DE60313421T2

DE60313421T2 - Auslasswärmerückgewinnungssystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60313421T2
Application number: DE60313421T
Authority: DE
Inventors: Junichiro Hara
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2023-11-20
Also published as: JP4157752B2; EP1426602A1; DE60313421D1; JP2004169594A; US7246487B2; EP1426602B1; US20040144084A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Auslasswärme-Rückgewinnungssystem für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff-Abschnitt des unabhängigen Anspruchs 1.
Aus US 6,318,077 B1 ist ein Auslasswärme-Rückgewinnungssystem, wie es oben benannt wird, bekannt.
Herkömmlich ist ein System wohlbekannt, das in JP 1-132415A beschrieben wird, das Abgaswärme aus einem Motor zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeugs nutzt. Das System erwärmt ein Kühlmittel für den Motor unter Ausnutzung der Abgaswärme und schickt eine Warmluft in das Innere des Fahrzeugs, indem es das erwärmte Kühlmittel durch einen Wärmetauscher leitet, der entlang einem Warmluftkanal angeordnet ist.
Bei dem System tritt das Problem auf, dass das Volumen und die Temperatur des Abgases in Abhängigkeit vom Ausmaß der Belastung oder Last des Motors variieren. Wenn die Last des Motors groß genug ist, um genügend Abgaswärme zu erzeugen, wird ein Kühlmittel für den Motor unter Nutzung der Abgaswärme wirkungsvoll erwärmt. Wenn sich der Motor in einer kalten Periode, z. B. im Winter, im Leerlauf befindet (das Fahrzeug steht, aber der Motor ist noch in Betrieb), ist das Volumen des Abgases gering, und seine Temperatur ist infolge einer sehr geringen Last ebenfalls niedrig.
Wenn sich daher der Motor in einer kalten Periode im Leerlauf befindet, ist es schwierig, das Kühlmittel für den Motor nur mit Hilfe des Abgases aus dem Motor zu erwärmen, um das Fahrzeuginnere zu heizen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Auslasswärme-Rückgewinnungssystem, wie oben benannt, so zu verbessern, dass die Verbrennung des Abgases durch Katalyse in einem katalytischer Wandler gefördert werden kann, um die Wärmemenge des Abgases zu erhöhen.
Das Ziel wird nach der vorliegenden Erfindung mit Hilfe eines Auslasswärme-Rückgewinnungssystems für Fahrzeuge erreicht, das Folgendes umfasst: einen katalytischen Wandler zum Durchlassen von aus einem Motor ausgestoßenem Abgas und zum katalytischen Verbrennen der brennbaren Komponenten in dem Abgas; einen Abgaswärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen dem Abgas, das durch den katalytischen Wandler hindurchgeströmt ist, und einem Wärmeübertragungsmedium, das durch den Motor hindurchgeströmt ist; eine Klimatisierungsanlage mit einem Wärmetauscher zum Erzeugen von Warmluft mit Hilfe des Wärmeaustauschs zwischen dem Wärmeübertragungsmedium, das durch den Abgaswärmetauscher hindurchgeströmt ist, und einer Klimatisierungsluft; und eine Motorsteuereinrichtung, die vorgesehen ist, eine Inkrementsteuerung auszuführen, wobei die Inkrementsteuerung so gestaltet ist, dass sie die brennbaren Komponenten in dem Abgas, die in dem katalytischer Wandler verbrannt werden sollen, mit Hilfe der Veränderung einer Betriebsbedingung des Motors vermehrt, wenn die vorgeschriebene Bedingung für das Erwärmen nicht erfüllt ist, wobei die Wirksamkeit der Inkrementsteuerung von einer Fahrbedingung des Fahrzeugs, einer Lastbedingung des Motors, der Betriebsbedingung des Motors, dem Zustand des Kühlmittels und der Kapazität des katalytischer Wandlers abhängt.
Da die Motorsteuereinrichtung die brennbaren Komponenten im Abgas, die im katalytischer Wandler verbrannt werden sollen, inkremental steuert, wenn die vorgeschriebene Bedingung für das Erwärmen nicht erfüllt ist, wird nach der vorliegenden Erfindung die Verbrennung in dem katalytischer Wandler gefördert, um die Wärmemenge des Abgases zu erhöhen sowie auch wirkungsvoll die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums zum Austausch von Wärme mit dem Abgas in dem Abgaswärmetauscher zu erhöhen.
Infolgedessen kann das Wärmeübertragungsmedium, auch wenn keine ausreichende Wärmemenge des Abgases aus dem Motor erhalten werden kann, durch die ausreichende Abgaswärme auf eine hohe Temperatur gebracht werden, und dadurch kann die Klimatisierungsluft, die in dem Wärmetauscher zum Erwärmen mit dem Wärmeübertragungsmedium Wärme austauscht, wirkungsvoll erwärmt werden, um die erwünschte Warmluft zu erzeugen.
Des weiteren kann, da das Wärmeübertragungsmedium schneller erwärmt werden kann, auch der Motor schnell erwärmt werden, um die Temperatur eines Motorschmiermittels zu erhöhen. Dadurch kann die Viskosität des Schmiermittels herabgesetzt werden, um einen Reibungsverlust des Motors zu verringern und die Fahrleistung zu verbessern.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den weiteren Unteransprüchen beschrieben. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung detaillierter anhand mehrerer ihrer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erläutert; das sind die folgenden:
1 ist eine Darstellung, die einen schematischen Gesamtaufbau eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das die erste Hälfte eines Ablaufschemas für die Ausführung der Steuerung der Auslasswärme-Rückgewinnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Diagramm, das die zweite Hälfte des Ablaufschemas für die Ausführung der Steuerung der Auslasswärme-Rückgewinnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine Darstellung, die einen schematischen Gesamtaufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
Ein Auslasswärme-Rückgewinnungssystem für einen Motor 1 umfasst, wie in 1 gezeigt, ein Motorkühlsystem 10, eine Klimatisierungsanlage 20, einen katalytischen Wandler 30, einen Abgaswärmetauscher 40 und eine Motorsteuereinrichtung 50. Das Motorkühlsystem 10 kühlt einen im Fahrzeug befindlichen Motor 2 durch Wärmeaustausch mit einem Kühlmittel (einem Wärmeübertragungsmedium). Die Klimatisierungsanlage 20 führt ein erwärmtes Kühlmittel eines Heizmedium-Umlaufkanals 15 in das Innere eines Heizkörper-Kernstücks 21 (eines Wärmetauschers zum Erwärmen) ein und erzeugt dann mit Hilfe des Wärmeaustauschs zwischen einer Klimatisierungsluft und dem erwärmten Kühlmittel eine Warmluft. Der katalytische Wandler 30 verbrennt brennbare Komponenten im Abgas durch Katalyse, indem das Abgas aus dem Motor 2 in sein Inneres geleitet wird. Der Abgaswärmetauscher 40 bewirkt, dass das Abgas, das durch den katalytischen Wandler 30 hindurchgeströmt ist, die Wärme mit dem Kühlmittel des Heizmedium-Umlaufkanals 15 austauscht. Die Motorsteuereinrichtung 50 ist eine Vorrichtung zur Steuerung des Motors und vermehrt, wie weiter unten beschrieben wird, die brennbaren Komponenten im Abgas, die in dem katalytischer Wandler 30 verbrannt werden sollen, wenn eine Bedingung für das Erwärmen nicht erfüllt ist.
