JP2009257153A - 排気熱回収器の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の暖機運転に必要とする時間を短縮し、燃費を向上できる排気熱回収器の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンＥＣＵは、エンジンの暖機前かつヒータがＯＦＦであると判断したならば（ステップＳ１１でＹｅｓ）、外気温が高いほど熱回収を開始する時間が早くなるよう熱回収開始時間を設定する（ステップＳ１２）。そして、エンジンＥＣＵは、設定された熱回収開始時間を経過したと判断したならば（ステップＳ１３でＹｅｓ）、排気熱回収器を通過した冷却水温が１００℃未満であることを条件に（ステップＳ１４でＹｅｓ）、熱回収を実行する（ステップＳ１５）。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両の制御装置に関し、特に、内燃機関から排出された排気ガスの熱を回収する排気熱回収器の制御装置に関する。

従来、エンジンにより駆動される車両においては、エンジンから排出される排気ガスに含まれる熱エネルギーを回収しエンジンの冷却水に熱を供給するための排気熱回収器を備えるものがあり、エンジン始動時など冷却水温が低温である場合には、排気ガスと冷却水との熱交換によって排気ガスから回収した熱を冷却水に供給し、冷却水温を上昇させることによってエンジンの暖機を促進するようになっている。

この種の排気熱回収器の制御装置として、外気温および冷却水温に応じて排気ガスとエンジン冷却水との間における熱交換の実施の有無を切換えることにより、冷却水が過度に加熱されるのを防ぐものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された従来の排気熱回収器の制御装置は、排気ガスと冷却水との間の熱交換が行われる熱交換用流路と、熱交換が行われること無く排気ガスを流通させるためのバイパス流路とが形成された排気熱回収器において、排気ガスの流路を切換える切換弁を制御することにより、排気ガスと冷却水との熱交換の実施の有無を切換えるようになっている。

この排気熱回収器の制御装置は、熱交換用流路からバイパス流路への排気ガス流路の切換えを、外気温が高い場合には外気温が低い場合に比べて冷却水温が低い段階で実行するようにし、冷却水温が過度に上昇することを防止するようになっていた。

また、内燃機関の暖機状態および車両に対する要求駆動力に応じて排気熱回収器における熱交換の実施の有無を切換える排気熱回収器の制御装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２に記載された従来の排気熱回収器の制御装置は、内燃機関の暖機が終了した場合に排気ガスの流路を熱交換が実施されないバイパス流路に切換えることにより冷却水温の過度の上昇を防止するとともに、暖機中に閾値以上の駆動力が要求された場合には、排気ガスの流路を排気抵抗が高い熱交換用流路から排気抵抗が低いバイパス流路に切換えて、内燃機関の出力を上昇させるようになっていた。
実開昭６３−１７４５２５号公報 特開２００６−２９１９０６号公報

しかしながら、上述のような特許文献１に記載の従来の排気熱回収器の制御装置にあっては、内燃機関の始動時に排気ガスの流路を熱交換用流路にしているため、内燃機関で発生した熱が排気通路や排気ガスを介して排気熱回収器本体の暖機に分配されてしまっていた。そのため、内燃機関から冷却水に分配される熱量が減少し、結果として、内燃機関の暖機の促進が妨げられていた。

また、上述のような特許文献２に記載の従来の排気熱回収器の制御装置にあっては、内燃機関の暖機中に要求駆動力が閾値以上となった場合には排気ガスの流路を熱交換用流路からバイパス流路に切換えるようになっているものの、排気熱回収器の暖機を考慮して排気ガス流路を切換えるというものではなかった。したがって、内燃機関の始動時においては、内燃機関で発生した熱が排気通路や排気ガスを介して排気熱回収器本体の暖機に分配されてしまうため、内燃機関から冷却水に分配される熱量が減少し、結果として、内燃機関の暖機の促進が妨げられていた。

したがって、上述のようないずれの従来の排気熱回収器の制御装置にあっても、内燃機関から冷却水に分配される熱量が減少するため、内燃機関の暖機に時間がかかり、結果として燃費の向上を妨げるという問題があった。そして、このような問題は、排気熱回収器の暖機に必要な熱量、すなわち熱マスが、内燃機関で発生する熱量に対して大きな影響を及ぼす状況下で特に生じていた。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、内燃機関の暖機運転に必要とする時間を短縮し、燃費を向上できる排気熱回収器の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る排気熱回収器の制御装置は、上記目的達成のため、（１）車両に搭載された内燃機関の排気通路上に配設され、前記内燃機関から排出される排気ガスと前記内燃機関の冷却水との間で熱交換が行われる熱交換器が設けられた第１の流路と、前記第１の流路をバイパスする第２の流路と、前記排気ガスの流路を前記第１の流路と前記第２の流路との間で切換えるための流路切換弁と、を有する排気熱回収器の制御装置であって、前記内燃機関の出力軸の回転を検知する回転検知手段と、前記車両の外気温を検知する外気温センサと、前記回転検知手段により前記出力軸の回転開始が検知されてから前記排気ガスの流路を切換えるまでの待ち時間を、前記外気温センサにより検知された外気温に応じて設定する待ち時間設定手段と、前記回転検知手段により前記出力軸の回転開始が検知されたならば、前記待ち時間の経過後に前記排気ガスの流路を前記第２の流路から前記第１の流路に切換えるよう前記流路切換弁を制御する切換え制御手段と、を備え、前記待ち時間設定手段が、前記外気温センサにより検知された外気温が高いほど前記待ち時間を短く設定することを特徴とする。

