【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置の熱源となる内燃機関の冷却媒体に排気ガスの熱を取り込むようにした内燃機関の排気熱回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気熱を利用した従来の暖房装置としては、エンジン必要出力、室温、暖房必要温度およびエンジン冷却水温のそれぞれの条件に応じて、エンジン排気を気液間熱交換器へ導く切換弁と、この熱交換器を通るエンジン排気の通路に設けた絞り弁と、をそれぞれ開閉制御することにより暖房制御するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１−１３２４１５号公報（第６頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の内燃機関の排気熱回収装置は、エンジンの排気熱が十分にあるときは冷却媒体である冷却水によって熱を回収し、これを暖房などに供することは可能であるが、エンジンの排気熱が不足するときは、暖房補助として満足する熱量を得ることは難しくなってしまう。
【０００５】
例えば、冬季のエンジンアイドル状態では、エンジンの負荷が小さくなって排気量が減少し、かつ、排気温度も低くなっており、また、エンジンや車両によっては、冷却水の温度が所定値以下（例えば、７５゜Ｃ）となって低く、この冷却水の熱で空気調和装置を暖房しようとした場合に暖房能力が不足する恐れがある。
【０００６】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて、排気ガスの浄化用触媒の反応熱を回収して内燃機関の冷却媒体を温め、この冷却媒体によって空気調和装置の暖房能力を効率よく高めるようにした内燃機関の排気熱回収装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の内燃機関の排気熱回収装置にあっては、触媒コンバータを通過した排気ガスを導入して、前記冷却系の冷却媒体との間で熱交換する冷媒排熱交換器を設け、少なくとも、前記冷却媒体の温度が所定値よりも低い場合、若しくは、前記空気調和装置の暖房能力の増加要請が有る場合に、前記制御装置の制御により前記触媒コンバータの発熱量を増加させる触媒発熱量増加制御を実行し、触媒での反応熱をもって冷却媒体を温めて空気調和装置のヒータコアの熱源とすることを特徴としている。
【０００８】
【発明の効果】
かかる構成になる本発明によれば、冷媒排熱交換器によって触媒コンバータを通過した排気ガスと冷却媒体との間で熱交換するようになっており、冷却媒体の温度が低い場合や暖房能力の増加が必要な場合に、触媒コンバータの発熱量を増加させる触媒発熱量増加制御を実行することにより、触媒の反応熱を冷却媒体によってより多く回収してその冷却媒体を温めることができるため、不足する暖房能力を効率良く補うことができ、また、冷却媒体の温度上昇を促進できるため燃費をも改善することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００１０】
図１〜図５は本発明にかかる内燃機関の排気熱回収装置の一実施形態を示し、図１は排気熱回収装置の全体構成図、図２は触媒発熱量増加制御を実行するためのフローチャートを示す説明図、図３は触媒反応性に及ぼす空燃比周波数制御の効果を制御無しと制御有りとで比較して示すグラフ、図４は二次空気量に対する回収熱量の変化を空燃比の違いによって示すグラフ、図５は点火進角と排気ガス温度の関係を示すグラフである。
【００１１】
本実施形態の排気熱回収装置１は車両に搭載した内燃機関としてのエンジン２に適用し、このエンジン２の冷却媒体としての冷却水を暖房の熱源とする空気調和装置を備えている。
【００１２】
即ち、前記車両は、エンジン２と、このエンジン２の空燃比、二次空気量、点火タイミング等を制御する制御装置としてのエンジンコントロールユニット３と、エンジン２を冷却水で冷却する媒体循環経路としての冷却水循環経路４と、エンジン２の排気を導入して浄化する触媒コンバータ５と、前記冷却水循環経路４の冷却水を導入して空調風との間で熱交換する前記空気調和装置のヒータコア６と、を備えている。
【００１３】
前記エンジン２は、インテークマニホルド７で吸入した空気とインジェクタ８で霧化した燃料を導入し、排気ガスをエキゾーストマニホルド９からマフラー１０に繋がる排気管１１へと排出するようになっており、エキゾーストマニホルド９の下流部位に前記触媒コンバータ５を配置してある。
