JP4883324B2 - 車両用熱交換システム - Google Patents

Description

本発明は、排気熱を回収する排気熱回収器を備えた車両用熱交換システムに関する発明である。

近年、車両のエンジンの排気系から排気熱を回収して、この排気熱を暖機促進等に利用する技術が種々提案されている。このような技術として、ヒートパイプの原理を利用した排気熱回収器が知られており、例えば、特許文献１には、エンジン排気管内にヒートパイプの蒸発部を配設するとともに、エンジンの冷却水通路内にヒートパイプの凝縮部を配設して、排気熱をヒートパイプの蒸発部で回収して該ヒートパイプの凝縮部でエンジン冷却水を加熱する技術が開示されている。
特開２００７−３３２８５７号公報

ところで、排気熱回収器は、前述したようにエンジンから排出される排気熱を回収してエンジン冷却水との間で熱交換を行うことで暖機促進等に利用されているが、排気熱回収器が暖機されていないと、排気熱回収器自体の暖機のためにエンジン冷却水の熱が奪われてしまう。例えば、エンジン始動時のように排気熱回収器が冷えているときには、排気熱回収器の暖機のために該排気熱回収器内でエンジン冷却水の熱が奪われてエンジン側へ循環されてしまい、結果としてエンジン等の暖機が遅れてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、排気熱回収器自体の暖機のために内燃機関（エンジン）等の暖機が遅れてしまうことを防止できて、内燃機関等の早期暖機の要求を満たすことができる車両用熱交換システムを提案することにある。

そこで、本願の請求項１に係る発明は、内燃機関から排出された排ガスと内燃機関の冷却液とを熱交換させることで排気熱を回収する排気熱回収器と、内燃機関及び排気熱回収器へ冷却液を循環させる機関循環経路と、排気熱回収器をバイパスして冷却液を循環させるバイパス循環経路と、排気熱回収器及びバイパス循環経路のいずれか一方へ循環経路を切り替える切替弁とを備えた車両用熱交換システムの制御装置において、排気熱回収器が暖機状態になったか否かを推定する暖機推定手段と、この暖機推定手段により排気熱回収器が暖機状態になったと推定されるまで、切替弁により冷却液の循環経路をバイパス循環経路に切り替えた状態に維持する制御手段とを備えることを特徴とする。

このように請求項１に係る発明では、排気熱回収器が暖機状態になるまで内燃機関の冷却液が排気熱回収器を迂回して循環されることになるため、排気熱回収器自体の暖機のために該排気熱回収器内で冷却液の熱が奪われてしまうことを防止できる。これにより、排気熱回収器自体の暖機のために内燃機関等の暖機が遅れてしまうことを防止できて、内燃機関等の早期暖機の要求を満たすことができる。

また、本願の請求項２に係る発明では、内燃機関の排気管に設置された触媒より下流側に設けられ、内燃機関から排出された排ガスと内燃機関の冷却液とを熱交換させることで排気熱を回収する排気熱回収器と、内燃機関及び排気熱回収器へ冷却液を循環させる機関循環経路と、この機関循環経路内の冷却液を循環させる循環ポンプとを備えた車両用熱交換システムの制御装置において、排気熱回収器が暖機状態になったか否かを推定する暖機推定手段と、触媒が暖機状態になっても、触媒より下流側に設けられた排気熱回収器が暖機状態になったと推定されるまで、循環ポンプの駆動を停止して、機関循環経路内の冷却液を循環させない状態に維持する制御手段とを備えることを特徴とする。

このように請求項２に係る発明では、触媒が暖機状態になっても、触媒より下流側に設けられた排気熱回収器が暖機状態になるまで内燃機関の冷却液の循環が停止されることになるため、排気熱回収器自体の暖機のために該排気熱回収器内で熱が奪われて温度低下した冷却液が内燃機関側に循環することを防止できる。これにより、排気熱回収器自体の暖機のために内燃機関等の暖機が遅れてしまうことを防止できて、内燃機関等の早期暖機の要求を満たすことができる。