この構成により、内燃機関の始動時において、排気ガスの流路を第２の流路とすることにより内燃機関で発生した熱量を排気熱回収器の暖機に分配させず、内燃機関から冷却水に直接分配させることにより内燃機関の暖機を促進できる。したがって、内燃機関の暖機終了を早く終了させ燃料消費量を減少させることができ、車両の燃費を向上させることが可能となる。また、外気温が高いほど熱回収開始までの待ち時間が短く設定されるので、外気温が高く排気熱回収器本体の暖機にかかる時間が短い場合に待ち時間が必要以上に長く設定されることがなく、排気ガスの熱の利用効率を高めることが可能となる。

また、上記（１）に記載の排気熱回収器の制御装置において、（２）前記待ち時間設定手段が、前記外気温センサにより検知された外気温が所定値以下である場合には、前記待ち時間を零に設定することを特徴とする。

この構成により、内燃機関において発生する熱量が増大される寒冷時の暖機運転においては、排気熱回収器に熱量を分配しても冷却水に分配する熱量を確保することが可能であるので、冷却水を温め内燃機関の暖機を促進させるとともに、排気ガスの熱回収を同時に開始することが可能となる。

また、上記（１）または（２）に記載の排気熱回収器の制御装置において、（３）前記排気熱回収器における冷却水温を検出する回収器水温センサをさらに備え、前記切換え制御手段が、前記回収器水温センサにより検出された水温が所定値以上である場合には、前記排気ガスの流路を前記第１の流路から前記第２の流路に切換えるよう前記流路切換弁を制御することを特徴とする。

この構成により、内燃機関の冷却水温が高い場合には、排気ガスから内燃機関の冷却水に必要以上に熱交換が行われて過度に温度上昇することを防止し、冷却水による内燃機関の冷却効率が低下することを防止できる。

本発明によれば、内燃機関の暖機運転に必要とする時間を短縮し、燃費を向上できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る排気熱回収器の制御装置を搭載した車両を模式的に示す概略構成図である。
なお、本実施の形態においては、本発明に係る排気熱回収器の制御装置をハイブリッド車両に適用した場合について説明する。

ハイブリッド車両１は、内燃機関としてのエンジン２と、モータおよびジェネレータとして機能する第１モータジェネレータ１１および第２モータジェネレータ１２と、を備えている。

エンジン２の吸気通路１４には、吸入空気のほこりを捕捉するエアクリーナ１５と、エアクリーナ１５を通ってエンジン２に吸入される空気量を検知するエアフローメータ１６と、エンジン２に吸入される空気量を調整するためのバルブである電子スロットルバルブ１７と、が設けられている。電子スロットルバルブ１７には、図示しないスロットルポジションセンサが設けられている。

エアフローメータ１６により検知された吸入空気量を表す信号や、スロットルポジションセンサにより検知された電子スロットルバルブ１７の開度を表す信号は、後述するエンジンＥＣＵ２１に入力される。

また、ハイブリッド車両１は、図示しないアクセルペダルを運転席に備えており、アクセルポジションセンサ２４は、運転者によるアクセルペダルの踏込み量を検知するようになっている。アクセルポジションセンサ２４は、検知されたアクセルペダルの踏込み量を表す信号を後述するエンジンＥＣＵ２１に送信する。

また、ハイブリッド車両１は、駆動輪２６の回転速度を検知する車輪速センサ２５を備えており、検出した車輪速を後述するエンジンＥＣＵ２１に送信する。

エンジン２の排気通路３０には、三元触媒コンバータ３２と、三元触媒コンバータ３２に導入される排気の空燃比を検知する空燃比センサ３１と、三元触媒コンバータ３２の温度を検知する触媒温度センサ３３と、後述する排気熱回収器３５と、排気熱回収器３５内の排気ガスの流路を切換えるための後述する流路切換弁を作動するＶＳＶ（Vacuum Switching Valve）３６と、消音器３７とが設けられている。

三元触媒コンバータ３２は、内蔵した触媒３２Ａ（図２参照）によって通過する排気ガスを浄化するように構成されている。消音器３７は、排気ガスを大気中に排出するのに伴って生じる排気音を低減するように構成されている。

