JP2012127323A - 車両の熱制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱材の発熱による触媒の加温と蓄熱材の吸熱による触媒の冷却とのいずれについても、的確に所望のタイミングにて速やかに実行できるようにする。
【解決手段】自動車には、内燃機関１の排気を浄化するための触媒３を加温したり冷却したりする熱制御装置４が設けられる。この熱制御装置は、低温での加水時に水分と反応して発熱する一方で高温時には脱水して吸熱を行う蓄熱材６を備える。そして、触媒３の加温のための蓄熱材６の発熱の要求、及び触媒３の冷却のための蓄熱材６の吸熱の要求がないときには、熱制御準備処理が実行される。同熱制御準備処理の実行を通じて、蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態とされる。このように蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにしておくことで、蓄熱材６の発熱による触媒３の加温と蓄熱材６の吸熱による触媒の冷却とのいずれについても、要求があったときに的確且つ速やかに実行される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の熱制御装置に関する。

内燃機関を搭載した自動車などの車両においては、同機関の排気系に設けられた触媒を速やかに活性温度以上とすべく、その触媒の加温を行う熱制御装置を採用することが考えられる。こうした熱制御装置としては、低温時の加水により水分と反応して発熱する一方で高温時には脱水して吸熱を行う蓄熱材を備え、その蓄熱材の発熱を通じて触媒の加温を行うものが開示されている。また、同装置では、内燃機関の排気の温度が高くなると、上記のように加水された状態の蓄熱材が排気の熱を受けて脱水し、それによって再び水分との反応による発熱が可能になる。なお、上記蓄熱材の脱水時には同蓄熱材への吸熱が行われるため、その吸熱を通じて触媒の冷却が行われるようになる。

ところで、蓄熱材の発熱による触媒の加温に関しては、同触媒の温度が低いときなど所望のタイミングで行えるようにすることが望まれている。このため、特許文献１に示されるように、蓄熱材に対する水分の出入りを禁止したり許可したりすべく開閉する開閉弁を設けることが考えられる。特許文献１では、蓄熱材が脱水状態にあるときに開閉弁を閉じて同蓄熱材に対する水分の出入りを禁止することで同蓄熱材を発熱可能な状態に保持し、その状態のもとで触媒の低温時など同触媒の加温を行いたい状況が生じたとき、開閉弁を開いて蓄熱材に対する水分の出入りを許可するようにしている。そして、このように開閉弁が開くことで蓄熱材が水分と反応して発熱し、その発熱を通じて触媒が加温されるようになる。

特開２００１−２８９０３９公報（段落［００４８］〜［００５１］、［００６０］〜［００６３］、［００６９］〜［００７１］）

特許文献１に示されるように、蓄熱材が脱水状態にあるときに開閉弁を閉じて同蓄熱材に対する水分の出入りを禁止し、触媒の加温を行いたい状況が生じたときに上記開閉弁を開いて蓄熱材に対する水分の出入りを許可することで、触媒の加温を行いたい状況のときに的確に蓄熱材の発熱を通じて触媒を加温することができるようにはなる。

ただし、触媒には過度の温度上昇を抑制すべく冷却したい要求もあり、そうした触媒の冷却を行いたい状況が生じたとき、特許文献１の技術を用いて的確に触媒の冷却を行うことができるか否かは不明である。むしろ、特許文献１には蓄熱材の吸熱を利用した触媒の冷却について何ら開示されていないことから、触媒の冷却については特許文献１の技術を用いただけでは所望のタイミングにて的確に実行することはできない可能性が高い。

例えば、内燃機関を高負荷運転させた直後に停止させ、更に同停止直後に再始動させるような場合、同機関の始動開始直後における排気の温度が過度に高くなることから、触媒における過度の温度上昇を抑制すべく同触媒を冷却することが好ましい。しかし、特許文献１の技術を用いただけでは、上記のような触媒を冷却したいタイミングにて同冷却を的確に実行できない可能性が高い。更に、触媒を冷却したいタイミングにて同冷却を的確且つ速やかに実行できないと、それに起因して触媒の熱劣化を招くおそれもある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄熱材の発熱による触媒の加温と蓄熱材の吸熱による触媒の冷却とのいずれについても、的確に所望のタイミングにて速やかに実行することのできる車両の熱制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、供給手段による反応器への水の供給を通じて反応器に収容された蓄熱材の発熱が制御される。また、回収手段による反応器からの水の回収を通じて反応器に収容された蓄熱材の吸熱が制御される。そして、蓄熱材の発熱及び吸熱の要求がないときには、同蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすべく供給手段及び回収手段が制御手段により制御される。このように蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすることで、蓄熱材の発熱による触媒の加温と蓄熱材の吸熱による触媒の冷却とのいずれについても、的確に所望のタイミングにて速やかに実行することができるようになる。すなわち、蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態のもと、触媒の加温のために蓄熱材の発熱が要求された場合、供給手段による反応器への水の供給を通じて蓄熱材が水分と反応して発熱し、その発熱を通じて触媒が的確に上記加温の要求されたタイミングにて速やかに加温される。一方、蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態のもと、触媒の冷却のために蓄熱材の吸熱が要求された場合、回収手段による反応器からの水の回収を通じて蓄熱材が脱水して吸熱し、その吸熱を通じて触媒が的確に上記冷却の要求されたタイミングにて速やかに加温される。

