路とで挟まれた、第２媒体を通流させる第２媒体通路と、
排気ガスの熱を前記第１媒体に回収する排熱回収を実行する場合に前記第２媒体通路に前記第２媒体を通流させる制御部と、
を備える排熱回収装置の制御装置において、
前記制御部は、前記第２媒体の通流量を、前記第２媒体通路の前記排気通路側の壁面の温度である部品温度が高いほど小さく設定することを特徴とする排熱回収装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気ガスの熱を回収する排熱回収装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気ガスの熱をエンジン冷却用の冷却水に回収する排熱回収装置が知られている。文献１には、排気通路の外周側に冷却水を通流させるウォータジャケットを備え、排気通路の外周壁とウォータジャケットの内周壁との間を、冷却水とは別の熱媒体を通流させる中間層とする排熱回収装置の制御方法が開示されている。文献１に記載の制御では、エンジン始動時や高負荷運転時以外には中間層を熱媒体で満たして、熱媒体を介して排気ガスの熱を冷却水に回収している。一方、高負荷運転時には、中間層から熱媒体を排出して空気で満たすことによって中間層を断熱層として機能させ、非排熱回収状態にして冷却水が沸騰することを防止している。また、文献１に記載の制御では、エンジン停止時も高負荷状態と同様に非熱回収状態としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１８５８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えばアイドルストップからの復帰時には、熱媒体の温度が中間層の排気通路側壁面の温度よりも大幅に低い状況が生じ得る。この状況で熱媒体を中間層に通流させると、中間層の排気通路側壁面が熱媒体によって急激に冷やされる、いわゆるヒートショックが生じる。すなわち、文献１に記載の制御では、ヒートショックにより排気通路側壁面の劣化が促進される可能性がある。
【０００５】
そこで本発明では、上述したヒートショックによる排気通路側壁面の劣化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によれば、エンジンの排気ガスを通流させる排気ガス通路と、第１媒体を通流させる第１媒体通路と、排気ガス通路及び第１媒体通路に挟まれた、第２媒体を通流させる第２媒体通路と、を備える排熱回収装置の制御方法が提供される。この制御方法では、排気ガスの熱を第１媒体に回収する排熱回収を実行する場合に第２媒体通路に第２媒体を通流させる。そして、第２媒体の通流量を、第２媒体通路の排気通路側の壁面の温度である部品温度が高いほど小さく設定する。
【発明の効果】
【０００７】
上記態様によれば、第２媒体の通流量を、第２媒体通路の排気通路側の壁面の温度である部品温度が高いほど小さく設定するので、ヒートショックが生じないような第２媒体の通流量を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、冷却水回路の全体図である。
【図２】図２は、排熱回収器の設置場所を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、排熱回収器の初期状態を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、排熱回収器の排熱回収を実行していない状態を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、排熱回収器の排熱回収を実行している状態を示す図である。
【図４】図４は、排熱回収器の概略構成図である。
【図５】図５は、排熱回収制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、熱媒体温度と内管温度と熱媒体供給量との関係を示す図である。
【図７】図７は、本実施形態の第１実施例制御を実行した場合のタイミングチャートである。
【図８】図８は、本実施形態の第２実施例の制御を実行した場合のタイミングチャートの一例である。