ハイブリッド車両１は、さらに、エンジン２の動作状態を制御するためのエンジンＥＣＵ２１を備えている。エンジンＥＣＵ２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、入力インターフェース、および出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、エンジン２の出力制御などを実行するようになっている。

なお、エンジンＥＣＵ２１は、後述するように、本発明に係る排気熱回収器の制御装置、回転検知手段、待ち時間設定手段および切換え制御手段を構成する。

エンジンＥＣＵ２１には、空燃比センサ３１により検知された三元触媒コンバータ３２に導入される排気の空燃比や、触媒温度センサ３３により検知された三元触媒コンバータ３２の温度等が入力される。また、ハイブリッド車両１は、エンジン２の冷却水の温度を検知する冷却水温センサ３８を備えており、エンジンＥＣＵ２１は、冷却水温センサ３８からエンジン冷却水温を示す信号を取得するようになっている。

また、ハイブリッド車両１は、外気温センサ２８を備えており、検知した外気温を表す信号を、エンジンＥＣＵ２１に出力するようになっている。

さらに、ハイブリッド車両１は、回収器水温センサ２７を備えており、エンジンＥＣＵ２１は、後述する排気熱回収器３５を通過した直後の冷却水温を表す信号を回収器水温センサ２７から取得するようになっている。また、ハイブリッド車両１は、エンジン２の出力軸を構成する図示しないクランクシャフトの回転数を検知するエンジン回転数センサ２９を備えており、検知したクランクシャフトの回転数を表す信号をエンジンＥＣＵ２１に出力するようになっている。

ハイブリッド車両１は、さらに、第１モータジェネレータ１１および第２モータジェネレータ１２で発生した動力を駆動輪２６に伝達したり、駆動輪２６の駆動をエンジン２や第１モータジェネレータ１１および第２モータジェネレータ１２に伝達したりするための減速機４１と、エンジン２から出力される動力を駆動輪２６と第１モータジェネレータ１１との２経路に分配する動力分配機構４３と、を備えている。
動力分配機構４３は、遊星歯車機構により構成されており、第１モータジェネレータ１１の回転数を制御することにより、無段変速機としても機能するようになっている。

また、ハイブリッド車両１は、第１モータジェネレータ１１および第２モータジェネレータ１２を駆動するための電力を充電する走行用バッテリ４４と、走行用バッテリ４４の直流と第１モータジェネレータ１１および第２モータジェネレータ１２の交流とを変換し、かつ、電流制御を行うためのインバータ４５と、走行用バッテリ４４の充放電状態を管理制御するためのバッテリＥＣＵ４６と、を備えている。

さらに、ハイブリッド車両１は、走行状態に応じて第１モータジェネレータ１１、第２モータジェネレータ１２およびバッテリＥＣＵ４６、インバータ４５等を制御するためのハイブリッドＥＣＵ２２を備えている。ハイブリッドＥＣＵ２２は、バッテリＥＣＵ４６およびエンジンＥＣＵ２１等のＥＣＵと相互にデータの送受信を行うようになっており、これによりハイブリッド車両１が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体が制御される。

走行用バッテリ４４とインバータ４５との間には、コンバータ４２が設けられている。コンバータ４２は、平滑コンデンサを内蔵しており、走行用バッテリ４４から第１モータジェネレータ１１および第２モータジェネレータ１２に電力を供給するときには、走行用バッテリ４４の定格電圧が第１モータジェネレータ１１や第２モータジェネレータ１２の定格電圧よりも低いので、平滑コンデンサに電荷を蓄え電力を昇圧するようになっている。

本実施の形態におけるハイブリッド車両１は、発進時や低速走行時などエンジン２の効率が悪くなる走行状況下では、エンジン２の出力が一旦停止するエンジン間欠状態に移行し、第２モータジェネレータ１２のみの駆動力による走行を行うようになっている。

また、通常走行時には、エンジン２から出力された動力が動力分配機構４３において、駆動輪２６の直接駆動を行う動力と第１モータジェネレータ１１で発電を行うための動力とに分配されるようになっている。この場合、第２モータジェネレータ１２は、第１モータジェネレータ１１で発生した電力により駆動され、駆動輪２６の駆動補助を行うようになっている。

また、高速走行時には、第１モータジェネレータ１１で発生した電力に加えて、走行用バッテリ４４の電力を第２モータジェネレータ１２に供給して、第２モータジェネレータ１２の出力を増大させて駆動輪２６への駆動力を増大するようになっている。

一方、減速時には、第２モータジェネレータ１２は、駆動輪２６により従動し回生発電を行うようになっており、回生された電力は走行用バッテリ４４に蓄えられるようになっている。なお、走行用バッテリ４４の充電量が低下し、充電が必要な場合には、ハイブリッドＥＣＵ２２は、エンジン２の出力を増加させることにより第１モータジェネレータ１１における発電量を増やし、走行用バッテリ４４に対する充電量を増加させるようになっている。