請求項２記載の発明によれば、運転中の内燃機関に対し停止要求がなされたとき、言い換えれば蓄熱材の発熱及び吸熱の要求が生じない状況のとき、蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすべく供給手段及び回収手段が制御される。このように蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすることで、内燃機関の次回の始動開始後における蓄熱材の発熱と吸熱とのいずれについても、要求があったときに速やかに実行することができる。

内燃機関の停止要求がなされたとき、同機関の排気の温度が予め定められた判定値以上といった高い値である場合には、次回の機関始動開始時に触媒の温度が同触媒の熱劣化を招くほど高くなるおそれがある。請求項３記載の発明によれば、運転中の内燃機関に対し停止要求がなされたとき、内燃機関の排気の温度が上記判定値以上であることを条件に、蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすべく供給手段及び回収手段が制御される。この場合、内燃機関の停止直後に再始動される場合など同機関の始動開始直後に触媒の温度が高くなって同触媒の熱劣化を招くおそれがあるような状況のもとでも、蓄熱材の吸熱による同触媒の冷却を速やかに行うことができる。従って、上述した状況のもとでの触媒の温度の過上昇が原因となって、触媒の熱劣化が生じることを抑制できる。

内燃機関の停止要求がなされたとき、同機関の排気の温度が上記判定値未満であるなど同排気の温度が低い場合には、次回の機関始動開始直後に触媒の温度が同触媒の排気浄化能力を適正に発揮できないほど低くなるおそれがある。請求項４記載の発明によれば、運転中の内燃機関に対し停止要求がなされたとき、内燃機関の排気の温度が上記判定値未満であることを条件に、蓄熱材が脱水完了状態となるようにすべく回収手段が制御される。この場合、内燃機関の始動開始直後に触媒の温度が同触媒の排気浄化能力を適正に発揮できないほど低くなる状況のもとでも、触媒に対し蓄熱材の発熱による最大限の加温を行うことができる。従って、上述した状況のもとで触媒の温度が低くなることが原因となって、触媒の排気浄化能力が適正レベル未満に低下することを抑制できる。

内燃機関の運転中に触媒が適温であれば、同触媒の温度を調節するための蓄熱材の発熱及び吸熱を行わなくてもよいため、蓄熱材の発熱及び吸熱の要求は生じない状況となる。請求項５記載の発明によれば、こうした蓄熱材の発熱及び吸熱の生じない状況のとき、蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすべく供給手段及び回収手段が制御される。このように蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにしておくことで、内燃機関の運転中における蓄熱材の発熱と吸熱とのいずれについても、要求があったときに速やかに実行することができる。

なお、蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにする際、蓄熱材が脱水完了状態であって脱水に伴う吸熱を行うことが不可能な状態であるときには、請求項６記載の発明のように、反応器への水の供給が行われるよう制御手段を通じて供給手段が制御されることで、同蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすることが実現される。

一方、蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにする際、蓄熱材が加水完了状態であって水分との反応による発熱を行うことが不可能な状態であるときには、請求項７記載の発明のように、反応器からの水の回収が行われるよう制御手段を通じて回収手段が制御されることで、同蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすることが実現される。

第１実施形態における熱制御装置の全体構成を示す略図。 水タンクから反応器への水の供給量、及び、反応器から水タンクへの水の回収量の算出手順を示すフローチャート。 熱制御装置での蓄熱材の発熱及び吸熱の制御手順を示すフローチャート。 熱制御装置での蓄熱材の発熱及び吸熱の制御手順を示すフローチャート。 熱制御準備処理の実行手順を示すフローチャート。 第２実施形態における熱制御装置の全体構成を示す略図。

［第１実施形態］
以下、本発明を自動車の熱制御装置に具体化した第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

図１に示されるように、自動車に搭載される内燃機関１の排気系には、同機関１に接続される排気管２と、その排気管２を通過する排気を浄化するための触媒３とが設けられている。そして、内燃機関１の排気は、排気管２を通じて触媒３に流れ込み、同触媒３にて浄化された後に外部に放出される。ちなみに、上記触媒３は、その温度を活性温度以上としたときに必要な排気浄化能力を発揮するようになる。なお、上記活性温度とは、触媒３の排気浄化能力を必要最小レベルとし得る同触媒３の温度のことである。

また、自動車には、触媒３を加温したり冷却したりするための熱制御装置４が設けられている。この熱制御装置４は、排気管２における触媒３の上流部分の周囲に設けられた反応器５を備えている。反応器５の内部には、水酸化カルシウム等の蓄熱材６が収容されている。この蓄熱材６は、低温での加水時に水分と反応して発熱する一方、高温時には脱水して吸熱を行う。反応器５には、水タンク７内の水を同反応器５の内部に送るための供給管８、及び、反応器５の内部に存在する水や水蒸気を水タンク７に戻すための排出管９が接続されている。