【図９】図９は、本実施形態の第２実施例の制御を実行した場合のタイミングチャートの他の例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る冷却水回路の全体図である。ウォータポンプ９によりエンジン１に送られた冷却水は、エンジン１のブロック１Ｂ及びヘッド１Ａのウォータジャケットを通過し、アウトレット１２にて後述する流路に分岐する。アウトレット１２では、スロットルチャンバ１５を経由するスロットル用流路１４と、変速機１７を経由する変速機用流路１６と、ラジエータ４または排熱回収器２１を経由する冷却水流路５と、に分岐する。冷却水流路５は、さらにラジエータ４を経由する冷却用流路６と、排熱回収器２１を経由する排熱回収用流路７とに分岐する。冷却用流路６と排熱回収用流路７は、両通路６、７を流れる冷却水流量の配分を定めるサーモスタット８で再び合流する。排熱回収用流路７には、ヒータコア１８が介装されている。なお、図１では排熱回収器２１の下流側にヒータコア１８が介装されているが、上流側であっても構わない。
【００１１】
また、排熱回収用流路７はエンジンコントローラ（制御部）４１により開閉制御される冷却水流量調整弁４２を備える。すなわち、排熱回収用流路７の流量は、サーモスタット８だけでなく、冷却水流量調整弁４２によっても調整される。
【００１２】
スロットル用流路１４、変速機用流路１６、及び冷却水流路５はサーモハウジング１３で再び合流して、ウォータポンプ９に戻る。
【００１３】
次に、排熱回収器２１について説明する。
【００１４】
図２は本実施形態に係る排熱回収器２１の設置場所を示す排気マニホールドの概略構成図である。図３Ａ〜図３Ｃは、図２のIII−III線に沿った断面図である。図４は、排熱回収器２１の概略構成図である。
【００１５】
図２に示したように、３気筒エンジン１では、排気マニホールド２は３つの分岐部２ａとこれらを集合させる集合部２ｂとから構成される。排気マニホールドのすぐ下流には三元触媒等の排気浄化装置１９が設けられている。排熱回収器２１は３つの分岐部２ａのうちの１つに配置されている。なお、図２では左端の分岐部２ａに排熱回収器２１を設けているが、中央や右端の分岐部２ａに設けてもよい。また、複数の分岐部２ａに設けてもよいし、集合部に設けてもよい。
【００１６】
図４に示すように、排熱回収器２１は内管２２、中間管２３、及び外管２４の３つの円筒状の管からなる三重管構造になっている。内管２２は分岐部２ａに相当し、内管２２の内側になる通路３が排気通路である。
【００１７】
中間管２３と外管２４との間に形成される円筒状の空間である冷却水通路（第１媒体通路）１１には、冷却水（第１媒体）を通流させる。なお、冷却水は一般に液相で使用されるが、第１媒体は液相に限定されない。
【００１８】
内管２２と中間管２３との間の円筒状の空間である熱媒体通路（第２媒体通路）２５には、熱媒体（第２媒体）を通流させる。熱媒体通路２５を熱媒体で満たせば、熱媒体通路２５の熱媒体を介して、排気通路３を流れる排気と冷却水通路１１を流れる冷却水との間で熱交換が行われ、冷却水の温度が上昇する。すなわち、排気の熱を冷却水に回収することができる。例えば、エンジン１の冷間始動時に上記の熱交換を行うことで、エンジン１の暖機を促進することができる。
【００１９】
一方、例えばエンジン１の高負荷運転時のように冷却水の温度上昇を抑制する必要がある場合には、熱媒体通路２５から熱媒体を排出して、熱媒体通路２５を空気などの他の気体で満たすようにする。この場合には、気体で満たされた熱媒体通路２５が断熱層として機能して、排気と冷却水との間の熱交換が抑制されるので、冷却水の温度上昇を抑制することができる。このように、冷却水の温度上昇を抑制する必要があるか否かを判断する際の冷却水温の閾値を非回収水温と称する。
【００２０】
ここで、熱媒体通路２５の熱媒体と他の気体との切り替えについて説明する。
【００２１】
熱媒体通路２５から熱媒体を排出するために、例えば図４に示すように、排熱回収器２１を水平方向に対して傾かせ、最も高い位置を一端２５ａとし、最も低い位置を他端２５ｂとする。これにより、熱交換によって沸騰気化した熱媒体は一端２５ａに導かれる。
【００２２】
そして、図３Ａ〜図３Ｃにも示したように、熱媒体通路２５の一端２５ａと熱媒体タンク３１の底面３１ａとを第１循環通路３２で、また熱媒体通路２５の他端２５ｂと熱媒体タンク３１の底面３１ａとを第２循環熱媒体通路３３でそれぞれ接続し、熱媒体が排熱回収器２１の熱媒体通路２５と熱媒体タンク３１との間を行き来する循環路を形成する。上記の熱媒体タンク３１としては、鉛直上方に大気との開口端を設けた開放タンクあってもよいし、密閉タンクであってもかまわない。ここで、図３Ａは初期状態であるときに、図３Ｂは冷却水温が非回収水温を超えているときに、図３Ｃは冷却水温が非回収水温以下であるときに、熱媒体の状態がそれぞれどのように変化するのかを示している。
【００２３】
