(57)【要約】【課題】排気浄化装置に関し、十分に浄化しきれていない排気の排出を防止する。【解決手段】エンジン２の排気通路１１上に設けられた触媒３１と、排気通路１１における触媒３１よりも下流側から分岐して燃料タンク４０に接続され、排気を燃料タンク４０に回収して燃料タンク４０内の燃料に溶解させるタンク通路１２と、排気通路１１のうちタンク通路１２が分岐した位置よりも下流側の下流通路１１Ａを閉鎖するとともにタンク通路１２を開放する回収状態と、下流通路１１Ａを開放する通常状態とを切り替える第一切替弁２１と、エンジン２の始動時点から触媒の温度Tcが所定の第一温度T1以上となるまで回収状態を維持するように第一切替弁２１を制御する制御装置５０と、を備える。【選択図】図１
2017115691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路上に設けられた触媒と、
前記排気通路における前記触媒よりも下流側から分岐して燃料タンクに接続され、排気を前記燃料タンクに回収して前記燃料タンク内の燃料に溶解させるタンク通路と、
前記排気通路のうち前記タンク通路が分岐した位置よりも下流側の下流通路を閉鎖するとともに前記タンク通路を開放する回収状態と、前記下流通路を開放する通常状態とを切り替える第一切替弁と、
前記エンジンの始動時点から前記触媒の温度が所定の第一温度以上となるまで前記回収状態を維持するように前記第一切替弁を制御する制御装置と、
を備えたことを特徴とする、排気浄化装置。
【請求項２】
前記タンク通路上に設けられ、前記排気を冷却する冷却装置を備え、
前記冷却装置が、前記エンジンと熱交換をする冷媒が循環する冷却回路上に介装され、前記冷媒に前記排気の熱を与える
ことを特徴とする、請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記エンジンの温度が所定の第二温度以上となるまで前記回収状態を維持するように前記第一切替弁を制御する
ことを特徴とする、請求項２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記タンク通路における前記冷却装置よりも下流側から分岐して設けられ、前記タンク通路を流通した前記排気を外部へ排出する排出通路と、
前記排出通路を開放して前記排気を外部へ排出する排出状態と、前記排出通路を閉鎖して前記排気を前記燃料に溶解させる溶解状態とを切り替える第二切替弁と、を備え、
前記制御装置は、前記触媒の温度が前記第一温度未満である場合に前記溶解状態となり、前記触媒の温度が前記第一温度以上である場合に前記排出状態となるように、前記第二切替弁を制御する
ことを特徴とする、請求項２又は３記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記タンク通路から分岐するとともに前記冷却装置を迂回して前記タンク通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路上に設けられ、前記排気と前記燃料タンクから前記エンジンへ供給される燃料との間で熱交換させる熱交換器と、
前記タンク通路のうち、前記バイパス通路と並行に延びた冷却通路を閉鎖するとともに前記バイパス通路を開放する迂回状態と、前記冷却通路を開放するとともに前記バイパス通路を閉鎖する冷却状態とを切り替える第三切替弁と、を備え、
前記制御装置は、前記触媒の温度が前記第一温度未満である場合に、前記燃料の温度に相関する相関温度が所定の第三温度未満であれば前記迂回状態となり、前記相関温度が前記第三温度以上であれば前記冷却状態となるように、前記第三切替弁を制御する
ことを特徴とする、請求項２〜４の何れか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記燃料タンクに接続されて、前記燃料タンク内の気体を外部へ排出するリリーフ通路と、
前記リリーフ通路に設けられ、前記燃料タンクの内圧が所定圧以上である場合に前記リリーフ通路を開放するリリーフ弁と、を備えた
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記燃料タンクと前記エンジンの吸気通路とを接続し、前記燃料タンク内の成分を前記吸気通路内へ導入する導入通路を備えた
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
前記第一切替弁が、流量調整弁であって、
前記制御装置は、前記触媒の温度が前記第一温度以上である場合に、前記触媒の温度が高いほど前記タンク通路を流通する前記排気の流量が少なくなるように前記第一切替弁を制御する
ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１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、車両のエンジンの排気通路に介装された触媒で排気を浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンの排気通路には、エンジンから排出された排気に含まれる炭化水素（HC）や一酸化炭素（CO）等の成分を浄化する触媒が介装される。排気は、この触媒で浄化された後に車両の外部（車外）へ排出されるが、触媒の温度が所定の活性温度以上に達していない状態では、触媒の機能が十分に発揮されないため浄化不十分のまま車外へ排出される虞がある。そこで従来、触媒の温度が低い状態における排気性能の向上を目的とした種々の技術が提案されている。
【０００３】