熱制御装置４の供給管８には開閉弁１０が設けられている。この開閉弁１０を開くと、水タンク７から反応器５への供給管８を介しての水の流れが許容され、開閉弁１０を閉じると水タンク７から反応器５への供給管８を介しての水の流れが遮断される。そして、反応器５内の蓄熱材６が脱水状態にあるとき、開閉弁１０が開いて水タンク７の水が供給管８を介して反応器５に送られると、上記蓄熱材６が水分と反応して発熱する。この蓄熱材６の発熱を利用して、内燃機関１の排気管２における反応器５に対応する部分が加温される。このように排気管２の反応器５に対応する部分が加温されると、同部分を通過する排気の温度が上昇し、その温度上昇した排気が触媒３に流れて同触媒３が加温される。

また、上記熱制御装置４の排出管９には開閉弁１１が設けられている。この開閉弁１１を開くと反応器５から水タンク７への排出管９を介しての水や水蒸気の流れが許容され、開閉弁１１を閉じると反応器５から水タンク７への排出管９を介しての水や水蒸気の流れが遮断される。そして、蓄熱材６の加水状態にあって、排気管２を通過する排気の温度が高くなって同排気の熱が反応器５内の蓄熱材６に付与されている状況のもと、閉じられた状態にある開閉弁１０，１１のうち開閉弁１１が開かれると、蓄熱材６からの脱水が行われるとともに及び同脱水に伴う蓄熱材６への吸熱が行われる。この蓄熱材６への吸熱に基づいて排気管２における反応器５に対応する部分が冷却される。このように排気管２における反応器５に対応する部分が冷却されると、同部分を通過する排気の温度が低下し、その温度低下した排気が触媒３に流れて同触媒３が冷却される。なお、上記脱水により蓄熱材６から分離した水は、排出管９を通じて水タンク７へと回収される。

次に、上記熱制御装置４の電気的構成について説明する。
この熱制御装置４は、内燃機関１に関する各種運転制御等を実施する電子制御装置２１を備えている。同電子制御装置２１には、上記制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等が設けられている。

電子制御装置２１の入力ポートには、以下に示す各種センサ等が接続されている。
・内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ２２。
・内燃機関１の回転速度を検出するためのクランクポジションセンサ２３。

・内燃機関１の排気系における触媒３入口の排気温を検出する排気温センサ２４。
・供給管８における水の流量を検出する流量センサ２５。
・供給管８における水の温度を検出する温度センサ２６。

・排出管９における水の流量を検出する流量センサ２７。
・排出管９における水の温度を検出する温度センサ２８。
・水タンク７の水量を検出する水量センサ２９。

また、電子制御装置２１の出力ポートには、内燃機関１を運転制御するための各種機器の駆動回路が接続される他、開閉弁１０の駆動回路、及び開閉弁１１の駆動回路といった各種の駆動回路等が接続されている。

そして、電子制御装置２１は、上記各種センサから入力した検出信号に基づき、機関回転速度及び機関負荷（内燃機関１の１サイクル当たりに燃焼室に吸入される空気の量）といった機関運転状態を把握するとともに、熱制御装置４における水タンク７に対する水の出入りや温度の状態を把握する。電子制御装置２１は、機関負荷や機関回転速度といった機関運転状態、熱制御装置４における水タンク７の水量、及び同水タンク７に対する水の出入りや温度等に応じて、上記出力ポートに接続された各種駆動回路に指令信号を出力する。こうして内燃機関１における燃料噴射量制御や点火時期制御等の各種運転制御や、開閉弁１０及び開閉弁１１の駆動制御が電子制御装置２１を通じて実施される。

次に、水タンク７から反応器５への水の供給量の算出、及び、反応器５から水タンク７への水の回収量の算出について、供給量・回収量算出ルーチンを示す図２のフローチャートを参照して説明する。この供給量・回収量算出ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

同ルーチンにおいては、流量センサ２５によって検出される供給管８での水の流量に基づいて、水タンク７から反応器５に供給された水の供給量Ａｗが算出される（Ｓ１０１）。詳しくは、流量センサ２５によって検出される供給管８での水の流量に基づき、同ルーチンの前回の実行から今回の実行までに供給管８を流れた水の量を算出し、その水の量を算出毎に累積した値が上記供給量Ａｗとされる。なお、上述したように算出された供給量Ａｗは、その算出毎に電子制御装置２１の不揮発性のＲＡＭに記憶される。そして、次回の上記累積の際には同ＲＡＭに記憶された供給量Ａｗが用いられる。

続いて、流量センサ２７によって検出される排出管９での水の流量に基づいて、反応器５から水タンク７へと回収される水の回収量Ｒｗが算出される（Ｓ１０２）。詳しくは、流量センサ２７によって検出される排出管９での水の流量に基づき、同ルーチンの前回の実行から今回の実行までに排出管９を流れた水の量を算出し、その水の量を算出毎に累積した値が上記回収量Ｒｗとされる。なお、上述したように算出された回収量Ｒｗは、その算出毎に電子制御装置２１の不揮発性のＲＡＭに記憶される。そして、次回の上記累積の際には同ＲＡＭに記憶された回収量Ｒｗが用いられる。