また、低速走行時においても、エンジン２の駆動量が必要に応じて増大されるようになっている。たとえば、上述のように走行用バッテリ４４の充電が必要な場合や、エアコン等の補機を駆動する場合や、エンジン２の冷却水の温度を所定温度まで上げる場合や、車両を急加速させる場合には、エンジンＥＣＵ２１は、エンジン２から出力される駆動量を増大させるようになっている。

さらに、ハイブリッド車両１においては、エンジンＥＣＵ２１は、車両の走行状態や走行用バッテリ４４の状態によってはエンジン２を停止させ、その後の車両の走行状態や走行用バッテリ４４の状態を検知してエンジン２を再始動させるエンジン２の間欠運転を実行し、燃費を向上させるようになっている。

排気熱回収器３５は、後述するように、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行う熱交換器としての冷却水管６９（図２参照）を有し、これによって排気ガスの熱をエンジン冷却水に回収させるようになっている。この排気熱回収器３５内には、熱交換器が設けられ、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換が行われる熱交換用流路５７と、熱交換用流路５７をバイパスして熱交換が行われるのを抑制するためのバイパス流路５６と、バイパス流路５６を開閉するための流路切換弁５８と、が配設されている。

なお、本実施の発明に係る熱交換用流路５７は、本発明に係る第１の流路を構成しており、本実施の形態に係るバイパス流路５６は、本発明に係る第２の流路を構成している。
また、排気熱回収器３５は、後述する排気熱回収システム１０の一部を構成している。

この排気熱回収器３５は、後述するように、流路切換弁５８が開いた状態では、排気ガスが通気抵抗の小さいバイパス流路５６を流れるようになっており、閉じた状態では、排気ガスが熱交換用流路５７を流れるようになっている。なお、流路切換弁５８が、開状態に切換えられた場合において熱交換用流路５７を閉じる構造を有していてもよい。また、本実施の形態においては、流路切換弁５８が、バイパス流路５６の下流側に設けられているが、流路切換弁５８が、バイパス流路５６の上流側に設けられていてもよい。

流路切換弁５８は、ＶＳＶ３６により作動するようになっており、エンジンＥＣＵ２１がＶＳＶ３６の作動を制御することにより、流路切換弁５８の開閉状態が制御されるようになっている。なお、流路切換弁５８がＶＳＶ３６の代わりにアクチュエータで作動されるようにしてもよい。

エンジンＥＣＵ２１は、エンジン２の始動時の後述する条件下において、流路切換弁５８（図２参照）が閉じるように制御するようになっている。流路切換弁５８が閉じられると、熱交換用流路５７に排気ガスが流通し、排気熱回収器３５において、排気ガスの熱エネルギーが回収されるようになっている。具体的には、排気熱回収器３５に設けられる熱交換器と排気ガスが接触することにより、排気ガスと熱交換器との間で熱交換されて、熱交換器に流通する媒体の温度が上昇するようになっている。

図２は、本発明の実施の形態に係る排気熱回収システムの概略構成図である。

排気熱回収システム１０は、エンジン２の排気ガスに含まれる熱を、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換によって回収し、暖房やエンジン２の暖機促進等に利用するシステムである。

排気熱回収器３５は、同心円状に配置された円筒状の内筒６１および外筒６２と、排気ガス流通部を構成するシェル６３と、を備えている。シェル６３は、外筒６２の上流端６２Ａと排気通路３０における三元触媒コンバータ３２側に位置する部分とを接続するコニカル胴６４と、外筒６２の下流端６２Ｂと排気通路３０における消音器３７側に位置する部分とを接続するコニカル胴６５とを備えている。

シェル６３の内部には、コニカル胴６４内の空間である排気ガス入口ヘッダ６６と、内筒６１と外筒６２との間に形成された円筒状空間である熱交換用流路５７と、内筒６１の内部空間であり流路切換弁５８が配設されたバイパス流路５６と、コニカル胴６５内の空間である排気ガス出口ヘッダ６７とが形成されている。

そして、シェル６３の熱交換用流路５７内には、冷却水管６９が配設されており、排気熱回収器３５におけるエンジン冷却水の流路である冷却水熱交換路７０を構成している。
なお、冷却水管６９は、二重円筒内に円筒形状の冷却水熱交換路７０が形成された例を示しているが、例えば、多数の直管の集合体や１条もしくは複数条の螺旋管として構成されても良い。

冷却水管６９は、冷却水流れ方向の上流側部分が外筒６２を貫通して設けられた入口ポート７２に接続されると共に、冷却水流れ方向の下流側部分が外筒６２を貫通して設けられた出口ポート７３に接続されている。本実施の形態においては、排気熱回収器３５は、入口ポート７２が出口ポート７３よりもシェル６３における排気ガス下流側に配設された向流型熱交換器により構成されている。