また、排気熱回収器は排気熱により暖機されることを考慮して、請求項３に係る発明のように、暖機推定手段は、排気熱回収器内の冷却液と熱交換する排ガスの温度に基づいて排気熱回収器の温度又は温度に相関のあるパラメータ（以下、これらを「温度パラメータ」と総称する）を算出し、該温度パラメータに基づいて排気熱回収器が暖機状態になったか否かを推定すると良い。これにより、排気熱回収器が暖機状態になったか否かを精度良く推定することが可能となる。

また、請求項４に係る発明のように、排気熱回収器は内燃機関の排気管に設置された触媒より下流側に設けられており、暖機推定手段は、触媒が暖機状態になっていないときと比較して触媒が暖気状態になっているときの方が、排気熱回収器内の冷却液と熱交換する排ガスの温度が高くなるように推定すると良い。このように、触媒が暖機状態になっているか否かで排気熱回収器内の冷却液と熱交換する排ガスの温度の推定方法を切り替えることで、排気熱回収器が暖機状態になったか否かを精度良く推定することが可能となる。

［本実施形態（１）］
以下、本発明を具体化した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態（１）では、内燃機関である多気筒ガソリンエンジンを対象に熱交換システムを構築するものとしている。当該システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢としてエンジンの冷却や車室内の空調等を実施している。

以下、図１を用いて、熱交換システムの概略構成の一例を説明する。
熱交換システム１０には、エンジン１１を冷却するための冷却装置２０が設けられている。この冷却装置２０の構成に関しては、エンジン１１の本体（シリンダブロックやシリンダヘッド）にウォータジャケット２１が形成され、ウォータジャケット２１内にエンジン冷却水（冷却液）が注入されている。

ウォータジャケット２１は、往流路と復流路とで構成される冷却水通路２３を介してラジエータ２２に接続されている。また、ウォータジャケット２１のエンジン冷却水の入口部には、電動式のウォータポンプ２５が設けられている。バッテリ（図示略）からの通電によりウォータポンプ２５が駆動されると、その駆動に伴いエンジン冷却水が冷却水通路２３内を循環する。エンジン冷却水は、ウォータジャケット２１を通過する間にエンジン１１の熱を奪った後、冷却水通路２３を介してラジエータ２２に導入される。そして、このエンジン冷却水がラジエータ２２にて放熱して温度低下した後、冷却水通路２３を介してエンジン１１に戻される。これにより、エンジン１１が適温（例えば８０℃）に保持される。

また、冷却水通路２３（ラジエータ２２からエンジン１１に至る冷却水通路）の途中にはサーモスタット２４が設けられている。サーモスタット２４は、エンジン冷却水の温度に応じて開閉作動することでエンジン冷却水の流路を変更する。具体的には、サーモスタット２４は、エンジン冷却水温が比較的低温の場合（例えばエンジン１１の冷間始動時）に閉弁して、エンジン１１とラジエータ２２との間でのエンジン冷却水の循環を停止させる。これにより、ラジエータ２２で冷却されたエンジン冷却水がエンジン１１に供給されることがサーモスタット２４で防止されるため、エンジン１１が速やかに暖機される。

そして、エンジン１１側のエンジン冷却水温度がサーモスタット開弁温度に達すると、サーモスタット２４が開弁して、エンジン１１とラジエータ２２との間でエンジン冷却水が循環するようになる。これにより、ラジエータ２２で冷却されたエンジン冷却水がエンジン１１側に供給されるため、暖機後のエンジン１１が適温に冷却される。

ラジエータ２２の近傍には、電動式の冷却ファン２６が設けられている。冷却ファン２６は、バッテリ（図示略）から電力供給を受けることにより回転駆動し、その回転によりラジエータ２２に向けて空気の流れを形成する。これにより、ラジエータ２２の放熱効果が高められ、ラジエータ２２内のエンジン冷却水の冷却が促進される。

また、熱交換システム１０には、エンジン１１で発生する熱を利用して車室内を暖房する暖房装置３０が設けられている。暖房装置３０にはヒータコア３１が設けられており、ヒータコア３１の入口側が冷却水通路３２（機関循環経路）を介してウォータジャケット２１に接続され、該ヒータコア３１の出口側がエンジン冷却水通路３２を介して冷却装置２０の冷却水通路２３（サーモスタット２４からエンジン１１に至る冷却水通路）の途中に接続されている。この構成では、ウォータポンプ２５が駆動されると、エンジン１１からヒータコア３１にエンジン冷却水が圧送され、エンジン冷却水がヒータコア３１内を通過する。そして、エンジン冷却水がヒータコア３１を通過する間にエンジン冷却水とヒータコア３１周辺の空気との間で熱交換が行われ、その後、冷却水通路３２を介してエンジン冷却水がエンジン１１に戻される。