同ルーチンにおいて、Ｓ１０３及びＳ１０３の処理は、上述したように不揮発性のＭＲＡＭに記憶された供給量Ａｗ及び回収量Ｒｗを初期値「０」にリセットするためのものである。この一連の処理では、水量センサ２９によって検出される水タンク７の水量が予め定められた最大値であるか否かが判断され（Ｓ１０３）、ここで肯定判定であるときに上記不揮発性のＲＡＭに記憶された供給量Ａｗ及び回収量Ｒｗがそれぞれ初期値「０」とされる（Ｓ１０４）。

次に、熱制御装置４での蓄熱材６の発熱及び吸熱の制御について、熱制御ルーチンを示す図３及び図４のフローチャートを参照して説明する。この熱制御ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

同ルーチンにおいては、まず蓄熱材６の発熱要求があるか否かが判断される（図３のＳ２０１）。こうした蓄熱材６の発熱要求は、内燃機関１の冷間始動の開始直後など触媒３の温度が上記活性温度未満であるときになされる。なお、触媒３の温度については、排気温センサ２４によって検出される触媒３入口の排気の温度、機関運転状態から求められる内燃機関１の燃料噴射量の指令値、及び、エアフローメータ２２によって検出される内燃機関１の吸入空気量等から推定することが可能である。

そして、触媒３の温度が活性温度未満であることに基づき蓄熱材６の発熱要求がなされると、上記Ｓ２０１の処理で肯定判定がなされて触媒３を加温するための処理（Ｓ２０２〜Ｓ２０５）が実行される。この一連の処理では、蓄熱材６が発熱可能であるか否かが判断される（Ｓ２０２）。ここでは、蓄熱材６が加水完了状態でないことを条件に、蓄熱材６が発熱可能である旨判断されて肯定判定がなされる。なお、蓄熱材６が加水完了状態であるか否かの判断については、電子制御装置２１の不揮発性のＲＡＭに記憶された供給量Ａｗ及び回収量Ｒｗ、並びに水量センサ２９により検出される水タンク７の水量に基づいて行うことが可能である。

Ｓ２０２で肯定判定がなされると、温度センサ２６によって検出される供給管８内の水温が予め定められた規定値以上であるか否かが判断される（Ｓ２０３）。このときの規定値としては、例えば供給管８内の水が凍結することのない値が用いられる。従って、Ｓ２０３で肯定判定であるときには、供給管８内での水の凍結により同供給管８を通じての反応器５への水の供給を行えないという状況ではないことを意味する。そして、Ｓ２０３で肯定判定がなされると、開閉弁１１を閉じた状態としつつ開閉弁１０を開いて水タンク７から反応器５に水が供給される（Ｓ２０４）。その結果、反応器５内の蓄熱材６が水分と反応して発熱し、その発熱を利用して触媒３の加温が行われる。

なお、Ｓ２０２とＳ２０３とのいずれかで否定判定がなされた場合、言い換えれば蓄熱材６が加水完了状態であって水分との反応による発熱が不可能なときや、供給管８の凍結によって蓄熱材６の水分との反応による発熱が不可能なときには、熱制御装置４による触媒３の加温とは別の触媒温度上昇制御が実行される（Ｓ２０５）。こうした触媒温度上昇制御としては、例えば内燃機関１の点火時期遅角が考えられる。このように点火時期を遅角させることにより、内燃機関の排気温度が上昇して触媒３の温度上昇が図られるようになる。

一方、Ｓ２０１の処理で蓄熱材６の発熱要求がない旨判断されると、同蓄熱材６の吸熱要求があるか否かが判断される（Ｓ２０６）。こうした蓄熱材６の吸熱要求は、内燃機関１の高負荷運転時など、同機関１の排気の温度が高くなって触媒３の温度が許容上限値以上になるおそれのあるときになされる。そして、触媒３の温度が許容上限値以上になるおそれのある状況であることに基づき蓄熱材６の吸熱要求がなされると、上記Ｓ２０６の処理で肯定判定がなされて触媒３を冷却するための処理（Ｓ２０７〜Ｓ２０９）が実行される。この一連の処理では、蓄熱材６が吸熱可能であるか否かが判断される（Ｓ２０７）。ここでは、蓄熱材６が脱水完了状態でないことを条件に、蓄熱材６が吸熱可能である旨判断されて肯定判定がなされる。なお、蓄熱材６が脱水完了状態であるか否かの判断については、電子制御装置２１の不揮発性のＲＡＭに記憶された供給量Ａｗ及び回収量Ｒｗ、並びに水量センサ２９により検出される水タンク７の水量に基づいて行うことが可能である。

Ｓ２０７で肯定判定がなされると、温度センサ２８によって検出される排出管９内の水温が予め定められた規定値以上であるか否かが判断される（Ｓ２０８）。このときの規定値としては、例えば排出管９内の水が凍結することのない値が用いられる。従って、Ｓ２０８で肯定判定であるときには、排出管９内での水の凍結により同排出管９を通じての反応器５から水タンク７への水の回収を行えないという状況ではないことを意味する。そして、Ｓ２０８で肯定判定がなされると、開閉弁１０を閉じた状態としつつ開閉弁１１を開いて反応器５から水タンク７に水が回収される（Ｓ２０９）。詳しくは、排気管２を通過する高温の排気からの熱が加水状態にある蓄熱材６に付与されている状況のもと、上記のように開閉弁１１が開かれると、蓄熱材６からの脱水が行われるとともに及び同脱水に伴う蓄熱材６への吸熱が行われる。この蓄熱材６への吸熱を利用して触媒３の冷却が行われるとともに、同蓄熱材６から離脱した水が排出管９を介して水タンク７に回収される。

