JP2009216045A - エンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない消費電力で熱音響現象を有効利用して、エンジン１の暖機や排熱利用を図ることができ、広い運転領域にわたって可及的にＮＯｘ吸蔵触媒１８の活性化を図ること。
【解決手段】を備え、排気通路１５にＮＯｘ吸蔵触媒１８が配設されたエンジン１に、熱音響装置２０と排熱回収装置３０を併設する。エンジン１の冷間時においては、ヒートポンプモードで稼動される熱音響装置２０と並行して蓄熱材搭載熱交換器３０を稼動制御するとともに、エンジン１の温間時においては、熱音響装置２０を熱音響エンジンモードで稼動制御する。
【選択図】図７

Description

本発明はエンジンの排気装置に関し、特に排気通路にＮＯｘ吸蔵触媒が配設されたエンジンに関する。

近年、例えば自動車等に搭載されるエンジンの燃費向上の要求が高まっている。エンジンの燃費を向上させるために有効な燃焼形態として、いわゆるリーンバーン（希薄燃焼）が知られている。これは、特に中低負荷運転領域において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）よりもリーン（空気過剰）で混合気を燃焼させるものである。

一方、エンジンの排気の浄化も近年要求の高まっている課題である。従来、排気を浄化する触媒として三元触媒が知られている。しかし三元触媒は理論空燃比での燃焼時には高度な排気浄化作用を有するが、リーンバーン時にはＮＯｘ（窒素酸化物）の浄化性能が低下するという制約がある。

そこでＮＯｘを浄化するため、排気通路にＮＯｘ吸蔵触媒が配設されたエンジンが知られている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に示されるＮＯｘ吸蔵触媒は、これに流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比又はそれよりリッチのときに吸蔵されているＮＯｘを放出して還元するものである。

また従来、特許文献１に開示されているように、近年、熱音響現象を利用した内燃機関が開示されている。

例えば、特許文献２に開示されている構成では、不活性ガスが封入された気柱管と、その気柱管内に設けられた蓄熱器と、気柱管の閉鎖端に設けられたトランスデューサとを備える。蓄熱器の一端には高温熱交換器が設けられて排気（高温熱源）と気柱管内の不活性ガスとの熱交換が行われる。一方蓄熱器の他端には低温熱交換器が設けられてエンジン用冷媒（低温熱源）と気柱管内の不活性ガスとの熱交換が行われる。かくして蓄熱器には、その両端に生じる不活性ガスの温度勾配に起因して、熱音響自励振動（音波）が発生する。この音波は気柱管内で共鳴し、定在波が形成される。そしてこの定在波が、トランスデューサで電気エネルギーに変換され、適宜バッテリに蓄電される等して利用される。発電による電力は、直接または蓄電して利用することができるので、燃費を向上することができる。

特に、特許文献２の構成では、熱音響現象の利用態様を変化させてエネルギー効率を向上させるため、トランスデューサに通電してトランスデューサを加振し、その振動で生じた熱エネルギーを低温熱交換器から蓄熱器を介して高温熱交換器へ移動させる加振装置を備えており、冷間時等においては、加振装置を稼動して、冷却冷媒や排気の昇温促進を図るようにしている。
特開２００５−１１３７６３号公報 特開２００５−１８８４０１号公報

ところで、熱音響現象は、蓄熱器の両端に生じる温度勾配が高くなるほど顕著になるものであることから、冷間時に加振装置を稼動する際には、暖機が終了するまでの通電時間が長くなり、消費電力が大きくなるという問題もあった。他方、温間時においては、排気温度が９００℃以上に達するのに対し、ＮＯｘ吸蔵触媒１８の活性温度上限が低い（例えば、４００℃〜５００℃）ため、ＮＯｘの浄化が不充分となるおそれがあった。無論、エンジンの排気温度を種々の方法で低減することも可能ではあるが、単に、触媒の性能維持のためだけにエネルギーを廃棄することは、燃費向上やエコロジーの観点から好ましくない。

本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、少ない消費電力で熱音響現象を有効利用して、エンジンの暖機や排熱利用を図ることができ、広い運転領域にわたって可及的にＮＯｘ吸蔵触媒の活性化を図ることのできるエンジンの排気装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために本発明は、エンジンの冷間時には電源から供給された電気エネルギーを熱音響現象で熱エネルギーに変換してエンジン用冷媒を加温するヒートポンプモードで運転されるとともに、前記エンジンの温間時には排気と前記エンジン用冷媒との温度勾配によって奏する熱音響現象で発電する熱音響エンジンモードで運転される熱音響装置を備え、排気通路の当該熱音響装置の下流側にＮＯｘ吸蔵触媒が配設されたエンジンの排気装置であって、前記排気通路の前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも上流側に設けられ、排熱によって気化した排熱回収用冷媒を前記エンジン用冷媒で冷却して凝固させることにより、排熱をエネルギーとして回収する排熱回収装置と、前記エンジンの運転状態に基づいて、少なくとも前記熱音響装置と前記排熱回収装置の運転を制御する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は、前記エンジンの冷間時においては、前記ヒートポンプモードで稼動される前記熱音響装置と並行して前記排熱回収装置を稼動制御するとともに、前記エンジンの温間時においては、前記熱音響装置を前記熱音響エンジンモードで稼動制御するものであることを特徴とするエンジンの排気装置である。この態様では、エンジンの冷間時において、熱音響装置は、ヒートポンプモードで稼動されることにより、従来と同様に電源から供給された電気エネルギーを熱音響現象で熱エネルギーに変換してエンジンの暖機を促進する。このヒートポンプモードで稼動される熱音響装置と並行して、エンジンの冷間時に排熱回収装置が稼動されるので、冷間時のエンジン暖機促進効果が高まり、暖機期間を従来の装置に比べて大幅に短縮することができる。その結果、熱音響装置をヒートポンプモードで稼動するときの消費電力を節約することが可能になる。また、温間時においては、熱音響装置を熱音響エンジンモードで稼動するので、排熱を電気エネルギーとして回収することが可能になるとともに、電気エネルギーを取り出すための熱源として排熱を排気から奪うことにより、排気の過度な温度上昇を抑制することが可能になる。

好ましい態様において、前記排熱回収装置は、液状の前記排熱回収用冷媒を排熱で加熱して気化させる加熱部と、前記加熱部で気化された前記排熱回収用冷媒を前記エンジン用冷媒との熱交換によって凝縮させて前記加熱部に循環させる凝縮部と、前記加熱部と前記凝縮部との間の冷媒通路上に設けられ、気化した前記排熱回収用冷媒の一部と発熱反応可能に蓄熱材が配設された加熱促進部とを含んでいる。この態様では、排熱回収装置が稼動される際には、加熱部での排熱回収用冷媒の蒸発（気化）→凝縮部での排熱回収用冷媒とエンジン用冷媒との熱交換→排熱回収用冷媒の凝縮（液化）という冷媒サイクルが行われるが、気化した排熱回収用冷媒の一部が、加熱部と凝縮部との間の冷媒通路上に設けられた加熱促進部の蓄熱材に接触することによって発熱反応を生じ、その反応熱によって、凝縮部で凝縮する残余の排熱回収用冷媒が昇温する。そのため、昇温した排熱回収用冷媒が凝縮部でエンジン用冷媒と熱交換されるので、エンジン用冷媒の昇温をさらに促進し、エンジンの暖機に寄与することになる。従って、加熱促進部による排熱回収用冷媒の昇温によってエンジンの暖機を促進することが可能になる。

好ましい態様において、前記排熱回収装置は、前記加熱部で気化した前記排熱回収用冷媒が前記加熱促進部を経由して前記凝縮部で凝縮される熱供給モードと、前記加熱促進部をバイパスして前記凝縮部で凝縮される排気冷却モードとによって稼動可能に構成されており、記運転制御手段は、前記エンジンの冷間時には前記排熱回収装置を熱供給モードで稼動制御するとともに、前記エンジンの温間時であって、前記ＮＯｘ吸蔵触媒に関連する温度状態が、当該ＮＯｘ吸蔵触媒の活性温度上限付近に設定された所定温度を越える場合には、前記排熱回収装置を前記排気冷却モードで稼動制御するものである。この態様では、熱供給モードが採用されている場合には、エンジン用冷媒の昇温をさらに促進し、エンジンの暖機に寄与することになる。他方、ＮＯｘ吸蔵触媒に関連する温度状態が、当該ＮＯｘ吸蔵触媒の活性温度上限付近に設定された所定温度を越える場合には、排気温度が高く、もはや暖機の必要がなくなった運転状態にあるが、この運転状態では、加熱促進部をバイパスした排熱回収用冷媒が凝縮されることにより、排熱回収用冷媒は、エンジン用冷媒によっていわば冷却されて液化し、加熱部に循環することになる。このため、加熱部に液化している排熱回収用冷媒の温度が下がり、排熱回収用冷媒とエンジン用冷媒との熱交換が抑制されることになるので、排気が過度に昇温するのを防止することができる。従って、本態様によれば、排気から気化潜熱を奪って排気温度を低下させることができ、ＮＯｘ吸蔵触媒が過度に加温されることを抑制することも可能になる。ＮＯｘ吸蔵触媒に関連する温度状態は、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度そのものであっても、代用特性（例えば、排気温度）であってもよい。

加熱促進部を含んだ好ましい態様において、前記運転制御手段は、前記排気冷却モードで前記排熱回収装置を稼動制御している場合、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度状態が高いほど前記排熱回収装置を通る前記エンジン用冷媒の流量を増加するように、前記排熱回収装置を通る前記エンジン用冷媒の流量を調節するものである。この態様では、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度状態が活性温度上限付近を越えている場合に、エンジン用冷媒の流量が増加するので、凝縮部における排熱回収用冷媒の凝縮が一層促進され、それに伴って加熱部における蒸発量も増加する。その結果、加熱促進部の蓄熱材と発熱反応しなくなる排熱回収用冷媒が相対的に増加するので、加熱促進部による発熱反応が抑制され、凝縮部における排熱回収用冷媒の凝縮が一層促進される。加えて、加熱部における蒸発量の増加に伴い、排気から奪われる気化潜熱が増加し、排気温度の低下代も増大する。このように運転制御手段は、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度状態が高いほど排気温度の低下代を増大させることにより、排気温度が可及的にＮＯｘ吸蔵触媒の活性温度域にあるように制御することができる。