Das Abgas aus dem Motor 2 wird gewöhnlich aus dem hinteren Teil eines Fahrzeugs in die Luft freigesetzt, indem ein Auspuffrohr 3 mit einem Auspuffsammelrohr (in der Figur nicht gezeigt) des Motors 2 verbunden wird. Der katalytische Wandler 30 ist an dem Ende an der stromaufwärtigen Seite des Auspuffrohrs 3 angeordnet. Der kata lytische Wandler 30, der Abgaswärmetauscher 40 und ein Dämpfer 4 sind in dieser Reihenfolge abwärts vom Auspuffrohr 3 angeordnet.
Das Auspuffrohr 3 weist einen Hauptkanal 5 und einen Bypasskanal 5a auf und umfasst ein erstes Schaltventil 6, ein zweites Schaltventil 7 und ein drittes Schaltventil 8, die in seinem Inneren untergebracht sind. Der Abgaswärmetauscher 40 ist längs des Inneren des Hauptkanals 5 angeordnet. Das Abgas, das durch den katalytischen Wandler 30 hindurchgeströmt ist, umgeht den Abgaswärmetauscher 40, indem es durch den Bypasskanal 5a strömt. Das erste Schaltventil 6, das zweite Schaltventil 7 und das dritte Schaltventil 8 sind Abgaskanal-Schaltventile und bestimmen den Kanal, den das Abgas durchströmt, indem sie entweder den Hauptkanal 5 oder den Bypasskanal 5a schließen.
Das erste Schaltventil 6 ist im Einlassabschnitt des Bypasskanals 5a untergebracht. Das zweite Schaltventil 7 ist im Einlassabschnitt des Hauptkanals 5 untergebracht. Das dritte Schaltventil 8 ist im Auslassabschnitt des Hauptkanals 5 untergebracht. Die Stellantriebe 6a, 7a bzw. 8a werden mit Steuersignalen von der Motorsteuereinrichtung 50 betätigt, um das erste Schaltventil 6, das zweite Schaltventil 7 bzw. das dritte Schaltventil 8 zu öffnen oder zu schließen.
Das Motorkühlsystem 10 ist ein Kühlmittelkanal, der das Kühlmittel nacheinander durch den Motor 2, einen Kühler 11, einen Thermostaten 12, eine Wasserpumpe 13 und den Motor 2 umlaufen lässt. Das Kühlmittel im Motor 2 fließt aus einem Kühlmittelkanal, der im Inneren eines Zylinderblocks und eines Zylinderkopfs des Motors 2 untergebracht ist, heraus und zirkuliert durch das Motorkühlsystem 10. In dem Motorkühlsystem 10 strömt das Kühlmittel über den Kühler 11 und den Thermostaten 12 in die Wasserpumpe 13 und wird unter Druck dem Motor 2 zugeführt.
Der Heizmedium-Umlaufkanal 15 ist ein weiterer Kühlmittelkanal, der das Kühlmittel nacheinander durch den Motor 2, den Abgaswärmetauscher 40, das Heizkörper-Kernstück 21, den Thermostaten 12, die Wasserpumpe 13 und den Motor 2 umlaufen lässt. Das Kühlmittel in dem Motor 2 zirkuliert zusätzlich zu dem Motorkühlsystem 10 durch den Heizmedium-Umlaufkanal 15. In dem Heizmedium-Umlaufkanal 15 strömt das Kühlmittel durch den Abgaswärmetauscher 40 und das Heizkörper-Kernstück 21 und wird dann unter Druck über den Thermostaten 12 und die Wasserpumpe 13 dem Motor 2 zugeführt.
Der Thermostat 12 steuert die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Motorkühlsystem 10 und den Heizmedium-Umlaufkanal 15 fließt, durch Erfassung ei ner Kühlmitteltemperatur. Wenn die Temperatur des Kühlmittels niedriger als die vorgeschriebene (z. B. 80°C) ist, schaltet der Thermostat 12 das Motorkühlsystem 10 ab und lässt das gesamte Kühlmittel durch den Heizmedium-Umlaufkanal 15 fließen.
Die Klimatisierungsanlage 20 umfasst das Heizkörper-Kernstück 21, einen Ventilator 22, einen Verdampfer 23 und eine Luftmischklappe 25. Der Ventilator 22 erzeugt eine Klimatisierungsluft. Der Verdampfer 23 ist an der stromabwärtigen Seite des Ventilators 22 angeordnet und bildet einen Kühlkreislauf (in der Figur nicht gezeigt). Das Heizkörper-Kernstück 21 zum Erwärmen ist an der stromabwärtigen Seite des Verdampfers 23 angeordnet. Die Luftmischklappe 25 ist zwischen dem Verdampfer 23 und dem Heizkörper-Kernstück 21 angeordnet und verschließt entweder den Einlassabschnitt eines Kanals 24 oder den eines Kanals 24a, wobei der Kanal 24 eine Klimatisierungsluft durch das Heizkörper-Kernstück 21 leitet und der Kanal 24a eine Klimatisierungsluft so leitet, dass sie das Heizkörper-Kernstück 21 umgeht.
Der Kühlkreislauf umfasst, wie allgemein bekannt, einen Kompressor (in der Figur nicht gezeigt) zum Verdichten eines Kältemittels, einen Kondensator (in der Figur nicht gezeigt) zum Kühlen des Kältemittels bei hohem Druck mit der Luft außen und ein Entspannungsventil (in der Figur nicht gezeigt) zum adiabatischen Entspannen des Kältemittels, nachdem es von dem Kondensator verflüssigt wurde. Durch die Wirkungsweise des Entspannungsventils dehnt sich das Kältemittel adiabatisch aus und liegt dann bei einem niedrigen Druck und mit niedriger Temperatur vor. Dann wird die Klimatisierungsluft gekühlt und entfeuchtet, indem das Kältemittel durch den Verdampfer 23 geschickt wird, damit zwischen dem Kältemittel und der Klimatisierungsluft ein Wärmeaustausch erfolgt.
Durch das Heizkörper-Kernstück 21 strömt ein erwärmtes Kühlmittel, das durch den Heizmedium-Umlaufkanal 15 zirkuliert. Durch den Wärmeaustausch zwischen dem erwärmten Kühlmittel und der Klimatisierungsluft, die durch den Kanal 24 strömt, wird die Klimatisierungsluft aufgeheizt und als Warmluft in das Fahrzeuginnere geblasen.
Eine Anzahl von Signalen, die von einer Steuerung der Klimatisierungsanlage 26 ausgegeben werden, steuert die Rotation eines Ventilatormotors 22a des Ventilators 22, den Öffnungsgrad der von einem Stellantrieb 25a gesteuerten Luftmischklappe 25 sowie den Antrieb des Kompressors. Die Steuerung der Klimatisierungsanlage 26 ist mit der Motorsteuereinrichtung 50 verbunden und tauscht mit ihr Informationen aus.
Wenn ein Fahrzeuginsasse handbediente Hebel (in der Figur nicht gezeigt) oder handbediente Knöpfe auf einem Klimatisierungs-Schaltbrett (in der Figur nicht gezeigt) betätigt, um die Zieltemperatur im Inneren des Fahrzeugs zu verändern, wird die Information in die Steuerung der Klimatisierungsanlage 26 eingegeben und dann von der Steuerung der Klimatisierungsanlage 26 an die Motorsteuereinrichtung 50 ausgegeben. Die Motorsteuereinrichtung 50 entscheidet auf der Grundlage der Differenz zwischen der von dem Insassen eingestellten Zieltemperatur und der tatsächlichen Temperatur im Inneren des Fahrzeugs, ob eine Erhöhung der Wärmeleistung der Klimatisierungsanlage 20 notwendig ist oder nicht.