また、上記Ｓ２０６の処理で蓄熱材６の吸熱要求がない旨判断されると、言い換えれば蓄熱材６の吸熱要求がなく且つ発熱要求もない状況のもとでは、同蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすべく、図４のＳ２１０以降の処理が行われる。

この一連の処理では、まず内燃機関１の停止過程であるか否かの判断に用いられるフラグＦが０（機関停止過程でない）であるか否かが判断される（Ｓ２１０）。ここで肯定判定であれば、例えば運転者によるイグニッションスイッチのオフ操作の有無等に基づき内燃機関１の停止要求があるか否かが判断される（２１１）。そして、内燃機関１の停止要求がない旨判断されると、蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにするための熱制御準備処理が実行される（Ｓ２１２）。こうした熱制御準備処理により、蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにしておくことで、蓄熱材６の発熱による触媒３の加温と蓄熱材６の吸熱による触媒３の冷却とのいずれについても、的確に所望のタイミングにて速やかに実行することができるようになる。

一方、Ｓ２１１の処理で内燃機関１の停止要求がある旨判断されると、フラグＦが「１（機関停止過程）」に設定される（Ｓ２１３）。なお、内燃機関１の停止要求がなされたとき、それまでに蓄熱材６の発熱要求や吸熱要求がなされている場合、それら発熱要求や吸熱要求に基づく無駄な蓄熱材６の発熱や吸熱の実行を回避することを意図して、上記発熱要求や上記吸熱要求が取り消されることとなる。そして、Ｓ２１３の処理の実行後には、排気温センサ２４によって検出される排気の温度が所定値以上であるか否かが判断される（Ｓ２１４）。このときの所定値としては、例えば、次回の機関始動開始時に触媒３の温度が同触媒３の熱劣化を招くおそれがあるほど高い値（以下、熱劣化判定値という）が用いられる。Ｓ２１４で肯定判定であれば、上記と同様、熱制御準備処理が実行される（Ｓ２１２）。

そして、熱制御準備処理による熱制御の準備が完了すると（Ｓ２１５：ＹＥＳ）、すなわち蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすることが完了すると、フラグＦが「０」に設定され（Ｓ２２０）、その後に内燃機関１が停止される（Ｓ２２１）。上述したように内燃機関１の停止要求がなされてから、上記熱制御準備処理を実行して蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにしておくことで、内燃機関１の停止直後の再始動により触媒３の熱劣化を招くほど同触媒３の温度が高くなる状況のとき、蓄熱材６の吸熱による同触媒３の冷却を速やかに行うことができる。

また、Ｓ２１４において、排気温センサ２４により検出される排気の温度が所定値（熱劣化判定値）未満である旨判断されると、蓄熱材６が脱水完了状態であるか否かが判断される（Ｓ２１６）。ここで否定判定であれば、上記Ｓ２０８（図３）と同様、排出管９内の水温が予め定められた規定値以上であるか否かが判断される（Ｓ２１８）。そして、Ｓ２１８の処理で肯定判定であって、排出管９内での水の凍結により同排出管９を通じての反応器５から水タンク７への水の回収を行えないという状況ではない場合、開閉弁１０を閉じた状態としつつ開閉弁１１を開いて反応器５から水タンク７に水が回収される（Ｓ２１９）。詳しくは、排気管２を通過する排気からの熱が上記蓄熱材６に付与されることにより、蓄熱材６からの脱水が行われるとともに、同蓄熱材６から離脱した水が水タンク７に回収される。

このように蓄熱材６からの脱水が行われることで同蓄熱材６が脱水完了状態になると、Ｓ２１６の処理で肯定判定がなされるようになる。ここで肯定判定がなされると、開閉弁１０と開閉弁１１とが共に閉じられた状態とされることで、水タンク７から反応器５への水の供給、及び同反応器５から水タンク７への水の回収が共に停止される（Ｓ２１７）。これにより、蓄熱材６が脱水完了状態に保持され、その状態のまま内燃機関１が停止されることとなる。なお、内燃機関１の停止要求がなされたとき、排気の温度が熱劣化判定値未満になるほど低い場合には、次回の内燃機関１の始動開始直後に触媒３の温度が同触媒３の排気浄化能力を適正に発揮できないほど低く値（活性温度未満の値）になるおそれがある。しかし、上述したように蓄熱材６が脱水完了状態に保持されているため、内燃機関１の始動開始直後に触媒３の温度が同触媒３の排気浄化能力を適正に発揮できないほど低い値になる状況において、触媒３に対し蓄熱材６の発熱による最大限の加温を行うことができるようになる。

次に、上記熱制御準備処理（Ｓ２１２）の詳細について、熱制御準備ルーチンを示す図５のフローチャートを参照して説明する。この熱制御準備ルーチンは、熱制御ルーチンのＳ２１２に進む毎に、電子制御装置２１を通じて実行される。