また、排気熱回収システム１０の出口ポート７３の近傍には、回収器水温センサ２７（図１参照）が設置されており、冷却水熱交換路７０を通過した冷却水の温度を検出し、冷却水温を表す信号をエンジンＥＣＵ２１に出力するようになっている。

この排気熱回収器３５では、流路切換弁５８がバイパス流路５６を閉止している場合には、排気ガスが熱交換用流路５７に流れることで熱交換機能を果たし、流路切換弁５８がバイパス流路５６を開放している場合には、排気ガスが主にバイパス流路５６を流れて排気ガスバイパス機能を果たす構成とされている。なお、冷却水管６９が配設された熱交換用流路５７の通気抵抗（圧力損失）は、開放されているバイパス流路５６の通気抵抗に対し大きく、流路切換弁５８が内筒６１を開放している場合には、熱交換用流路５７には殆ど排気ガスが流れない構成とされている。

また、排気熱回収システム１０は、エンジン冷却水の熱を暖房用に回収するフロントヒータコア５０およびリヤヒータコア５２と、エンジン冷却水をフロントヒータコア５０およびリヤヒータコア５２に循環させる冷却水路としてのヒータ温水路５４と、を備えている。フロントヒータコア５０とリヤヒータコア５２とは、並列に配置されている。また、排気熱回収器３５は、ヒータ温水路５４におけるリヤヒータコア５２の下流側に配置されている。すなわち、ヒータ温水路５４におけるリヤヒータコア５２側に入口ポート７２が配置されると共に、ヒータ温水路５４におけるエンジン２側に出口ポート７３が配置されている。したがって、本実施の形態においては、排気熱回収器３５は、フロントヒータコア５０に対し並列に、かつ、リヤヒータコア５２に対し直列に配置されている。

本実施の形態に係る排気熱回収システム１０では、図２においてヒータ温水路５４上に示す矢印の方向にエンジン冷却水が流れるようになっている。これにより、エンジン２を通った高温の温水がフロントヒータコア５０及びリヤヒータコア５２を通る際に熱交換されて暖房に利用され、リヤヒータコア５２にて降温されたエンジン冷却水が排気熱回収器３５に導入されて上記排気ガスと熱交換するようになっている。排気熱回収器３５を通過したエンジン冷却水は、フロントヒータコア５０を通過したエンジン冷却水と共にエンジン２に戻されるようになっている。このように、排気熱回収器３５は、例えば暖房機能の観点からは、エンジン２によって加熱される前のエンジン冷却水を予熱する予熱器として機能するようになっている。

以下、本発明の実施の形態に係る排気熱回収器の制御装置を構成するエンジンＥＣＵの特徴的な構成について、図１および図２を参照して説明する。

排気熱回収器３５の制御装置を構成するエンジンＥＣＵ２１は、エンジン回転数センサ２９によりエンジン２のクランク軸の回転開始が検知されてから排気ガスの流路を切換えるまでの待ち時間ｔを、外気温センサ２８により検知された外気温に応じて設定するようになっている。

具体的には、エンジンＥＣＵ２１は、エンジン回転数センサ２９から入力されるエンジン２のクランク軸の回転数を表す信号が、零を表す信号から零以外を表す信号に変わったならば、エンジン２のクランク軸の回転が開始したと判断するようになっている。したがって、エンジンＥＣＵ２１およびエンジン回転数センサ２９は、本発明に係る回転検知手段を構成している。また、本実施の形態に係るクランク軸は、本発明に係る出力軸を構成している。

また、エンジンＥＣＵ２１は、上記のようにエンジン２のクランク軸の回転開始が検知されると、外気温センサ２８より外気温を表す信号を取得するとともに、ＲＯＭに記憶されている待ち時間マップを参照し、エンジン回転数センサ２９によりエンジン２のクランク軸の回転開始が検知されてから排気ガスの流路を切換えるまでの待ち時間ｔを設定するようになっている。

したがって、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ２１は、本発明に係る待ち時間設定手段を構成している。

図３は、外気温と熱回収の開始時間との関係を定義した待ち時間マップを示す図である。
図３（ａ）に示すように、待ち時間マップは、エンジン２のクランク軸が回転を開始してから熱回収が開始されるまでの待ち時間ｔと、外気温Ｔｏとの関係を表したものである。

本実施の形態において、排気熱回収器３５の暖機とは、エンジン２の冷却水温が所定値に達することによりエンジン２が停止して、ハイブリッド車両１が第１モータジェネレータ１１および第２モータジェネレータ１２のうちの少なくともいずれか一方による走行に移行するエンジン間欠までの状態を意味する。本実施の形態においては、エンジン２の間欠は、冷却水温が４０℃に達した時点で実行されるようになっている。したがって、本実施の形態における排気熱回収器３５の暖機とは、冷却水温が４０℃に達するまでのことを意味する。