【００１４】
勿論、インジェクタ８は前記エンジンコントロールユニット３から出力される指令信号により燃料噴射量を制御するようになっている。
【００１５】
前記冷却水循環経路４は、冷却水を循環ポンプ１２からエンジン２の図外の冷却水路に供給した後、冷却水通路４ａを介してラジエータ１３に導入した後に前記循環ポンプ１２へと循環させる。
【００１６】
また、前記ヒータコア６は、エンジン２の冷却水路を通過した冷却水を、前記冷却水通路４ａから分岐した分岐通路４ｂを介して導入した後、戻し通路４ｃを介して前記循環ポンプ１２に戻すようになっており、このヒータコア６は図外の空調ファンの送風と冷却水との間で熱交換して暖房風を作り出すようになっている。
【００１７】
前記ヒータコア６を備えた空気調和装置は、空調コントロールユニット１４により空調制御するようになっており、空気調和装置で設定した車室内温度目標値を空調コントロールユニット１４から前記エンジンコントロールユニット３に出力するようになっている。
【００１８】
前記エンジンコントロールユニット３には、インテークマニホルド７に設けた流量計１５の検出信号、エキゾーストマニホルド９に設けた空燃比センサ１６の検出信号、前記経路４ｂに設けた水温センサ１７の検出信号が入力される。
【００１９】
ここで、本実施形態の排気熱回収装置１は、前記排気管１１に設けて触媒コンバータ５を通過した排気ガスを導入するとともに、前記冷却水循環経路４の分岐通路４ｂを接続して冷却水との間で熱交換する冷媒排熱交換器１８を設け、少なくとも、前記冷却水の温度が所定値よりも低い場合、若しくは、前記空気調和装置の暖房能力の増加要請が有る場合に、前記エンジンコントロールユニット３の制御により前記触媒コンバータ５の発熱量を増加させる触媒発熱量増加制御を実行して、触媒コンバータ５の触媒での反応熱をもって冷却水を温めるようにしてある（請求項１）。
【００２０】
また、前記触媒発熱量増加制御は、空燃比の周波数制御と空燃比の燃料リッチ制御とを併用して燃焼成分を増加させるとともに、図１に示すように、触媒コンバータ５の上流側にエアポンプ１９を介して二次空気を導入するようになっている（請求項２）。
【００２１】
このとき、エアポンプ１９の二次空気導入量は前記エンジンコントロールユニット３から出力される指令信号により制御されるようになっている。
【００２２】
更に、前記触媒発熱量増加制御は、上述した空燃比の周波数制御と空燃比の燃料リッチ制御とに加えて、点火タイミングを遅角させる制御を加える（請求項３）。
【００２３】
更にまた、前記触媒発熱量増加制御は、空燃比の値を、予め設定した所定の冷却水温度と実際の冷却水温度との差分、若しくは、車室内温度目標値から求められる冷却水の目標温度と実際の冷却水温度との差分を元に設定するようになっており、かつ、触媒コンバータ５に導入する二次空気量は、前記空燃比の値を元に触媒コンバータ５に流入する排気ガスの量を制御して、触媒における空燃比が理論空燃比になるように設定してある（請求項４）。
【００２４】
また、前記排気熱回収装置１には、図１に示すように、排気管１１には触媒コンバータ５を通過した排気ガスを冷媒排熱交換器１８に導入する排気導入経路１１ａと、冷媒排熱交換器１８をバイパスして排気ガスを流すバイパス経路１１ｂと、を設け、排気導入経路１１ａの触媒コンバータ５の上流側と下流側に第１開閉弁２０と第２開閉弁２１を設けるとともに、バイパス経路１１ｂに第３開閉弁２２を設け、これら第１〜第３開閉弁２０，２１，２２によって排気導入経路１１ａとバイパス経路１１ｂとを選択的に切換えるようになっている（請求項５）。
【００２５】
前記第１〜第３開閉弁２０，２１，２２は、前記エンジンコントロールユニット３から出力される指令信号によりそれぞれ開閉制御され、バイパス経路１１ｂを介して冷媒排熱交換器１８をバイパスする排気ガス量を制御する。
【００２６】
このとき、前記第１，第２開閉弁２０，２１を排気導入経路１１ａに設け、かつ、第３開閉弁２２をバイパス経路１１ｂに設けたが、これら排気導入経路１１ａとバイパス経路１１ｂの少なくとも一方に開閉弁を設けて、両経路１１ａ，１１ｂを選択的に切換えることもできる。
【００２７】
更に、前記触媒発熱量増加制御は、車両が停止状態でエンジン２がアイドル状態にある場合に限定して行うことが好ましい（請求項６）。
【００２８】