熱制御準備ルーチンにおいては、図３のＳ２０２と同様の蓄熱材６が発熱可能であるか否かの判断（Ｓ３０１）や、図３のＳ２０７と同様の蓄熱材６が吸熱可能であるか否かの判断（Ｓ３０２）が行われる。そして、図５のＳ３０１及びＳ３０２で共に肯定判定がなされると、開閉弁１０と開閉弁１１とが共に閉じられた状態とされることで、水タンク７から反応器５への水の供給、及び同反応器５から水タンク７への水の回収が共に停止される（Ｓ３０７）。これにより蓄熱材６は発熱と吸熱との両方を実行可能な状態に保持されることとなる。

上記Ｓ３０１で否定判定がなされた場合、すなわち蓄熱材６が加水完了状態であって発熱不可能な場合、図３のＳ２０８及びＳ２０９と同様の処理（Ｓ３０３、Ｓ３０４）が実行される。すなわち、温度センサ２８によって検出される排出管９内の水温が予め定められた規定値以上であることを条件に（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、開閉弁１０を閉じた状態としつつ開閉弁１１を開いて反応器５から水タンク７に水が回収される（Ｓ３０４）。詳しくは、排気管２を通過する排気からの熱が上記蓄熱材６に付与されることにより、蓄熱材６からの脱水が行われるとともに、同蓄熱材６から離脱した水が水タンク７に回収される。このように蓄熱材６からの脱水が行われることで、次回以降のＳ３０１の処理で肯定判定がなされるようになる。

上記Ｓ３０２で否定判定がなされた場合、すなわち蓄熱材６が脱水完了状態であって吸熱不可能な場合、図３のＳ２０３及びＳ２０４と同様の処理（Ｓ３０５、Ｓ３０６）が実行される。すなわち、温度センサ２６によって検出される供給管８内の水温が予め定められた規定値以上であることを条件に（Ｓ３０５：ＹＥＳ）、開閉弁１１を閉じた状態としつつ開閉弁１０を開いて水タンク７から反応器５に水が供給される（Ｓ２０４）。これにより、反応器５内の蓄熱材６に対する加水が行われるため、次回以降のＳ３０２の処理で肯定判定がなされるようになる。

なお、上記Ｓ３０４もしくは上記Ｓ３０５で否定判定がなされた場合、排出管９や供給管８での水の凍結により、水タンク７から反応器５への水の供給や同反応器５から水タンク７への水の回収が行えないおそれがある。このため、こうした場合にも、Ｓ３０７の処理を通じて水タンク７から反応器５への水の供給、及び同反応器５から水タンク７への水の回収が共に停止される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）蓄熱材６の発熱及び吸熱の要求がないとき、言い換えれば触媒３の温度が適温であるときには、熱制御準備処理（図４のＳ２１２）が実行される。この熱制御準備処理を通じて、蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態とすることができる。このように蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにしておくことで、蓄熱材６の発熱による触媒３の加温と蓄熱材６の吸熱による触媒３の冷却とのいずれについても、的確に所望のタイミングにて速やかに実行することができるようになる。すなわち、蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態のもと、触媒３の加温のために蓄熱材６の発熱が要求された場合、反応器５への水の供給を通じて蓄熱材６が水分と反応して発熱し、その発熱を通じて触媒３が的確に上記加温の要求されたタイミングにて速やかに加温される。一方、蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態のもと、触媒３の冷却のために蓄熱材６の吸熱が要求された場合、反応器５からの水の回収を通じて蓄熱材６が脱水して吸熱し、その吸熱を通じて触媒３が的確に上記冷却の要求されたタイミングにて速やかに加温されるようになる。

（２）上記熱制御準備処理は、運転中の内燃機関１に対し停止要求がなされたときに実行される。同熱制御準備処理を通じて蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすることで、内燃機関１の次回の始動開始後における蓄熱材６の発熱と吸熱とのいずれについても、要求があったときに速やかに実行することができる。

（３）上記熱制御準備処理は、内燃機関１に対し停止要求がなされたとき、同機関１の排気の温度が所定値（劣化判定値）以上であることを条件に実行される。内燃機関１の停止要求がなされたとき、同機関１の排気の温度が熱劣化判定値以上といった高い値である場合には、次回の内燃機関１の始動開始時に触媒３の温度が同触媒３の熱劣化を招くほど高くなるおそれがある。しかし、上記条件のもとで熱制御準備処理を実行することにより、内燃機関１の停止直後に再始動される場合など同機関１の始動開始直後に触媒３の温度が高くなって同触媒３の熱劣化を招くおそれがあるような状況のもとでも、蓄熱材６の吸熱による同触媒３の冷却を速やかに行うことができる。従って、上述した状況のもとでの触媒３の温度の過上昇が原因となって、触媒３の熱劣化が生じることを抑制できる。