Der katalytische Wandler 30 vermindert gefährliche Komponenten im Abgas. Bei im katalytischen Wandler 30 genutzten katalytischen Prozessen sind ein Typ Oxidationskatalysator und ein Typ ternärer Katalysator bekannt. Der Prozess vom Typ Oxidationskatalysator verläuft derart, dass CO oder HC im Abgas oxidiert wird, und benötigt daher überschüssigen Sauerstoff im Abgas. Der Prozess vom Typ ternärer Katalysator verläuft dergestalt, dass die Reduktion von NOx und die Oxidation von CO oder HC auf einmal durchgeführt werden, indem das Abgas bei einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder extrem nahe demselben durch einen Katalysator geschickt wird. Beide Prozesse erwärmen den katalytischen Wandler 30 durch die Verbrennung (Oxidation) von brennbaren Komponenten im Abgas.
Ein Abgastemperatur-Sensor 51 ist zwischen dem katalytischen Wandler 30 und einem Verzweigungsteil 5b vorgesehen, an den die Einlassabschnitte des Hauptkanals 5 und des Bypasskanals 5a angeschlossen sind. Ein von dem Abgastemperatur-Sensor 51 erfasster Wert wird an die Motorsteuereinrichtung 50 ausgegeben.
Der Abgaswärmetauscher 40 ist entlang dem Hauptkanal 5 angeordnet. Der Abgaswärmetauscher 40 nimmt wirksam Wärme von dem Abgas auf, das durch den Hauptkanal 5 strömt. Weiterhin wird, da an dem Abgaswärmetauscher 40 ein Zuführungseinlass 40a und eines Abführungsauslass 40b für ein Kühlmittel vorgesehen ist, das Kühlmittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem Abgas erwärmt, indem das Kühlmittel entlang dem Heizmedium-Umlaufkanal 15 da hindurch geschickt wird. Das erwärmte Kühlmittel strömt aus dem Abführungsauslass 40b heraus und wird dem Heizkörper-Kernstück 21 der Klimatisierungsanlage 20 zugeführt.
Entlang dem Heizmedium-Umlaufkanal 15 sind Wassertemperatur-Sensoren 52 bzw. 53 zwischen dem Motor 2 und dem Abgaswärmetauscher 40 bzw. zwischen dem Abgaswärmetauscher 40 und dem Heizkörper-Kernstück 21 angeordnet. Die von den Wassertemperatur-Sensoren 52 und 53 erfasst Werte T1 und T2 werden an die Motorsteuereinrichtung 50 ausgegeben.
Ein Abgasströmungsraten-Sensor 54 ist zwischen dem Dämpfer 4 und einem Zusammenführungsteil 5c angeordnet, an den die Auslassabschnitte des Hauptkanals 5 und des Bypasskanals 5a angeschlossen sind. Ein von dem Abgasströmungsraten-Sensor 54 erfasster Wert wird an die Motorsteuereinrichtung 50 ausgegeben.
In die Motorsteuereinrichtung 50 werden die erfasst Werte von dem Abgastemperatur-Sensor 51, den Wassertemperatur-Sensoren 52 und 53 und dem Abgasströmungsraten-Sensor 54, die von der Steuerung der Klimatisierungsanlage 26 kommende Zieltemperatur im Fahrzeuginneren und weitere Signale, wie z. B. eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Öffnungsweite des Gaspedals, ein AN/AUS hinsichtlich des Motorbetriebs (eines Zündschalters) und eine Temperatur des durch den Motor 2 strömenden Kühlmittels eingegeben. Die Motorsteuereinrichtung 50 legt auf der Grundlage dieser Eingabesignale eine Bedingung für das Erwärmen fest. Wenn die Bedingung für das Erwärmen nicht erfüllt ist, wird die Menge der brennbaren Komponenten im Abgas, die im katalytischen Wandler 30 zu verbrennen sind, falls das erforderlich ist, inkremental gesteuert.
Die Motorsteuereinrichtung 50 führt die Inkrementsteuerung der Menge der brennbaren Komponenten gemäß einem in 2 und 3 gezeigten Ablaufschema aus. Im Schritt S1 werden die oben genannten Daten zur Bestimmung der Erwärmungsbedingung in die Motorsteuereinrichtung 50 eingegeben.
Im Schritt S2 wird entschieden, ob das Fahrzeug im Stillstand oder in Bewegung ist, indem festgestellt wird, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit bei Null liegt oder nicht. Wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, wird die Inkrementsteuerung nicht ausgeführt, und der Prozess geht zum Schritt S3 weiter. Wenn das Fahrzeug im Stillstand ist, geht der Prozess wegen der Erfüllung der Bedingung für die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten zum Schritt S4 weiter.
Im Schritt S3 wird das Abgas aus dem Motor 2 durch Öffnen des ersten Schaltventils 6 und Schließen des zweiten Schaltventils 7 und des dritten Schaltventils 8 durch den Bypasskanal 5a geleitet. Durch Schließen des Hauptkanals 5 wird verhindert, dass das Abgas durch den Abgaswärmetauscher 40 strömt.
Im Schritt S4 wird entschieden, ob der Motor 2 unbelastet ist oder unter Last steht, indem festgestellt wird, ob die Öffnungsweite des Gaspedals bei Null liegt oder nicht. Wenn der Motor 2 unter Last steht, da die Öffnung des Gaspedals erfolgt ist, wird die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten nicht ausgeführt, und der Prozess geht zum Schritt S3 weiter. Wenn die Öffnungsweite des Gaspedals bei Null ist, geht der Prozess wegen der Erfüllung der Bedingung für die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten zum Schritt S5 weiter.
Im Schritt S5 wird entschieden, ob der Motor 2 in Betrieb oder im Stillstand ist. Wenn der Motor 2 im Stillstand ist, wird die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten nicht ausgeführt, und der Prozess geht zum Schritt S3 weiter. Wenn der Motor 2 in Betrieb ist, geht der Prozess wegen der Erfüllung der Bedingung für die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten zum Schritt S6 weiter.
Im Schritt S6 wird entschieden, ob die Temperatur des Kühlmittels höher als die oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur (zum Beispiel 75°C) oder niedriger ist. Wenn die Temperatur des Kühlmittels niedriger als die vorgeschriebene Temperatur ist, geht der Prozess zum Schritt S7 weiter, um die brennbaren Komponenten inkremental zu steuern. Wenn die Temperatur des Kühlmittels höher als die oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur ist, geht der Prozess zum Schritt S9 weiter.
Im Schritt S7 wird die Forderung nach einer Erhöhung der Menge der brennbaren Komponenten von der Motorsteuereinrichtung 50 an den Motor 2 ausgegeben.
Im Schritt S8 wird das Abgas aus dem Motor 2 durch Schließen des ersten Schaltventils 6 und Öffnen des zweiten Schaltventils 7 und des dritten Schaltventils 8 durch den Hauptkanal 5 geleitet und dem Abgaswärmetauscher 40 zugeführt.