前記エンジンコントロールユニット３は、図２に示すフローチャートに従って排気熱回収制御を実行するようになっており、まず、図２に示すように、ステップＳ１では、車速、アクセル開度、エンジン２の作動可否、エンジン２の冷却水温、空調コントロールユニット１４からの暖房能力増加要請、および車室内設定温度、室内温度、外気温度、日射センサーなどに基づいて演算した目標冷却水温度などの各種データを入力する。
【００２９】
そして、ステップＳ２で車速はゼロかどうかを判定することにより、車両が停止状態がどうかを判断し、停止状態である場合（ＹＥＳ）はステップＳ３によってアクセル開度はゼロかどうかを判定し、アクセルを踏み込んでいない場合（ＹＥＳ）はステップＳ４によってエンジン２が作動状態かどうかを判定し、これらステップＳ３，Ｓ４によってエンジン２がアイドル状態にあるかどうかを判断する。
【００３０】
次に、車両が停止状態かつアイドル状態にあるときは、ステップＳ５によって冷却水が所定温度（本実施形態では７５゜Ｃに設定）以上かどうかを判定した後、ステップＳ６によって空気調和装置から暖房能力を増加要請する信号が出力されいるかどうかを判定し、前記ステップＳ５で冷却水が所定温度に達していない場合（ＮＯ）、およびステップＳ６で暖房能力の増加要請がある場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ７によって点火進角を遅角方向にリタードするとともに、空燃比（Ａ／Ｆ）を周波数制御し、そして、ステップＳ８によって目標とする冷却水温と実際の冷却水温との差分ΔＴを求める。
【００３１】
このように差分ΔＴを求めた後、ステップＳ９では予め設定した所定温度α，β，γ（゜Ｃ）（α＞β＞γ）に対してその差分ΔＴがどのような条件の元にあるかを判定し、ΔＴ＞α゜Ｃの場合は、ステップＳ１０により条件１の元に空燃比（Ａ／Ｆ）および二次空気量を制御し、α゜Ｃ≧ΔＴ＞β゜Ｃの場合は、ステップＳ１１により条件２の元に空燃比および二次空気量を制御する。
【００３２】
また、β゜Ｃ≧ΔＴ＞γ゜Ｃの場合は、ステップＳ１２により条件３の元に空燃比および二次空気量を制御し、γ゜Ｃ≧ΔＴの場合は、ステップＳ１３により条件４の元に空燃比および二次空気量を制御する。
【００３３】
そして、ステップＳ１０〜１３のいずれかによって空燃比および二次空気量を制御した後、ステップＳ１４によって第１，第２開閉弁２０，２１を開放して排気導入経路１１ａを連通するとともに、第３開閉弁２２を閉止してバイパス経路１１ｂを遮断し、触媒コンバータ５を通過した排気ガスを冷媒排熱交換器１８のみに通過させる。
【００３４】
一方、前記ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６でＮＯと判定された場合は、ステップＳ１５によって第１，第２開閉弁２０，２１を閉止して排気導入経路１１ａを遮断するとともに、第３開閉弁２２を開放してバイパス経路１１ｂを連通し、触媒コンバータ５を通過した排気ガスをバイパス経路１１ｂのみに通過させる。
以上の構成により本実施形態の排気熱回収装置１によれば、触媒コンバータ５を通過した排気ガスを、排気管１１に設けた排気導入経路１１ａを介して前記冷媒排熱交換器１８に導入し、この冷媒排熱交換器１８によって触媒コンバータ５を通過した排気ガスと冷却媒体との間で熱交換できるようになっている。
【００３５】
そして、冷却媒体の温度が低い場合や暖房能力の増加が必要な場合に、エンジンコントロールユニット３により触媒コンバータ５の発熱量を増加させる触媒発熱量増加制御を実行するようにしたので、触媒の反応熱を冷却水によってより多く回収してその冷却水を温めることができるため、ヒータコア６から空調風に熱交換する熱量を増大して不足する暖房能力を効率良く補うことができる。
【００３６】
また、前記触媒発熱量増加制御を実行する場合は、通常はエンジン２が冷機状態にある場合であり、この冷機時に冷却水の温度上昇を促進できるためエンジン２をより早く暖機することができるため、燃費をも改善することができる。
【００３７】
また、本実施形態の排気熱回収装置１では前記作用・効果に加えて、前記触媒発熱量増加制御は、空燃比の周波数制御と空燃比の燃料リッチ制御とを併用して燃焼成分を増加させるとともに、触媒コンバータ５の上流側にエアポンプ１９を介して二次空気を導入するようにしたので、燃焼成分の増加と二次空気導入により触媒コンバータ５の触媒（三元触媒）反応を促進させることができるため、触媒コンバータ５の反応熱をエンジン始動後短時間でより多く回収できる。
【００３８】