加熱促進部を含んだ好ましい態様において、前記排熱回収装置は、排熱で加熱して前記蓄熱材を再生する再生モードで稼動制御可能に構成されており、前記運転制御手段は、前記排熱回収装置を前記再生モードで稼動する場合において、前記エンジンの冷間時には、前記熱音響装置を前記ヒートポンプモードで稼動制御する一方、前記エンジンの温間時には、前記熱音響装置を前記熱音響エンジンモードで稼動制御するものである。この態様では、蓄熱材の再生が必要な運転状況でも、可及的にエネルギーの有効利用を図ることができる。ここで蓄熱材の再生（再生処理ともいう）とは、発熱反応後の生成物を加熱することによって再び発熱反応前の蓄熱材に戻すことである。再生の要否は、例えば、排熱回収装置の運転時間や排気温度等をパラメータにすることによって判定することが可能である。この再生が実行される運転状態は、通常、エンジンの温間時であり、排気温度が充分に上昇しているときである。従って、エンジンの温間時では、蓄熱材の再生ととともに熱音響装置を熱音響エンジンモードで稼動させ、余剰的な排熱を電気エネルギーに変換することによって、排熱の有効利用を図り、燃費を低減することが可能になる。また、排熱が熱音響装置によっても回収されるので、排気温度がＮＯｘ吸蔵触媒の活性温度上限を上回りがちな運転状況において、排気温度を有効に低減し、ＮＯｘ吸蔵触媒を活性温度の範囲内で稼動させることが可能になる。他方、例えば排気温度があまり上がらないような運転状態が長期間継続したような場合には、冷間時においても、蓄熱材が再生を要する状態になっていることがあり得る。その場合には、熱音響装置をヒートポンプモードで稼動することにより、排気の昇温を促進して再生を短時間で終了することが可能になる。この結果、再生の困難な冷間時においても、可及的頻繁に再生を行わせることができるのである。

加熱促進部を含んだ好ましい態様において、前記運転制御手段は、前記エンジンの冷間時に前記排熱回収装置を前記再生モードで稼動する場合において、前記エンジン用冷媒の冷媒温度が所定の設定温度を超える場合には、前記熱音響装置を休止制御するものである。この態様では、冷間時にある程度、冷媒温度が上昇しているときは、エンジンの冷間時であっても熱音響装置が停止するので、より節電を図ることができる。

好ましい態様において、前記運転制御手段は、前記エンジンの冷間時において、前記エンジンの暖機に関連する温度状態が所定の切換温度以下の場合には、前記熱音響装置とともに前記排熱回収装置を稼動制御するとともに、前記切換温度を超える場合には、前記熱音響装置を休止して排気が昇温するように前記排熱回収装置を稼動制御するものである。この態様では、エンジンの冷間時において、熱音響装置は、冷媒温度が所定の切換温度未満のときには、ヒートポンプモードで稼動し、排熱回収装置とともにエンジンの暖機を促進する。ある程度、エンジンの暖機が促進されると、熱音響装置が休止し、排熱回収装置のみによってエンジンが暖機されるので、消費電力をこの点からも節約することができる。通常、冷間時に排気温度が上昇すると、排気とエンジン用冷媒との温度勾配が小さくなり、熱音響現象による昇温効果が小さくなる一方、排気の昇温に伴って、排熱回収装置による熱交換効率が高くなる。従って、効率が低下しやすい運転領域においては、排熱回収装置単体による熱交換効率の向上を図るとともに、熱音響装置を休止して消費電力のさらなる節約を図ることが可能になるのである。本態様において、「エンジンの暖機に関連する温度状態」は、例えば、エンジン用冷媒の冷媒温度や排気の温度が好適であるが、エンジンルームの温度等、これら冷媒温度や排気温度の代用特性であってもよい。

以上説明したように、本発明は、熱音響装置がヒートポンプモードで稼動される冷間時の運転状況では、熱音響装置と並行して、排熱回収装置が稼動されるので、冷間時のエンジン暖機促進効果が高まり、暖機期間を従来の装置に比べて大幅に短縮することができる。その結果、熱音響装置をヒートポンプモードで稼動するときの消費電力を節約することが可能になる。また、温間時においては、専ら熱音響装置を熱音響エンジンモードで稼動するので、排熱を電気エネルギーとして回収することが可能になるとともに、電気エネルギーを取り出すための熱源として排熱を排気から奪うことにより、排気の過度な温度上昇を抑制することが可能になる。従って本発明によれば、少ない消費電力で熱音響現象を有効利用して、エンジンの暖機や排熱利用を図ることができ、広い運転領域にわたって可及的にＮＯｘ吸蔵触媒の活性化を図ることができるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本実施形態に係るエンジン１の排気装置１０の概略構成図である。本実施形態のエンジン１は、特に低中負荷領域では理論空燃比よりも空気過剰な燃焼（リーンバーン）を行わせ、高負荷領域では理論空燃比ないしはそれよりリッチな燃焼を行わせるように構成されている。

エンジン１のシリンダヘッド２およびシリンダブロック３の内部には図略のウォータジャケットが形成されており、エンジン用冷媒Ｗｃが導かれるように構成されている。またエンジン１には、ウォータジャケット内を流通するエンジン用冷媒Ｗｃの温度Ｔｗを検出するための水温センサＳＮ１が設けられている。

エンジン１には、ウォータジャケット内のエンジン用冷媒（冷却水等）Ｗｃをエンジン１の外部に導出する冷却冷媒取出部１１が設けられている。冷却冷媒取出部１１は、エンジン用冷媒Ｗｃを後述の熱音響装置２０および排熱回収装置としての蓄熱材搭載熱交換器３０に導くものである。

またエンジン１には、当該エンジン１の燃焼室で発生した排気を排出するための排気通路１５が設けられている。排気通路１５は、その一部である排気通路１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇを含む。このうち最上流の排気通路１５ａの下流端には三元触媒１７が設けられている。

三元触媒１７はよく知られているように、理論空燃比での燃焼においてはＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘに対し高い浄化性能を示すが、リーンバーンにおいては、ＮＯｘ浄化性能が急激に低下する。本実施形態のエンジン１は上述のようにリーンバーンを多用するので、三元触媒１７では浄化しきれないＮＯｘを浄化するために、後述するＮＯｘ吸蔵触媒１８が排気通路１５上に設けられている。

三元触媒１７の下流側では、排気通路１５は排気通路１５ｂと排気通路１５ｃとに分岐している。排気通路１５ｂ、１５ｃの上流側には、これらの通路１５ｂ、１５ｃを開閉する排気切換バルブ１６ｂ、１６ｃが設けられている。排気通路１５ｂと排気通路１５ｃとはそれら排気切換バルブ１６ｂ、１６ｃの下流端で合流し、その合流部分よりも下流側には、排気通路１５ｄと排気通路１５ｅが分岐している。

排気通路１５ｄには、当該排気通路１５ｄを開閉する排気切換バルブ１６ｄが設けられている。他方、排気通路１５ｅには、当該排気通路１５ｅを開閉する排気切換バルブ１６ｅが設けられている。そして排気通路１５ｄと排気通路１５ｅとは、各排気切換バルブ１６ｄ、１６ｅよりも下流側で合流し、その合流部分よりも下流側にＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ：Lean NOx Trap）１８が設けられている。

ＮＯｘ吸蔵触媒１８は、従来周知の触媒であって、例えばゼオライト等のベースコートに酸化バリウム等のＮＯｘ吸蔵材と白金やパラジウム等の貴金属とを担持させて構成されており、ＮＯｘ吸蔵触媒１８に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比又はそれよりリッチのときに吸蔵されているＮＯｘを放出して還元浄化するものである。

一般的にＮＯｘ吸蔵触媒１８は、三元触媒１７に比べて活性温度域（浄化可能温度域）が狭い。ＮＯｘ吸蔵触媒１８の構成材料にもよるが、本実施形態のＮＯｘ吸蔵触媒１８は活性温度域が２５０℃〜４００℃となっている。

なおＮＯｘ吸蔵触媒１８の上流側直前の排気通路１５に、排気温度を検出する排気温度センサＳＮ２が設けられている。本実施形態では、この排気温度センサＳＮ２が検出した排気温度ＴｃｔをＮＯｘ吸蔵触媒１８の温度状態の代用特性としても用いることとしている。このように、ＮＯｘ吸蔵触媒１８に関連する温度状態は、ＮＯｘ吸蔵触媒１８の温度そのものであっても、代用特性（例えば、排気温度Ｔｃｔ）であってもよい。

ＮＯｘ吸蔵触媒１８より下流側の排気通路１５ｇは、図略のサイレンサ等を経て図略の排気口に接続されている。

次に、排気装置１０は、熱音響装置２０を備える。

熱音響装置２０は、排気を高温熱源とするとともにエンジン用冷媒Ｗｃを低温熱源として発生する熱音響自励振動を電気エネルギーに変換する（このような作用を奏する運転モードを「熱音響エンジンモード」という）とともに、交流電流を通電によって、熱音響自励振動を生じ、この熱音響自励振動を低温熱源から高温熱源に交換される熱エネルギーに変換する（このような作用を奏する運転モードを「ヒートポンプモード」という）ことのできる装置である。

熱音響装置２０は、ステンレス等により円形断面を有するように形成された気柱管２１を有し、この気柱管２１の内部には、窒素、ヘリウム、アルゴン、およびヘリウムとアルゴンとの混合ガスなどの作動流体（不活性ガス）が封入されている。気柱管２１は、図１に示すように、略矩形ループ状に形成されたループ部２２と、ループ部２２の一つのコーナー部分に接続された共鳴部２３とを含んでいる。共鳴部２３は、ループ部２２の径と略同径の円形断面を有する管部２３ａと、管部２３ａの先端に接続された閉鎖端部２３ｂとを有し、共鳴器として機能する。閉鎖端部２３ｂは、管部２３ａの先端から閉鎖端に向かうにつれて徐々に拡径されており、閉鎖端部２３ｂの閉鎖端には、発電発振装置２４が配置されている。発電発振装置２４は、振動部材（膜）と、この振動部材に取り付けられた磁石と、この磁石を支持するとともに閉鎖端部２３ｂ等に固定されたばねと、磁石の周囲に配置されたコイル等（何れも図示省略）とを含むものである。

また気柱管２１のループ部２２の内部には蓄熱器２５が配置されている。蓄熱器２５は、配置箇所における気柱管２１の軸方向と平行に延びる狭い通路を複数有する。蓄熱器２５としては、セラミック等からなるハニカム構造体、ステンレス等からなる薄いメッシュを微小間隔で配列したもの、およびステンレス等の金属製繊維を集合させた不織布等を採用することができる。この蓄熱器２５の一端側には高温熱交換器２６が配置されており、他端側には低温熱交換器２７が隣接して配置されている。すなわち蓄熱器２５は、高温熱交換器２６と低温熱交換器２７との間に挟まれた状態で配置されている。