第１循環通路３２にはノーマルクローズタイプの開閉弁３４とポンプ３５を設けている。冷却水温が非回収水温以下の状態においては、図３Ｃのように熱媒体通路２５は熱媒体で満たされている。開閉弁３４を開いてポンプ３５を作動させることにより、熱媒体を連通通路を介して循環させ、熱媒体通路内の熱媒体に生じる強制対流によって排気と冷却水との間の熱交換を促進する。開閉弁３４は、冷却水温が非回収水温を超えたときに熱媒体通路２５の内部で沸騰気化した熱媒体ガスの圧力を閉じ込めるためのものである。冷却水温が非回収水温を超えたときには開閉弁３４が閉じ、熱媒体通路２５の内部で沸騰気化した熱媒体ガスは鉛直上方に向かう。熱媒体通路２５はその一端２５ａが鉛直方向で最も高い位置にあるので、熱媒体ガスはこの一端２５ａへと向かい、さらに一端２５ａに接続されている第１循環通路３２に侵入して開閉弁３４の手前に貯まる。ある程度の量の熱媒体ガスが開閉弁３４の手前に貯まると、この熱媒体ガスの圧力が、熱媒体通路２５の内部にあってまだ液体の熱媒体を、熱媒体通路２５の他端２５ｂから第２循環通路３３へと押し出す。開閉弁３４の手前に貯まるガス量が増えるにつれて、熱媒体通路２５の他端２５ｂから第２循環通路３３へと押し出される液体の熱媒体の量が増えてゆき、やがては熱媒体通路２５から液体の熱媒体がすべて排出された状態に至る（図３Ｂ参照）。
【００２４】
このようにして、冷却水温が非回収水温をこえたときに熱媒体通路２５の状態を液相から気相へと切換えることができる。熱媒体通路２５を気体で満たす場合、例えば熱媒体を空気で置き換えるように構成しても良いが、空気導入用の専用通路やポンプが必要になって複雑になってしまう。これに対して、本実施形態のように気化した熱媒体を利用すれば、構造が大幅に簡素化される。第２循環通路３３には、熱媒体通路２５から第２循環通路３３へと追い出された液体の熱媒体が熱媒体通路２５に戻ることを阻止する逆止弁３６を設けておく。
【００２５】
次に、冷却水温が非回収水温以下になったときには再び熱媒体通路２５の状態を気相から液相へと戻してやる必要がある。この場合は、開閉弁３４を開き、ポンプ３５を作動させることによって、熱媒体タンク３１の熱媒体を熱媒体通路２５へと供給する。
【００２６】
また、別の方法としては、熱媒体タンク３１の高さを活用した位置エネルギを利用することもできる。すなわち、冷却水温が非回収水温を超えたときに第２循環通路３３へと追い出される液体の熱媒体によって熱媒体タンク３１の内部の液面３１ｂを押し上げるようにする。そして、熱媒体通路２５の全てから液体の熱媒体が追い出された状態に至ったとき、図３Ｂに示したように熱媒体タンク３１の内部の液面３１ｂの高さＨ２が熱媒体通路２５の一端２５ａの鉛直方向高さＨ１より所定値ΔＨ（正の値）だけ高くなるようにする。これは、高さＨ１より鉛直上方にある液体の熱媒体に位置エネルギをため込ませるためである。なお、ポンプ３５は非作動時には第１循環通路３２を遮断することなく開いているものとする。冷却水温が非回収水温以下になったときに開閉弁３４を開くと、高さＨ１より鉛直上方にある熱媒体タンク３１内の液体の熱媒体が第１循環通路３２へと流れる。第１循環通路３２に流れた熱媒体はさらに熱媒体通路２５の一端２５ａから熱媒体通路２５の内部へと流れ込み、熱媒体通路２５の内部を液体の熱媒体で全て満たす。このとき、第１循環通路３２が全て液密となるよう、図３Ｃに示したように熱媒体タンク３１の内部の液面３１ｂの高さＨ３は第１循環通路３２の位置より高くなるようにする。このようにして、熱媒体通路２５及び第１、第２の循環通路３２、３３の全てを気相から液相へと戻すことができる。
【００２７】
どのくらいの時間で熱媒体通路２５の状態を液相から気相へとあるいはこの逆に気相から液相へと切換えたらよいかは要求により定まる。従って、要求により定まった時間で熱媒体通路２５の状態が液相から気相へと、あるいはこの逆に気相から液相へと切換わり得るように、排熱回収器２１、第１、第２の循環通路３２、３３、熱媒体タンク３１、開閉弁３４の各仕様及び熱媒体の種類、総量を決定する。図３Ａ〜図３Ｃでは、ポンプ３５を備えることによってポンプを利用して熱媒体を熱媒体通路に導入することができるにも拘わらず、熱媒体タンク３１が上方に設けられて重力を利用して熱媒体を熱媒体通路に導入することもできる例を示したが、どちらか一方の方法だけを採用した構成にしても良い。
【００２８】