例えば、触媒コンバータが配設された部位の排気管の周囲に、触媒コンバータを通過した排気の少なくとも一部が流通する通路を設け、この通路に排気を流通させることにより触媒コンバータを加温する技術が提案されている（特許文献１参照）。これによれば、排気の熱によって触媒コンバータが加熱されるため、触媒コンバータの触媒活性を促進できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2008-232090号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１のように、触媒を早期活性化させることを狙った技術では、触媒が本来の浄化機能を発揮しうる活性状態になるまでの間はHC，CO等の成分を含んだ排気がそのまま車外へ排出されることとなる。そのため、触媒の早期活性化を狙った技術では、活性状態になるまでの時間を短縮することはできるが、浄化不十分の排気の排出を抑制することはできない。
【０００６】
本件は、上述のような課題に鑑み創案されたものであり、排気浄化装置に関し、十分に浄化しきれていない排気の排出を防止することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）ここで開示する排気浄化装置は、エンジンの排気通路上に設けられた触媒と、前記排気通路における前記触媒よりも下流側から分岐して燃料タンクに接続され、排気を前記燃料タンクに回収して前記燃料タンク内の燃料に溶解させるタンク通路と、前記排気通路のうち前記タンク通路が分岐した位置よりも下流側の下流通路を閉鎖するとともに前記タンク通路を開放する回収状態と、前記下流通路を開放する通常状態とを切り替える第一切替弁と、前記エンジンの始動時点から前記触媒の温度が所定の第一温度以上となるまで前記回収状態を維持するように前記第一切替弁を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記エンジンを始動してから前記触媒の温度が前記第一温度未満である間は前記回収状態となるように前記第一切替弁を制御し、前記触媒の温度が前記第一温度以上となったら前記通常状態となるように前記第一切替弁を制御することが好ましい。
【０００８】
（２）本排気浄化装置は、前記タンク通路上に設けられるとともに前記排気を冷却する冷却装置を備えることが好ましい。この場合、前記冷却装置が、前記エンジンと熱交換をする冷媒が循環する冷却回路上に介装され、前記冷媒に前記排気の熱を与えることが好ましい。
（３）上述の場合、前記制御装置は、前記エンジンの温度が所定の第二温度以上となるまで前記回収状態を維持するように前記第一切替弁を制御することが好ましい。
【０００９】
（４）本排気浄化装置は、前記タンク通路における前記冷却装置よりも下流側から分岐して設けられるとともに前記タンク通路を流通した前記排気を外部へ排出する排出通路、及び、前記排出通路を開放して前記排気を外部へ排出する排出状態と前記排出通路を閉鎖して前記排気を前記燃料に溶解させる溶解状態とを切り替える第二切替弁を備えることが好ましい。また、前記制御装置は、前記触媒の温度が前記第一温度未満である場合に前記溶解状態となり、前記触媒の温度が前記第一温度以上である場合に前記排出状態となるように、前記第二切替弁を制御することが好ましい。
【００１０】
（５）本排気浄化装置は、前記タンク通路から分岐するとともに前記冷却装置を迂回して前記タンク通路に合流するバイパス通路、及び、前記バイパス通路上に設けられ、前記排気と前記燃料タンクから前記エンジンへ供給される燃料との間で熱交換させる熱交換器、並びに、前記タンク通路のうち、前記バイパス通路と並行に延びた冷却通路を閉鎖するとともに前記バイパス通路を開放する迂回状態と前記冷却通路を開放するとともに前記バイパス通路を閉鎖する冷却状態とを切り替える第三切替弁を備えることが好ましい。また、前記制御装置は、前記触媒の温度が前記第一温度未満である場合に、前記燃料の温度に相関する相関温度が所定の第三温度未満であれば前記迂回状態となり、前記相関温度が前記第三温度以上であれば前記冷却状態となるように、前記第三切替弁を制御することが好ましい。
【００１１】
（６）本排気浄化装置は、前記燃料タンクに接続されて前記燃料タンク内の気体を外部へ排出するリリーフ通路と、前記リリーフ通路に設けられるとともに前記燃料タンクの内圧が所定圧以上である場合に前記リリーフ通路を開放するリリーフ弁と、を備えることが好ましい。
【００１２】
（７）本排気浄化装置は、前記燃料タンクと前記エンジンの吸気通路とを接続するとともに前記燃料タンク内の成分を前記吸気通路内へ導入する導入通路を備えることが好ましい。
（８）前記第一切替弁が、流量調整弁であることが好ましい。また、前記制御装置は、前記触媒の温度が前記第一温度以上である場合に、前記触媒の温度が高いほど前記タンク通路を流通する前記排気の流量が少なくなるように前記第一切替弁を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
エンジンの始動時点から触媒の温度が第一温度以上となるまでは排気を燃料タンクに回収するため、触媒により十分に浄化されなかった排気が車両外部へ排出されることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係る排気浄化装置の全体構成図である。
【図２】図１の排気浄化装置の燃料タンク内への排気バブリング方法を説明するための模式的な断面図である。
【図３】図１の排気浄化装置による触媒昇温制御を示した模式図である。
【図４】図１の排気浄化装置によるエンジン昇温制御を示した模式図である。
【図５】図１の排気浄化装置による通常制御を示した模式図である。
【図６】触媒温度およびエンジン温度と制御内容との関係を示したマップ例である。
【図７】図１の排気浄化装置で実施される制御手順を例示したフローチャートである。
【図８】第一変形例に係る排気浄化装置による燃料昇温制御を示した模式図である。
【図９】第二変形例に係る排気浄化装置の全体構成図である。
【図１０】第三変形例に係る排気浄化装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面を参照して、実施形態としての排気浄化装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