また、排気熱回収器３５の暖機が終了する前に、排気ガスの流路がバイパス流路５６から熱交換用流路５７に切換わると、エンジン２で発生した熱量が、排気ガスおよび排気通路３０を介して排気熱回収器３５本体の暖機に分配されることとなり、エンジン２からヒータ温水路５４に分配される熱量が減少する。この場合、エンジン２の冷却水温の上昇が遅くなり、冷却水温が４０℃に達するまで時間がかかり、結果としてエンジン間欠が遅くなりハイブリッド車両１の燃費向上を妨げることとなる。

したがって、エンジン２で発生した熱量が排気ガスおよび排気通路３０を介して排気熱回収器３５本体の暖機に分配されることを防ぎ、エンジン２の冷却水温を効率よく４０℃まで上昇させるためには、エンジンＥＣＵ２１は、バイパス流路５６から熱交換用流路５７への排気ガスの流路の切換えを、排気熱回収器３５の暖機が終了した後に行われなければならない。

そのため、図３（ａ）に示すマップは、外気温に応じて冷却水温が４０℃に達するまでの時間、すなわち排気熱回収器３５の暖機が終了するまでの時間を予め定めており、エンジンＥＣＵ２１は、この待ち時間ｔを経過した後に排気ガスの流路をバイパス流路５６から熱交換用流路５７へ切換えることにより、冷却水温の上昇時間を短縮させている。

この待ち時間マップは、図３（ｂ）に示す外気温と排気熱回収器の暖機に必要な熱量との関係を表すマップと、図３（ｃ）に示す排気熱回収器の暖機に必要な熱量と待ち時間との関係を表すマップと、を合成することにより得られる。

図３（ｂ）に示す外気温Ｔｏと排気熱回収器３５の暖機に必要な熱量Ｑとの関係を表すマップにおいて、排気熱回収器３５の暖機に必要な熱量Ｑ［ｋＷ］は、以下の式により算出される。

Ｑ＝Ｃｐ × ρ × （Ｔｅｘ − Ｔｏ） （１）
ここで、Ｃｐは排気熱回収器３５を形成する材質の比熱、ρは排気熱回収器３５を形成する材質の密度、Ｔｅｘは排気ガスの温度、Ｔｏは外気温をそれぞれ表す。

また、図３（ｃ）の排気熱回収器３５の暖機に必要な熱量Ｑと待ち時間ｔとの関係を表すマップが示すように、排気熱回収器３５の暖機終了までにかかる時間は、排気熱回収器３５本体が４０℃に達するまでに必要とする熱量Ｑに比例する。排気熱回収器３５の暖機に必要な熱量Ｑと、待ち時間ｔとの関係は、予め排気熱回収器３５を単体で実験的に測定した結果などにより定められている。

図３（ｂ）に示すように、排気熱回収器３５の暖機終了までに必要な熱量Ｑ［ｋＷ］は、外気温Ｔｏが高くなるほど小さくなる。換言すれば、排気熱回収器３５の熱マスの影響は、外気温Ｔｏが高くなるほど小さくなる。したがって、図３（ａ）に示すように、エンジン２のクランク軸が回転を開始してから熱回収が開始されるまでの待ち時間ｔは、外気温Ｔｏが高いほど短くなるよう設定されている。

したがって、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ２１は、出力軸の回転開始が検知されたならば、待ち時間の経過後に排気ガスの流路を第２の流路から第１の流路に切換えるよう流路切換弁を制御する切換え制御手段を構成している。

ここで、外気温Ｔｏが所定値Ｔｏ_１以下であり、エンジン２において通常の暖機時よりも燃料が多く供給される寒冷時暖機運転を実行する場合には、冷却水温および排気ガスに供給される熱量が通常より多くなり、排気熱回収器３５本体の暖機に熱量が分配されても冷却水に分配される熱量に影響を与えなくなる。したがって、外気温Ｔｏが所定値Ｔｏ_１以下の場合には、エンジンＥＣＵ２１は、バイパス流路５６が閉じられるよう流路切換弁５８を制御し、熱交換用流路５７が排気ガスの流路となるようにする。本実施の形態においては、初期状態において流路切換弁５８が開かれ、排気ガスがバイパス流路５６を通過するようになっている。なお、これに限定されず、初期状態において流路切換弁５８が閉じられており、エンジン２のクランク軸の回転が開始されたとき、流路切換弁５８が開かれるようにしてもよい。

本実施の形態においては、外気温ＴｏがＴｏ_１＝１０℃以下の場合において、寒冷時暖機運転が実行されるものとする。したがって、図３（ａ）に示す待ち時間マップにおいて、外気温Ｔｏが１０℃以下の場合には、待ち時間ｔが０秒に定められており、この場合エンジンＥＣＵ２１は、エンジン２のクランク軸が回転を開始し待ち時間ｔが設定された時点で、排気ガスの流路が熱交換用流路５７となるよう流路切換弁５８を制御する。