Im Schritt S9 wird entschieden, ob das Signal für die Forderung nach einer Erhöhung der Wärmeleistung von der Steuerung der Klimatisierungsanlage 26 ausgegeben worden ist oder nicht. Wenn eine Forderung nach einer Erhöhung der Wärmeleistung existiert, geht der Prozess zum Schritt S7 weiter, um die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten auszuführen. Wenn es keine Forderung nach einer Erhöhung der Wärmeleistung gibt, geht der Prozess zum Schritt S10 weiter.
Im Schritt S10 wird die Differenz Δ T (= T1 – T2) in der Temperatur des Kühlmittels zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Abgaswärmetauschers 40 berechnet.
Wenn Im Schritt S11 die Differenz Δ T zwischen den Temperaturen geringer als die vorgeschriebene Temperatur (zum Beispiel 12°C) ist, geht der Prozess zum Schritt S7 weiter, um die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten auszuführen. Wenn die Differenz Δ T zwischen den Temperaturen höher als die oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur ist, geht der Prozess zum Schritt S12 weiter.
Im Schritt S12 wird entschieden, ob die Abgastemperatur höher als die oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur (zum Beispiel 250°C) oder niedriger ist. Wenn die Abgastemperatur niedriger als die vorgeschriebene Temperatur ist, geht der Prozess zum Schritt S7 weiter, um die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten auszuführen. Wenn die Abgastemperatur höher als die oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur ist, geht der Prozess zum Schritt S13 weiter.
Im Schritt S13 wird entschieden, ob die Strömungsrate des Abgases größer als die oder gleich der vorgeschriebenen Strömungsrate (zum Beispiel 250 l/min) oder geringer ist. Wenn die Strömungsrate größer als die oder gleich der vorgeschriebenen Strömungsrate ist, geht der Prozess zum Schritt S3 weiter, ohne die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten auszuführen. Wenn die Strömungsrate geringer als die vorgeschriebene Strömungsrate ist, geht der Prozess zum Schritt S7 weiter, um die brennbaren Komponenten inkremental zu steuern.
Die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten vermehrt unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) in dem Abgas aus dem Motor 2.
Es gibt mehrere bekannte Verfahren zur Erhöhung der Menge unverbrannter Kohlenwasserstoffe, wie sie z. B. auf Seite B7-27 oder auf Seite B7-31 im „Mechanical Engineering Handbook", erarbeitet von der Japan Society of Mechanical Engineers (Ausgabe 1987), beschrieben werden. Die Menge unverbrannter Kohlenwasserstoffe wird erhöht, indem eines von mehreren Verfahren angewandt wird, wie zum Beispiel: den Motor 2 fehlzünden zu lassen, den Kraftstoff teilweise verbrennen zu lassen, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in starkem Maße zu verringern oder zu erhöhen, den Zündzeitpunkt von der normalen Einstellung zur anderen zu verschieben, den Verbrennungszylinder stoppen zu lassen.
Gemäß der oben beschriebenen Beschaffenheit führt die Motorsteuereinrichtung 50, wenn in dem Auslasswärme-Rückgewinnungssystem 1 des ersten Ausführungsbeispiels die Bedingung für das Erwärmen nicht erfüllt ist, die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten (in diesem Ausführungsbeispiel der unverbrannten Kohlenwasserstoffe) in dem Abgas aus, die in dem katalytischen Wandler 30 verbrannt werden sollen. Somit wird die Verbrennung in dem katalytischen Wandler 30 dadurch gefördert, dass das mit den unverbrannten Kohlenwasserstoffen angereicherte Abgas in den katalytischen Wandler 30 eingeleitet wird.
Je stärker das Innere des katalytischen Wandlers 30 erwärmt ist, um so stärker nimmt die Abgaswärmemenge, die durch den katalytischen Wandler 30 fließt, zu. Da das Kühlmittel im Inneren des Heizmedium-Umlaufkanals 15 mit dem Abgas, das an Wärmemenge angereichert worden ist, Wärme austauscht, kann die Kühlmitteltemperatur in dem Abgaswärmetauscher 40 wirkungsvoll erhöht werden.
Folglich kann das Kühlmittel, auch wenn die Wärmeleistung nicht ausreicht oder wenn infolge einer geringen Last am Motor 2 nicht genügend Abgaswärme zur Verfügung steht, mit Hilfe der ausreichenden angereicherten Abgaswärme auf eine hohe Temperatur aufgeheizt werden. Im Ergebnis dessen kann, da die Klimatisierungsluft in dem Heizkörper-Kernstück 21 der Klimatisierungsanlage 20 mit dem erwärmten Kühlmittel Wärme austauscht, die Klimatisierungsluft wirkungsvoll erwärmt werden, um eine erwünschte Warmluft zu erzeugen.
Des weiteren wird der Motor 2 schnell aufgewärmt, um die Temperatur eines Schmiermittels für den Motor zu erhöhen, indem das erwärmte Kühlmittel aus dem Heizmedium-Umlaufkanal 15 in den Motor 2 eingeleitet wird. Da die Viskosität des Schmiermittels herabgesetzt wird und der Reibungsverlust des Motors 2 verringert werden kann, lässt sich darüber hinaus die Fahrleistung verbessern.
Im ersten Ausführungsbeispiel wird die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten durch die Motorsteuereinrichtung 50 durchgeführt, indem die Menge der unverbrannten Kohlenwasserstoffe in dem Abgas aus dem Motor 2 erhöht wird. Da die unverbrannten Kohlenwasserstoffe im katalytischer Wandler 30 sicher und wirkungsvoll verbrannt werden, um die erzeugte Wärmemenge in einer kurzen Zeit zu erhöhen, wird die an das Kühlmittel übertragene Wärmemenge erhöht, und die Erwärmungszeit des Kühlmittels im Abgaswärmetauscher 40 wird verkürzt.
Da die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten ausgeführt wird, wenn das Fahrzeug im Stillstand ist, aber der Motor 2 in Betrieb ist, nämlich während des Leerlaufs des Motors 2, kann vermieden werden, dass ein Teil der brennbaren Komponenten, der über die Kapazität des katalytischen Wandlers 30 hinausgeht, eventuell in die Luft freigesetzt wird.
Wenn die Menge der brennbaren Komponenten erhöht wird, gibt es die Befürchtung, dass ein Teil der brennbaren Komponenten, der über die Verarbeitungskapazität des katalytischen Wandlers 30 hinausgeht, eventuell freigesetzt wird. Der katalytische Wandler 30 hat jedoch praktisch eine so große Kapazität, dass er die brennbaren Komponenten durch die Reaktion bei der maximalen Leistung des Motors 2 verbrennen kann. Demzufolge übersteigt die Gesamtmenge der brennbaren Komponenten, die während des Leerlaufs erzeugt werden, niemals die Verarbeitungskapazität des kataly tischen Wandlers 30 und wird durch die Ausführung der Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten während des Leerlaufs des Motors 2 vollständig verbrannt.
Die Erwärmungsbedingung wird durch die Temperatur des Kühlmittels oder durch eine Forderung der Klimatisierungsanlage 20 nach einer Erhöhung der Wärmeleistung bestimmt. Wenn die Temperatur des Kühlmittels niedrig ist, müsste die Wärmeleistung des Heizkörper-Kernstücks 21 ebenfalls niedrig sein, und daher wird die Wärmeleistung des Heizkörper-Kernstücks 21 durch Erwärmen des Kühlmittels mit Hilfe der durch die Motorsteuereinrichtung 50 ausgeführte Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten im Abgas in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels erhöht.