エンジン１の運転を停止させるときに熱媒体通路２５内に熱媒体が満たされていると、次回のエンジン始動が冷間始動であると、排気の熱が冷却水に奪われて排気温度が低下し、排気通路に設けられた触媒の活性が遅れる可能性がある。停止前に熱媒体通路２５から熱媒体を抜いておけば、上述のように熱媒体通路２５から第２循環通路３３へと追い出された液体の熱媒体が熱媒体通路２５に戻ることを阻止する逆止弁３６があるために、熱媒体タンク３１の内部の液体の熱媒体が第２循環通路３３を介して熱媒体通路２５に流入することはない。
【００２９】
エンジン１の冷間始動時に、排熱回収器２１を図３Ａに示した初期状態としておけば、熱媒体通路２５を断熱層として働かせることで、排気の熱が冷却水通路１１の冷却水に奪われることがなくなる。これによって排気の熱を全て排気浄化装置１９に供給することが可能となり、排気浄化装置１９の暖機完了を早めることができる。排気浄化装置１９の暖機完了を早めることができれば、その分、三元触媒を用いての空燃比フィードバック制御を早期に開始できる。
【００３０】
排気浄化装置１９の暖機はエンジン１の冷間始動タイミングから所定の時間が経過すれば完了するので、そのタイミングで排気浄化装置１９の暖機を完了したと判断し、次にはエンジン１の暖機を行わせるため、開閉弁３４を全開状態とする。すると、図３Ａにおいて高さＨ１より鉛直上方にある熱媒体タンク３１内の液体の熱媒体が第１循環通路３２へと流れる。第１循環通路３２に流れた熱媒体はさらに熱媒体通路２５の一端２５ａから熱媒体通路２５の内部へと流れ込み、熱媒体通路２５の内部を液体の熱媒体で全て満たす。そして、図３Ｃに示したように熱媒体タンク３１の内部の液面３１ｂの高さＨ３が第１循環通路３２の位置より高くなる。このようにして、熱媒体通路２５及び第１、第２の循環通路３２、３３の全てを気相から液相へと戻すことで、排気浄化装置１９の暖機完了後には熱媒体の強制対流を利用して冷却水通路１１の冷却水の昇温を行わせることが可能となり、エンジン１の暖機を行うことができる。尚、上述したように、熱媒体通路２５を熱媒体で満たすためには、ポンプ３５を作動させることにしても良い。
【００３１】
上記開閉弁３４の開閉駆動及びポンプ３５の作動・非作動は、エンジンコントローラ４１が実行する。すなわち、エンジンコントローラ４１では、冷却水温が非回収水温を超えているか否かを判定し、非回収水温以下であると判断したときに開閉弁３４を開いてポンプ３５を作動させ、排熱回収器２１を図３Ｃに示す状態に保持する。冷却水温が非回収水温を超えていると判断したときには開閉弁３４を全開状態としポンプ３５を停止して、排熱回収器２１を図３Ｂに示す状態とする。その後に冷却水温が非回収水温以下になったときには開閉弁３４を開いてポンプ３５を作動させ、排熱回収器２１を図３Ｃに示す状態に戻す。また、エンジン１の停止の直前には開閉弁３４を全閉状態としポンプ３５を停止して、排熱回収器２１を図３Ａに示す初期状態とする。尚、熱媒体の気化が不十分で液相の熱媒体が熱媒体通路２５内に残ってしまう場合、ポンプ３５を作動（通常とは逆回転）させて熱媒体タンク３１に回収させるようにしても良い。初期状態とした後には開閉弁３４を全閉状態とする。エンジン１の次回の始動には開閉弁３４を全閉状態に保ち、ポンプ３５の作動を停止させて排気浄化装置１９の暖機が完了するのを待つ。排気浄化装置１９の暖機完了後にはエンジン１の暖機を促進するため、開閉弁３４を全開状態として排熱回収器２１を図３Ｃに示す状態へと移行させる。
【００３２】
なお、エンジンコントローラ４１は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。エンジンコントローラ４１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。
【００３３】
上記が開閉弁３４及びポンプ３５の制御の基本的な考え方である。ところで、気体で満たされた熱媒体通路２５に熱媒体を流入させる際に、熱媒体と熱媒体通路２５とに温度差があると、熱媒体の流入によって熱媒体通路２５に熱負荷がかかる。例えば、アイドルストップからの復帰時には、内管２２の温度（部品温度）が熱媒体よりも大幅に高温になっている状況が生じ得る。この状況で開閉弁３４を全開にすると、内管２２よりも大幅に低温の熱媒体が熱媒体通路２５に急激に流入することになり、内管２２に大きな熱負荷がかかる。このような熱負荷が繰り返しかかると、内管２２の劣化が促進されることとなる。
【００３４】
そこで、本実施形態では熱負荷による劣化を抑制するために、開閉弁３４及びポンプ３５を以下に説明するように制御する。
【００３５】
図５は、本実施形態でエンジンコントローラ４１が実行する熱媒体制御を示すフローチャートである。以下、ステップに沿って説明する。