【００１６】
［１．構成］
［１−１．装置構成］
本実施形態に係る排気浄化装置１は、図１に示すエンジン２に適用される。このエンジン２は、車両に搭載されたエンジンである。エンジン２の吸気通路３には、エンジン２に燃料を供給する燃料供給装置４が設けられ、排気通路１１上には触媒３１，マフラー３２が設けられる。
【００１７】
燃料供給装置４は、ガソリンを噴霧するインジェクタ４Ａと、インジェクタ４Ａと燃料タンク４０とを接続する配管４Ｂと、配管４Ｂに介装された燃料圧送用の燃料ポンプ４Ｃとを有する。インジェクタ４Ａは、先端の噴孔が吸気通路３内に設けられる。燃料供給装置４は、燃料ポンプ４Ｃを作動させることにより、燃料タンク４０内の燃料をインジェクタ４Ａに送給し、吸気通路３に霧状の燃料を供給する。吸気通路３に供給された燃料は、吸気と混ざり合ってエンジン２に供給される。
【００１８】
エンジン２には、エンジン２と熱交換をするエンジン冷却水（冷媒）が循環する冷却回路５が設けられる。冷却回路５には、エンジン冷却水を圧送する冷却ポンプ５Ａが介装される。また、エンジン２には、エンジン２の温度としてエンジン冷却水の温度Te（以下、エンジン温度Teという）を検出する第一温度センサ６が設けられる。第一温度センサ６は、取得したエンジン温度Teの情報を制御装置５０に伝達する。なお、エンジン２の温度としてエンジン油温等を検出してもよい。
【００１９】
排気浄化装置１は、エンジン２の燃焼室から排出された排気に含まれる炭化水素（HC）や一酸化炭素（CO），窒素酸化物（NOx）等の有害成分を浄化する機能を有する。排気浄化装置１は、排気中の有害成分を酸化又は還元させることにより無害化（浄化）する触媒３１と、排気通路１１と燃料タンク４０とを接続するタンク通路１２と、排気通路１１上に介装されて制御装置５０により制御される第一切替弁２１とを備える。さらに、本実施形態の排気浄化装置１は、タンク通路１２上に設けられた冷却装置３３及び第二切替弁２２と、排気通路１１におけるタンク通路１２との接続部よりも下流側の部分とタンク通路１２とを接続する排出通路１３と、排気通路１１における排出通路１３との接続部よりも下流側の部分と燃料タンク４０とを接続するリリーフ通路１４及びこれに介装されたリリーフ弁２４とを備える。
【００２０】
触媒３１は、排気中のHCを水および二酸化炭素（CO2）に、COをCO2にそれぞれ酸化させるとともに、排気中のNOxを窒素（N2）に還元させる三元触媒である。触媒３１は、担体の温度Tc（以下、触媒温度Tcという）が所定の活性温度以上である場合に十分な浄化性能を発揮する。触媒３１のこの状態を活性状態と呼ぶ。反対に、触媒温度Tcが活性温度未満である場合には、触媒３１が本来の排気浄化性能を十分に発揮することができず、排気が十分に浄化されない状態となる。触媒３１のこの状態を不活性状態と呼ぶ。
【００２１】
触媒３１には、触媒温度Tcを取得するための第二温度センサ７が設けられる。第二温度センサ７は、触媒３１の担体の温度Tcを直接的に検出するセンサであってもよいし、例えば、エンジン２の運転状態（回転数など）やエンジン温度Teに基づいて触媒温度Tcを推定する機能や、触媒３１の上流側や下流側の排気温度を検出して、その排気温度に基づいて触媒温度Tcを推定する機能を持ったセンサであってもよい。第二温度センサ７は、取得した触媒温度Tcの情報を制御装置５０に伝達する。あるいは、第二温度センサ７が排気温度を検出し、この排気温度に基づき制御装置５０において触媒温度Tcを推定してもよい。
【００２２】
本実施形態の排気浄化装置１は、触媒３１が不活性状態である場合に、排気に含まれるHC等の成分が十分に浄化されないまま車外に排出されるのを防ぐために、触媒３１を通過した排気を燃料タンク４０内に回収する。
タンク通路１２は、触媒３１とマフラー３２との間の排気通路１１から分岐し、燃料タンク４０に接続された通路であり、触媒３１を通過した排気を燃料タンク４０に回収する機能を有する。なお、排気通路１１のうち、タンク通路１２が分岐した位置よりも下流側の部分を下流通路１１Ａという。
【００２３】
図２に示すように、タンク通路１２の下流部１２Ａは、燃料タンク４０の上面部４１を貫通して下面部４２付近まで延設され、下端部が下面部４２に沿うようにＬ字状に屈曲形成されている。下流部１２Ａにおける上下方向に延びた部分（第一延設部１２ｂ）は、燃料タンク４０の上面部４１に対してシールを挟んで固定されている。また、下流部１２Ａにおける下面部４２に沿って延びた部分（第二延設部１２ｃ）は、その壁部に穿設された複数の孔部１２ｈを有し、この孔部１２ｈから排気を排出して燃料タンク４０内の燃料に溶解させる。なお、第二延設部１２ｃは、燃料内に浸かった状態とされる。
【００２４】
タンク通路１２の下流部１２Ａから排出される排気には、上述の触媒３１における酸化，還元反応により生成されたCO2，N2と、触媒３１で浄化しきれなかったHC，CO，NOxとが含まれうる。これらの成分のうち、CO2，HC，NOx，COは燃料に非常に溶けやすい性質を持つため、燃料タンク４０内の燃料に容易に溶解する。そして、燃料供給装置４によって再びエンジン２に供給される。一方、N2は、不活性気体であるため燃料には溶解せず、燃料タンク４０内の上方の空間に気体のまま溜まっていく。なお、この空間には、蒸発燃料（気化した状態の燃料）も存在するが、N2は燃料に溶けないため、N2の体積（量）が増えるほど蒸発燃料は燃料に溶けてその体積（量）が減少する。すなわち、燃料タンク４０内の空間には、排気が燃料タンク４０内に回収され続けると、いずれN2が充満することになる。
【００２５】
リリーフ通路１４及びリリーフ弁２４は、燃料タンク４０内にN2が充満した場合に燃料タンク４０の内圧Ptを下げるためのものである。リリーフ通路１４は、燃料タンク４０の上面部４１に形成された貫通孔４１ｈに接続され、燃料タンク４０内の気体（N2）を車両外部（車外）へ排出する。本実施形態のリリーフ通路１４は、図１に示すように、下流通路１１Ａにおけるマフラー３２よりも上流側に接続される。