Mit Hilfe der Ausführung der Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten im Abgas durch die Motorsteuereinrichtung 50, ausgelöst durch eine Forderung nach einer Erhöhung der Wärmeleistung, kann des weiteren eine vom Fahrzeuginsassen gewünschte Heiztemperatur erreicht werden.
Die Erwärmungsbedingung wird auch durch eine im Abgaswärmetauscher 40 ausgetauschte Wärmemenge bestimmt, das ist nicht auf die Temperatur des Kühlmittels oder die Forderung der Klimatisierungsanlage 20 nach einer Erhöhung der Wärmeleistung beschränkt. Wenn die in dem Abgaswärmetauscher 40 ausgetauschte Wärmemenge gering ist, dürfte die Temperatur des Kühlmittels nicht wirkungsvoll erhöht werden, und daher wird die Temperatur des Kühlmittels durch Erhöhung der ausgetauschten Wärmemenge mit Hilfe der durch die Motorsteuereinrichtung 50 ausgeführten Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten im Abgas in Abhängigkeit von der ausgetauschten Wärmemenge wirkungsvoll erhöht.
Die Temperatur des Kühlmittels, die die Erwärmungsbedingung bestimmt, wird von dem Wassertemperatur-Sensor 52, der an dem Kühlmittelkanal vorgesehen ist, der sich von dem Motor 2 bis zu dem Abgaswärmetauscher 40 erstreckt, und von dem Wassertemperatur-Sensor 53 erfasst, der an dem Kühlmittelkanal vorgesehen ist, der sich von dem Abgaswärmetauscher 40 bis zu dem Heizkörper-Kernstück 21 erstreckt. Da die Wassertemperatur-Sensoren 52 und 53 an dem Heizmedium-Umlaufkanal 15 angeordnet sind, ohne den Kühler 11 einzubeziehen, kann die Temperatur des Kühlmittels, das in das Heizkörper-Kernstück 21 fließt, genau gemessen werden.
Stellen, an denen die Temperaturen des Kühlmittels gemessen werden, können beliebige Stellen außer den oben erwähnten sein, wie zum Beispiel der Kühlmittelkanal 15 von dem Heizkörper-Kernstück 21 bis zum Motor 2, der Kühlmittelkanal im Motor 2, der Kühlmittelkanal in dem Abgaswärmetauscher 40, der Kühlmittelkanal in dem Heizkörper-Kernstück 21.
Da eine Forderung nach einer Erhöhung der Wärmeleistung der Klimatisierungsanlage 20, die die Erwärmungsbedingung bestimmt, auf der Grundlage der Differenz zwischen einer vom Fahrzeuginsassen festgelegten Zieltemperatur im Inneren des Fahrzeugs und einer tatsächlichen Temperatur im Fahrzeuginneren, nämlich einer Raumtemperaturabweichung bewertet wird, kann eine Verringerung der Wärmeleistung der Klimatisierungsanlage 20 genau genug ermittelt werden, um gemäß der Wahl des Fahrzeuginsassen eine gewünschte Warmluft zu erzeugen.
Ein ähnlicher Betriebseffekt kann auch dann erreicht werden, wenn eine Forderung nach Erhöhung der Wärmeleistung auf der Grundlage der Differenz zwischen einer Außentemperatur und einer Innentemperatur oder der Differenz zwischen einer Ziel-Ausblastemperatur und einer tatsächlichen Ausblastemperatur bewertet wird, und ist nicht auf die Differenz zwischen einer Zieltemperatur im Inneren des Fahrzeugs und einer tatsächlichen Temperatur darin beschränkt.
Als ein Verfahren zur Bewertung einer Forderung nach einer Erhöhung der Wärmeleistung kann weiterhin zusätzlich zu den oben genannten Verfahren ein Verfahren der Entscheidung durch Erfassung einer Oberflächentemperatur des Fahrzeuginsassen oder der Oberflächentemperaturen von Innenteilen mit Hilfe eines Infrarotstrahlungs-Sensors und ihren Vergleich mit einem vorgeschriebenen Zielwert oder ein Verfahren der Bewertung auf der Grundlage der Differenz zwischen einer Temperatur der Außenluft und einer Ziel-Raumtemperatur gewählt werden.
Da die in dem Abgaswärmetauscher 40 ausgetauschte Wärmemenge, zu der eine Erwärmungsbedingung zu bestimmen ist, auf der Grundlage der Differenz zwischen einer Eintrittstemperatur und einer Austrittstemperatur des durch den Abgaswärmetauscher 40 fließenden Kühlmittels bewertet wird, die von den Wassertemperatur-Sensoren 52 und 53 erfasst worden sind, kann die Inkrementsteuerung der brennbaren Komponenten aufgrund der Tatsache, dass die in dem Abgaswärmetauscher 40 ausgetauschte Wärmemenge genau gemessen werden kann, präzise ausgeführt werden.
Ein ähnlicher Betriebseffekt kann auch dann erreicht werden, wenn eine in dem Abgaswärmetauscher 40 ausgetauschte Wärmemenge auf der Grundlage der Differenz zwischen einer Eintrittstemperatur und einer Austrittstemperatur des Abgases, das durch den Abgaswärmetauscher 40 hindurchströmt, der Differenz der volumetrischen Strömungsraten des Abgases, das durch den Abgaswärmetauscher 40 hindurchströmt, zwischen einem Einlassabschnitt und einem Auslassabschnitt, eines Abgasvolumens oder einer Abgastemperatur in dem Motor 2 oder eines in dem Motor 2 verwendeten Kraftstoffs oder Luftvolumens bewertet wird.
Genauer gesagt, werden die Temperaturen des Kühlmittels an dem Einlassabschnitt und an dem Auslassabschnitt des Abgaswärmetauschers 40 jeweils erfasst, um die Temperaturdifferenz zwischen ihnen zu ermitteln. Wenn die Temperaturdifferenz kleiner als ein vorgeschriebener Wert ist, wird entschieden werden, dass die oben erwähnte ausgetauschte Wärmemenge kleiner als ein vorgeschriebener Wert ist. Wenn zum Beispiel die Differenz zwischen den Temperaturen (gewöhnlich ist die Temperatur am Auslassabschnitt höher) des Kühlmittels in dem Motor 2 am Einlassabschnitt und am Auslassabschnitt des Abgaswärmetauschers 40 geringer als 5°C ist, wird entschieden werden, dass die ausgetauschte Wärmemenge kleiner als der vorgeschriebene Wert ist.
Weiterhin werden die Temperaturen des Abgases an dem Einlassabschnitt und an dem Auslassabschnitt des Abgaswärmetauschers 40 jeweils erfasst, um die Temperaturdifferenz zwischen ihnen zu ermitteln. Wenn die Temperaturdifferenz kleiner als ein vorgeschriebener Wert ist, wird entschieden werden, dass die oben erwähnte ausgetauschte Wärmemenge kleiner als ein vorgeschriebener Wert ist. Wenn zum Beispiel die Differenz zwischen den Temperaturen (gewöhnlich ist die Temperatur am Einlassabschnitt höher) des Abgases am Einlassabschnitt und am Auslassabschnitt des Abgaswärmetauschers 40 geringer als 50°C ist, wird entschieden werden, dass die ausgetauschte Wärmemenge kleiner als der vorgeschriebene Wert ist.