【００３６】
ステップＳ１００で、エンジンコントローラ４１は冷却水温が予め設定した非回収水温以下であるか否かを判定し、非回収水温以下の場合はステップＳ１１０の処理を実行し、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。冷却水温は、一般的なエンジンでも備えている水温センサにより検出する。
【００３７】
ステップＳ１１０で、エンジンコントローラ４１は内管２２の温度が後述する閾値より高いか否かを判定し、閾値より高い場合はステップＳ１４０の処理を実行し、閾値以下の場合はステップＳ１２０の処理を実行する。
【００３８】
内管２２の温度は、熱媒体が熱媒体通路２５に流入する前の状態、つまり熱媒体通路２５が気体で満たされた状態での排気温度に基づいて推定する。排気温度は一般的なエンジンが備える排気温度センサの検出値を用いることとする。
【００３９】
閾値は、熱媒体の温度に基づいて設定した温度である。より具体的には、ステップＳ１１０の処理を実行する際の熱媒体の温度を取得し、この温度の熱媒体が流入したときの熱負荷が許容範囲内となる内管２２の最高温度を閾値とする。すなわち、閾値は内管２２の温度と熱媒体の温度との温度差が、熱媒体流入による熱負荷が許容範囲内となるように設定される値であり、熱媒体が高温になるほど閾値も高くなる。これにより、内管２２と熱媒体との温度差が大きいほど熱媒体の流通量を小さく設定している。許容範囲は、要求される劣化保証期間に応じて定まる。なお、熱媒体の温度は、温度センサによって直接的に検出することができる。
【００４０】
内管２２の温度が閾値以下の場合は、エンジンコントローラ４１は開閉弁３４を全開にし（Ｓ１２０）、ポンプ３５を作動させて（Ｓ１３０）、熱媒体通路２５に熱媒体を流入させる。
【００４１】
内管２２の温度が閾値を超えている場合は、エンジンコントローラ４１はステップＳ１４０においてヒータがオンになっているか否か、つまり冷却水を昇温する要求の有無を判定する。ヒータがオンになっている場合（昇温要求がある場合）は、ステップＳ１６０の処理を実行し、ヒータがオフに場合はステップＳ１５０の処理を実行する。
【００４２】
ステップＳ１５０で、エンジンコントローラ４１は変速機オイル温度が暖機完了温度以下であるか否か、つまり冷却水を昇温する要求の有無を判定する。判定結果が肯定的な場合（昇温要求がある場合）はステップＳ１６０の処理を実行し、否定的な場合は今回のルーチンを終了する。
【００４３】
ヒータがオンの場合、または変速機オイル温度が暖機完了温度以下の場合には、エンジンコントローラ４１は後述するように開閉弁３４を熱媒体供給量に応じた所定開度に制御し（Ｓ１６０）、ポンプ３５を作動させる（Ｓ１７０）。
【００４４】
ここで、開閉弁３４の開け方について図６を参照して説明する。図６の縦軸は媒体供給量、横軸は内管２２の温度であり、実線Ａ〜Ｃはそれぞれ熱媒体温度がＡ[℃]、Ｂ［℃］、Ｃ［℃］の場合（Ａ＜Ｂ＜Ｃ）の熱媒体供給量を示している。
【００４５】
例えば、熱媒体がＣ［℃］、内管２２がＴ１［℃］の場合は、熱媒体供給量はＦ１［Ｌ/min］となる。熱媒体供給量と開閉弁３４との関係を予め求めておけば、ステップＳ１６０において、熱媒体供給量に応じた開閉弁３４の開度を設定することができる。
【００４６】
内管２２がＴｃ１［℃］より低い場合は、熱媒体供給量は最大となる。つまり、熱媒体がＣ［℃］の場合の内管２２の温度の閾値はＴｃ１［℃］であり、内管２２がＴｃ１［℃］より低温のときはステップＳ１２０において開閉弁３４が全開となる。一方、熱媒体温度がＣ［℃］の場合、内管２２がＴ２［℃］を超えているときは、熱媒体供給量はゼロになる。つまり、図５のステップＳ１６０において、開閉弁３４の開度はゼロに設定される。なお、熱媒体がＢ［℃］の場合の内管２２の温度の閾値はＴｃ２［℃］となる。熱負荷が問題になるのは内管２２が熱媒体より高温の場合であり、また、上記の通りＢ［℃］＜Ｃ［℃］であることから、閾値は熱媒体と内管２２の温度差が小さいほど高いということがいえる。
【００４７】
上記のように、熱媒体温度がＣ［℃］で内管２２の温度が閾値Ｔｃ１［℃］を超えている場合には、内管２２の温度が高くなるほど熱媒体供給量が減少するように開閉弁３４の開度が設定される。この内管２２の温度がＴｃ１［℃］〜Ｔ２［℃］の領域を熱媒体供給量調整領域という。
【００４８】
なお、図６の実線Ａ〜Ｂ間、Ｂ〜Ｃ間については、実線Ａ〜Ｃと同様な供給量線があるものとしてもよいし、実線Ａ〜Ｃのいずれかに基づいて演算により補完してもよい。