【００２６】
リリーフ通路１４に介装されたリリーフ弁２４は、燃料タンク４０の内圧Ptを下げる逃がし弁としての機能を有する。すなわち、リリーフ弁２４は、燃料タンク４０の内圧Ptが所定圧P0以上（Pt＞P0）になると自動的に開弁し、リリーフ通路１４を開放して燃料タンク４０内のN2を車外に排出する。本実施形態のリリーフ弁２４は、タンク内圧低下の機能に加えて逆止弁としての機能も有する。すなわち、リリーフ弁２４は、燃料タンク４０から車外へ向かう方向の排気の流通を許容し、これと逆方向の排気の流通を禁止する。
【００２７】
冷却装置３３は、水冷式の熱交換器（排ガスクーラー）であり、タンク通路１２を流通する排気を冷却する。冷却装置３３は、冷却回路５上に介装され、冷却回路５内を循環するエンジン冷却水に排気の熱（排熱）を与える。冷却装置３３は、燃料タンク４０に回収される前の排気を冷却する機能と、排熱を利用してエンジン２を暖機する機能とを併せ持つ。
【００２８】
本実施形態の排気浄化装置１は、エンジン２の始動直後において暖機が完了していない場合には、タンク通路１２を流通する排気の熱をエンジン２の暖機に利用する。このとき、触媒３１がすでに活性状態であれば（すなわち、エンジン２の暖機完了前に触媒昇温が完了した場合には）、冷却装置３３を通過した排気を燃料タンク４０に回収せず、車外へと排出する。すなわち、排気浄化装置１は、排気が触媒３１で十分に浄化されている場合には、冷却装置３３で冷却された排気を排出通路１３に通して車外へ排出する。これにより、燃料タンク４０の内圧Ptの上昇が抑制される。排出通路１３は、タンク通路１２における冷却装置３３よりも下流側から分岐し、排気通路１１の下流通路１１Ａにおいてリリーフ通路１４が合流する位置よりも上流側に接続される。排出通路１３は、タンク通路１２を流通した排気を車外へ排出する。
【００２９】
第一切替弁２１及び第二切替弁２２は、排気が流れる方向を変更するバルブである。本実施形態の第一切替弁２１及び第二切替弁２２は、何れも一つの流入口と二つの流出口とを有する三方弁であり、制御装置５０によって制御される。
第一切替弁２１は、排気通路１１とタンク通路１２との接続部（排気通路１１におけるタンク通路１２が分岐する位置）に設けられる。第一切替弁２１は、下流通路１１Ａを閉鎖するとともにタンク通路１２を開放する回収状態と、下流通路１１Ａを開放するとともにタンク通路１２を閉鎖する通常状態とを切り替える。回収状態では、触媒３１を通過した排気がタンク通路１２へと流れ込む。一方、通常状態では、触媒３１を通過した排気がそのまま排気通路１１を流通して車外へと排出される。
【００３０】
第二切替弁２２は、タンク通路１２と排出通路１３との接続部（タンク通路１２における排出通路１３が分岐する位置）に設けられる。第二切替弁２２は、排出通路１３を開放して排気を外部へ排出する排出状態と、排出通路１３を閉鎖して排気を燃料タンク４０内の燃料に溶解させる溶解状態とを切り替える。なお、排出状態では、タンク通路１２における排出通路１３の接続部よりも下流側が閉鎖されるため、排気が燃料タンク４０内へは回収されない。
【００３１】
制御装置５０は、車載の電子制御装置（ECU；Electronic Control Unit）であり、例えば周知のマイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスや組み込み電子デバイスとして構成され、車載ネットワークの通信ラインに接続される。本実施形態の制御装置５０は、二つの温度センサ６，７から伝達された情報に基づいて各切替弁２１，２２を制御する。本実施形態の制御装置５０は、排気浄化装置１に関して触媒昇温制御，エンジン昇温制御，通常制御を実施する。
【００３２】
［１−２．制御構成］
触媒昇温制御とは、エンジン２の始動直後において触媒３１が不活性状態である場合に、触媒３１を排気で温めるとともに、排気を燃料タンク４０内に回収する制御である。すなわち、触媒昇温制御は、触媒３１が本来の排気浄化性能を十分に発揮することができない状態のとき（排気が十分に浄化されないとき）に、触媒３１を昇温して活性状態にするとともに、排気が車外へ排出されることを防止するための制御である。触媒昇温制御は、エンジン２の始動直後に開始され、エンジン昇温制御又は通常制御が開始されると同時に終了する。
【００３３】
エンジン昇温制御とは、エンジン２の始動後において、触媒３１は活性状態であるがエンジン２の暖機が完了していない状態（暖機中）である場合に、排熱をエンジン２の昇温に利用するとともに排気を車外へ排出する制御である。すなわち、エンジン昇温制御は、触媒３１が本来の排気浄化性能を十分に発揮できる状態になっているがエンジン２が暖機中であるときに、エンジン２の暖機を促進するとともに燃料タンク４０の内圧Ptの上昇を抑制するための制御である。エンジン昇温制御は、エンジン２の暖機完了前に触媒３１が活性状態になると開始され、通常制御が開始されると終了する。
【００３４】
通常制御とは、触媒３１が活性状態であるとともにエンジン２の暖機を完了した状態である場合に、触媒３１を通過した排気をそのまま排気通路１１から（冷却装置３３に通さずに）車外へ排出する制御である。通常制御は、触媒３１が活性状態となった後にエンジン２の暖機が完了すると開始され、エンジン２が停止するまで実施される。
【００３５】
制御装置５０は、触媒温度Tc及びエンジン温度Teに基づいて、上述の三つの制御のうちの何れか一つを実施する。具体的には、制御装置５０は、下記の条件１が成立した場合には下記の条件２の成否に関わらず触媒昇温制御を実施し、条件１が不成立であって条件２が成立した場合にエンジン昇温制御を実施し、条件１，２が何れも不成立の場合に通常制御を実施する。
条件１：触媒温度Tcが所定の第一温度T1未満である（Tc＜T1）
条件２：エンジン温度Teが所定の第二温度T2未満である（Te＜T2）