Hierbei müsste, streng genommen, die im Abgaswärmetauscher 40 ausgetauschte Wärmemenge unter Berücksichtigung der spezifischen Wärme oder der Durchflussmenge pro Zeiteinheit des jeweils wirkenden Fluids berechnet werden. Im ersten Ausführungsbeispiel wird das Auslasswärme-Rückgewinnungssystem 1 hauptsächlich dann als sekundäre Wärmequelle genutzt, wenn das Fahrzeug bei seinem Start im Leerlauf ist oder darauf gewartet wird, dass die Verkehrsampel umschaltet. Sobald daher das Fahrzeug einmal zu fahren beginnt, nimmt die Last des Motors zu, und daraufhin nimmt auch die Wärmemenge im Abgas zu, und demzufolge wird sich die Häufigkeit der Nutzung des Auslasswärme-Rückgewinnungssystems 1 als sekundäre Wärmequelle verringern.
Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen kann die spezifische Wärme oder die Durchflussmenge pro Zeiteinheit des wirkenden Fluids einfach bestimmt werden, weil die zu erfassenden Objekte ein Kühlmittel und Abgas sind. Daher lässt sich die Menge der ausgetauschten Wärme abschätzen, auch wenn die oben erwähnte Temperaturdifferenz nicht erfasst werden kann.
Wenn die ausgetauschte Wärmemenge anhand eines Volumens des Abgases aus dem Motor 2 bewertet wird, wird möglicherweise nur dann entschieden, dass die ausgetauschte Wärmemenge geringer als ein vorgeschriebener Wert ist, wenn das Volumen des Abgases geringer als der vorgeschriebene Wert, zum Beispiel 250 l/min, ist.
Wenn die ausgetauschte Wärmemenge anhand einer Abgastemperatur bewertet wird, wird möglicherweise nur dann entschieden, dass die ausgetauschte Wärmemenge geringer als ein vorgeschriebener Wert ist, wenn die Temperatur des Abgases niedriger als der vorgeschriebene Wert, zum Beispiel 250°C, ist.
Wenn die ausgetauschte Wärmemenge anhand der Differenz zwischen den volumetrischen Strömungsraten des durch den Abgaswärmetauscher 40 strömenden Abgases an dem Einlassabschnitt und an dem Auslassabschnitt bewertet wird, wird möglicherweise nur dann entschieden, dass die ausgetauschte Wärmemenge geringer als ein vorgeschriebener Wert ist, wenn die Differenz der volumetrischen Strömungsraten geringer als der vorgeschriebene Wert, zum Beispiel 40 l/min, ist.
Da die volumetrische Strömungsrate des Abgases dadurch verringert wird, dass es in dem Abgaswärmetauscher 40 abgekühlt wird, wird die ausgetauschte Wärmemenge auch groß sein, wenn die Differenz zwischen den Strömungsraten des Abgases an dem Einlassabschnitt und an dem Auslassabschnitt des Abgaswärmetauschers 40 groß ist.
Nachdem das Abgas durch den katalytischen Wandler 30 geleitet worden ist, wird es mit Hilfe des ersten Schaltventils 6, des zweiten Schaltventils 7 und des dritten Schaltventils 8 entweder durch den Bypasskanal 5a unter Umgehung des Abgaswärmetauschers 40 oder durch den Hauptkanal 5 einschließlich des Abgaswärmetauschers 40 weitergeleitet. Da die Motorsteuereinrichtung 50 bestimmt, ob das Abgas durch den Abgaswärmetauscher 40 fließt oder nicht, kann dadurch festgelegt werden, dass das Abgas nicht durch den Abgaswärmetauscher 40 strömt, wenn das Kühlmittel eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, so dass es nicht nötig ist, dass es Wärme von dem Abgas aufnimmt.
Im Ergebnis dessen kann das Kühlmittel davor geschützt werden, durch eine hohe Umgebungstemperatur, z. B. im Sommer etc., zu sehr aufgeheizt zu werden, und im Vergleich mit dem Fall, in dem das Abgas immer durch den Abgaswärmetauscher 40 fließt, kann eine Erhöhung der Kosten vermieden werden, indem eine Erhöhung der Abmessungen von zusätzlichen Kühlsystemen, wie z. B. des Kühlers 11, eines Motor-Kühlventilators in dem Motorkühlsystem 10, verhindert wird.
Obwohl das erste Schaltventil 6, das zweite Schaltventil 7 und das dritte Schaltventil 8 als Abgaskanal-Schaltventile vorgesehen sind, besteht außerdem keine Notwendigkeit, sie darauf zu beschränken, und es kann jede Ventilkonstruktion verwendet werden, wenn nur damit das Umschalten zwischen dem Hauptkanal 5 und dem Bypasskanal 5b vorgenommen werden kann.
Da das Abgas aus dem Motor 2 in die Luft freigesetzt wird, nachdem es nacheinander durch den katalytischen Wandler 30, den Abgaswärmetauscher 40 und den Dämpfer 4 zur stromabwärtigen Seite des Motors 2 geströmt ist, kann das Abgas durch den Abgaswärmetauscher 40 geleitet werden, während es noch seine hohe Wärmemenge aufweist, so dass das Maß beschränkt wird, in dem die in dem katalytischer Wandler 30 erzeugte Verbrennungswärme des Abgases durch die offene Luft abgekühlt wird. Daher lässt sich die an das Kühlmittel übertragene Wärmemenge erhöhen.
Das Volumen des Abgases wird durch die Abgabe der Abgaswärme an das Kühlmittel im Abgaswärmetauscher 40 verringert. Daher kann die Menge des Abgases, das durch den Abgaswärmetauscher 40 geströmt ist, verringert werden, um die Zerstreuungswirkung des Dämpfers 4 zu erhöhen.
Da das Kühlmittel, nachdem es aus dem Motor 2 herausgeflossen ist, zum Motor 2 zurückkehrt, indem es nacheinander durch den Abgaswärmetauscher 40 und das Heizkörper-Kernstück 21 strömt, wird das Kühlmittel, nachdem es im Abgaswärmetauscher 40 Wärme aus dem Abgas aufgenommen hat, direkt dem Heizkörper-Kernstück 21 zugeführt. Daher kann das Maß, in dem das Kühlmittel zwischen dem Abgaswärmetauscher 40 und dem Heizkörper-Kernstück 21 von der offenen Luft usw. abgekühlt wird, beschränkt werden, um die Aufheizwirkung weiter zu steigern.
Unter Bezug auf 4 wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Außerdem wird auf die detaillierte Beschreibung verzichtet, indem den gleichen Komponenten wie denen im ersten Ausführungsbeispiel die gleichen Bezugszahlen zugeordnet werden.
Ein Auslasswärme-Rückgewinnungssystem 1a für einen Motor ist, wie in 4 gezeigt, mit einem Bypasskanal 16 versehen, durch den ein Kühlmittel aus dem Motor 2 direkt dem Heizkörper-Kernstück 21 zugeführt wird, indem der Abgaswärmetauscher 40, entlang dem Heizmedium-Umlaufkanal 15, umgangen wird. Weiterhin sind ein viertes Schaltventil 17 und ein fünftes Schaltventil 18 als Medium-Schaltventile vorgesehen, um entweder den Heizmedium-Umlaufkanal 15 oder den Bypasskanal 16 zu verschließen.
Das vierte Schaltventil 17 ist im Bypasskanal 16 angeordnet, und das fünfte Schaltventil 18 ist im Heizmedium-Umlaufkanal 15 angeordnet, der sich vom Motor 2 bis zum Abgaswärmetauscher 40 erstreckt. Das vierte Schaltventil 17 und das fünfte Schaltventil 18 werden durch die von einer Motorsteuereinrichtung 50 (siehe 1) ausgegebenen Befehlssignale so gesteuert, dass sie öffnen oder schließen.