【００４９】
上記の通り、本実施形態では、エンジンコントローラ４１は冷却水温が非回収水温以下の場合に、内管２２の温度が閾値以下であれば開閉弁３４を全開にして熱媒体を熱媒体通路２５に通流させる。一方、内管２２の温度が閾値を超えている場合は、エンジンコントローラ４１は、ヒータがオン又は変速機オイルが暖機完了温度以下であれば開閉弁３４を徐々に開けて熱媒体を熱媒体通路２５に通流させる。熱媒体供給量を制限しながら熱媒体通路２５に通流させることで、排熱回収によるヒータ機能の向上や変速機の暖機促進を図りつつ、内管２２に係る熱負荷を軽減することができる。また、内管２２の温度が閾値を超えている場合に、ヒータがオフかつ変速機オイルが暖機完了温度を超えていれば、熱媒体通路２５に熱媒体を通流させない。これにより内管２２に熱負荷がかかることを防止できる。
【００５０】
次に、上記の制御を実行した場合の効果についてタイミングチャートを参照して説明する。図７は本実施形態の第１実施例としての制御を実行した場合のタイミングチャートであり、図８、９は本実施形態の第２実施例としての制御を実行した場合のタイミングチャートである。第１実施例の制御では、上述した熱負荷による劣化促進を抑制するために、冷却水温が非回収水温以下であっても、内管２２の温度が閾値を超えている場合には排熱回収を実行しない。なお、図７〜９ではポンプ３５の作動状態を示していないが、開閉弁３４を開いたときはポンプ３５は作動し、開閉弁３４を閉じたときはポンプ３５は停止する。
【００５１】
まず、第１実施例の制御を実行した場合について図７を参照して説明する。
【００５２】
時刻０におけるエンジン始動は冷間始動であり、冷却水温は非回収水温以下かつ内管２２の温度は閾値以下なので、開閉弁３４は全開になり、排熱回収が行われる。
【００５３】
その後の時刻ｔ１０で冷却水温が非回収水温に達したら、開閉弁３４が全閉になり、排熱回収が行われなくなる。時刻ｔ１０以降もエンジン１は運転し続ける。内管２２の温度は、冷却水との熱交換が行われなくなることで上昇速度が高まり、その後エンジン回転速度の低下に伴って低下に転じる。
【００５４】
時刻ｔ２０でアイドルストップを開始し、時刻ｔ３０でアイドルストップから復帰する。この時刻ｔ２０から時刻ｔ３０の間、冷却水温及び内管２２の温度はいずれも低下する。しかし、時刻ｔ３０において冷却水温が非回収水温以下になっているが、内管２２の温度は閾値以上なので、開閉弁３４は閉じたままである。
【００５５】
エンジン１は時刻ｔ３０から時刻ｔ４０まで運転を継続し、時刻ｔ４０において再びアイドルストップを開始し、時刻ｔ５０においてアイドルストップから復帰する。時刻ｔ５０においては、冷却水温は非回収水温以下であり、内管２２の温度は閾値以下になっているので、開閉弁３４は全開になり排熱回収が実行される。
【００５６】
このように、第１実施例の制御を実行した場合には、冷間始動である時刻０でのエンジン始動時と、内管２２の温度が閾値以下となる時刻ｔ５０におけるアイドルストップからの復帰時に排熱回収が行われる。一方、時刻ｔ３０におけるアイドルストップからの復帰時には排熱回収は行われない。
【００５７】
次に第２実施例の制御を実行した場合の図８について説明する。なお、図８では、ヒータは常にオフであるものとする。
【００５８】
時刻０から時刻ｔ２０までは図７と同様である。また、時刻ｔ２０でアイドルストップを開始してからの冷却水温及び内管２２の温度の挙動も図７と同様である。
【００５９】
時刻ｔ３０において、冷却水温は非回収水温以下であるが、内管２２の温度は閾値より高い。しかし、変速機オイル温度が暖機完了温度以下なので、開閉弁３４は上述した所定開度に制御される（図５のＳ１５０−Ｓ１６０）。そして、時刻ｔ３２で内管２２の温度が閾値以下となったら、開閉弁３４は全開に制御される。
【００６０】
その後、エンジン１の運転継続に伴い冷却水温が上昇して、時刻ｔ３４で冷却水温が非回収水温を超えたら、開閉弁３４は閉弁する。そして、再び時刻ｔ３６で冷却水温が非回収水温以下となったときに、内管２２の温度は閾値を超えているが、変速機オイル温度がまだ暖機完了温度以下なので、開閉弁３４は熱媒体供給量に応じた所定開度に制御される。なお、時刻ｔ３６における内管２２の温度は時刻ｔ３２における内管２２の温度より低く、時刻ｔ３６における内管２２と熱媒体との温度差は時刻ｔ３２における内管２２と熱媒体との温度差より大きい。したがって、時刻ｔ３６における開閉弁３４は、時刻ｔ３２における開閉弁３４の開度より小さい。
【００６１】