ここで、空燃比を周波数制御（空燃比幅：±１．３、周波数：１．０Ｈｚ）した場合、制御無しの場合と触媒の反応特性（反応温度）を比較すると、図３に示すように、制御有りの場合は制御無しに比べて触媒での反応性が向上し、温度差で約５０゜Ｃの差を確認できた。尚、この場合、空燃比を１４．７、点火進角を−５゜として実験した。
【００３９】
また、触媒反応熱に及ぼす空燃比と二次空気量との関係は、図４に示すように、二次空気量の増加に伴い回収熱量は増加するが、この回収熱量のピークは空燃比が小さくなるほど大流量側にシフトし熱量も大きくなる。
【００４０】
このとき、同じ二次空気量でも空燃比の値により回収熱量（触媒での反応熱量）が異なり、効率よく熱を回収するためには、目標とする熱量に対して空燃比が大きく二次空気量が少ない組み合わせを選ぶことが重要となってくる。
【００４１】
更に、前記触媒発熱量増加制御は、空燃比の周波数制御と空燃比の燃料リッチ制御とに加えて、点火タイミングを遅角させたので、排ガス温度が高くなり、触媒反応が起こるまでの時間を短くすることができる。
【００４２】
ここで、点火タイミングを遅角させることにより、図５に示すように、排気ガスの触媒コンバータ５に流入する入口ガス温度が上昇し、触媒反応に有利に働くことを確認した。
【００４３】
更にまた、前記触媒発熱量増加制御は、空燃比の値を、目標とする冷却媒体温度および車室内温度目標値から求められる冷却媒体の目標温度と、実際の冷却媒体温度と、の差分ΔＴを元に設定し、かつ、触媒コンバータ５に導入する二次空気量は、前記空燃比の値を元に触媒コンバータ５に流入する排気ガスの量を制御して、空燃比が理論空燃比になるように設定したので、冷却水温度に応じて効率よく冷却水を暖めることができる。
【００４４】
尚、この場合、前記差分ΔＴは、所定の冷却媒体温度もしくは車室内温度目標値から求められる冷却媒体の目標温度と、実際の冷却媒体温度と、から決定した。
【００４５】
また、本実施形態では排気管１１に排気導入経路１１ａとバイパス経路１１ｂとを設けて、これら排気導入経路１１ａに第１開閉弁２０と第２開閉弁２１を設けるとともに、バイパス経路１１ｂに第３回閉弁２２を設け、これら第１〜第３開閉弁２０，２１，２２によって排気導入経路１１ａとバイパス経路１１ｂとを選択的に切換えるようにしたので、冷却水温度が所定の温度よりも高くなり排気ガスと冷却水の熱交換が不必要になった場合は、バイパス経路１１ｂに排気ガスを逃がすことにより、不必要な熱が冷却水に取り込まれるのを防止して冷却水の必要以上の高温化を避け、エンジン冷却系の負担を軽減することができる。
【００４６】
更に、前記触媒発熱量増加制御は、車両が停止状態でエンジン２がアイドル状態にある場合に限定して行うようにしたので、エンジン負荷が小さくなるアイドリング時に空気調和装置の暖房性能を確保しつつ、車両走行時にはエンジン２の制御を適正に行って運転性能への影響を避けることができる。
【００４７】
ところで、本発明の内燃機関の排気熱回収装置は前記実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における排気熱回収装置の全体構成図。
【図２】本発明の触媒発熱量増加制御を実行するためのフローチャートを示す説明図。
【図３】本発明の一実施形態における触媒反応性に及ぼす空燃比周波数制御の効果を制御無しと制御有りとで比較して示すグラフ。
【図４】本発明の一実施形態における二次空気量に対する回収熱量の変化を空燃比の違いによって示すグラフ。
【図５】本発明の一実施形態における点火進角と排気ガス温度の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 排気熱回収装置
２ エンジン（内燃機関）
３ エンジンコントロールユニット（制御装置）
４ 冷却水循環経路（媒体循環経路）
５ 触媒コンバータ
６ ヒータコア
１１ 排気管
１１ａ 排気導入経路
１１ｂ バイパス経路
１８ 冷媒排熱交換器
２０ 第１開閉弁
２１ 第２開閉弁
２２ 第３開閉弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust heat recovery device for an internal combustion engine in which the heat of exhaust gas is taken into a cooling medium of the internal combustion engine that is a heat source of an air conditioner.