高温熱交換器２６は、排気切換バルブ１６ｂの下流側であって排気通路１５ｂと排気通路１５ｃの合流部分よりも上流側のところで排気通路１５ｂと接続され、排気通路１５ｂ内の排気（高温熱源）Ｇｅと気柱管２１内の作動流体とが熱交換を行い得るように構成されている。また低温熱交換器２７には冷却冷媒取出部１１と接続され、冷却冷媒取出部１１内のエンジン用冷媒Ｗｃ（低温熱源）と気柱管２１内の作動流体とが熱交換を行い得るように構成されている。なお、図１は略図であって、高温熱交換器２６を介した蓄熱器２５と共鳴部２３との連通経路と低温熱交換器２７を介した蓄熱器２５と共鳴部２３との連通経路とは、等長に設定されている。

気柱管２１のループ部２２の内部には、発電発振装置２４から蓄熱器２５と概ね対向する位置にあるループ部２２と共鳴部２３（管部２３ａ）との合流部は、図１に示されるように、流路切換弁２００が配置されている。流路切換弁２００を一側（エンジン側、図１における実線参照）に切り換えると、高温熱交換器２６を介した蓄熱器２５と共鳴部２３との連通が許容される一方、低温熱交換器２７を介した蓄熱器２５と共鳴部２３との連通が遮断される。また、流路切換弁２００を他側（ヒートポンプ側、図１における破線参照）に切り換えると、低温熱交換器２７を介した蓄熱器２５と共鳴部２３との連通が許容される一方、高温熱交換器２６を介した蓄熱器２５と共鳴部２３との連通が遮断される。このように、流路切換弁２００を用いて蓄熱器２５と共鳴部２３との連通状態を切り換えることにより、後述されるように、熱音響装置２０を熱音響エンジンモードまたはヒートポンプモードで稼動させることが可能となる。

また、発電発振装置２４には、当該熱音響装置２０をヒートポンプモードで稼動するための第１スイッチＳＷ１が接続されている。また、発電発振装置２４には、当該熱音響装置２０を熱音響モードで稼動するための第２スイッチＳＷ２が第１スイッチＳＷ１と並列に接続されている。

第１スイッチＳＷ１には、ＡＣ／ＤＣコンバータ２８を介してバッテリ２９が接続されている。バッテリ２９は、例えば、車両に既設されているものであり、当該車両に設けられた電気負荷７０（図６参照）に対して給電可能に構成されている。そして、ヒートポンプモードにおいて、バッテリ２９からＡＣ／ＤＣコンバータ２８を介して交流電流が供給されることにより、発電発振装置２４を加振することが可能になっている。

第２スイッチＳＷ２には、図略の発電量制御器を介し、電気負荷７０が接続されている。そして、熱音響装置２０が熱音響エンジンモードで稼動している際には、発電発振装置２４で生成された電気を発電量制御器から各電気負荷７０に供給するように構成されている。

なお、図１の配線例は一例に過ぎず、例えば、熱音響エンジンモードで生成された電気をバッテリ２９に備蓄するようにしてもよい。

図２は、本実施形態に係る蓄熱材搭載熱交換器３０およびその近傍を模式的に示す斜視図である。

図２を参照して、本実施形態に係る排気装置１０は、蓄熱材搭載熱交換器３０を備える。

蓄熱材搭載熱交換器３０は、排熱（排熱）によって気化された排熱回収用冷媒Ｗｍとエンジン用冷媒Ｗｃとを熱交換させて凝縮させることにより、排熱を回収する排熱回収装置として機能する。なお、以下の説明では、排熱回収用冷媒Ｗｍが気化したものをＷｍ（ｇ）と表記し、液化したものをＷｍ（ｌ）と表記する。

蓄熱材搭載熱交換器３０には、冷却水入口６１と冷却水出口６３とが接続されており、これらは冷却冷媒取出部１１に接続されている。すなわち冷却冷媒取出部１１に導かれたエンジン用冷媒Ｗｃは、冷却水入口６１を経由して蓄熱材搭載熱交換器３０に導入され、冷却水出口６３を経由して冷却冷媒取出部１１に戻るように構成されている。

冷却冷媒取出部１１には、流量制御弁１２（図１参照）が設けられている。流量制御弁１２は、冷却冷媒取出部１１から冷却水入口６１に導く（蓄熱材搭載熱交換器３０に供給する）エンジン用冷媒Ｗｃの流量を調節する弁であり、流量制御弁１２の開度に応じた流量のエンジン用冷媒Ｗｃ冷却水入口６１に導かれ、残部が蓄熱材搭載熱交換器３０等をバイパスして冷却冷媒取出部１１に戻される。

図３〜図５は、本実施形態に係る蓄熱材搭載熱交換器３０の模式図である。この模式図は、蓄熱材搭載熱交換器３０の縦断面図（排気通路１５ｃの軸方向に垂直な面での断面図）に略対応している。

図３〜図５を参照して、蓄熱材搭載熱交換器３０は、その内部が２室構造となっており、排気Ｇｅから排熱を受ける第１室３１と、その側方に突出する第２室３２を備える。

第１室３１は排気通路１５ｃ（その概略位置を二点鎖線で示す）に接続される部位であり、その内部を排気Ｇｅが通り抜けるようになっている。図３〜図５では排気Ｇｅの流れ方向は紙面に垂直な方向となる。

第１室３１の内部には、排気Ｇｅの排熱を効率よく受熱するためのフィン３４が多数配列されており、加熱部３３が形成されている。加熱部３３の下部（第１室３１の底部）には液状の排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）が貯溜されている。加熱部３３の下部で排気Ｇｅから排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）が受熱し、気化した排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）が上昇して、加熱部３３で排熱を受熱しつつフィン３４の隙間を通って加熱部３３の上方に抜けるように構成されている。

第１室３１の上部には粒状の蓄熱材３６（本実施形態では酸化マグネシウムＭｇＯを主要成分とする）を収容した加熱促進部３５が設けられている。加熱部３３と加熱促進部３５とは第１通路４１で連通されている。第１通路４１にはこれを開閉する第１通路弁５１が設けられている。本実施形態において、蓄熱材３６は、排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）と接触することにより、（式１）に示す水和反応を起こす。

ＭｇＯ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）→Ｍｇ（ＯＨ）２（ｓ） （式１）
（式１）の水和反応による反応エンタルピーの減少（放熱）により、未反応の水蒸気が加熱され、エンジン用冷媒Ｗｃと交換される熱量が増量する。

また、（式１）で生成された水酸化マグネシウムは、高温の排気Ｇｅと接触することにより、（式２）に示す脱水反応を生じる。

Ｍｇ（ＯＨ）２（ｓ）→ＭｇＯ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ） （式２）
（式２）の脱水反応によって、水酸化マグネシウムから酸化マグネシウムが生成されるので、加熱促進部３５が再生されることになる。再生の要否は、例えば、蓄熱材搭載熱交換器３０の運転時間や排気温度Ｔｃｔ等をパラメータにすることによって判定することが可能である。なお（式２）の脱水反応は、吸熱反応であり、反応エンタルピーの増加（吸熱）によって、排気Ｇｅは、冷却されることになる。

第２室３２には、第１凝縮器３７ａが配設されている。第１凝縮器３７ａは、後述する第２凝縮器３７ｂとで全体として凝縮部３７を構成する。凝縮部３７は、熱交換によって排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）を凝縮させる（排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）に戻す）部位である。

なお第２室３２の下部は第１室３１の下部と連通しており、凝縮した排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）は再び第１室３１に循環する。

第１凝縮器３７ａに上述の冷却水入口６１および冷却水出口６３が配設されている。また冷却水入口６１と冷却水出口６３とは第１凝縮器３７ａの内部で熱交換通路６２を介して接続されている。従って、冷却水入口６１から導入されたエンジン用冷媒Ｗｃが熱交換通路６２を通って冷却水出口６３へ導出されるように構成されている（白抜き矢印で示す）。熱交換通路６２には、排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）とエンジン用冷媒Ｗｃとの熱交換効率を高めるための多数のフィン３８が列設されている。

加熱部３３と第１凝縮器３７ａとは第２通路４２で連通されている。第２通路４２にはこれを開閉する第２通路弁５２が設けられている。

加熱促進部３５と第１凝縮器３７ａとは第３通路４３で連通されている。また加熱促進部３５と第２室３２の下部の排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）の貯溜部とが第２凝縮器３７ｂを介して第４通路４４で連通されている。そして第３通路４３と第４通路４４との分岐点に第３通路弁５６が設けられている。

第３通路弁５６は三方弁であって、図示の状態で、左側通路が閉じられて第１凝縮器３７ａと第４通路４４とが連通される状態（以下、「左×」と記す）と、右側通路が閉じられて加熱促進部３５と第１凝縮器３７ａとが連通される状態（以下、「右×」と記す）と、下側通路が閉じられて加熱促進部３５と第４通路４４とが連通される状態（以下、「下×」と記す）との３通りに切り換えられる。

第４通路４４は蓄熱材搭載熱交換器３０の本体側方外部を通っている。第４通路４４には、第２凝縮器３７ｂが設けられている。この第２凝縮器３７ｂは空冷の凝縮器であって、蓄熱材搭載熱交換器３０の外部空気と排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）とを熱交換させることにより、排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）を凝縮させる。第４通路４４は凝縮した排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）を第２室３２の排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）の貯溜部に戻す。

また、第２室３２の上部と蓄熱材搭載熱交換器３０の本体外部を連通する負圧吸引通路４７が設けられている。負圧吸引通路４７は、エンジン１の吸気系の負圧発生部（図略）に連通しており、必要に応じてその負圧によって蓄熱材搭載熱交換器３０内の空気Ａｒ（図３参照）が吸い出され、減圧されるようになっている。負圧吸引通路４７には、エンジン１の吸気系の負圧発生部との流通を開閉する吸引通路弁５５が設けられている。吸引通路弁５５の上流側（第２室３２に近い側）には空冷の凝縮器４８が設けられている。凝縮器４８は蓄熱材搭載熱交換器３０の外部空気と負圧吸引される空気Ａｒとの間で熱交換を行い、その空気Ａｒ中に含まれる排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）を凝縮させる。

表１は、第１通路弁５１、第２通路弁５２、第３通路弁５６および吸引通路弁５５の動作パターンを示す表である。本実施形態においては、表１に示すように、減圧モード、初期モード、熱供給モード、再生モード、排気冷却モード、休止モードの６つのモードで熱交換器制御部１０６が蓄熱材搭載熱交換器３０を運転制御するように構成されている。

表１において、「○」は開弁、「×」は閉弁を示し、「右×」、「左×」、「下×」は、それぞれ３方弁のうち、表記されているポートが閉じていることを示す。

減圧モードは、蓄熱材搭載熱交換器３０内の空気Ａｒを負圧吸引通路４７から真空引きし、装置内気圧を減圧するモードである。減圧モードは、蓄熱材搭載熱交換器３０の動作開始直後に所定期間実行される。この所定期間は、予め設定された時間でもよいし、別途圧力センサ等を設けて所定の気圧まで減圧された時点まで行うようにしてもよい。