同様に、ハイブリッド車両１の車室用のヒータがＯＮに設定されている場合においても、エンジン２により発生する熱量が通常より多くなるので、排気熱回収器３５本体の暖機に熱量が分配されても冷却水に分配される熱量に影響を与えなくなる。したがって、この場合においても、エンジンＥＣＵ２１は待ち時間ｔを０秒に設定するようになっている。

図１および図２に戻り、エンジンＥＣＵ２１は、回収器水温センサ２７により検出された水温が所定値以上となった場合には、排気ガスの流路を熱交換用流路５７からバイパス流路５６に切換えられるよう流路切換弁５８を制御するようになっている。

ここで、水温の所定値とは、冷却水温によるエンジン２の冷却効率が低下する値であり、予め実験的な測定により定められている。本実施の形態においては、水温の所定値は１００℃に設定されている。

図４は、本実施の形態に係る排気熱回収器の制御処理を説明するためのフローチャートである。

なお、以下の処理は、エンジンＥＣＵ２１を構成するＣＰＵによって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵによって処理可能なプログラムを実現する。

エンジンＥＣＵ２１は、まず、エンジン２の暖機前かつヒータがＯＦＦであるか否かを判断する（ステップＳ１１）。具体的には、エンジンＥＣＵ２１は、冷却水温センサ３８から冷却水温が７０℃未満であることを表す信号を受信し、かつ、図示しないエアコンＥＣＵからヒータＯＦＦを表す信号を受信したならば、エンジン２の暖機前かつヒータがＯＦＦであると判断する。なお、この初期状態において、流路切換弁５８は開かれているものとする。

エンジンＥＣＵ２１は、エンジン２の暖機前かつヒータがＯＦＦであると判断したならば（ステップＳ１１でＹｅｓ）、ステップＳ１２に移行する。一方、エンジンＥＣＵ２１は、エンジン２の暖機後か、あるいはヒータがＯＮであると判断した場合には（ステップＳ１１でＮｏ）、Ｒｅｔｕｒｎに進む。

なお、エンジンＥＣＵ２１は、エンジン２の暖機後か、あるいはヒータがＯＮである場合の流路切換弁５８を制御するための処理を実現するプログラムを、ここで説明する処理とは別に予めＲＯＭに記憶している。なお、この条件の処理は、例えば周知の処理が行われる。

次に、エンジンＥＣＵ２１は、熱回収開始時間を設定する（ステップＳ１２）。具体的には、エンジンＥＣＵ２１は、外気温センサ２８から外気温を表す信号を取得するとともに、ＲＯＭに記憶されている待ち時間マップを参照し、熱回収開始までの待ち時間ｔを設定する。

次に、エンジンＥＣＵ２１は、熱回収開始時間を経過したか否かを判断する（ステップＳ１３）。具体的には、エンジンＥＣＵ２１は、エンジン２のクランク軸の回転数が零より大きいことを表す信号をエンジン回転数センサ２９から取得した時点で、タイマによる計時を開始しており、この計時とステップＳ１２で算出した待ち時間ｔとの比較を行う。なお、本実施の形態においては、ステップＳ１１の時点でエンジン２のクランク軸の回転が開始されているものとする。

エンジンＥＣＵ２１は、タイマによる計時がステップＳ１２で設定した待ち時間ｔを経過したと判断したならば（ステップＳ１３でＹｅｓ）、ステップＳ１４に移行する。一方、タイマによる計時がステップＳ１２で設定した待ち時間ｔを経過していないと判断した場合には、このステップを繰り返す。

次に、エンジンＥＣＵ２１は、排気熱回収器３５における冷却水温が１００℃未満であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。具体的には、エンジンＥＣＵ２１は、回収器水温センサ２７から入力される信号に基づいて、排気熱回収器３５を通過した直後の冷却水温が１００℃未満であるか否かを判断する。エンジンＥＣＵ２１は、排気熱回収器３５を通過した直後の冷却水温が１００℃未満であると判断した場合には、ステップＳ１５に移行する。一方、排気熱回収器３５を通過した直後の冷却水温が１００℃以上であると判断した場合には、Ｒｅｔｕｒｎに進む。

次に、エンジンＥＣＵ２１は、熱回収を実行する（ステップＳ１５）。具体的には、エンジンＥＣＵ２１は、ＶＳＶ３６を介して流路切換弁５８を閉じて、排気ガスが熱交換用流路５７を通過するよう制御する。

以上のように、本発明の実施の形態に係る排気熱回収器の制御装置においては、エンジン２の始動時において、排気ガスの流路をバイパス流路５６とすることによりエンジン２で発生した熱量を排気熱回収器３５の暖機に分配させず、エンジン２から冷却水に直接分配させることによりエンジン２の暖機を促進できる。したがって、エンジン２の暖機終了を早く終了させ燃料消費量を減少させることができ、ハイブリッド車両１の燃費を向上させることが可能となる。