[0002]
[Prior art]
As a conventional heating device using exhaust heat of an internal combustion engine, there is a switching valve that guides engine exhaust to a gas-liquid heat exchanger according to respective conditions of engine required output, room temperature, heating required temperature, and engine cooling water temperature. Heating control is performed by controlling opening and closing of a throttle valve provided in an engine exhaust passage that passes through the heat exchanger (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-1-132415 (page 6, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional exhaust heat recovery device for an internal combustion engine can recover heat using cooling water as a cooling medium when the exhaust heat of the engine is sufficient, and can use it for heating or the like. When the exhaust heat is insufficient, it will be difficult to obtain a satisfactory amount of heat as heating assistance.
[0005]
For example, in an engine idling state in winter, the engine load is reduced, the displacement is reduced, and the exhaust temperature is also lowered. Depending on the engine and the vehicle, the temperature of the cooling water is not more than a predetermined value (for example, , 75 ° C.), and when the air conditioner is heated with the heat of the cooling water, the heating capacity may be insufficient.
[0006]
Therefore, in view of such conventional problems, the present invention recovers the reaction heat of the exhaust gas purification catalyst to warm the cooling medium of the internal combustion engine, and efficiently increases the heating capacity of the air conditioner by this cooling medium. An object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery device for an internal combustion engine.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the exhaust heat recovery apparatus for an internal combustion engine according to the present invention introduces the exhaust gas that has passed through the catalytic converter and exchanges heat with the cooling medium of the cooling system. An exchanger is provided, and at least when the temperature of the cooling medium is lower than a predetermined value, or when there is a request to increase the heating capacity of the air conditioner, the amount of heat generated by the catalytic converter is controlled by the control device. It is characterized in that control for increasing the amount of heat generated by the catalyst is executed, and the cooling medium is warmed by the reaction heat in the catalyst to serve as a heat source for the heater core of the air conditioner.
[0008]
【The invention's effect】
According to the present invention configured as described above, heat is exchanged between the exhaust gas that has passed through the catalytic converter and the cooling medium by the refrigerant exhaust heat exchanger, and when the temperature of the cooling medium is low or the heating capacity is reduced. When an increase is required, the catalyst heat generation increase control that increases the heat generation amount of the catalytic converter is executed, so that the reaction heat of the catalyst can be recovered more by the cooling medium and the cooling medium can be warmed. Therefore, the heating capacity can be efficiently supplemented, and the temperature rise of the cooling medium can be promoted, so that the fuel consumption can be improved.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0010]
1 to 5 show an embodiment of an exhaust heat recovery apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, FIG. 1 is an overall configuration diagram of the exhaust heat recovery apparatus, and FIG. 2 is a flowchart for executing catalyst heat generation increase control. FIG. 3 is a graph showing the effect of air-fuel ratio frequency control on catalyst reactivity in comparison with no control and with control, and FIG. 4 shows the change in recovered heat quantity with respect to the amount of secondary air. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the ignition advance angle and the exhaust gas temperature.
[0011]
The exhaust heat recovery apparatus 1 of this embodiment is applied to an engine 2 as an internal combustion engine mounted on a vehicle, and includes an air conditioner that uses cooling water as a cooling medium for the engine 2 as a heat source for heating.
[0012]
That is, the vehicle has an engine 2, an engine control unit 3 as a control device for controlling the air-fuel ratio, secondary air amount, ignition timing, etc. of the engine 2, and a medium circulation path for cooling the engine 2 with cooling water. The cooling water circulation path 4, the catalytic converter 5 that introduces and purifies the exhaust gas of the engine 2, and the heater core 6 of the air conditioner that introduces cooling water from the cooling water circulation path 4 and exchanges heat with the conditioned air. And.
[0013]
The engine 2 introduces air sucked by the intake manifold 7 and fuel atomized by the injector 8 and discharges exhaust gas from the exhaust manifold 9 to the exhaust pipe 11 connected to the muffler 10. The catalytic converter 5 is disposed at a downstream portion of the motor 9.
[0014]
Of course, the injector 8 controls the fuel injection amount by a command signal output from the engine control unit 3.