減圧モードでは、表１に示すように吸引通路弁５５が開弁される。これにより、蓄熱材搭載熱交換器３０内がエンジン吸気系の負圧部と連通され、真空引きされる。その際、表１に示すように第１、第２通路弁５１、５２が開弁され、第３通路弁５６が（左×）とされるので、蓄熱材搭載熱交換器３０内の各部から速やかに空気Ａｒ（図３参照）が抜かれる（加熱促進部３５内の空気Ａｒは、加熱部３３内の空気Ａｒと一緒に第２通路４２から第２室３２に導かれ、そこから負圧吸引通路４７に導かれる）。減圧モードでは、蓄熱材搭載熱交換器３０内の気圧が約２６０ｍｍＨｇ（≒３４７ｈＰａ）程度に減圧される。なお、真空引きされる空気Ａｒは凝縮器４８を通るので、空気Ａｒ中に含まれる排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）が凝縮器４８によって凝縮され、蓄熱材搭載熱交換器３０内に戻される。従って排熱回収用冷媒Ｗｍが蓄熱材搭載熱交換器３０の外部に漏出することが抑制される。吸引通路弁５５は、この減圧モードのみで開弁され、他のモードでは閉弁される。

初期モードは、排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）を必要な部位に早期に充満させるモードであり、通常、減圧モードに引き続いて実行される。初期モードでは、表１に示すように第１、第２通路弁５１、５２が開弁され、第３通路弁５６が（右×）とされ、吸引通路弁５５が閉弁される。

加熱部３３が排気Ｇｅの排熱を受け始めると、排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）が蒸発して多量の排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）が発生する。蓄熱材搭載熱交換器３０を安定的に作動させるためには、排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）を装置内に早期に充満させることが望ましい。一方、動作初期においては、第２凝縮器３７ｂは殆ど必要とされないので、第４通路４４は無駄容積となっている。そこで、第３通路弁５６を（右×）として第４通路４４を遮断することにより、排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）の充満容積を低減し、早期充満が図られる。初期モードの実行時間は比較的短時間であり、必要に応じて実行される（場合によってはこれを省略してもよい）。

熱供給モードは、加熱促進部３５によって排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）の温度を一層上昇させるモードである。図３はこの熱供給モードの状態を示している。熱供給モードは、エンジン用冷媒Ｗｃの加熱要求があるとき（エンジンの暖機要求があるとき）に、前記減圧モードまたは初期モードに引き続いて実行される。熱供給モードでは、表１に示すように第１通路弁５１が開弁されるとともに第２通路弁５２と吸引通路弁５５とが閉弁され、第３通路弁５６が（右×）とされる。

また熱供給モードでは流量制御弁１２（図１）が開弁される。従って、冷却水入口６１から熱交換通路６２を経由して冷却水出口６３に抜けるエンジン用冷媒Ｗｃの流れが起こっている（白抜き矢印で示す）。なお、熱供給モードより前の減圧モードや初期モードから熱交換通路６２にエンジン用冷媒Ｗｃを流しておいてもよい。詳しくは後述するように、熱供給モードにおいて、流量制御弁１２は、冷媒温度Ｔｗが上昇するにつれて開度が小さくなるように制御される。

図３には、熱供給モードにおける排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）の流れを矢印で示す。熱供給モードでは、排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）が加熱部３３から加熱促進部３５を経由して第１凝縮器３７ａへ導かれる第１経路４０が形成されている。詳しくは、排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）から気化し、加熱部３３を上昇する間に排気Ｇｅの排熱を受熱し、ある程度温度上昇した排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）（約７０〜８０℃が好適）が第１通路４１を経由して加熱促進部３５に導かれる。そして加熱促進部３５に収容された蓄熱材３６の主要成分である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と（式１）に示した水和反応を起こす。この水和反応は発熱反応であって、その熱が加熱促進部３５を通る反応残部の排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）を加熱し、その温度を１５０〜２３０℃に上昇させる。温度上昇した排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）は第３通路４３を通って第１凝縮器３７ａに導かれ、熱交換通路６２を流れるエンジン用冷媒Ｗｃと熱交換して凝縮する。一方、熱交換通路６２で高温の排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）と熱交換し、凝縮熱を含む熱で加熱されたエンジン用冷媒Ｗｃは、温度上昇して冷却水出口６３を経て冷却冷媒取出部１１に戻される。これにより、エンジン１の温度上昇をさらに促進し、暖機性能を向上させることができる。

再生モードは、蓄熱材３６に（式２）の脱水反応を起こさせるモードである。この再生モードでは、表１に示すように第１、第２通路弁５１、５２および吸引通路弁５５が閉弁され、第３通路弁５６が（下×）とされる。また再生モードでは、流量制御弁１２が閉弁される。従って冷却水入口６１から熱交換通路６２を経由して冷却水出口６３に抜けるエンジン用冷媒Ｗｃの流れは起こらない。

図４に、再生モードにおける排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）の流れを矢印で示す。加熱促進部３５では、第１通路弁５１が閉じられて排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）の供給が停止されるとともに高温の排熱を受けるので、熱供給モードで生成した水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）は（式２）に示した脱水反応を生じる。この脱水反応により、例えば、１５０℃程度の排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）が発生する。その排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）は第４通路４４に導かれ、第２凝縮器３７ｂで凝縮されて排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）の貯溜部に戻される。一方、熱交換通路６２での熱交換が抑制されるので、エンジン用冷媒Ｗｃの徒な温度上昇が抑制される。

以上の熱供給モードおよび再生モードにおける蓄熱材３６の作用を見ると、蓄熱材３６は、あたかも再生モードにおいて高温の排気Ｇｅの排熱を蓄熱し、排気温度が低い熱供給モードにおいて蓄熱した熱を放出するかのように振舞う。また再生モードにおける高温の排熱は、従来はそのまま棄てられていた熱であるところ、その熱が本実施形態では貯留され、エンジン用冷媒Ｗｃの加熱要求のある熱供給モードにおいて取出されて有効利用されているともいえる。

排気冷却モードは、排気Ｇｅの温度を低下（上昇抑制を含む）させたいという要求のあるときに実行されるモードである。排気冷却モードでは、表１に示すように第１通路弁５１と吸引通路弁５５とが閉弁されるとともに第２通路弁５２が開弁され、第３通路弁５６が（下×）とされる。また熱供給モードでは熱供給モードと同様、流量制御弁１２が開弁され、熱交換通路６２にエンジン用冷媒Ｗｃが通される。但し、詳しくは後述するように、高温発電モードでの流量制御弁１２の制御は、排気温度Ｔｃｔに基づいて制御され、排気温度が高くなるほど、流量制御弁１２の開度は大きくなるように設定されている。

図５に、排気冷却モードにおける排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）の流れを矢印で、エンジン用冷媒Ｗｃの流れを白抜き矢印で、それぞれ示す。排気冷却モードでは、排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）が加熱部３３から加熱促進部３５をバイパスして第１凝縮器３７ａへ導かれる第２経路５０が形成されている。詳しくは、排気Ｇｅから気化潜熱を奪って排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）から気化し、加熱部３３を上昇した排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）が第２通路４２を経由して（加熱促進部３５を通らずに）第１凝縮器３７ａに導かれる。そして第１凝縮器３７ａで凝縮されて排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）の貯溜部に戻される。そして排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）に気化潜熱を奪われた排気Ｇｅの温度が低下する。

なお第１凝縮器３７ａにおいて排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）とエンジン用冷媒Ｗｃとの熱交換が行われるから、冷却冷媒取出部１１に戻されるエンジン用冷媒Ｗｃの温度は上昇する。しかし通常、排気冷却モードが実行されるときには暖機が完了しており、図略のサーモスタット（従来エンジンに一般的に設けられている）が開いている。従ってエンジン用冷媒Ｗｃは冷却冷媒取出部１１に戻された後、図略のラジエータで冷却されるので、エンジン１においてエンジン用冷媒Ｗｃが必要以上に温度上昇する虞はない。

休止モードは、蓄熱材搭載熱交換器３０に排気Ｇｅが流通されないとき、すなわち図８（Ｂ）に示す第３排気経路Ｃが選択されているときに実行されるモードである。休止モードでは、表１に示すように第１、第２通路弁５１、５２および吸引通路弁５５が閉弁されるとともに第３通路弁５６が（下×）とされる。また休止モードでは流量制御弁１２が閉弁され、熱交換通路６２にエンジン用冷媒Ｗｃが流通しない。休止モードでは、排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）の加熱も排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）の凝縮も積極的には行われず、自然蒸発による排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）が加熱部３３内に封じ込められた状態となっている。

本実施形態においては、蓄熱材搭載熱交換器３０の制御に伴い、流量制御弁１２の開度制御も熱交換器制御部１０６が司るように設定されている。

減圧、初期モードから熱供給モードにかけて、熱交換器制御部１０６は、流量制御弁１２を開き、熱供給モードにおいては、流量制御弁１２の開度をエンジン用冷媒Ｗｃの冷媒温度Ｔｗに基づいて制御する。詳しくは後述するフローチャートに示すように、熱供給モードは、冷媒温度Ｔｗが比較的低い運転状態のときにエンジン１の暖機促進のために採用されるモードであることから、熱供給モードが採用されている間は、流量制御弁１２の開度をまず全開にし、冷媒温度Ｔｗが上昇するにつれて流量制御弁１２の開度を低減するように設定されている。

他方、排気冷却モードが採用されている場合において、熱交換器制御部１０６は、流量制御弁１２を開き、その開度を排気温度Ｔｃｔに基づいて制御する。排気冷却モードは、暖機が終了し、排気温度Ｔｃｔの過度な上昇を抑制するために採用されるモードであることから、排気冷却モードが採用されている間は、排気温度Ｔｃｔが上昇するにつれて流量制御弁１２の開度を増加し、増加したエンジン用冷媒Ｗｃと熱交換され、凝固する排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）を増加させて、排気Ｇｅから熱を奪う排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）を増加させ、排気Ｇｅの冷却を図るようにしているのである。

本実施形態において、熱交換器制御部１０６は、再生モードおよび休止モードにおいては、流量制御弁１２が全閉になるように制御する。

図６は、本実施形態に係るエンジン１を含む排気装置１０の制御ブロック図である。この図では、特に本実施形態の排気装置１０に関連する部分のみを抜粋して示している。

制御ユニット１００は、エンジン１ないし排気装置１０を含む車両の電子制御を総合的に行う制御ユニットであり、図略のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力装置等からなり、全体として、ヒートポンプ暖機モード、排熱回収暖機モード、低温発電モード、高温発電モード、並びに再生モード（冷間再生モード、低温再生モード、および高温再生モード）で排気装置１０を運転制御する運転制御手段を構成している。