ヒータコア３１の近傍には、電動式のヒータブロア３３が設けられている。ヒータブロア３３は、バッテリ（図示略）から電力供給を受けることにより回転駆動し、その回転によりヒータコア３１に向けて空気の流れを形成する。これにより、ヒータコア３１により暖められた空気が車室内に送風され、車室内が暖房される。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、エンジン１１のエンジン冷却水の出口側でエンジン冷却水温度を検出する温度センサ１５１５が取り付けられている。その他、本システムには、エンジンの所定クランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角度センサ１２や、搭乗者の暖房要求に伴いオンされる暖房スイッチ１３、車両の速度を検出する車速センサ１４等が設けられている。

ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）４１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じてエンジン１１の各種制御を実施する。具体的には、ＥＣＵ４０のマイコン４１は、前述した各種センサから各種検出信号等を取り込み、これらの各種検出信号等に基づいて燃料噴射量や点火時期等を演算して、図示しない燃料噴射弁や点火装置の駆動を制御したり、あるいはウォータポンプ２５や冷却ファン２６、ヒータブロア３３の駆動を制御したりする。

ウォータポンプ２５の駆動制御に関しては、通常走行時にはウォータポンプ２５を駆動してエンジン１１と冷却装置２０及び暖房装置３０との間でエンジン冷却水を循環させる。一方、エンジン１１の冷間始動時には、検出水温が循環開始温度以上になるまでウォータポンプ２５を駆動停止する。これにより、ウォータジャケット２１内にエンジン冷却水が滞留され、エンジン１１の暖機が促進される。

また、ヒータブロア３３の駆動制御に関しては、ＥＣＵ４０のマイコン４１によって暖房スイッチ１３からオン信号を取り込み、かつ温度センサ１５の検出水温が車室内への温風の下限温度（ブロア駆動開始温度Ｔｗｂ：例えば４０℃や５０℃）以上の場合に、ヒータブロア３３に通電してヒータブロア３３を回転駆動する。一方、温度センサ１５の検出水温がブロア駆動開始温度Ｔｗｂ未満の場合には、ヒータコア３１周辺の空気が十分に暖められていないため、暖房スイッチ１４がオンされている場合であっても、ヒータブロア３３を駆動停止のままにする。

さらに、冷却ファン２６の駆動制御に関しては、温度センサ１５の検出水温がファン駆動開始温度以上であって、かつ車両の速度が所定速度以下である場合に、冷却ファン２６に通電して冷却ファン２６を回転駆動する。

本実施形態（１）では、冷却水通路３２に、エンジン１１から排出された排ガスとエンジン冷却水とを熱交換させることで排気熱を回収する排気熱回収器３４が設けられている。この排気熱回収器３４は、エンジン１１より排出される排気熱を回収するために、排気熱回収器３４の一部をエンジン１１の排気管に設置している。このような排気熱回収器３４は、エンジン１１から排出される排気熱を利用して暖機促進等に用いることができるが、例えば、エンジン１１の始動時等のように排気熱回収器３４が暖機されていないと、排気熱回収器３４自体の暖機のためにエンジン冷却水の熱が奪われてしまう。例えば、エンジン始動時において、排気熱回収器３４が暖機されていないと、排気熱回収器３４の暖機のために該排気熱回収器３４内でエンジン冷却水の熱が奪われてエンジン１１側へ循環されてしまい、結果としてエンジン１１等の暖機が遅れてしまう。

そこで、本実施形態（１）では、冷却水通路３２（機関循環経路）に、排気熱回収器３４をバイパスするパイバス通路３５（バイパス循環経路）と、排気熱回収器３４及びバイパス通路３５のいずれか一方へエンジン冷却水の循環経路を切り替える切替弁１６、１７を設け、排気熱回収器３４が暖機状態になったと推定されるまで、切替弁１６、１７によりエンジン冷却水の循環経路をバイパス通路３５に切り替えた状態に維持するようにしている。