[0015]
The cooling water circulation path 4 supplies the cooling water from the circulation pump 12 to a cooling water path (not shown) of the engine 2, then introduces it into the radiator 13 through the cooling water passage 4 a and then circulates it to the circulation pump 12.
[0016]
The heater core 6 introduces the cooling water that has passed through the cooling water passage of the engine 2 through the branch passage 4b branched from the cooling water passage 4a, and then returns it to the circulation pump 12 through the return passage 4c. The heater core 6 is configured to produce heating air by exchanging heat between air blown from an air conditioning fan (not shown) and cooling water.
[0017]
The air conditioner provided with the heater core 6 is controlled by the air conditioning control unit 14 and outputs the vehicle interior temperature target value set by the air conditioning apparatus from the air conditioning control unit 14 to the engine control unit 3. It is like that.
[0018]
The engine control unit 3 receives a detection signal from a flow meter 15 provided in the intake manifold 7, a detection signal from an air-fuel ratio sensor 16 provided in the exhaust manifold 9, and a detection signal from a water temperature sensor 17 provided in the path 4b. The
[0019]
Here, the exhaust heat recovery apparatus 1 of the present embodiment introduces the exhaust gas that is provided in the exhaust pipe 11 and passes through the catalytic converter 5, and connects the branch passage 4b of the cooling water circulation path 4 to the cooling water. A refrigerant exhaust heat exchanger 18 for exchanging heat between them, and at least when the temperature of the cooling water is lower than a predetermined value or when there is a request to increase the heating capacity of the air conditioner, the engine control The control of the unit 3 performs the catalyst heat generation amount increase control for increasing the heat generation amount of the catalytic converter 5 so as to warm the cooling water with the reaction heat in the catalyst of the catalytic converter 5 (Claim 1).
[0020]
In addition, the catalyst heat generation amount increase control uses a combination of air-fuel ratio frequency control and air-fuel ratio fuel-rich control to increase the combustion component, and as shown in FIG. The secondary air is introduced through the (Claim 2).
[0021]
At this time, the amount of secondary air introduced into the air pump 19 is controlled by a command signal output from the engine control unit 3.
[0022]
Further, the catalyst heat generation amount increase control includes control for retarding the ignition timing in addition to the above-described air-fuel ratio frequency control and air-fuel ratio fuel-rich control (claim 3).
[0023]
Furthermore, the catalyst heat generation amount increase control is performed such that the air-fuel ratio value is set to a difference between a predetermined cooling water temperature set in advance and an actual cooling water temperature, or a cooling water target temperature obtained from a vehicle interior temperature target value. The amount of secondary air introduced into the catalytic converter 5 is the exhaust gas flowing into the catalytic converter 5 based on the value of the air-fuel ratio. Is controlled so that the air-fuel ratio of the catalyst becomes the stoichiometric air-fuel ratio.
[0024]
As shown in FIG. 1, the exhaust heat recovery apparatus 1 includes an exhaust introduction path 11 a for introducing exhaust gas that has passed through the catalytic converter 5 into the refrigerant exhaust heat exchanger 18, and refrigerant exhaust heat. A bypass passage 11b for bypassing the exchanger 18 and flowing exhaust gas, and a first on-off valve 20 and a second on-off valve 21 on the upstream and downstream sides of the catalytic converter 5 in the exhaust introduction passage 11a. A third on-off valve 22 is provided in the path 11b, and the exhaust introduction path 11a and the bypass path 11b are selectively switched by the first to third on-off valves 20, 21, 22 (Claim 5).
[0025]
The first to third on-off valves 20, 21, and 22 are controlled to open and close by command signals output from the engine control unit 3, respectively, and exhaust gas amounts that bypass the refrigerant exhaust heat exchanger 18 via the bypass path 11b. To control.
[0026]
At this time, the first and second on-off valves 20 and 21 are provided in the exhaust introduction path 11a, and the third on-off valve 22 is provided in the bypass path 11b. At least one of the exhaust introduction path 11a and the bypass path 11b is provided. It is also possible to selectively switch between the two paths 11a and 11b by providing an open / close valve in.
[0027]
Further, the catalyst heat generation amount increase control is preferably performed only when the vehicle is stopped and the engine 2 is in an idle state (Claim 6).