【００３６】
第一温度T1は、触媒３１が排気を十分に浄化しうる活性状態となったとみなせる温度であり、例えば上述した活性温度に設定される。また、第二温度T2は、エンジン２の暖機が完了したとみなせる温度に設定される。本実施形態の制御装置５０は、第二温度センサ７から伝達された情報に基づいて条件１の成否を判断し、第一温度センサ６から伝達された情報に基づいて条件２の成否を判断する。
【００３７】
制御装置５０は、触媒昇温制御では、回収状態となるように第一切替弁２１を切り替えるとともに、溶解状態となるように第二切替弁２２を切り替える。すなわち、制御装置５０は、第一切替弁２１及び第二切替弁２２を制御して、下流通路１１Ａを閉鎖してタンク通路１２を開放するとともに排出通路１３を閉鎖することで、触媒３１を通過した排気を燃料タンク４０内の燃料に溶解させる。制御装置５０は、エンジン２の始動時点から触媒温度Tcが第一温度T1以上となるまでは、回収状態を維持するように第一切替弁２１を制御する。言い換えると、制御装置５０は、エンジン２を始動してから触媒温度Tcが第一温度T1未満である間は、回収状態となるように第一切替弁２１を制御する。
【００３８】
図３に示すように、触媒昇温制御が開始されると、触媒３１を通過した排気はタンク通路１２に流れ込み、冷却装置３３で冷却された後に燃料タンク４０に取り入れられて燃料に溶解する。つまり、この場合はエンジン２の排気が車外に排出されずに燃料タンク４０内に回収されるため、浄化が不十分な排気の排出が防止される。また、触媒昇温制御中は、触媒３１が排気によって温められるとともに、冷却装置３３で冷却された排気の熱によりエンジン２が温められる。
【００３９】
また、制御装置５０は、エンジン昇温制御では、回収状態となるように第一切替弁２１を切り替えるとともに、排出状態となるように第二切替弁２２を切り替える。すなわち、制御装置５０は、第一切替弁２１及び第二切替弁２２を制御して、下流通路１１Ａを閉鎖してタンク通路１２を開放するとともに、タンク通路１２における排出通路１３の接続部よりも下流側（下流部１２Ａ）を閉鎖するとともに排出通路１３を開放することで、触媒３１を通過した排気を冷却装置３３に通した後に車外へ排出する。本実施形態の制御装置５０は、エンジン２の始動時点から触媒温度Tcが第一温度T1以上となっても、エンジン温度Teが第二温度T2以上となるまでは回収状態を維持するように第一切替弁２１を制御する。
【００４０】
図４に示すように、エンジン昇温制御が開始されると、触媒３１を通過した排気はタンク通路１２に流れ込み、冷却装置３３で冷却された後に排出通路１３を通って車外へ排出される。つまり、この場合は十分に浄化された排気の熱がエンジン２の昇温に利用された後に車外へ排出される。また、エンジン昇温制御中も触媒昇温制御中と同様に、触媒３１が排気によって温められるとともに、冷却装置３３で冷却された排気の熱によりエンジン２が温められる。
【００４１】
また、制御装置５０は、通常制御では通常状態となるように第一切替弁２１を切り替える。すなわち、制御装置５０は、第一切替弁２１を制御して、下流通路１１Ａを開放するとともにタンク通路１２を閉鎖することで、触媒３１を通過した排気をそのまま車外へと排出する。
図５に示すように、通常制御が開始されると、触媒３１を通過した排気はそのまま排気通路１１を流れて車外へ排出される。つまり、この場合は十分に浄化された排気が最短ルートで（冷却装置３３で冷却されずに）車外へ排出される。
【００４２】
ここで、触媒温度Tc及びエンジン温度Teに応じて選択される制御内容（排気浄化装置１の制御状態）を図６に例示する。図６は、横軸に触媒温度Tc，縦軸にエンジン温度Teをとった制御マップである。制御装置５０は、触媒温度Tc及びエンジン温度Teをこのマップに適用し、制御内容又は排気浄化装置１の制御状態を判断して、第一切替弁２１及び第二切替弁２２を制御してもよい。なお、制御装置５０によって実施される各制御内容をまとめると、表１のようになる。
【００４３】
【表１】
2017115691.tif 000003
【００４４】
［２．フローチャート］
図７は、制御装置５０によって実施される制御の手順を例示したフローチャートである。このフローは、エンジン２が作動している間は所定の演算周期で繰り返し実施される。
【００４５】
ステップＳ１では、二つの温度センサ６，７からエンジン温度Te，触媒温度Tcの情報がそれぞれ取得される。続くステップＳ２では、条件１の成否が判断される。ここで条件１が成立していれば（Tc＜T1であれば）ステップＳ３へ進み、条件１が成立していなければ（Tc≧T1であれば）ステップＳ４へ進む。ステップＳ３では触媒昇温制御が実施される。すなわち、回収状態かつ溶解状態となるように第一切替弁２１及び第二切替弁２２が制御される。そして、このフローをリターンする。
【００４６】
一方、ステップＳ４では条件２の成否が判断される。ここで条件２が成立していれば（Te＜T2であれば）ステップＳ５に進み、条件２が成立していなければ（Te≧T2であれば）ステップＳ６に進む。ステップＳ５ではエンジン昇温制御が実施される。すなわち、回収状態かつ排出状態となるように第一切替弁２１及び第二切替弁２２が制御される。そして、このフローをリターンする。また、ステップＳ６では通常制御が実施される。すなわち、通常状態となるように第一切替弁２１が制御される。そして、このフローをリターンする。
【００４７】
［３．効果］
（１）上述の排気浄化装置１は、エンジン２の始動時点から触媒温度Tcが第一温度T1以上となるまで（すなわち触媒３１が不活性状態である間）は排気を燃料タンク４０に回収する。そのため、触媒３１で十分に浄化されなかった排気が車外へ排出されることを防ぐことができる。また、このとき回収した排気には、燃料に非常によく溶ける性質を持った成分（例えばHC，CO等の未燃成分）が含まれており、この成分が燃料タンク４０内の燃料に溶解する。そのため、排気中の未燃成分を再利用することができ、燃費を向上させることができる。また、排気に含まれる成分のうち、燃料に溶解しない成分（例えばN2等の不活性気体）は、燃料タンク４０内の上方の空間に気体のまま溜まっていく。このように、燃料に溶解しない気体を燃料タンク４０内に充満させることで、燃料タンク４０内の燃料の蒸発を低減することができ、燃費を向上させることができる。なお、触媒温度Tcが第一温度T1以上となったのちは、触媒３１によって排気が十分に浄化されるため、排気性能を高めることができる。