ヒートポンプ暖機モードは、熱音響装置２０をヒートポンプモードで稼動するとともに、蓄熱材搭載熱交換器３０を熱供給モードで稼動することにより、各装置２０、３０によるエンジン１の暖機を促進するモードである。

排熱回収暖機モードは、蓄熱材搭載熱交換器３０のみを熱供給モードで稼動することにより、エンジン１の暖機を図る運転モードである。

低温発電モードは、熱音響装置２０のみを熱音響エンジンモードで運転して、発電を図る運転モードである。

高温発電モードは、熱音響装置２０を熱音響エンジンモードで運転して、発電を図るとともに、熱音響装置２０と並行して蓄熱材搭載熱交換器３０を排気冷却モードで運転することにより、発電を図りつつ蓄熱材搭載熱交換器３０による排気の冷却効果によってＮＯｘ吸蔵触媒１８が過度に昇温するのを抑制するものである。

再生モードは、蓄熱材搭載熱交換器３０の蓄熱材３６を（式２）の反応で再生する運転モードである。本実施形態に係る排気装置１０は、熱音響装置２０が蓄熱材搭載熱交換器３０と併用されているので、後述するように排気温度Ｔｃｔに応じて、熱音響装置２０がヒートポンプモードで稼動される冷間再生モードと、熱音響装置２０が休止する低温再生モードと、熱音響エンジンモードで稼動される高温再生モードとが設定されるようになっている。

制御ユニット１００に接続される入力要素には、水温センサＳＮ１、排気温度センサＳＮ２等が含まれており、それぞれの検出信号によって、エンジン用冷媒Ｗｃの冷媒温度Ｔｗ、並びに排気（またはＮＯｘ吸蔵触媒１８）Ｇｅに関する温度Ｔｃｔを検出することができるようになっている。

また制御ユニット１００に接続される出力要素には、流量制御弁１２、排気切換バルブ１６ｂ〜１６ｅ、熱音響装置２０、蓄熱材搭載熱交換器３０が含まれている。制御ユニット１００は、入力要素の検出信号を予め記憶されたプログラムに入力し、出力要素となる各種ディバイスを制御する。また電気負荷７０には制御ユニット１００からの制御信号に基づき、バッテリ２９（又は直接ＡＣ／ＤＣコンバータ２８）から必要な電力が供給される。制御ユニット１００は、各電気負荷７０の消費電力を演算することができるように構成されている。

かかる機能を奏するため、運転制御手段としての制御ユニット１００は、エンジン１ないし車両の運転状態を判定する運転状態判定部１０１、運転モード設定部１０２、燃焼制御部１０３、排気経路切換制御部１０４、熱音響装置制御部１０５、並びに熱交換器制御部１０６を論理的に構成している。

運転状態判定部１０１は、エンジン１の要求負荷、消費電力等の運転状態を判定するためのモジュールである。本実施形態において、運転状態判定部１０１は、蓄熱材搭載熱交換器３０の運転時間を積算するようにプログラムされており、その値によって加熱促進部３５に設けられた蓄熱材３６の再生要否を判定することもできるようになっている。すなわち、（式１）に示される水和反応により、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）が生成されるが、熱供給ばかりでは、次第に酸化マグネシウムが消費され、ついには（式１）の水和反応を起こすことができなくなる。そこで、適宜、（式２）の脱水反応を生じさせて、水酸化マグネシウムを酸化マグネシウムに戻す、つまり再生させるために、運転状態判定部１０１によって加熱促進部３５の状態を判定するようにしているのである。

運転モード設定部１０２は、運転状態判定部１０１の判定した運転状態に基づいて、排気通路１５の排気経路と、熱音響装置２０の運転モードと、蓄熱材搭載熱交換器３０の運転モードとを設定するためのモジュールである。

図７は、本実施形態に係る運転モードの切換設定例を示す図である。

エンジン１が冷間時においては、エンジン１の潤滑油の温度が低く、機械抵抗も大きい。そのため、エンジン用冷媒Ｗｃの冷媒温度Ｔｗが低い冷間時においては、エンジン１の暖機を促進し、機械抵抗等による燃費ロスを低減する必要がある。また排気温度Ｔｃｔも低いので、ＮＯｘ吸蔵触媒１８は活性温度に達していない。そのため、エンジン１の冷間運転時は、排気温度Ｔｃｔの上昇を図る観点からも、エンジン１の暖機を促進する必要がある。ここで、冷間時において、エンジン１の暖機促進を図る方法としては、熱音響装置２０をヒートポンプモードで稼動し、エンジン用冷媒Ｗｃから排気Ｇｅに熱を移動させる方法と、蓄熱材搭載熱交換器３０を熱供給モードで稼動し、加熱促進部３６で昇温した排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）とエンジン用冷媒Ｗｃとの熱交換を促進して、エンジン用冷媒Ｗｃを昇温する方法とをとることが可能である。

熱音響装置２０をヒートポンプモードで稼動する場合、低温時では、蓄熱器２５の温度勾配を高くし、より多くの熱を取り出すことが可能ではあるが、電力を消費するのでその運転時間は可及的に短い方がよい。また、排気温度Ｔｃｔがある程度高くなると、蓄熱器２５の温度勾配を高く維持するために、より多くの電力を消費することが予想される。

他方、蓄熱材搭載熱交換器３０を熱供給モードで稼動する場合、排気温度Ｔｃｔが低温のときは排熱回収用冷媒Ｗｍの気化量が少なく、熱交換効率は悪いが、排気温度Ｔｃｔがある程度高くなると、熱交換効率は高くなる。

そこで本実施形態では、冷間運転期間において、熱音響装置２０をヒートポンプモードで稼動する場合の熱交換効率と蓄熱材搭載熱交換器３０を熱供給モードで稼動する場合の熱交換効率を冷媒温度Ｔｗ毎に評価し、後者の効率が前者の効率を上回る切換温度Ｔｓ１を実験等で求めて予め記憶しておき、この切換温度Ｔｓ１以下では、熱音響装置２０をヒートポンプモードで稼動するとともに蓄熱材搭載熱交換器３０を熱供給モードで稼動するヒートポンプ暖機モードを採用し、冷間時において、切換温度Ｔｓ１を上回るときは、排熱回収暖機モードを採用して、専ら蓄熱材搭載熱交換器３０を熱供給モードで稼動するようにしている。

さらに、エンジン用冷媒Ｗｃの冷媒温度Ｔｗが所定の上限温度を超えると、エンジン１の暖機は不要となり、その後に上昇する排気温度Ｔｃｔの熱は、リサイクルされることが好ましい。そこで、本実施形態では、エンジン用冷媒Ｗｃの冷媒温度Ｔｗが、所定の上限温度Ｔｓ２（図示の例では、約８０℃）を越える温間運転時の場合には、低温発電モードを採用し、熱音響装置２０を熱音響エンジンモードで稼動する一方、蓄熱材搭載熱交換器３０を休止モードに設定して暖機を終了するようにしている。

また、排気温度Ｔｃｔがエンジン１の暖機後もさらに昇温すると、今度は、ＮＯｘ吸蔵触媒１８の活性温度上限を維持するためにも、排気温度Ｔｃｔを低減することが必要となる。特に、ＮＯｘ吸蔵触媒１８の活性温度上限は、４００℃〜５００℃であるのに対し、温間時の排気温度Ｔｃｔは、９００℃以上に上昇する場合もある。

そこで、本実施形態では、排気温度ＴｃｔがＮＯｘ吸蔵触媒１８の活性温度上限付近を所定温度Ｔ１として設定し、排気温度Ｔｃｔが所定温度Ｔ１を越える場合には、高温発電モードを採用し、熱音響装置２０を熱音響エンジンモードで稼動して、引き続き排熱の有効利用を図りつつ、蓄熱材搭載熱交換器３０を排気冷却モードで稼動して、ＮＯｘ吸蔵触媒１８が活性温度上限に維持されるようにしているのである。

図６に戻って、燃焼制御部１０３は、運転状態判定部１０１の判定に基づいて、スロットル開度の調整による吸気量制御、燃料噴射量や吸排気弁の開閉タイミング、並びに燃料噴射タイミング等を制御し、エンジン１の燃焼状態を制御するためのモジュールである。本実施形態では、特に低中負荷領域では理論空燃比よりも空気過剰な燃焼（リーンバーン）を行わせ、高負荷領域では理論空燃比ないしはそれよりリッチな燃焼を行わせるように燃焼制御部１０３が設定されている。また、いわゆる燃料消費量のさらなる低減を図るために、車両が停止したときには、アイドリング状態にあるエンジン１を自動的に停止し、エンジン１が自動停止した後に車両の発進要求があった場合には、エンジン１を自動的に再始動するアイドルストップ制御も実行するように設定されている。

排気経路切換制御部１０４は、運転モード設定部１０２の設定した運転モードに基づいて、排気通路１５の経路を以下に説明する第１排気経路Ａ〜第３排気経路Ｃの何れかの排気経路を選択し、予め記憶されている動作パターンに基づいて各排気切換バルブ１６の開閉制御を行うためのモジュールである。

図８は、本実施形態に係る排気装置１０の排気経路の切換状態を示す構成図であって、（Ａ）は第１排気経路Ａが選択されている状態、（Ｂ）は第２排気経路Ｂが選択されている状態、（Ｃ）は第３排気経路Ｃが選択されている状態をそれぞれ示す。

図８（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、第１実施形態に係る排気装置１０は、排気経路切換制御部１０４の制御に基づく各排気切換バルブ１６ｂ〜１６ｅの切換によって、表２に示すように、３通りの排気経路（第２排気経路Ｂ、第３排気経路Ｃ、第１排気経路Ａ）のうちの何れかを選択できるように構成されている。

表２には、第１排気経路Ａ、第２排気経路Ｂ、第３排気経路Ｃのそれぞれについて、予め設定された各排気切換バルブ１６の動作パターンが示されている。「○」は開弁、「×」は閉弁を示す。

第１排気経路Ａは、主としてヒートポンプ暖機モードおよび高温発電モードのときに採用されることにより、三元触媒１７を経由したエンジン１からの排気Ｇｅを熱音響装置２０と蓄熱材搭載熱交換器３０の双方に流通させる排気経路である。この第１排気経路Ａが選択されているとき、各排気切換バルブ１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅは表２に示すように順に開、閉、開、閉となっている。従って図８（Ａ）に示すように第１排気経路Ａでは、エンジン１の排気Ｇｅの流れは、三元触媒１７から熱音響装置２０、蓄熱材搭載熱交換器３０をこの順で経由し、ＮＯｘ吸蔵触媒１８を流通する。