このように、排気熱回収器３４が暖機状態になったと推定されるまで、エンジン冷却水は排気熱回収器３４をバイパスするパイパス通路３５を流れるようになるため、排気熱回収器３４の暖機のために該排気熱回収器３４内で熱を奪われたエンジン冷却水が冷却水通路３２を循環して、エンジン１１の暖気促進を妨げることを防止することができる。

以下、図２を用いて、本実施形態（１）の暖機制御のプログラムについて説明する。このプログラムは、ＥＣＵ４０のマイコン４１によって所定周期毎に実行され、特許請求の範囲でいう暖機推定手段及び制御手段としての役割を果たす。

このプログラムが起動されると、まずステップＳ１０１にて、エンジン運転状態を検出する。ここで、エンジン運転状態とは、例えば、クランク角センサ１２や車速センサ１４等に基づいて算出されたエンジン回転速度、図示しないエアフロメータにより検出された吸入空気量、吸気圧センサにより検出された吸気管負圧等である。

ステップＳ１０１にて、エンジン運転状態を検出すると、ステップＳ１０２に進み、触媒上流側の排気温度を検出又は推定する。なお、本実施形態（１）では、排気熱回収器３４はエンジン１１の排ガス浄化用の触媒より下流側に設置されている。

ステップＳ１０２にて、触媒上流側の排気温度を検出する方法は、例えば、触媒上流側に温度センサを設けたシステムでは、温度センサにより検出すれば良い。温度センサを設けていないシステムでは、触媒上流側の排気温度を推定すれば良い。排気温度の推定方法は、例えば、図３に示す吸気管負圧とエンジン回転速度をパラメータとして触媒上流側の排気温度を算出するマップを用いて、現在の吸気管負圧とエンジン回転速度に応じた触媒上流側の排気温度を算出すれば良い。図３のマップでは、吸気管負圧（絶対値）が大きくなるほど、また、エンジン回転速度が大きくなるほど、排気温度が高くなるように設定されている。なお、図３のマップを用いることなく数式で算出するようにしても良いし、その他のパラメータにより排気温度を推定するようにしても良い。

ステップＳ１０２にて触媒前の排気温度を検出又は推定した後、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４にて、排気熱回収器３４より上流側に設置された触媒が暖機状態になったか否かを推定する。

具体的な一例を挙げると、まず、ステップＳ１０３にて、触媒温度と相関のある触媒暖機カウンタＣ１を算出する。本実施形態（１）では、触媒上流側の排気温度と吸入空気量とに基づいて触媒暖機カウンタＣ１のカウントアップ値ΔＣ１を算出し、触媒暖機カウンタＣ１の前回カウント値Ｃ１(i-1) にカウントアップ値ΔＣ１を加算していくようにしている。
Ｃ１(i) ＝Ｃ１(i-1) ＋ΔＣ１

ここで、触媒暖機カウンタＣ１の初期値Ｃ１(0) は、固定値としても良いが、外気温度により設定しても良い。なお、カウントアップ値ΔＣ１は、例えば、図４に示すように、排気温度が高くなるほど、また、吸入空気量が多いほど大きくなるように設定すると良い。

次に、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３にて算出した触媒暖機カウンタＣ１を触媒が暖機状態になった否かを判定する所定値Ａと比較し、触媒が暖機しているのか否かを推定する。なお、ステップＳ１０３、Ｓ１０４では、触媒が暖機しているか否かを推定する一例を挙げたが、これに限定するものではなく、例えば、触媒暖機カウンタＣ１を用いず触媒温度を推定するようにしても良いし、触媒暖機カウンタＣ１を算出するために、触媒上流側の排気温度、吸入空気量以外のパラメータを用いて算出するようにしても良い。

ステップＳ１０４にて、触媒暖機カウンタＣ１が所定値Ａ以下と判定されると、触媒が暖機状態になっていないと判断して、以降の処理を行うことなく、このプログラムを終了する。この場合は、切替弁１６、１７によりエンジン冷却水の循環経路がバイパス通路３５に切り替えた状態に維持される。