【００４８】
（２）上述のタンク通路１２には冷却装置３３が設けられ、この冷却装置３３がエンジン２の冷却回路５上に介装されて排気の熱をエンジン冷却水に与える。そのため、排熱をエンジン２の昇温に利用することができ、エンジン２の暖機を促進することができる。
（３）上述の排気浄化装置１は、エンジン温度Teが第二温度T2以上となるまでタンク通路１２に排気を流通させる。そのため、エンジン温度Teに応じてエンジン２を適切に温めることができ、エンジン２の暖機を適切に促進することができる。また、エンジン２の暖機が完了しているのであれば、最短ルートで排気を排出するために、排気抵抗の増大を抑制することができる。
【００４９】
（４）上述の排気浄化装置１は、触媒温度Tcが第一温度T1以上である場合に、タンク通路１２を流通した排気を排出通路１３から車外へ排出する。そのため、エンジン２の暖機を促進するとともに、燃料タンク４０の内圧Ptの上昇を抑制することができ、燃料タンク４０を保護することができる。また、触媒３１で十分に浄化された排気を車外へ排出するため、排気性能を向上させることができる。
【００５０】
（５）上述の燃料タンク４０にはリリーフ通路１４が接続され、このリリーフ通路１４にはリリーフ弁２４が設けられる。そのため、燃料タンク４０の内圧Ptを適切に保つことができる。また、燃料タンク４０内に回収した排気のうち、燃料に溶解しない気体（N2）を車外へ排出するため、排気性能の悪化を防止することができる。
【００５１】
［４．変形例］
［４−１．第一変形例］
第一変形例に係る排気浄化装置１Ａは、上述の実施形態に係る排気浄化装置１と比較して、触媒３１が不活性状態である場合に燃料タンク４０内の燃料温度Tfが低ければ、排気で燃料を温める燃料昇温制御を実施する点が異なる。燃料温度Tfが低いと、燃料が微粒化，気化しにくくなることで燃焼が不安定になる。そのため、本変形例に係る排気浄化装置１Ａは、燃料温度Tfが低い場合には排気の熱を利用して燃料を温める燃料昇温制御を実施し、燃料の微粒化および気化を促進することでエンジン２の始動直後の燃焼を安定化させる。なお、燃料昇温制御が実施されるのは、例えば外気温が低い極低温時の場合が多く、エンジン２も触媒３１も冷えた状態である。本変形例では、上述の実施形態で説明した要素と同一または対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５２】
図８に示すように、排気浄化装置１Ａは、上述の排気浄化装置１の構成に加えて、バイパス通路１５，燃料ウォーマー３４，第三切替弁２３を備える。バイパス通路１５は、タンク通路１２を流通する排気が冷却装置３３で冷却されないようにするとともに、排熱で燃料を温めるためのものである。バイパス通路１５は、冷却装置３３を迂回するようにタンク通路１２に接続される。バイパス通路１５は、タンク通路１２のうち、冷却装置３３よりも上流側（第一切替弁２１側）から分岐するとともに、第二切替弁２２よりも下流側（燃料タンク４０側）に合流する。すなわち、バイパス通路１５は、タンク通路１２の一部と並行に設けられる。以下、タンク通路１２のうち、バイパス通路１５と並行な部分（バイパス通路１５が迂回する部分）を冷却通路１２Ｅという。
【００５３】
バイパス通路１５上には、燃料ウォーマー３４が設けられる。燃料ウォーマー３４は、バイパス通路１５を流れる排気と、燃料タンク４０から配管４Ｂを通じてエンジン２の吸気通路３へ供給される燃料との間で熱交換させる熱交換器であり、配管４Ｂ上に介装される。すなわち、燃料ウォーマー３４は、バイパス通路１５を流通する排気を冷却するとともに、排熱で配管４Ｂ内を流通する燃料を温める機能を持つ。
【００５４】
第三切替弁２３は、上述の切替弁２１，２２と同様の三方弁であり、制御装置５０によって制御される。第三切替弁２３は、タンク通路１２においてバイパス通路１５が分岐する位置（バイパス通路１５とタンク通路１２との上流側の接続部）に設けられる。第三切替弁２３は、冷却通路１２Ｅを閉鎖するとともにバイパス通路１５を開放する迂回状態と、冷却通路１２Ｅを開放するとともにバイパス通路１５を閉鎖する冷却状態とを切り替える。迂回状態では、タンク通路１２に流れ込んだ排気がバイパス通路１５を通って（すなわち冷却装置３３を迂回し、燃料ウォーマー３４で熱交換された後）燃料タンク４０に回収される。一方、冷却状態では、タンク通路１２に流れ込んだ排気が冷却通路１２Ｅを通って（すなわち冷却装置３３を通過して）燃料タンク４０に回収される。
【００５５】
本変形例の燃料タンク４０には、燃料温度Tfを取得するための第三温度センサ８が設けられる。第三温度センサ８は、例えば燃料タンク４０の下面部４２の近傍に取り付けられ、燃料温度Tfを検出する。第三温度センサ８は、取得した燃料温度Tfの情報を制御装置５０に伝達する。
【００５６】
燃料昇温制御とは、上記のように、燃料温度Tfが低い場合に排気の熱を利用してインジェクタ４Ａに供給される燃料を温める制御である。すなわち、燃料昇温制御は、排熱によって触媒３１を昇温するとともに、その排熱を、燃料ウォーマー３４を介して燃料の昇温にも利用するための制御である。燃料昇温制御は、エンジン２の始動直後であって上述の触媒昇温制御よりも前に開始され、触媒昇温制御，エンジン昇温制御又は通常制御が開始されると同時に終了する。
【００５７】