Wenn das vierte Schaltventil 17 geöffnet ist und das fünfte Schaltventil 18 geschlossen ist, wird das Kühlmittel, das aus dem Motor 2 herausgeflossen ist, direkt dem Heizkörper-Kernstück 21 zugeführt, indem es nicht durch den Abgaswärmetauscher 40, sondern durch den Bypasskanal 16 fließt.
Wenn das vierte Schaltventil 17 geschlossen ist und das fünfte Schaltventil 18 geöffnet ist, wird das Kühlmittel, das aus dem Motor 2 herausgeflossen ist, ohne durch den Bypasskanal 16 zu fließen, direkt dem Abgaswärmetauscher 40 zugeführt. Im Abgaswärmetauscher 40 wird Wärme zwischen dem Abgas und dem Kühlmittel ausgetauscht.
Ferner ist ein Ölwärmer 60 zum Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und einem automatischen Getriebe (in der Figur nicht gezeigt) an der stromabwärtigen Seite des Abgaswärmetauschers 40 in dem Heizmedium-Umlaufkanal 15 (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an der stromabwärtigen Seite des Heizkörper-Kernstücks 21) vorgesehen. Außerdem kann das automatische Getriebe durch ein manuelles Getriebe ersetzt werden.
Zusätzlich ist ein Bypasskanal 61a vorgesehen, der den Ölwärmer 60 umgeht, und ein sechstes Schaltventil 62 und ein siebentes Schaltventil 63 sind des weiteren als Wärme-Schaltventile zum Verschließen entweder eines Kanals 61 oder des Bypasskanals 61a vorgesehen.
Das sechste Schaltventil 62 ist im Bypasskanal 61a angeordnet, und das siebente Schaltventil 63 ist im Kanal 61 angeordnet. Das sechste Schaltventil 62 und das siebente Schaltventil 63 werden durch die von der Motorsteuereinrichtung 50 (siehe 1) ausgegebenen Befehlssignale so gesteuert, dass sie öffnen oder schließen.
Wenn das sechste Schaltventil 62 geöffnet ist und das siebente Schaltventil 63 geschlossen ist, kehrt das Kühlmittel, das aus dem Abgaswärmetauscher 40 herausgeströmt und durch das Heizkörper-Kernstück 21 geflossen ist, zu dem Motor 2 zurück, indem es nicht durch den Ölwärmer 60, sondern durch den Bypasskanal 61a fließt.
Wenn das sechste Schaltventil 62 geschlossen ist und das siebente Schaltventil 63 geöffnet ist, kehrt das Kühlmittel, das aus dem Abgaswärmetauscher 40 herausgeströmt und durch das Heizkörper-Kernstück 21 geflossen ist, zu dem Motor 2 zurück, indem es nicht durch den Bypasskanal 61a, sondern durch den Ölwärmer 60 fließt.
Da durch Öffnen oder Schließen des vierten Schaltventils 17 und des fünften Schaltventils 18 in dem Auslasswärme-Rückgewinnungssystem 1a für den Motor entweder der Kanal 15 oder der Bypasskanal 16 verschlossen wird, lässt sich, wenn das Kühlmittel heiß genug ist oder wenn zum Beispiel im Sommer usw. Erwärmen nicht erforderlich ist, der gesamte Kanal-Reibungswiderstand als Ergebnis der Verkürzung des Zirkulationsweges des Kühlmittels verringern, und auch eine Miniaturisierung der Wasserpumpe 13 kann durch Umgehung des Abgaswärmetauschers 40 und indem das aus dem Motor 2 herausgeflossene Kühlmittel durch den Bypasskanal 16 geleitet wird, erreicht werden.
Obwohl das vierte Schaltventil 17 und das fünfte Schaltventil 18 als Medium-Schaltventile vorgesehen sind, besteht des weiteren keine Notwendigkeit, sie darauf zu beschränken, und es kann jede Ventilkonstruktion verwendet werden, vorausgesetzt, dass damit das Verschließen entweder des Kanals 15 oder des Bypasskanals 16 vorgenommen werden kann.
Da der Ölwärmer 60 für den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und einem Schmiermittel für das Getriebe (in der Figur nicht gezeigt) an der stromabwärtigen Seite des Abgaswärmetauschers 40 angeordnet ist, kann das Kühlmittel, das über den Abgaswärmetauscher 40 Wärme von dem Abgas aufgenommen hat, dem Ölwärmer 60 zugeführt werden. Folglich kann das Schmiermittel für das Getriebe in einer kalten Periode, wie z. B. im Winter etc., schnell erwärmt werden, so dass es einwandfrei wirkt und der Reibungsverlust der Getriebeelemente verringert werden kann.
Da entweder der Kanal 61 oder der Bypasskanal 61a durch Öffnen oder Schließen des sechsten Schaltventils 62 und des siebenten Schaltventils 63 verschlossen wird, kann der Zeitpunkt der Zuführung des Kühlmittels, das in dem Abgaswärmetauscher 40 erwärmt worden ist, wie gewünscht gesteuert werden.
Dadurch fließt das Kühlmittel durch den Bypasskanal 61a, bis es eine vorgeschriebene Temperatur erreicht, und nachdem das Kühlmittel die vorgeschriebene Temperatur erreicht hat, kann das erwärmte Kühlmittel dem Ölwärmer 60 zugeführt werden, indem es durch den Kanal 61 geleitet wird.
In einem frühen Stadium des Erwärmens in einer kalten Periode kann das Kühlmittel dem Ölwärmer 60 zugeführt werden, nachdem der Erwärmung des Fahrzeuginneren Vorrang gegeben wurde, indem das in dem Abgaswärmetauscher 40 erwärmte Kühlmittel durch das Heizkörper-Kernstück 21 und den Bypasskanal 61a geleitet wird, wobei das Kühlmittel, das an der stromabwärtigen Seite des Heizkörper-Kernstücks 21 ankommt, eine gewisse Wärmemenge übrig hat. Daher werden sowohl eine Verbesserung der Erwärmungsleistung als auch ein reibungsloses Funktionieren des Getriebes erreicht.
Weiterhin sind das sechste Schaltventil 62 und das siebente Schaltventil 63 als Wärme-Schaltventile vorgesehen, es besteht aber keine Notwendigkeit, sie darauf zu beschränken, und es kann jede Ventilkonstruktion verwendet werden, vorausgesetzt, dass es sich um eine Ventilkonstruktion handelt, die entweder den Kanal 61 oder den Bypasskanal 61a verschließen kann.
Obwohl das Auslasswärme-Rückgewinnungssystem für den Motor der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf das erste und das zweite Ausführungsbeispiel im Sinne von Beispielen beschrieben worden ist, besteht keine Notwendigkeit, es darauf zu beschränken, und jedes beliebige andere Ausführungsbeispiel kann verwendet werden, ohne über das Wesentliche der vorliegenden Erfindung hinauszugehen. Obwohl zum Beispiel das Erwärmen durchgeführt wurde, indem das Kühlmittel für den Motor 2 durch den Abgaswärmetauscher 40 und das Heizkörper-Kernstück 21 geleitet wurde, kann auch so verfahren werden, dass ein Erwärmungskanal vorgesehen wird, der durch den Motor 2 führt und das andere Wärmeübertragungsmedium, außer dem Kühlmittel, enthält, und dass dann das Wärmeübertragungsmedium, das Wärme von dem Abgaswärmetauscher 40 aufnimmt, dem Heizkörper-Kernstück 21 und dem Ölwärmer 60 zugeführt wird.