第２排気経路Ｂは、主として排熱回収暖機モードのときに採用されることにより、三元触媒１７を経由したエンジン１からの排気Ｇｅを蓄熱材搭載熱交換器３０のみを経由させて、ＮＯｘ吸蔵触媒１８に流通させる排気経路である。この第２排気経路Ｂが選択されているとき、各排気切換バルブ１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅは順に閉、開、開、閉となっている。従って図８（Ｂ）に示すように第２排気経路Ｂでは、エンジン１の排気Ｇｅの流れ（太線で示す）は、三元触媒１７から熱音響装置２０をバイパスして蓄熱材搭載熱交換器３０に導かれ、その後、ＮＯｘ吸蔵触媒１８を流通する。

第３排気経路Ｃは、主として低温発電モードのときに採用されることにより、三元触媒１７を経由したエンジン１からの排気Ｇｅを熱音響装置２０のみを経由させて、ＮＯｘ吸蔵触媒１８に流通させる排気経路である。この第３排気経路Ｃが選択されているとき、各排気切換バルブ１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅは表２に示すように順に開、閉、閉、開となっている。従って図８（Ｃ）に示すように第３排気経路Ｃでは、エンジン１の排気Ｇｅの流れは、三元触媒１７から熱音響装置２０を経由し、蓄熱材搭載熱交換器３０をバイパスしてＮＯｘ吸蔵触媒１８を流通する。

図６に戻って、熱音響装置制御部１０５は、運転モード設定部１０２の設定に基づき、熱音響装置２０を制御するためのモジュールである。熱音響装置制御部１０５により、熱音響装置２０は、上述したように、表３に示す態様で稼動される。

なお、本実施形態においては、表３に示すように、熱音響装置２０を休止させる休止モードも設定されている。本実施形態の休止モードでは、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２が何れもＯＦＦに切り換えられるとともに、過電流の防止を図るフェールセーフ機能の観点から、切換弁２００がヒートポンプ側に切り換わるように設定されている。

熱交換器制御部１０６は、運転モード設定部１０２の設定に基づき、第１通路弁５１、第２通路弁５２、第３通路弁５６および吸引通路弁５５の動作パターンを変更して蓄熱材搭載熱交換器３０を制御するためのモジュールである。

次に、本実施形態に係る制御ユニット１００による排気装置１０の制御例について説明する。

図９〜図１１は、本実施形態に係る排気装置１０の制御例を示すフローチャートである。

まず、図９を参照して、同図に示す制御例において、制御ユニット１００の運転状態判定部１０１は、各入力要素からの検出信号に基づいて、エンジン１、熱音響装置２０、並びに蓄熱材搭載熱交換器３０を含む車両全体の運転状態を検出する（ステップＳ１）。

ついで、運転状態判定部１０１は、蓄熱材搭載熱交換器３０に設けられた蓄熱材３６の再生の要否を判定する（ステップＳ２）。

仮に蓄熱材３６の再生が不要である場合、運転状態判定部１０１は、排気温度Ｔｃｔが所定温度Ｔ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

仮に排気温度Ｔｃｔが所定温度Ｔ１以下である場合、運転状態判定部１０１は、冷媒温度Ｔｗが図７のグラフに示した切換温度Ｔｓ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ４）。仮に切換温度Ｔｓ１以下である場合、運転モード設定部１０２は、排気装置１０の運転モードをヒートポンプ暖機モードに設定する。

このヒートポンプ暖機モードでは、排気経路切換制御部１０４が、排気通路１５の排気経路を図８（Ａ）に示す第１排気経路Ａに切り換え（ステップＳ５）、熱音響装置制御部１０５が熱音響装置２０を表３のヒートポンプモードで稼動する（ステップＳ６）とともに、熱交換器制御部１０６が蓄熱材搭載熱交換器３０を表１に示した減圧モード、初期モード、熱供給モードの順を経て稼動する（ステップＳ７）。

この結果、熱音響装置２０においては、発電発振装置２４とバッテリ２９とが接続されることにより、発電発振装置２４のコイルに交流電流が供給され、気柱管２１の共鳴部２３（閉鎖端部２３ｂ）内で振動部材（膜）が振動するので、気柱管２１内の作動流体が加振されて音波が発生する。かかる音波は、低温熱交換器２７、蓄熱器２５および高温熱交換器２６を順番に通過し、流路切換弁２００の弁体で反射して蓄熱器２５を再度通過する。これにより、気柱管２１内には定在波が形成される。そして、このような定在波（音波）により蓄熱器２５を介して低温熱交換器２７から高温熱交換器２６へと熱が移動させられ、蓄熱器２５の両端部間には、低温熱交換器２７側が低温となり、高温熱交換器２６側が高温となるように温度勾配が形成される。この際、低温熱交換器２７には、エンジン用冷媒Ｗｃが供給され、蓄熱器２５の一端部は概ね８０〜９０℃に維持されることから、高温熱交換器２６（その伝熱管）は、上記温度勾配に応じて高温になる。このように、ヒートポンプモードのもとでは、気柱管２１、蓄熱器２５、高温熱交換器２６および低温熱交換器２７がヒートポンプとして機能するので、高温熱交換器２６を加熱源としてエンジン用冷媒Ｗｃを昇温し、エンジン１の暖機を促進することになる。

他方、蓄熱材搭載熱交換器３０は、減圧モード、初期モード、熱供給モードの順を経て稼動される。次いで、熱交換器制御部１０６は、流量制御弁１２を全開にし、エンジン用冷媒Ｗｃの冷媒温度Ｔｗが上昇するにつれて流量制御弁１２の開度を低減するように制御する。この制御により、暖機開始直後では、熱音響装置２０のヒートポンプ作用と蓄熱材搭載熱交換器３０の排熱回収用冷媒Ｗｍとの熱交換によって相乗的にエンジン用冷媒Ｗｃの昇温が促進される。また、暖機が進行するにつれて、熱交換されるエンジン用冷媒Ｗｃの流量が低減されるので、過度な昇温を回避しつつ暖機を終了することができる。ステップＳ５〜Ｓ７が実行された後、制御は、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ４の判定において、冷媒温度Ｔｗが切換温度Ｔｓ１を越えていた場合、運転状態判定部１０１は、エンジン１の運転状態が温間か冷間かを、冷媒温度Ｔｗに基づいて判定する（ステップＳ８）。すなわち、冷媒温度Ｔｗが図７に示した上限温度Ｔｓ２以下である場合、運転状態判定部１０１は、エンジン１が冷間運転状態にあると判定し、上限温度Ｔｓ２を越える場合には、温間運転状態であると判定する。

ステップＳ８において、エンジン１が冷間運転状態にあると運転状態判定部１０１が判定した場合、運転モード設定部１０２は、排気装置１０の運転モードを排熱回収暖機モードに設定する。

この排熱回収暖機モードでは、排気通路１５が図８（Ｂ）に示した第２排気経路Ｂに切り換えられ（ステップＳ９）、熱音響装置２０は、運転が停止されて（ステップＳ１０）、専ら、蓄熱材搭載熱交換器３０のみが熱供給モードで（但し、必要な場合は、減圧モード、初期モードの順を経て）稼動される（ステップＳ１１）。この熱供給モードでは、熱交換器制御部１０６は、流量制御弁１２を全開にし、エンジン用冷媒Ｗｃの冷媒温度Ｔｗが上昇するにつれて流量制御弁１２の開度を低減するように制御する。この制御により、暖機後、エンジン用冷媒Ｗｃの冷媒温度Ｔｗが上昇し、熱音響装置２０の効率が低下する運転状況では、熱音響装置２０を休止して、節電を図ることができるとともに、蓄熱材搭載熱交換器３０の排熱回収用冷媒Ｗｍとの熱交換によってエンジン用冷媒Ｗｃの昇温が促進され、暖機が進行するにつれて、熱交換されるエンジン用冷媒Ｗｃの流量が低減されるので、過度な昇温を回避しつつ暖機を終了することができる。ステップＳ９〜Ｓ１１が実行された後、制御は、ステップＳ１に移行する。

ステップＳ８において、エンジン１が温間運転状態にあると運転状態判定部１０１が判定した場合、運転モード設定部１０２は、排気装置１０の運転モードを低温発電モードに設定する。

この低温発電モードでは、排気経路切換制御部１０４が、排気通路１５の排気経路を図８（Ａ）に示す第３排気経路Ｃに切り換え（ステップＳ１２）、熱音響装置制御部１０５が熱音響装置２０を表３の熱音響エンジンモードで稼動する（ステップＳ１４）とともに、熱交換器制御部１０６が蓄熱材搭載熱交換器３０を表１に示した休止モードに設定し、蓄熱材搭載熱交換器３０を休止する（ステップＳ１５）。

この結果、流路切換弁２００がエンジン側に切り換えられて、高温熱交換器２６を介した蓄熱器２５と共鳴部２３との連通が許容される一方、低温熱交換器２７を介した蓄熱器２５と共鳴部との連通が遮断されるとともに、第１スイッチＳＷ１がＯＦＦにされ、第２スイッチＳＷ２がＯＮにされるので、図略の発電量制御器等を介して発電発振装置２４と電気負荷７０とが接続される。この運転状態では、各燃焼室３からの排気温度Ｔｃｔは、最高でおよそ９００℃程度にも達することから、蓄熱器２５の一端部は、高温熱交換器２６を流通する排気Ｇｅによって加熱されて昇温する。これに対して、低温熱交換器２７には、エンジン用冷媒Ｗｃ（およそ８０〜９０℃）が供給されるので、蓄熱器２５の他端部は、低温熱交換器２７を流通するエンジン用冷媒Ｗｃによって冷却される。この結果、熱音響エンジンモードのもとでは、蓄熱器２５の両端部間に大きな温度勾配が形成され、これに起因して、作動流体の熱音響自励振動（音波）が発生する。

そして、作動流体の自励振動（音波）の周波数と共鳴部２３における周波数とが一致することにより、共鳴部２３内には定在波が形成され、かかる定在波により、閉鎖端部２３ｂに配置された発電発振装置２４の振動部材が加振される。これにより、発電発振装置２４において、振動部材に取り付けられた磁石がコイルの内部で振動し、コイルの両端に誘導電圧が発生するので、共鳴部２３内の定在波のエネルギー（音響エネルギー）が電気エネルギーに変換されることになる。このようにして得られた電気エネルギーは、第２スイッチＳＷ２および図略の発電量制御器を介して電気負荷７０に供給される。

ステップＳ１２〜Ｓ１５に示した低温発電モードでは、冷媒温度Ｔｗが充分昇温しているため、暖機のために昇温させる必要はないが、排気温度Ｔｃｔは、まだ低く、積極的に排気Ｇｅを冷却する必要もない運転領域である。このような運転領域では、専ら熱音響装置２０を熱音響エンジンモードで稼動することにより、排熱利用によって燃費の向上を図ることとしているのである。