制御装置５０は、触媒温度Tc及び燃料温度Tfに基づいて燃料昇温制御を実施する。具体的には、制御装置５０は、上述の条件１が成立した（Tc＜T1である）場合に下記の条件３が成立していれば、触媒昇温制御の代わりに燃料昇温制御を実施し、条件１が成立し条件３が不成立であれば触媒昇温制御を実施する。
条件３：燃料温度Tfが所定の第三温度T3未満である（Tf＜T3）
【００５８】
第三温度T3は、適切な微粒化および適切な気化が実現できる燃料温度に設定される。本変形例に係る制御装置５０は、第三温度センサ８から伝達された情報に基づいて条件３の成否を判断する。なお、制御装置５０は、第三温度センサ８から伝達された燃料温度Tfに代えて、燃料温度Tfに対して正の相関関係を持つ温度（相関温度）を用いてもよい。相関温度としては、例えばエンジン冷却水の温度や油温，エンジン２の吸気温，外気温などが挙げられる。つまり、制御装置５０は、少なくとも燃料温度Tfに相関する温度（相関温度）に基づいて上述の条件３の成否を判断すればよい。
【００５９】
制御装置５０は、燃料昇温制御では、上述の触媒昇温制御と同様に第一切替弁２１及び第二切替弁２２を制御するとともに、迂回状態となるように第三切替弁２３を切り替える。すなわち、制御装置５０は、第一切替弁２１を制御して、下流通路１１Ａを閉鎖してタンク通路１２を開放する。また、第二切替弁２２を制御して、排出通路１３を閉鎖することで排気が車外へ排出されるのを防ぐ。さらに第三切替弁２３を制御して、タンク通路１２のうち冷却通路１２Ｅを閉鎖するとともにバイパス通路１５を開放することで、触媒３１を通過した排気を冷却装置３３に通さずに燃料タンク４０内の燃料に溶解させる。
【００６０】
燃料昇温制御が開始されると、触媒３１を通過した排気はタンク通路１２に流れ込み、バイパス通路１５を通ることで冷却装置３３を迂回した後に燃料タンク４０内の燃料に溶解する。つまり、この場合は排気が冷却装置３３で冷却されずに燃料タンク４０に回収される。そのため、排気によって燃料タンク４０内の燃料が温められる。また、燃料昇温制御の実施中は、触媒３１が排気によって温められる。
【００６１】
一方、制御装置５０は、条件１又は条件３が不成立の場合には、燃料昇温制御を実施せず、条件に応じて上述した三つの制御のうちのいずれか一つを実施する。燃料昇温制御を実施しない場合には、制御装置５０は、冷却状態となるように第三切替弁２３を切り替える。すなわち、制御装置５０は、第三切替弁２３を制御して、冷却通路１２Ｅを開放するとともにバイパス通路１５を閉鎖する。そして、三つの制御内容のそれぞれに合わせて切替弁２１，２２を制御する。本変形例の制御装置５０によって実施される各制御内容をまとめると、表２のようになる。
【００６２】
【表２】
2017115691.tif 000004
【００６３】
本変形例に係る排気浄化装置１Ａによれば、燃料温度Tf又はこれに相関する相関温度が低く、燃料が微粒化や気化しにくい場合に、排気を燃料ウォーマー３４に通して燃料タンク４０に回収するため、排熱を利用して、燃料タンク４０からエンジン２に供給される燃料を温めることができる。これにより、燃料温度Tfを上昇させることができるため、燃料の微粒化および気化を促進することができる。
【００６４】
［４−２．第二変形例］
図９に示すように、第二変形例に係る排気浄化装置１Ｂは、上述の実施形態に係る排気浄化装置１と比較して、燃料タンク４０に導入通路１６が接続される点が異なる。ここでも、上述の実施形態で示した要素と同一または対応する要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６５】
導入通路１６は、燃料タンク４０と吸気通路３とを接続し、燃料タンク４０内の成分（例えば、燃料の液面よりも上方に存在する蒸発燃料やN2）を吸気通路３内へ導入する。導入通路１６の一端は、燃料タンク４０の上面部４１の近傍に接続される。なお、導入通路１６には、吸気通路３側から燃料タンク４０側への成分の流れを防止する逆止弁（図示略）や、吸気通路３へ導入する成分の量を調節するバルブ（図示略）が設けられてもよい。
【００６６】
本変形例に係る排気浄化装置１Ｂによれば、導入通路１６を通じて燃料タンク４０内の成分を吸気通路３へ逃がすことができる。そのため、燃料タンク４０の内圧Ptを適切に保つことができる。また、燃料タンク４０内の成分を吸気通路３に導入するため、燃料タンク４０内の成分を利用してエンジン２に希薄燃焼（リーンバーン）運転をさせることができる。
【００６７】
［４−３．第三変形例］
図１０に示すように、第三変形例に係る排気浄化装置１Ｃは、上述の実施形態に係る排気浄化装置１と比較して、第一切替弁２１及び第二切替弁２２に代えて三つの開閉弁２５〜２７を備える点と、エンジン２がEGR（Exhaust Gas Recirculation）システムを備える点とが異なる。ここでも、上述の実施形態の要素と同一または対応する要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６８】
三つの開閉弁２５〜２７は何れも、排気が流れる通路を開閉可能な二方弁であり、その開閉状態が制御装置５０によって制御される。第一開閉弁２５は、下流通路１１Ａにおける排出通路１３の接続部よりも上流側に設けられる。また、第二開閉弁２６は、タンク通路１２における排出通路１３の接続部よりも下流側に設けられる。さらに、第三開閉弁２７は、排出通路１３上の任意の位置に設けられる。第一開閉弁２５及び第二開閉弁２６は、上述の第一切替弁２１と同様の機能を持つ。すなわち、本変形例では、これらの第一開閉弁２５及び第二開閉弁２６の各開閉状態が切り替えられることで、回収状態と通常状態とが切り替えられる。また、第二開閉弁２６及び第三開閉弁２７は、上述の第二切替弁２２と同様の機能を持つ。すなわち、本変形例では、これらの第二開閉弁２６及び第三開閉弁２７の各開閉状態が切り替えられることで、排出状態と溶解状態とが切り替えられる。
【００６９】