Claims

Abgaswärme-Rückgewinnungssystem für ein Fahrzeug, aufweisend: einen katalytischen Wandler (30) zum Durchlassen von Abgas, abgegeben von einem Motor (2), und für das katalytische Verbrennen von brennbaren Bestandteile in dem Abgas; einen Abgaswärmetauscher (40) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Abgas, das durch den katalytischen Wandler (30) hindurchgegangen ist, und einem Wärmeübertragungsmedium, das durch den Motor (2) hindurchgegangen ist; eine Klimatisierungsanlage (20) mit einem Wärmetauscher (21) zum Erzeugen einer Warmluft durch Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeübertragungsmedium, die durch den Abgaswärmetauscher (40) hindurchgegangen ist, und einer Klimatisierungsluft; und einer Motorsteuereinrichtung (50), die vorgesehen ist, um eine inkrementale Steuerung auszuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die inkrementale Steuerung konfiguriert ist, die brennbaren Bestandteile in dem Abgas zu erhöhen, zum Verbrennen in dem katalytischen Wandler (30) durch Verändern einer Betriebsbedingung des Motors (2), wenn die vorgeschriebene Bedingung für das Erwärmen nicht erfüllt ist, wobei eine Leistung der inkrementalen Steuerung abhängig ist von einem Bewegungszustand des Fahrzeuges, einer Lastbedingung des Motors (2), der Betriebsbedingung des Motors (2), einer Bedingung eines Kühlmittels oder einer Kapazität des katalytischen Wandlers (30).
Abgaswärme-Rückgewinnungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die inkrementale Steuerung an den brennbaren Bestandteilen derart ist, dass die Menge von unverbrannten Kohlenwasserstoff in dem von dem Motor (2) abgegebenen Abgas erhöht wird.
Abgaswärme-Rückgewinnungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die inkrementale Steuerung an den brennbaren Bestandteilen ausgeführt wird, wenn das Fahrzeug im Stillstand ist, aber der Motor (2) noch in Betrieb ist.
Abgaswärme-Rückgewinnungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingung für das Erwärmen durch zumindest eine von Temperatur des Wärmeübertragungsmediums, einer Anforderung für eine Erhöhung in der Wärmeleistung der Klimatisierungsanlage (20) oder einer ausgetauschten Wärmemenge in dem Abgaswärmetauscher (40) spezifiziert wird.
Abgaswärme-Rückgewinnungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums gemessen wird an zumindest einem von einem Wärmeübertragungsmedium-Kanal (15) von dem Motor (2) zu dem Abgaswärmetauscher (40), einem Wärmeübertragungsmedium-Kanal (15) von dem Abgaswärmetauscher (40) zu dem Wärmetauscher (21) zum Erwärmen, einem Wärmeübertragungsmedium-Kanal (15) von dem Wärmetauscher (21) zum Erwärmen des Motors (2), einem Wärmeübertragungsmedium-Kanal innerhalb des Motors (2), einem Wärmeübertragungsmedium-Kanal innerhalb des Abgaswärmetauschers (40) und einem Wärmeübertragungsmedium-Kanal innerhalb des Wärmetauschers (21) zum Erwärmen.
Abgaswärme-Rückgewinnungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anforderung für ein Erhöhen der Wärmeleistung der Klimatisierungsanlage (20) von der Klimatisierungsanlage (20) auf der Grundlage von zumindest einem von der Differenz zwischen einer Zieltemperatur in dem Fahrzeug, besetzt mit einem Insassen, und einer tatsächlichen Temperatur in dem Fahrzeug, oder einer tatsächlichen Temperatur außerhalb des Fahrzeuges und einer Zieltemperatur einer Klimatisierungsluft an einem Auslass desselben ausgegeben wird.
Abgaswärme-Rückgewinnungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgetauschte Wärmemenge in dem Abgaswärmetauscher (40) berechnet wird aus zumindest einem der Differenz zwischen einer Temperatur des Wärmeübertragungsmediums an einem Einlassabschnitt des Abgaswärmetauschers (40) und derjenigen an einem Auslassabschnitt des Abgaswärmetauschers (40), der Differenz zwischen einer Temperatur des Abgases an einem Einlassabschnitt des Abgaswärmetauschers (40) und derjenigen an einem Auslassabschnitt des Abgaswärmetauschers (40), der Differenz zwischen einer volumetrischen Strömungsrate des Abgases an einem Einlassabschnitt des Abgaswärmetauschers (40) und derjenigen an einem Auslassabschnitt des Abgaswärmetauschers (40), dem Abgasvolumen in dem Motor (2), der Abgastemperatur in dem Motor (2), der in dem Motor (2) verwendeten Kraftstoffmenge oder der in dem Motor (2) verwendeten Luftmenge.
Abgaswärme-Rückgewinnungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Bypasskanal (5a) entlang dem das Abgas, das durch den katalytischen Wandler (30) hindurchgegangen ist, unter Umgehen des Abgaswärmetauschers (40) hindurchgeht; einen Hauptkanal (5) entlang dem das Abgas, das durch den katalytischen Wandler (30) hindurchgegangen ist, durch den Abgaswärmetauscher (40) hindurchgeht; und ein Abgaskanal-Schaltventil (6, 7) für das Schließen entweder des Bypasskanals (5a) oder des Hauptkanals (5).
Abgaswärme-Rückgewinnungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Motor (2) abgegebene Abgas abfolgend durch den katalytischen Wandler (30), den Abgaswärmetauscher (40) und einen Schalldämpfer in die Richtung zu der stromabwärtigen Seite des Motors (2) hindurchgeht und dann in die Luft abgegeben wird.
Abgaswärme-Rückgewinnungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsmedium aus dem Motor (2) ausströmt und dann abfolgend durch den Abgaswärmetauscher (40) und dann den Wärmetauscher zum Erwärmen (21) hindurchgeht und zu dem Motor (2) zurückkehrt.
Abgaswärme-Rückgewinnungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Bypasskanal (16) entlang dem das Wärmeübertragungsmedium unter Umgehen des Abgaswärmetauschers (40) von dem Motor (2) zu dem Wärmetauscher (21) zum Erwärmen direkt geliefert wird; einen Hauptkanal (15) entlang dem das Wärmeübertragungsmedium durch den Abgaswärmetauscher (40) hindurchgeht; und ein Mittelkanal-Schaltventil (17, 18) zum Schließen entweder des Bypasskanals (16) oder des Hauptkanals (15).
Abgaswärme-Rückgewinnungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ölwärmer (60) zum Erzeugen eines Wärmeaustauschs zwischen dem Wärmeübertragungsmedium und einem Übertragungsschmiermittel auf der stromabwärtigen Seite des Wärmetauschers (21) zum Erwärmen.
Abgaswärme-Rückgewinnungssystem nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Bypasskanal (61a) entlang dem das Wärmeübertragungsmedium den Ölwärmer (60) umgeht; einen Hauptkanal (61) entlang dem das Wärmeübertragungsmedium durch den Ölwärmer (60) hindurchgeht; und ein Erwärmerschaltventil (62, 63) zum Schließen von entweder dem Bypasskanal (61a) oder dem Hauptkanal (61).