さらに、ステップＳ３において、排気温度Ｔｃｔが所定温度Ｔ１を越える場合には、図１０に示すように、排気装置１０の運転モードを高温発電モードに設定する。

図１０を参照して、この高温発電モードでは、排気通路１５が図８（Ａ）に示した第１排気経路Ａに切り換えられ（ステップＳ１６）、熱音響装置２０が熱音響エンジンモードで稼動される一方（ステップＳ１７）、蓄熱材搭載熱交換器３０は、図５に示した排気冷却モードに切り換えられて稼動する（ステップＳ１８）。この結果、加熱促進部３５による加熱ないし熱交換が抑制された状態で、排気Ｇｅが蓄熱材搭載熱交換器３０の熱交換サイクルによって冷却される。この冷却効果をより確実にし、排気温度Ｔｃｔの過度な上昇を抑制するために、本実施形態では、排気冷却モードに蓄熱材搭載熱交換器３０が運転制御されている状態において、熱交換器制御部１０６は、流量制御弁１２を全閉の状態から、排気温度Ｔｃｔの上昇につれて開度が増加するように制御する。これにより、排気温度Ｔｃｔの上昇につれて排気Ｇｅから熱を奪う排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）が増加し、排気Ｇｅの冷却が促進される。このように本実施形態では、蓄熱材搭載熱交換器３０を利用することによって、冷間時の暖機を促進することができるばかりでなく、温間時に熱音響装置２０で発電している際に排気Ｇｅの過度な昇温を抑制して、可及的にＮＯｘ吸蔵触媒１８の活性温度範囲に排気Ｇｅを冷却する排気冷却効果を積極的に奏することが可能になる。

次に、図１１を参照して、蓄熱材搭載熱交換器３０の蓄熱材３６の再生が必要と判定した場合（図９のステップＳ２において、ＮＯの場合）、排気経路切換制御部１０４は、排気通路１５の排気経路を図８（Ａ）に示す第１排気経路Ａに切り換える（ステップＳ２０）。次いで、運転状態判定部１０１は、排気温度Ｔｃｔが所定温度Ｔ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。

仮に排気温度Ｔｃｔが所定温度Ｔ１以下である場合、運転状態判定部１０１は、冷媒温度Ｔｗが所定の設定温度Ｔｓ３以下であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。この設定温度Ｔｓ３は、排気温度Ｔｃｔが、ＮＯｘ吸蔵触媒１８の活性温度上限以下である運転状況において、熱音響装置２０の稼動の要否を判別するために予め実験等で得られたデータに基づき、設定されているものである。

仮に冷媒温度Ｔｗが所定の設定温度Ｔｓ３以下である場合、運転モード設定部１０２は、排気装置１０の運転モードを冷間再生モードに設定する。

この冷間再生モードでは、熱音響装置制御部１０５が熱音響装置２０を表３のヒートポンプモードで稼動し（ステップＳ２３）、この状態で熱交換器制御部１０６が蓄熱材搭載熱交換器３０を表１に示した再生モードで稼動する（ステップＳ２４）。この制御により、蓄熱材３６の再生時に、熱音響装置２０によって排気Ｇｅが昇温され、その後、昇温した排気Ｇｅが蓄熱材搭載熱交換器３０に導入されて蓄熱材３６を加熱するので、冷間時に再生が必要な運転状況において、熱音響装置２０が再生促進機能を奏することができる。この結果、蓄熱材搭載熱交換器３０の再生処理を短時間で終了することができる。

他方、ステップＳ２２において、冷媒温度Ｔｗが所定の設定温度Ｔｓ３を越えている場合、運転モード設定部１０２は、排気装置１０の運転モードを低温再生モードに設定する。

この低温再生モードでは、熱音響装置２０を休止モードに設定して休止させ（ステップＳ２５）、その後、ステップＳ２４に移行して、蓄熱材搭載熱交換器３０を再生モードで稼動する。このため、低温再生モードでは、熱音響装置２０の稼働率を低減し、節電を図ることが可能になる。

さらに、ステップＳ２１の判定において、排気温度Ｔｃｔが所定温度Ｔ１を越える場合には、熱音響装置制御部１０５が熱音響装置２０を表３の熱音響エンジンモードで稼動し（ステップＳ２６）、その後、熱交換器制御部１０６が蓄熱材搭載熱交換器３０の運転モードを再生モードで稼動する（ステップＳ２４）。

これにより、排気温度Ｔｃｔが高い運転状態では、余剰的な排熱を発電にも供しつつ、蓄熱材３６の再生を実行することができる。

上述の制御をまとめると、表４の通りになる。

以上説明したように本実施形態では、エンジン１の冷間時において、熱音響装置２０は、ヒートポンプモードで稼動されることにより、従来と同様に電源から供給された電気エネルギーを熱音響現象で熱エネルギーに変換してエンジン１の暖機を促進する。このヒートポンプモードで稼動される熱音響装置２０と並行して、エンジン１の冷間時に蓄熱材搭載熱交換器３０が稼動されるので、冷間時のエンジン暖機促進効果が高まり、暖機期間を従来の装置に比べて大幅に短縮することができる。その結果、熱音響装置２０をヒートポンプモードで稼動するときの消費電力を節約することが可能になる。また、温間時においては、熱音響装置２０を熱音響エンジンモードで稼動するので、排熱を電気エネルギーとして回収することが可能になるとともに、電気エネルギーを取り出すための熱源として排熱を排気Ｇｅから奪うことにより、排気Ｇｅの過度な温度上昇を抑制することが可能になる。

また本実施形態では、蓄熱材搭載熱交換器３０は、液状の排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）を排熱で加熱して気化させる加熱部３３と、加熱部３３で気化された排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）をエンジン用冷媒Ｗｃとの熱交換によって凝縮させて加熱部３３に循環させる凝縮部３７と、加熱部３３と凝縮部３７との間の冷媒通路上に設けられ、気化した排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）の一部と発熱反応可能に蓄熱材３６が配設された加熱促進部３５とを含んでいる。このため本実施形態では、蓄熱材搭載熱交換器３０が稼動される際には、加熱部３３での排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｌ）の蒸発（気化）→凝縮部３７での排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）とエンジン用冷媒Ｗｃとの熱交換→排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）の凝縮（液化）という冷媒サイクルが行われるが、気化した排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）の一部が、加熱部３３と凝縮部３７との間の冷媒通路上に設けられた加熱促進部３５の蓄熱材３６に接触することによって、（式１）に示した発熱反応を生じ、その反応熱によって、凝縮部３７で凝縮する残余の排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）が昇温する。そのため、昇温した排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）が凝縮部３７でエンジン用冷媒Ｗｃと熱交換されるので、エンジン用冷媒Ｗｃの昇温をさらに促進し、エンジン１の暖機に寄与することになる。従って、加熱促進部３５による排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）の昇温によってエンジン１の暖機を促進することが可能になる。

また本実施形態では、蓄熱材搭載熱交換器３０は、加熱部３３で気化した排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）が加熱促進部３５を経由して凝縮部３７で凝縮される熱供給モードと、加熱促進部３５をバイパスして凝縮部３７で凝縮される排気冷却モードとによって稼動可能に構成されており、記制御ユニット１００は、エンジン１の冷間時には蓄熱材搭載熱交換器３０を熱供給モードで稼動制御するとともに、エンジン１の温間時であって、ＮＯｘ吸蔵触媒１８に関連する温度状態が、当該ＮＯｘ吸蔵触媒１８の活性温度上限付近に設定された所定温度Ｔ１を越える場合には、蓄熱材搭載熱交換器３０を排気冷却モードで稼動制御するものである。このため本実施形態では、熱供給モードが採用されている場合には、エンジン用冷媒Ｗｃの昇温をさらに促進し、エンジン１の暖機に寄与することになる。他方、ＮＯｘ吸蔵触媒１８に関連する温度状態が、当該ＮＯｘ吸蔵触媒１８の活性温度上限付近に設定された所定温度Ｔ１を越える場合には、排気温度Ｔｃｔが高く、もはや暖機の必要がなくなった運転状態にあるが、この運転状態では、加熱促進部３５をバイパスした排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）が凝縮されることにより、排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）は、エンジン用冷媒Ｗｃによっていわば冷却されて液化し、加熱部３３に循環することになる。このため、加熱部３３に液化している排熱回収用冷媒（ｌ）の温度が下がり、排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）とエンジン用冷媒Ｗｃとの熱交換が抑制されることになるので、排気Ｇｅが過度に昇温するのを防止することができる。従って、本実施形態によれば、排気Ｇｅから気化潜熱を奪って排気温度Ｔｃｔを低下させることができ、ＮＯｘ吸蔵触媒１８が過度に加温されることを抑制することも可能になる。

また本実施形態では、制御ユニット１００は、排気冷却モードで蓄熱材搭載熱交換器３０を稼動制御している場合、ＮＯｘ吸蔵触媒１８の温度状態が高いほど蓄熱材搭載熱交換器３０を通るエンジン用冷媒Ｗｃの流量を増加するように、流量制御弁１２によって蓄熱材搭載熱交換器３０を通るエンジン用冷媒Ｗｃの流量を調節するものである。このため本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒１８の温度状態が活性温度上限付近を越えている場合に、エンジン用冷媒Ｗｃの流量が増加するので、凝縮部３７における排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）の凝縮が一層促進され、それに伴って加熱部３３における蒸発量も増加する。その結果、加熱促進部３５の蓄熱材３６と発熱反応しなくなる排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）が相対的に増加するので、加熱促進部３５による発熱反応が抑制され、凝縮部３７における排熱回収用冷媒Ｗｍ（ｇ）の凝縮が一層促進される。加えて、加熱部３３における蒸発量の増加に伴い、排気Ｇｅから奪われる気化潜熱が増加し、排気温度Ｔｃｔの低下代も増大する。このように制御ユニット１００は、ＮＯｘ吸蔵触媒１８の温度状態が高いほど排気温度Ｔｃｔの低下代を増大させることにより、排気温度Ｔｃｔが可及的にＮＯｘ吸蔵触媒１８の活性温度域にあるように制御することができる。