（４）内燃機関１の停止要求がなされたとき、同機関１の排気の温度が所定値（熱劣化判定値）未満である場合には、次回の機関始動開始直後に触媒３の温度が同触媒３の排気浄化能力を適正に発揮できないほど低い値（活性温度未満の値）になるおそれがある。このため、運転中の内燃機関１に対し停止要求がなされたとき、同機関の排気の温度が上記熱劣化判定値未満である場合には、蓄熱材６が脱水完了状態となるようにされる。そして、蓄熱材６を脱水完了状態に保持してから内燃機関１が停止される。この場合、内燃機関１の始動開始直後に触媒３の温度が同触媒３の排気浄化能力を適正に発揮できないほど低い値になる状況のもとでも、触媒３に対し蓄熱材６の発熱による最大限の加温を行うことができる。従って、上述した状況のもとで触媒３の温度が低くなることが原因となって、触媒３の排気浄化能力が適正レベル未満に低下することを抑制できる。

（５）上記熱制御準備処理は、内燃機関１の運転中において、触媒３が適温であれば、言い換えれば同触媒３の温度を調節するための蓄熱材６の発熱及び吸熱の要求がないときであれば実行される。この熱制御準備処理を通じて、内燃機関の運転中、蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすることができる。このように蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにしておくことで、内燃機関１の運転中における蓄熱材６の発熱と吸熱とのいずれについても、要求があったときに速やかに実行することができる。

（６）蓄熱材６が加水完了状態であって水分との反応による発熱が不可能なときや、供給管８の凍結によって蓄熱材６の水分との反応による発熱が不可能なときには、熱制御装置４による触媒３の加温とは別の触媒温度上昇制御が実行される。こうした触媒温度上昇制御を実行することにより、熱制御装置４における蓄熱材６の発熱による触媒３の加温を行えない状況のもとでも、同触媒３の温度を上昇させることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図６に基づき説明する。
この実施形態は、上記熱制御準備処理において、蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能となるよう同蓄熱材６に対し加水や脱水を行うに当たり、それら加水や脱水による蓄熱材６の発熱や吸熱に伴い触媒３が不必要に加温されたり冷却されたりしないようにするものである。これを実現するため、本実施形態の熱制御装置４は、蓄熱材６への加水により生じる温熱や同蓄熱材６からの脱水に伴う吸熱により生じる冷熱が、排気管２における触媒３の上流と外部放熱器とのうちのいずれかに付与されるよう、それら熱の伝達経路を切り換え可能な構造を有している。

上記熱制御装置４は、図６に示されるように、排気管２における触媒３の上流部分の周囲に設けられた熱交換器３２と、その熱交換器３２とは別の場所に設けられた反応器５とを備えている。更に、熱制御装置４には、水などの熱媒体を循環させて上記熱交換器３２及び上記反応器５を通過させることで、反応器５の蓄熱材６と熱交換器３２との間での上記熱媒体を用いた温熱及び冷熱のやり取りを行う循環回路３３が設けられている。

循環回路３３における反応器５の上流には、同回路３３にて熱媒体を常に循環させるべく駆動されるポンプ３４が設けられている。循環回路３３におけるポンプ３４の下流側は、反応器５の内部を通過した後、切換弁３５にて上記熱交換器３２を通過する経路３３ａと外部放熱器３６を通過する経路３３ｂとの二つに分岐している。また、経路３３ａと経路３３ｂとは熱交換器３２及び外部放熱器３６の下流で一つに合流した後、上記ポンプ３４に繋がっている。循環回路３３における上記切換弁３５は、電子制御装置２１による駆動制御を通じて切り換え動作されることで、循環回路３３内で循環する熱媒体の循環経路を、経路３３ａと経路３３ｂとのうちのいずれか一方に切り換える。なお、循環回路３３内で循環する熱媒体の循環経路としては、通常は経路３３ａが選択されている。

反応器５において蓄熱材６からの発熱が行われると、循環回路３３における反応器５の内部を通過する熱媒体と上記蓄熱材６との間での熱交換を通じて、その熱媒体が加温されて同熱媒体の温度が上昇する。こうして温度上昇した熱媒体が経路３３ａの熱交換器３２を通過するとき、同熱媒体と排気管２における触媒３の上流部分との間での熱交換が行われることにより、排気管２における触媒３の上流部分が加温され、ひいては触媒３が加温される。

また、反応器５において蓄熱材６への吸熱が行われると、循環回路３３における反応器５の内部を通過する熱媒体と上記蓄熱材６との間での熱交換を通じて、その熱媒体が冷却されて同熱媒体の温度が低下する。こうして温度低下した熱媒体が経路３３ａの熱交換器３２を通過するとき、同熱媒体と排気管２における触媒３の上流部分との間での熱交換が行われることにより、排気管２における触媒３の上流部分が冷却され、ひいては触媒３が冷却される。

この熱制御装置４では、蓄熱材６の発熱に基づく触媒３の加温、及び、蓄熱材６への吸熱に基づく触媒３の冷却が、循環回路３３を循環する熱媒体を通じて行われるようになる。また、蓄熱材６の発熱時に、循環回路３３内で循環する熱媒体の循環経路として経路３３ｂが選択されるよう切換弁３５を切り換え動作させれば、蓄熱材６との熱交換によって温度上昇した熱媒体が外部放熱器３６を通過するようになるため、その外部放熱器３６にて熱媒体の温熱や冷熱を外部に放出することが可能になる。このとき、循環回路３３内の循環する熱媒体が経路３３ａ（熱交換器３２）を通過することはないため、同熱媒体の温熱や冷熱が排気管２における触媒３の上流部分、ひいては触媒３に付与されて同触媒３の加温や冷却が行われることもない。