また、本変形例に係る排気浄化装置１Ｃが適用されたエンジン２には、排気を吸気通路３に戻すためのEGR通路１７が設けられている。EGR通路１７は、タンク通路１２における冷却装置３３よりも下流側かつ第二開閉弁２６よりも上流側の部分と、吸気通路３とを接続する通路である。EGR通路１７上には、吸気通路３へ導入する排気（EGRガス）の流量を調節するEGRバルブ２８が介装される。EGRバルブ２８は、その開度が制御装置５０によって制御される。
【００７０】
本変形例の制御装置５０は、触媒昇温制御を実施する場合に、第一開閉弁２５及び第三開閉弁２７を閉状態に制御するとともに、第二切替弁２６を開状態に制御して、排気を燃料タンク４０内に回収する。また、制御装置５０は、エンジン昇温制御を実施する場合に、第一開閉弁２５及び第二開閉弁２６を閉状態に制御するとともに、第三切替弁２７を開状態に制御して、排気を排出通路１３から車外へ排出する。また、制御装置５０は、通常制御を実施する場合に、第一開閉弁２５を開状態に制御するとともに、第二開閉弁２６及び第三開閉弁２７を閉状態に制御して、排気を排気通路１１から車外へ排出する。
【００７１】
また、制御装置５０は、通常制御の実施中にEGRガスを吸気通路３へ導入する場合には、通常制御と同様に各開閉弁２５〜２７を制御するとともに、EGRバルブ２８の開度を0%よりも大きく制御してEGRガスを吸気通路３へ導入させる。この場合、排気は冷却装置３３を通過した後、EGR通路１７を通じて吸気通路３へ導入される。また、制御装置５０は、上述の触媒昇温制御またはエンジン昇温制御を実施する場合には、EGRバルブ２８の開度を0%（全閉状態）又は通常制御時の開度よりも小さく設定する制御を実施する。
本変形例に係る排気浄化装置１Ｃによっても、上述の実施形態と同様の作用，効果を得ることができる。
【００７２】
［４−４．その他］
上述の実施形態および変形例に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態及び変形例の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
【００７３】
上述の実施形態では、第一切替弁２１がタンク通路１２及び下流通路１１Ａの何れか一方を開放するとともに他方を閉鎖する場合を示したが、第一切替弁２１はタンク通路１２及び下流通路１１Ａを流通する排気の流量を調整するものであってもよい。すなわち、第一切替弁２１は、全閉，全開以外にも開度を細かく調整できる流量調整弁であってもよい。
【００７４】
この場合、第一温度T1を触媒３１の活性温度よりもやや低く設定しておき、触媒温度Tcが第一温度T1以上となったら、触媒温度Tcが高いほどタンク通路１２を流通する排気の流量が少なくなるように、第一切替弁２１を制御してもよい。つまり、触媒３１が活性状態となるよりも少し前から、燃料タンク４０に回収する排気の流量を徐々に減少させてもよい。このように、触媒３１が活性状態に近づくに連れて燃料タンク４０に回収する排気の流量を少なくすれば、燃料タンク４０の内圧Ptが過度に上昇することを防ぐことができ、燃料タンク４０を保護することができる。
【００７５】
また、上述の実施形態および変形例では、切替弁２１〜２３が何れも三方弁である場合を例示したが、これらの切替弁２１〜２３は三方弁に限られず、例えばスロットルバルブであってもよい。
また、触媒３１はその温度Tcが低い場合に不活性状態となり、温度Tcが高い場合に活性状態となるものであればよく、上述の三元触媒に限られない。例えば、触媒３１は、HC，CO，NOx以外の特定の成分を浄化するのであってもよいし、NOxやHCを吸着するものであってもよい。
【００７６】
また、上述の第一変形例では、バイパス通路１５を設けることにより、燃料昇温制御中は排気が冷却装置３３によって冷却されないようにしたが、これに代えて、例えば冷却装置３３の性能を変更（制御）することにより、燃料昇温制御中は排気が冷却されない（又は冷却されにくくなる）ようにしてもよい。また、上述の実施形態に係る排気浄化装置１から冷却装置３３を省略することにより、排気が冷却されなくなるようにしてもよい。
【００７７】
上述の実施形態および変形例では、制御装置５０が実施する制御として、通常制御，エンジン昇温制御，触媒昇温制御，燃料昇温制御の四つを示したが、制御装置５０は、例えば通常制御と触媒昇温制御との二つのみを実施してもよい。この場合、制御装置５０は、エンジン温度Teに関わらず、触媒温度Tcが第一温度T1以上（T1≦Tc）となったら通常状態となるように第一切替弁２１を制御することが好ましい。
【符号の説明】
【００７８】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  排気浄化装置
２  エンジン
３  吸気通路
５  冷却回路
１１  排気通路
１１Ａ  下流通路
１２  タンク通路
１２Ｅ  冷却通路
１３  排出通路
１４  リリーフ通路
１５  バイパス通路
１６  導入通路
１７  EGR通路
２１  第一切替弁
２２  第二切替弁
２３  第三切替弁
２４  リリーフ弁
２５  第一開閉弁（第一切替弁）
２６  第二開閉弁（第一切替弁，第二切替弁）
２７  第三開閉弁（第二切替弁）
３１  触媒
３３  冷却装置
３４  燃料ウォーマー（熱交換器）
４０  燃料タンク
５０  制御装置
T1  第一温度
T2  第二温度
T3  第三温度
Tc  触媒温度
Te  エンジン温度
Tf  燃料温度
【図１】
2017115691.tif 000005
【図２】
2017115691.tif 000006
【図３】
2017115691.tif 000007
【図４】
2017115691.tif 000008
【図５】
2017115691.tif 000009
【図６】
2017115691.tif 000010
【図７】
2017115691.tif 000011
【図８】
2017115691.tif 000012
【図９】
2017115691.tif 000013
【図１０】
2017115691.tif 000014