[0028]
The engine control unit 3 executes exhaust heat recovery control according to the flowchart shown in FIG. 2. First, as shown in FIG. 2, in step S 1, the vehicle speed, the accelerator opening degree, and whether or not the engine 2 can be operated. Then, various data such as a cooling water temperature of the engine 2, a heating capacity increase request from the air conditioning control unit 14, and a target cooling water temperature calculated based on the vehicle interior set temperature, the room temperature, the outside air temperature, the solar radiation sensor, and the like are input.
[0029]
In step S2, it is determined whether or not the vehicle speed is zero, and it is determined whether or not the vehicle is in a stopped state. If the vehicle is in a stopped state (YES), it is determined in step S3 whether or not the accelerator opening is zero. If YES in step S4, it is determined in step S4 whether or not the engine 2 is in an operating state, and whether or not the engine 2 is in an idle state is determined in steps S3 and S4.
[0030]
Next, when the vehicle is in a stopped state and in an idle state, it is determined in step S5 whether or not the cooling water is equal to or higher than a predetermined temperature (in this embodiment, set to 75 ° C.), and then in step S6, the air conditioner is heated. It is determined whether or not a signal for requesting an increase in capacity is output. If the cooling water has not reached the predetermined temperature in step S5 (NO) and if there is a request for increase in heating capacity in step S6 (YES), In step S7, the ignition advance is retarded in the retard direction, the air-fuel ratio (A / F) is frequency controlled, and in step S8, a difference ΔT between the target cooling water temperature and the actual cooling water temperature is obtained.
[0031]
After obtaining the difference ΔT in this way, in step S9, under what conditions the difference ΔT is based on a predetermined temperature α, β, γ (° C) (α>β> γ) set in advance. If ΔT> α ° C, the air-fuel ratio (A / F) and the secondary air amount are controlled under the condition 1 in step S10. If α ° C ≧ ΔT> β ° C, In step S11, the air-fuel ratio and the secondary air amount are controlled under condition 2.
[0032]
If β ° C ≧ ΔT> γ ° C, the air-fuel ratio and the secondary air amount are controlled under condition 3 in step S12. If γ ° C ≧ ΔT, the condition 4 element is controlled in step S13. In addition, the air-fuel ratio and the amount of secondary air are controlled.
[0033]
Then, after controlling the air-fuel ratio and the secondary air amount in any one of steps S10 to 13, the first and second on-off valves 20 and 21 are opened in step S14 to connect the exhaust introduction path 11a, and the third The on-off valve 22 is closed to shut off the bypass path 11b, and the exhaust gas that has passed through the catalytic converter 5 is allowed to pass only through the refrigerant exhaust heat exchanger 18.
[0034]
On the other hand, if NO is determined in steps S2, S3, S4, and S6, the first and second on-off valves 20 and 21 are closed by step S15 to shut off the exhaust introduction path 11a and the third on-off valve. 22 is opened, the bypass path 11b is communicated, and the exhaust gas that has passed through the catalytic converter 5 is allowed to pass only through the bypass path 11b.
With the above configuration, according to the exhaust heat recovery apparatus 1 of the present embodiment, the exhaust gas that has passed through the catalytic converter 5 is introduced into the refrigerant exhaust heat exchanger 18 through the exhaust introduction path 11 a provided in the exhaust pipe 11. The refrigerant exhaust heat exchanger 18 can exchange heat between the exhaust gas that has passed through the catalytic converter 5 and the cooling medium.
[0035]
Then, when the temperature of the cooling medium is low or when the heating capacity needs to be increased, the catalyst heat generation amount increase control for increasing the heat generation amount of the catalytic converter 5 is executed by the engine control unit 3, so that the reaction of the catalyst Since more heat can be recovered by the cooling water and the cooling water can be warmed, the amount of heat exchanged from the heater core 6 to the conditioned air can be increased to efficiently compensate for the insufficient heating capacity.
[0036]
Further, when the catalyst heat generation amount increase control is executed, the engine 2 is usually in a cold state, and since the temperature rise of the cooling water can be promoted during the cold state, the engine 2 can be warmed up earlier. Therefore, fuel consumption can be improved.
[0037]
Further, in the exhaust heat recovery apparatus 1 of the present embodiment, in addition to the operations and effects, the catalyst heating value increase control increases the combustion component by using both the air-fuel ratio frequency control and the air-fuel ratio fuel rich control. At the same time, since secondary air is introduced to the upstream side of the catalytic converter 5 via the air pump 19, the catalyst (three-way catalyst) reaction of the catalytic converter 5 is promoted by increasing the combustion components and introducing the secondary air. Therefore, more reaction heat of the catalytic converter 5 can be recovered in a short time after the engine is started.