以上から分かるように、この熱制御装置４では、切換弁３５の切り換え動作を通じて、蓄熱材６にて発生した温熱や冷熱を排気管２における触媒３の上流部分と外部放熱器３６とのいずれかに付与されるよう、それら熱の伝達経路を切り換えることが可能となっている。従って、上記熱制御準備処理において、蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能となるよう同蓄熱材６に対し加水や脱水を行うに当たり、それら加水や脱水による蓄熱材６の発熱や吸熱に伴って温熱や冷熱が生じる際、それら温熱や冷熱が外部放熱器３６に付与されるよう、それら熱の伝達経路を上記切換弁３５によって切り換えることが可能になる。

（７）上記熱制御準備処理において、蓄熱材６を発熱と吸熱との両方が可能となるよう同蓄熱材６に対し加水や脱水を行うに当たり、それに伴って蓄熱材６にて温熱や冷熱が生じたとしても、それら温熱や冷熱が外部放熱器３６に付与されるよう切換弁３５を切り換え動作させることが可能になる。このように切換弁３５を切り換え動作させることで、上記温熱や上記冷熱が触媒３に付与されることを抑制でき、それら温熱や冷熱の付与に伴い触媒３が不必要に加温されたり冷却されたりすることを抑制できる。

［その他の実施形態］
なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・熱制御準備処理については、内燃機関１の停止要求がなされていない運転中と同機関１の停止指令がなされたときとのいずれか一方のみ実行してもよい。

・内燃機関１の停止指令がなされたとき、同機関１の排気の温度に関係なく熱制御準備処理を実行してもよい。
・内燃機関１の停止要求がなされたときの同機関１の排気の温度が所定値（熱劣化判定値）未満である場合に、必ずしも蓄熱材６を脱水完了状態とする必要はない。

・反応器５を触媒３の周囲に設け、蓄熱材６の発熱及び吸熱を直接的に触媒３の加温及び冷却に用いてもよい。
・蓄熱材６として、水酸化マグネシウムなどの水酸化カルシウム以外の物質を用いてもよい。

１…内燃機関、２…排気管、３…触媒、４…熱制御装置、５…反応器、６…蓄熱材、７…水タンク（供給手段、回収手段）、８…供給管（供給手段）、９…排出管（回収手段）、１０…開閉弁（供給手段）、１１…開閉弁（回収手段）、２１…電子制御装置（制御手段）、２２…エアフローメータ、２３…クランクポジションセンサ、２４…排気温センサ、２５…流量センサ、２６…温度センサ、２７…流量センサ、２８…温度センサ、２９…水量センサ、３２…熱交換器、３３…循環回路、３３ａ…経路、３３ｂ…経路、３４…ポンプ、３５…切換弁、３６…外部放熱器。

Claims (7)

1. 低温時の加水により水分と反応して発熱する一方で高温時には脱水して吸熱を行う蓄熱材が収容された反応器を備え、前記蓄熱材の発熱を通じて内燃機関の排気系に設けられた触媒の加温を行い、前記蓄熱材の吸熱を通じて前記触媒の冷却を行う車両の熱制御装置において、
   前記蓄熱材の発熱を制御すべく前記反応器への水の供給を制御する供給手段と、
   前記蓄熱材の吸熱を制御すべく前記反応器からの水の回収を制御する回収手段と、
   前記蓄熱材の発熱及び吸熱の要求がないとき、同蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすべく前記供給手段及び前記回収手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両の熱制御装置。
2. 前記制御手段は、運転中の内燃機関に対し停止要求がなされたとき、前記蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすべく前記供給手段及び前記回収手段を制御する
   請求項１記載の車両の熱制御装置。
3. 前記制御手段は、運転中の内燃機関に対し停止要求がなされたとき、内燃機関の排気の温度が予め定められた判定値以上であることを条件に、前記蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすべく前記供給手段及び前記回収手段を制御する
   請求項２記載の車両の熱制御装置。
4. 前記制御手段は、運転中の内燃機関に対し停止要求がなされたとき、内燃機関の排気の温度が前記判定値未満であることを条件に、前記蓄熱材が脱水完了状態となるようにすべく前記回収手段を制御する
   請求項３記載の車両の熱制御装置。
5. 前記制御手段は、内燃機関の運転中であって前記触媒が適温であるとき、前記蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにすべく前記供給手段及び前記回収手段を制御する
   請求項１記載の車両の熱制御装置。
6. 前記制御手段は、前記蓄熱材が脱水完了状態であって脱水に伴う吸熱を行うことが不可能な状態であるとき、前記反応器への水の供給が行われるよう前記供給手段を制御することで、同蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにする
   請求項１記載の車両の熱制御装置。
7. 前記制御手段は、前記蓄熱材が加水完了状態であって水分との反応による発熱を行うことが不可能な状態であるとき、前記反応器からの水の回収が行われるよう前記回収手段を制御することで、同蓄熱材を発熱と吸熱との両方が可能な状態となるようにする
   請求項１記載の車両の熱制御装置。

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