また本実施形態では、蓄熱材搭載熱交換器３０は、排熱で加熱して蓄熱材３６を再生する再生モードで稼動制御可能に構成されており、制御ユニット１００は、蓄熱材搭載熱交換器３０を再生モードで稼動する場合において、エンジン１の冷間時には、熱音響装置２０をヒートポンプモードで稼動制御する一方、エンジン１の温間時には、熱音響装置２０を熱音響エンジンモードで稼動制御するものである。このため本実施形態では、蓄熱材３６の再生が必要な運転状況でも、可及的にエネルギーの有効利用を図ることができる。この再生が実行される運転状態は、通常、エンジン１の温間時であり、排気温度Ｔｃｔが充分に上昇しているときである。従って、エンジン１の温間時では、蓄熱材３６の再生ととともに熱音響装置２０を熱音響エンジンモードで稼動させ、余剰的な排熱を電気エネルギーに変換することによって、排熱の有効利用を図り、燃費を低減することが可能になる。また、排熱が熱音響装置２０によっても回収されるので、排気温度ＴｃｔがＮＯｘ吸蔵触媒１８の活性温度上限を上回りがちな運転状況において、排気温度Ｔｃｔを有効に低減し、ＮＯｘ吸蔵触媒１８を活性温度の範囲内で稼動させることが可能になる。他方、例えば排気温度Ｔｃｔがあまり上がらないような運転状態が長期間継続したような場合には、冷間時においても、蓄熱材３６が再生を要する状態になっていることがあり得る。その場合には、熱音響装置２０をヒートポンプモードで稼動することにより、排気Ｇｅの昇温を促進して再生を短時間で終了することが可能になる。この結果、再生の困難な冷間時においても、可及的頻繁に再生を行わせることができるのである。

また本実施形態では、制御ユニット１００は、エンジン１の冷間時に蓄熱材搭載熱交換器３０を再生モードで稼動する場合において、エンジン用冷媒Ｗｃの冷媒温度Ｔｗが所定の設定温度を超える場合には、熱音響装置２０を休止モードに制御するものである。このため本実施形態では、冷間時にある程度、冷媒温度Ｔｗが上昇しているときは、エンジン１の冷間時であっても熱音響装置２０が停止するので、より節電を図ることができる。

また本実施形態では、制御ユニット１００は、エンジン１の冷間時において、エンジン１の暖機に関連する温度状態が所定の切換温度Ｔｓ１以下の場合には、熱音響装置２０とともに蓄熱材搭載熱交換器３０を稼動制御するとともに、切換温度Ｔｓ１を超える場合には、熱音響装置２０を休止して排気Ｇｅが昇温するように蓄熱材搭載熱交換器３０を稼動制御するものである。このため本実施形態では、エンジン１の冷間時において、熱音響装置２０は、冷媒温度Ｔｗが所定の切換温度Ｔｓ１未満のときには、ヒートポンプモードで稼動し、蓄熱材搭載熱交換器３０とともにエンジン１の暖機を促進する。ある程度、エンジン１の暖機が促進されると、熱音響装置２０が休止し、蓄熱材搭載熱交換器３０のみによってエンジン１が暖機されるので、消費電力をこの点からも節約することができる。通常、冷間時に排気温度Ｔｃｔが上昇すると、排気Ｇｅとエンジン用冷媒Ｗｃとの温度勾配が小さくなり、熱音響現象による昇温効果が小さくなる一方、排気Ｇｅの昇温に伴って、蓄熱材搭載熱交換器３０による熱交換効率が高くなる。従って、効率が低下しやすい運転領域においては、蓄熱材搭載熱交換器３０単体による熱交換効率の向上を図るとともに、熱音響装置２０を休止して消費電力のさらなる節約を図ることが可能になるのである。本実施形態において、「エンジン１の暖機に関連する温度状態」は、例えば、エンジン用冷媒Ｗｃの冷媒温度Ｔｗや排気Ｇｅの温度が好適であるが、エンジン１ルームの温度等、これら冷媒温度Ｔｗや排気温度Ｔｃｔの代用特性であってもよい。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、前記実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上述した実施形態では、蓄熱材３６の主成分として酸化マグネシウムＭｇＯを挙げたが、この他に同様の蓄熱作用を有する材質、例えばゼオライト等を用いてもよい。また冷媒は必ずしも水でなくてもよい。

また、前記各実施形態では被加熱液体がエンジン用冷媒Ｗｃであるとしたが、これをエンジンオイルや自動変速機用オイル（ＡＴＦ）としてもよい。

冷媒ガスの経路やバルブの種類や配置等は適宜設定してよく、前記各実施形態以外のものであってもよい。

また、（式２）の脱水反応によって生じる反応エンタルピーを利用して、排気Ｇｅを冷却するように制御してもよい。

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本実施形態に係るエンジンの排気装置の概略構成図である。 本実施形態に係る蓄熱材搭載熱交換器およびその近傍を模式的に示す斜視図である。 本実施形態に係る蓄熱材搭載熱交換器の熱供給モードの状態を示す模式図である。 本実施形態に係る蓄熱材搭載熱交換器の再生モードの状態を示す模式図である。 本実施形態に係る蓄熱材搭載熱交換器の排気冷却モードの状態を示す模式図である。 本実施形態に係るエンジンを含む排気装置の制御ブロック図である。 本実施形態に係る運転モードの切換設定例を示す図である。 本実施形態に係る排気装置の排気経路の切換状態を示す構成図であって、（Ａ）は第１排気経路が選択されている状態、（Ｂ）は第２排気経路が選択されている状態、（Ｃ）は第３排気経路が選択されている状態をそれぞれ示す。 本実施形態に係る排気装置の制御例を示すフローチャート（主として暖機モードおよび低温発電モード）である。 本実施形態に係る排気装置の制御例を示すフローチャート（主として高温発電モード）である。 本実施形態に係る排気装置の再生時の制御例を示すフローチャート（主として再生モード）である。

符号の説明

１ エンジン
１０ 排気装置
１１ 冷却冷媒取出部
１２ 流量制御弁
１５ 排気通路
１８ 吸蔵触媒
２０ 熱音響装置
３０ 蓄熱材搭載熱交換器
３３ 加熱部
３５ 加熱促進部
３６ 蓄熱材
３７ 凝縮部
１００ 制御ユニット（運転制御手段の一例）
１０１ 運転状態判定部
１０２ 運転モード設定部
１０３ 燃焼制御部
１０４ 排気経路切換制御部
１０５ 熱音響装置制御部
１０６ 熱交換器制御部
Ａ 第１排気経路
Ｂ 第２排気経路
Ｃ 第３排気経路
Ｇｅ 排気
ＳＮ１ 水温センサ
ＳＮ２ 排気温度センサ
Ｔ１ 所定温度
Ｔｃｔ 排気温度
Ｔｓ１ 切換温度
Ｔｓ２ 上限温度
Ｔｗ 冷媒温度
Ｗｃ エンジン用冷媒
Ｗｍ 排熱回収用冷媒

Claims (7)

1. エンジンの冷間時には電源から供給された電気エネルギーを熱音響現象で熱エネルギーに変換してエンジン用冷媒を加温するヒートポンプモードで運転されるとともに、前記エンジンの温間時には排気と前記エンジン用冷媒との温度勾配によって奏する熱音響現象で発電する熱音響エンジンモードで運転される熱音響装置を備え、排気通路の当該熱音響装置の下流側にＮＯｘ吸蔵触媒が配設されたエンジンの排気装置であって、
   前記排気通路の前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも上流側に設けられ、排熱によって気化した排熱回収用冷媒を前記エンジン用冷媒で冷却して凝固させることにより、排熱をエネルギーとして回収する排熱回収装置と、
   前記エンジンの運転状態に基づいて、少なくとも前記熱音響装置と前記排熱回収装置の運転を制御する運転制御手段と
   を備え、
   前記運転制御手段は、前記エンジンの冷間時においては、前記ヒートポンプモードで稼動される前記熱音響装置と並行して前記排熱回収装置を稼動制御するとともに、前記エンジンの温間時においては、前記熱音響装置を前記熱音響エンジンモードで稼動制御するものである
   ことを特徴とするエンジンの排気装置。
2. 請求項１記載のエンジンの排気装置において、
   前記排熱回収装置は、
   液状の前記排熱回収用冷媒を排熱で加熱して気化させる加熱部と、
   前記加熱部で気化された前記排熱回収用冷媒を前記エンジン用冷媒との熱交換によって凝縮させて前記加熱部に循環させる凝縮部と、
   前記加熱部と前記凝縮部との間の冷媒通路上に設けられ、気化した前記排熱回収用冷媒の一部と発熱反応可能に蓄熱材が配設された加熱促進部と
   を含んでいる
   ことを特徴とするエンジンの排気装置。
3. 請求項２記載のエンジンの排気装置において、
   前記排熱回収装置は、前記加熱部で気化した前記排熱回収用冷媒が前記加熱促進部を経由して前記凝縮部で凝縮される熱供給モードと、前記加熱促進部をバイパスして前記凝縮部で凝縮される排気冷却モードとによって稼動可能に構成されており、
   前記運転制御手段は、前記エンジンの冷間時には前記排熱回収装置を熱供給モードで稼動制御するとともに、前記エンジンの温間時であって、前記ＮＯｘ吸蔵触媒に関連する温度状態が、当該ＮＯｘ吸蔵触媒の活性温度上限付近に設定された所定温度を越える場合には、前記排熱回収装置を前記排気冷却モードで稼動制御するものである
   ことを特徴とするエンジンの排気装置。
4. 請求項３記載のエンジンの排気装置において、
   前記運転制御手段は、前記排気冷却モードで前記排熱回収装置を稼動制御している場合、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度状態が高いほど前記排熱回収装置を通る前記エンジン用冷媒の流量を増加するように、前記排熱回収装置を通る前記エンジン用冷媒の流量を調節するものである
   ことを特徴とするエンジンの排気装置。
5. 請求項４記載のエンジンの排気装置において、
   前記排熱回収装置は、排熱で加熱して前記蓄熱材を再生する再生モードで稼動制御可能に構成されており、
   前記運転制御手段は、前記排熱回収装置を前記再生モードで稼動する場合において、前記エンジンの冷間時には、前記熱音響装置を前記ヒートポンプモードで稼動制御する一方、前記エンジンの温間時には、前記熱音響装置を前記熱音響エンジンモードで稼動制御するものである
   ことを特徴とするエンジンの排気装置。
6. 請求項５記載のエンジンの排気装置において、
   前記運転制御手段は、前記エンジンの冷間時に前記排熱回収装置を前記再生モードで稼動する場合において、前記エンジン用冷媒の冷媒温度が所定の設定温度を超える場合には、前記熱音響装置を休止制御するものである
   ことを特徴とするエンジンの排気装置。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載のエンジンの排気装置において、
   前記運転制御手段は、前記エンジンの冷間時において、前記エンジンの暖機に関連する温度状態が所定の切換温度以下の場合には、前記熱音響装置とともに前記排熱回収装置を稼動制御するとともに、前記切換温度を超える場合には、前記熱音響装置を休止して排気が昇温するように前記排熱回収装置を稼動制御するものである
   ことを特徴とするエンジンの排気装置。

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