ステップＳ１０４にて、触媒暖機カウンタＣ１が所定値Ａより大きいと判定されると、触媒が暖機状態になったと判断して、ステップＳ１０５に進み、排気熱回収器３４の入口における排気温度を推定する。排気熱回収器３４の入口における排気温度の推定は、図５のマップのように、吸気管負圧（絶対値）が大きくなるほど、また、エンジン回転速度が大きくなるほど、排気温度が高くなるように推定すると良い。図５のマップは、排気熱回収器３４より上流側に設置された触媒が暖機状態になっていることを考慮して設定されている。

次に、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７では、排気熱回収器３４が暖機状態になったか否かを推定する。
具体的な一例を挙げると、ステップＳ１０６にて、排気熱回収器３４の温度と相関のある排気熱回収器暖機カウンタＣ２を算出する。本実施形態（１）では、排気熱回収器３４の入口での排気温度と吸入空気量とに基づいて排気熱回収器暖機暖機カウンタＣ２のカウントアップ値ΔＣ２を算出し、排気熱回収器暖機カウンタＣ２の前回カウント値Ｃ２(i-1) にカウントアップ値ΔＣ２を加算していくようにしている。
Ｃ２(i) ＝Ｃ２(i-1) ＋ΔＣ２

ここで、排気熱回収器暖機カウンタＣ２の初期値Ｃ２（０）は、固定値としても良いが、外気温度に応じて設定しても良い。なお、カウントアップ値ΔＣ２は、例えば、図６に示すように、排気熱回収器３４の入口における排気温度が高くなるほど、また、吸入空気量が多いほど大きくなるように設定すると良い。

そして、次のステップＳ１０７にて、排気熱回収器暖機カウンタＣ２が所定値Ｂより大きいか否かで、排気熱回収器３４が暖機状態になったか否かを推定する。なお、ステップＳ１０６、Ｓ１０７では、排気熱回収器３４が暖機状態になったか否かを推定する一例を挙げたが、これに限定するものではない。

ステップＳ１０７にて、排気熱回収器暖機カウンタＣ２が所定値Ｂより大きいと判定されると、排気熱回収器３４が暖機状態になったと判断して、ステップＳ１０８に進み、切替弁１６、１７を制御してエンジン冷却水の循環経路を排気熱回収器３４に切り替えて、エンジン冷却水が排気熱回収器３４を介して循環するようにする。これにより、排気熱回収器３４によりエンジン冷却水が暖められて、エンジン１１等の暖機を促進させることができる。

また、ステップＳ１０７にて、排気熱回収器暖機カウンタＣ２が所定値Ｂ以下と判定されると、排気熱回収器３４が暖機状態になっていないと判断して、ステップＳ１０９に進み、切替弁１６、１７によりエンジン冷却水の循環経路をパイバス通路３５に切り替えた状態に維持する。これにより、排気熱回収器３４が暖機されるまで、エンジン冷却水は排気熱回収器３４を迂回して循環されることになるため、排気熱回収器３４自体の暖機のために熱が奪われたエンジン冷却水が冷却水通路３２内を循環して、エンジン１１の暖機促進を妨げることを防止できる。なお、排気熱回収器３４の暖機が完了するまでは、エンジン１１の排気熱により排気熱回収器３４が暖められることになる。

以上説明したプログラムでは、排気熱回収器３４が暖機していないと、切替弁１６、１７によりエンジン冷却水の循環経路がバイパス通路３５に切り替えた状態に維持されるため、排気熱回収器３４自体の暖機のため該排気熱回収器３４内でエンジン冷却水の熱が奪われてしまうことを防止できる。これにより、排気熱回収器３４自体の暖機のためにエンジン１１等の暖機が遅れてしまうことを防止できて、エンジン１１等の早期暖機の要求を満たすことができる。

また、本実施形態（１）では、排気熱回収器３４が暖機状態になったか否かを推定する際に、排気熱回収器３４より上流側に設置された触媒の活性度合（暖機しているか否か）を考慮しているため、精度良く排気熱回収器３４が暖機状態になったか否かを推定することができる。これにより、適切なタイミングで切替弁１６、１７を切り替えることができる。

以下、図８を用いて上記プログラムが実行されたときの制御例を説明する。図８において、（ａ）は触媒の入口における排気温度の推移、（ｂ）は触媒暖機カウンタＣ１の推移、（ｃ）は排気熱回収器３４の入口における排気温度の推移、（ｄ）は排気熱回収器暖機カウンタＣ２の推移、（ｅ）は切替弁１６の制御位置の推移、（ｆ）は切替弁１７の制御位置の推移を表している。