また、外気温Ｔｏが高いほど熱回収開始までの待ち時間ｔが短く設定されるので、外気温Ｔｏが高く排気熱回収器３５本体の暖機にかかる時間が短い場合に待ち時間ｔが必要以上に長く設定されることがなく、排気ガスの熱の利用効率を高めることが可能となる。

また、エンジン２において発生する熱量が増大される寒冷時の暖機運転においては、排気熱回収器３５に熱量を分配しても冷却水に分配する熱量を確保することが可能である。したがって、冷却水を温めエンジン２の暖機を促進させるとともに、排気ガスの熱回収を同時に開始することが可能となる。

また、エンジン２の冷却水温が高い場合には、排気ガスからエンジン２の冷却水に必要以上に行われて過度に温度上昇することを防止し、エンジン２の冷却効率が低下することを防止できる。

なお、以上の説明においては、エンジンＥＣＵ２１による待ち時間ｔの設定処理が、エンジン２のクランク軸の回転開始後に実行される場合について説明したが、これに限定されず、エンジンＥＣＵ２１は、エンジン２のクランク軸の回転が開始する前に予め待ち時間ｔを設定するようにしてもよい。

また、以上の説明においては、排気熱回収器の制御装置がハイブリッド車両に搭載される場合について説明したが、これに限定されず、エンジンのみを駆動源とする車両に搭載されてもよい。この場合にも、排気熱回収器３５本体の暖機にエンジンの熱が分配されることを防ぐので、冷却水温の上昇が促進され、エンジンの暖機運転が早く終了し、結果として燃料消費量を低減することができる。

以上のように、本発明に係る排気熱回収器の制御装置は、内燃機関の暖機運転に必要とする時間を短縮し、燃費を向上できるという効果を奏するものであり、暖機運転の終了時に停止あるいは出力の低減が実行されるエンジンを備えた車両に搭載される制御装置に有用である。

本発明の実施の形態に係る排気熱回収器の制御装置を搭載した車両を模式的に示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る排気熱回収システムの概略構成図である。 外気温と熱回収の開始時間との関係を定義した待ち時間マップを示す図である。 本実施の形態に係る排気熱回収器の制御処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ ハイブリッド車両
２ エンジン（内燃機関）
１０ 排気熱回収システム
１１ 第１モータジェネレータ
１２ 第２モータジェネレータ
１７ 電子スロットルバルブ
２１ エンジンＥＣＵ（制御装置、回転検知手段、待ち時間設定手段、切換え制御手段）
２２ ハイブリッドＥＣＵ
２６ 駆動輪
２７ 回収器水温センサ
２８ 外気温センサ
２９ エンジン回転数センサ（回転検知手段）
３０ 排気通路
３５ 排気熱回収器
３６ ＶＳＶ
３８ 冷却水温センサ
５４ ヒータ温水路
５６ バイパス流路（第２の流路）
５７ 熱交換用流路（第１の流路）
５８ 流路切換弁
６１ 内筒
６２ 外筒
６２Ａ 上流端
６２Ｂ 下流端
６３ シェル
６４ コニカル胴
６５ コニカル胴
６６ 排気ガス入口ヘッダ
６７ 排気ガス出口ヘッダ
６９ 冷却水管（熱交換器）
７０ 冷却水熱交換路
７２ 入口ポート
７３ 出口ポート

Claims (3)

1. 車両に搭載された内燃機関の排気通路上に配設され、前記内燃機関から排出される排気ガスと前記内燃機関の冷却水との間で熱交換が行われる熱交換器が設けられた第１の流路と、前記第１の流路をバイパスする第２の流路と、前記排気ガスの流路を前記第１の流路と前記第２の流路との間で切換えるための流路切換弁と、を有する排気熱回収器の制御装置であって、
   前記内燃機関の出力軸の回転を検知する回転検知手段と、
   前記車両の外気温を検知する外気温センサと、
   前記回転検知手段により前記出力軸の回転開始が検知されてから前記排気ガスの流路を切換えるまでの待ち時間を、前記外気温センサにより検知された外気温に応じて設定する待ち時間設定手段と、
   前記回転検知手段により前記出力軸の回転開始が検知されたならば、前記待ち時間の経過後に前記排気ガスの流路を前記第２の流路から前記第１の流路に切換えるよう前記流路切換弁を制御する切換え制御手段と、を備え、
   前記待ち時間設定手段が、前記外気温センサにより検知された外気温が高いほど前記待ち時間を短く設定することを特徴とする排気熱回収器の制御装置。
2. 前記待ち時間設定手段が、前記外気温センサにより検知された外気温が所定値以下である場合には、前記待ち時間を零に設定することを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収器の制御装置。
3. 前記排気熱回収器における冷却水温を検出する回収器水温センサをさらに備え、
   前記切換え制御手段が、前記回収器水温センサにより検出された水温が所定値以上である場合には、前記排気ガスの流路を前記第１の流路から前記第２の流路に切換えるよう前記流路切換弁を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気熱回収器の制御装置。

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