時刻ｔ３８で内管２２の温度が閾値以下となったら、開閉弁３４は全開に制御され、時刻ｔ４０でアイドルストップが開始されたら開閉弁３４は全閉に制御される。
【００６２】
時刻ｔ４０以降については図7と同様である。
【００６３】
上記のように、第２実施例の制御では、冷却水温が非回収水温以下の場合、内管２２の温度が閾値を超えていても、変速機オイルが暖機完了温度以下であれば、つまり昇温要求があれば、開閉弁３４を所定開度で開弁させる。これにより、第１実施例の制御のように内管２２の温度が閾値を超えている場合には開閉弁３４を開弁させない場合に比べて、排熱回収を実行する機会が増加する。また、内管２２の温度が閾値を超えている場合には、排熱回収を開始する際に開閉弁３４をただちには全開にせず、所定開度に制御にするので、内管２２と温度差のある熱媒体が熱媒体通路２５に流入することによる熱負荷を軽減できる。
【００６４】
なお、図８では時刻ｔ３２〜ｔ３４の期間及び時刻ｔ３６〜ｔ３８の期間、開閉弁３４の開度はそれぞれ時刻ｔ３２及び時刻ｔ３６で設定された開度に制御され、時刻ｔ３４及び時刻ｔ３８で全開に制御されているが、これに限られるわけではない。例えば、内管２２の温度の低下に応じて開度をステップ的に、又は滑らかに増大させてもよい。
【００６５】
次に第２実施例の制御を実行した場合の図９について説明する。図９では、ヒータは常にオンであるものとする。ヒータが常にオンであれば図５のステップＳ１４０の処理の後、ステップＳ１６０の処理を実行するので、図９においては変速機オイル温度のチャートを省略している。
【００６６】
時刻０から時刻ｔ２０までは図７と同様である。また、時刻ｔ２０でアイドルストップを開始してからの冷却水温及び内管２２の温度の挙動も図７と同様である。
【００６７】
時刻ｔ３０において、冷却水温は非回収水温以下であるが、内管２２の温度は閾値より高い。また、変速機オイル温度は暖機完了温度を超えている。しかし、ヒータがオンになっているので、開閉弁３４は上述した所定開度に制御される（図５のＳ１４０−Ｓ１６０）。このときの所定開度は、図８の場合と同様に、図６で説明した熱媒体供給量に応じた開度である。そして、時刻ｔ３２で内管２２の温度が閾値以下となったら、開閉弁３４は全開に制御される。それ以降は時刻ｔ４０まで冷却水温が非回収水温を超えたままなので、開閉弁３４は閉じたままである。時刻ｔ４０以降は図８の場合と同様である。
【００６８】
上記のように第２実施例の制御では冷却水温が非回収水温以下の場合、内管２２の温度が閾値を超えていても、ヒータがオンであれば、つまり昇温要求があれば、開閉弁３４を所定開度で開弁させる。これにより、第１実施例の制御のように内管２２の温度が閾値を超えている場合には開閉弁３４を開弁させない場合に比べて、排熱回収を実行する機会が増加する。また、内管２２の温度が閾値を超えている場合には、排熱回収を開示する際に開閉弁３４をただちには全開にせず、所定開度に制御にするので、内管２２と温度差のある熱媒体が熱媒体通路２５に流入することによる熱負荷を軽減できる。
【００６９】
ここで、エンジン１を冷間始動した際の、暖機促進のための制御について説明する。上述した排熱回収を実行することで、冷却水の昇温速度が高まり、暖機が促進されるが、点火タイミングをリタードすることで、さらに暖機の促進を図ることができる。具体的には、点火タイミングを圧縮上死点の直前または圧縮上死点後までリタードする。点火タイミングをリタードすれば冷却損失が増大し、シリンダヘッドを介して冷却水に伝達される熱量が増大する。また、点火タイミングをリタードすれば排気損失も増大し、この排気損失の一部は排熱回収器２１で回収可能である。つまり、点火タイミングをリタードすれば、排熱回収器２１において冷却水に回収可能な熱量が増大することとなる。このように、排熱回収の実行に加えて、点火タイミングをリタードすることで、冷却水の昇温がさらに促進されるので、排熱回収のみの場合に比べてエンジン１の暖機がさらに促進される。さらに、排熱回収器２１を設けることで排圧が上昇し、この排圧の上昇によっても冷却損失及び排気損失が増大し、冷却水の昇温が促進される。
【００７０】
ところで、点火タイミングのリタード量にはエンジン１が運転できる限界値（燃焼安定限界）があり、これに近づくほど、つまりリタード量を大きくするほど、燃焼安定度は低下し、エンジン１の振動や騒音が増大する。このため、一般的には、振動が乗員に不快感を与えない程度に収まるように、燃焼安定限界まで余裕のあるリタード量を設定する。しかし、車両外部からの作動信号によるエンジン始動（リモートスタート）の場合には、車内に乗員がいないので、車外騒音に至らない程度までであれば、車内に乗員がいる場合に比べて点火タイミングのリタード量を大きくすることができる。これにより、エンジン１の暖機をさらに促進することができる。