先ず、エンジン１１が始動されると、時間が経過するに伴い触媒の入口の排気温度が上昇していき、触媒温度と相関のある触媒暖機カウンタＣ１がカウントアップされる［図８（ａ）、（ｂ）参照］。

次に、時刻Ｔ１にて、触媒カウンタＣ１が触媒暖機判定用の所定値Ａに達すると、触媒が暖機状態になったと推定し、排気熱回収器３４と相関のある排気熱回収器暖機カウンタＣ２のカウントアップ動作が開始される［図８（ｄ）参照］。なお、触媒が暖機状態になると、触媒にてエンジン１１の排気熱が奪われにくくなるため、排気熱回収器３４の入口における排気温度が上昇するようになる［図８（ｃ）参照］。

その後、時刻Ｔ２にて排気熱回収器暖機カウンタＣ２が排気熱回収器暖機判定用の所定値Ｂに達すると、排気熱回収器３４が暖機状態になったと推定し、切替弁１６、１７を切り替えて、エンジン冷却水の循環経路をバイパス通路３５から排気熱回収器３４に切り替える。このように、本実施形態（１）では、排気熱回収器３４が暖機状態になるまで、切替弁１６、１７によりエンジン冷却水の循環経路をバイパス通路３５に切り替えた状態に維持するため、排気熱回収器３４の暖機のために熱を奪われたエンジン冷却水がエンジン１１側に循環されることを防止でき、排気熱回収器３４自体の暖機のためにエンジン１１の暖機促進を妨げることを防止することができる。

なお、本実施形態（１）では、排気熱回収器３４の上流側に設置された触媒が暖機状態になってから、排気熱回収器３４の温度を推定する（触媒暖機カウンタＣ２をカウントアップする）ようにしたが、触媒が暖機状態になる前でも触媒の暖機のために排ガスの熱が奪われるものの、多少はエンジン１１の排気熱により排気熱回収器３４が暖機されるため、触媒が暖機状態になる前から排気熱回収器３４の温度を推定するようにしても良い（触媒暖機カウンタＣ２をカウントアップするようにしても良い）。

具体的には、図７に示すようなマップを用いて、触媒が暖機状態になる前の排気熱回収器３４の入口における排気温度を推定するようにし、図６のマップを用いて排気熱回収器暖機カウンタＣ２のカウントアップ値ΔＣ２を算出し、排気熱回収器暖機カウンタＣ２に加算して排気熱回収器３４の温度を推定するようにすると良い。

これにより、排気熱回収器３４が暖機状態になっているか否かを精度良く推定することが可能となり、適切なタイミングで切替弁１６、１７を切り替えることができる。
なお、本実施形態（１）では、排気熱回収器３４及びバイパス通路のいずれか一方へエンジン冷却水の循環経路を切り替える切替弁１６、１７を２つ設けるようにしたが、いすか一方だけを設けるようにしても良い。

［実施形態（２）］
次に、本実施形態（２）について説明する。
本実施形態（２）では、排気熱回収器３４が暖機状態になったと推定されるまで、エンジン１１のウォータジャケット２１の入口部に設けられた電動式のウォータポンプ２５の駆動を停止して、エンジン冷却水を滞留させるようにしている。本実施形態（２）においても、前記実施形態（１）のように、排気熱回収器３４の暖機のために熱を奪われたエンジン冷却水が冷却水通路３２を循環することを防止できる。また、本実施形態（２）では、電動式のウォータポンプ２５の駆動を停止するようにしているため、前記実施形態（１）のように、排気熱回収器３４をパイパスさせるようなパイパス通路３５や切替弁１６、１７を設ける必要がなく、低コスト化の要求を満たすことができる利点がある。

以下、図９を用いて本実施形態（２）のプログラムについて説明する。なお、図９のプログラムのステップＳ２０１〜Ｓ２０７の処理は、前記実施形態（１）で説明した図２のプログラムのステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理と同じである。