[0038]
Here, when the air-fuel ratio is frequency-controlled (air-fuel ratio width: ± 1.3, frequency: 1.0 Hz), the comparison between the case without control and the reaction characteristics (reaction temperature) of the catalyst is as shown in FIG. In the case of control, the reactivity with the catalyst was improved compared to the case of no control, and a difference of about 50 ° C. was confirmed in the temperature difference. In this case, the experiment was conducted with the air-fuel ratio set to 14.7 and the ignition advance angle set to -5 °.
[0039]
In addition, as shown in FIG. 4, the relationship between the air-fuel ratio and the amount of secondary air affecting the catalytic reaction heat increases as the amount of recovered air increases as the amount of secondary air increases. The smaller the value, the larger the flow rate and the greater the amount of heat.
[0040]
At this time, even if the amount of secondary air is the same, the amount of heat recovered (the amount of heat of reaction at the catalyst) differs depending on the value of the air-fuel ratio. In order to efficiently recover heat, the air-fuel ratio is larger than the target amount of heat and the secondary air Choosing a combination with a small amount is important.
[0041]
Furthermore, in the catalyst heat generation increase control, in addition to the air-fuel ratio frequency control and the air-fuel ratio fuel-rich control, the ignition timing is retarded, so the time until the exhaust gas temperature rises and the catalytic reaction occurs is increased. Can be shortened.
[0042]
Here, it was confirmed that by retarding the ignition timing, the temperature of the inlet gas of the exhaust gas flowing into the catalytic converter 5 increases as shown in FIG.
[0043]
Furthermore, the catalyst heat generation amount increase control is performed by calculating the difference ΔT between the target temperature of the cooling medium obtained from the target cooling medium temperature and the vehicle interior temperature target value, and the actual cooling medium temperature. The amount of secondary air that is originally set and introduced into the catalytic converter 5 is controlled by controlling the amount of exhaust gas flowing into the catalytic converter 5 based on the value of the air-fuel ratio, so that the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio. Thus, the cooling water can be efficiently warmed according to the cooling water temperature.
[0044]
In this case, the difference ΔT is determined from a target temperature of the cooling medium obtained from a predetermined cooling medium temperature or a vehicle interior temperature target value and an actual cooling medium temperature.
[0045]
In the present embodiment, the exhaust pipe 11 is provided with an exhaust introduction path 11a and a bypass path 11b, the exhaust introduction path 11a is provided with a first on-off valve 20 and a second on-off valve 21, and a third on the bypass path 11b. Since the rotary closing valve 22 is provided and the exhaust introduction path 11a and the bypass path 11b are selectively switched by the first to third on-off valves 20, 21, and 22, the cooling water temperature is higher than a predetermined temperature. If the exhaust gas and cooling water heat exchange becomes unnecessary, the exhaust gas is allowed to escape to the bypass passage 11b, thereby preventing unnecessary heat from being taken into the cooling water and exceeding the necessity of the cooling water. High temperature can be avoided and the burden on the engine cooling system can be reduced.
[0046]
Further, the catalyst heat generation amount increase control is performed only when the vehicle is stopped and the engine 2 is in an idle state, so that the heating performance of the air conditioner is ensured during idling when the engine load is reduced. When the vehicle is traveling, the engine 2 can be appropriately controlled to avoid the influence on the driving performance.
[0047]
The exhaust heat recovery device for an internal combustion engine of the present invention has been described by taking the above embodiment as an example. However, the present invention is not limited to this embodiment, and various other embodiments can be adopted without departing from the gist of the present invention. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an exhaust heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a flowchart for executing catalyst heat generation increase control according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the effect of air-fuel ratio frequency control on catalyst reactivity in one embodiment of the present invention compared with no control and with control.
FIG. 4 is a graph showing a change in the recovered heat quantity with respect to the secondary air quantity according to an embodiment of the present invention by a difference in air-fuel ratio.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the ignition advance angle and the exhaust gas temperature in one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Exhaust heat recovery device 2 Engine (internal combustion engine)
3 Engine control unit (control device)
4 Cooling water circulation path (medium circulation path)
5 catalytic converter 6 heater core 11 exhaust pipe 11a exhaust introduction path 11b bypass path 18 refrigerant exhaust heat exchanger 20 first on-off valve 21 second on-off valve 22 third on-off valve