【００７１】
以上のように本実施形態では、排熱回収器（排熱回収装置）２１は排気通路３と、冷却水（第１媒体）を通流させる冷却水通路（第１媒体通路）１１と、排気通路３と冷却水通路１１とで挟まれた、熱媒体（第２媒体）を通流させる熱媒体通路（第２媒体通路）２５とを備える。エンジンコントローラ４１は、排気ガスの熱を冷却水に回収する排熱回収を実行する場合に熱媒体通路２５に熱媒体を通流させる。また、エンジンコントローラ４１は、熱媒体の通流量を、内管（熱媒体通路２５の排気通路３側の壁面）２２の温度である部品温度が高いほど小さく設定する。これにより、ヒートショックが生じないような第２媒体の通流量を設定することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、冷却水の温度が予め設定した非回収温度以下であり、かつ部品温度が閾値以下の場合に排熱回収を実行する。これにより、ヒートショックによる内管２２の劣化を抑制できる。
【００７３】
また、本実施形態では、部品温度が閾値を超えている場合でも、冷却水の温度が非回収温度以下かつヒータの作動要求や変速機オイルの暖機要求といった昇温要求があるときには、熱媒体の通流量を徐々に増加させながら排熱回収を実行する。これによって、より広い運転領域で排熱回収を実行することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、閾値を熱媒体の温度に基づいて設定するので、ヒートショックを抑制するための適切な閾値を設定することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、閾値を部品温度と熱媒体の温度との差が小さいほど高く設定するので、より広い運転領域で排熱回収を実行できる。
【００７６】
また、本実施形態では、部品温度を熱媒体が通流していない状態での排気温度に基づいて取得するので、一般的なエンジンにも備えられる排気温度センサを利用することができ、コストの増大を抑制できる。
【００７７】
また、本実施形態では、熱媒体の通流量をノーマルクローズタイプの調整弁３４で制御する。調整弁３４は開弁している時間よりも閉弁している時間の方が長いので、ノーマルクローズタイプとすることにより、調整弁３４の駆動に要する電力を低減できる。
【００７８】
また、本実施形態では、図５に示した制御をエンジンの始動時に実行する。これにより、エンジン１の暖機促進が要求されることの多いエンジン始動時に、排熱回収によって冷却水を昇温し、暖機促進を図ることができる。特に、点火タイミングのリタードと併用すると、暖機をより促進できる。
【００７９】
また、本実施形態では、エンジン１の始動が車両外部からの作動信号に基づくリモートスタートであってもよい。この場合には、上述した点火タイミングのリタード量をより大きくすることによって、暖機促進の効果をより高めることができる。
【００８０】
なお、上記の実施形態では、検出した熱媒体温度に基づいて内管２２の熱負荷を抑制し得るように内管２２の温度の閾値を設定したが、これに限られるわけではない。例えば、熱媒体温度の変動範囲は予測可能なので、熱媒体の温度が予想範囲の下限温度であっても熱負荷を抑制し得る内管２２の温度を閾値として設定してもよい。この場合でも、内管２２と温度差の大きい熱媒体が急激に流入することによる熱負荷を低減できる。
【００８１】
また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８２】
１    エンジン
２    排気マニホールド
３  排気通路
２１  排熱回収器
２２  内管
２５  熱媒体通路
４１  エンジンコントローラ
【図１】
0006645326.tif 000002
【図２】
0006645326.tif 000003
【図３Ａ】
0006645326.tif 000004
【図３Ｂ】
0006645326.tif 000005
【図３Ｃ】
0006645326.tif 000006
【図４】
0006645326.tif 000007
【図５】
0006645326.tif 000008
【図６】
0006645326.tif 000009
【図７】
0006645326.tif 000010
【図８】
0006645326.tif 000011
【図９】
0006645326.tif 000012