この図９のプログラムが起動されると、ステップＳ２０１にて、エンジン運転状態を検出する。次に、ステップＳ２０２で、触媒上流側の排気温度を検出し、ステップＳ２０３、ステップＳ２０４にて触媒が暖機状態になっているか否かを推定する。触媒が暖機状態になったと推定されると、ステップＳ２０５にて排気熱回収器３４の入口排気温度を推定する。ステップＳ２０４にて触媒が暖機状態になっていないと推定されると、このプログラムを終了する。なお、この場合、電動式のウォータポンプ２５の駆動は停止されている。

次に、ステップＳ２０６、ステップＳ２０７にて、排気熱回収器３４が暖機状態になったか否かを推定する。ステップＳ２０７にて、排気熱回収器３４が暖機状態になったと推定されると、ステップＳ２０８に進み、電動式のウォータポンプ２５を駆動し、エンジン冷却水を循環させる。このように、電動式のウォータポンプ２５を駆動し、エンジン冷却水を循環させることで、排気熱回収器３４により暖められたエンジン冷却水がエンジン１１に循環されるようになる。これにより、エンジン１１等の暖機促進を図ることができる。

また、ステップＳ２０７にて排気熱回収器３４が暖機状態になっていないと判定されると、ステップＳ２０９に進み、電動式のウォータポンプ２５を停止して、エンジン冷却水の循環を停止させ、エンジン冷却水を滞留させる。これにより、排気熱回収器３４自体の暖機のために熱を奪われたエンジン冷却水が循環されることを防止できる。

以上説明したプログラムでは、排気熱回収器３４が暖機されるまで、電動式のウォータポンプ２５の駆動を停止した状態で維持するため、排気熱回収器３４自体の暖機のために熱を奪われたエンジン冷却水が冷却水通路３２を循環することを防止できて、排気熱回収器３４の暖機のためにエンジン１１の暖機が妨げられることを防止できる。

以下、図１０を用いて上記プログラムが実行されたときの制御例を説明する。なお、図１０において、（ａ）は触媒の入口における排気温度の推移、（ｂ）は触媒暖機カウンタＣ１の推移、（ｃ）は排気熱回収器３４の入口における排気温度の推移、（ｄ）は排気熱回収器暖機カウンタＣ２の推移、（ｅ）は電動式のウォータポンプの駆動デューティの推移を表している。

先ず、エンジン１１が始動されると、時間が経過するに伴い触媒の入口の排気温度が上昇していき、触媒温度と相関のある触媒暖機カウンタＣ１がカウントされる［図１０（ａ）、（ｂ）参照］。

次に、時刻Ｔ１にて、触媒カウンタＣ１が触媒の暖機判定用の所定値Ａに達すると、触媒が暖機状態になったと推定し、排気熱回収器３４と相関のある排気熱回収器暖機カウンタＣ２のカウントアップ動作が開始される［図１０（ｄ）参照］。なお、触媒が暖機状態になると、触媒にてエンジン１１の排気熱が奪われにくくなるため、排気熱回収器３４の入口における排気温度が上昇するようになる［図１０（ｃ）参照］。

その後、時刻Ｔ２にて排気熱回収器暖機カウンタＣ２が排気熱回収器暖機判定用の所定値Ｂに達すると、排気熱回収器３４が暖機状態になったと推定し、電動式のウォータポンプ２５の駆動を開始する。このように、排気熱回収器３４が暖機するまで、電動式のウォータポンプ２５の駆動を停止した状態に維持するため、その間、エンジン冷却水の循環が停止され、排気熱回収器３４自体の暖機のためエンジン冷却水の熱が奪われることを防止することができる。これにより、排気熱回収器３４の暖機のためにエンジン１１等の暖機が妨げられることを防止できる。

なお、本実施形態（２）では、排気熱回収器３４の上流側に設置された触媒が暖機状態になってから、排気熱回収器３４の温度を推定する（触媒暖機カウンタＣ２をカウントアップする）ようにしたが、前記実施形態（１）と同様に、触媒が暖機状態になる前から排気熱回収器３４の温度を推定するようにしても良い（触媒暖機カウンタＣ２をカウントアップしても良い）。

なお、本実施形態では、排気熱回収器３４を触媒より下流側に設置したが、触媒より上流側に設置しても良い。この場合、触媒が暖機しているか否かを判定する必要はない。
また、エンジン１１の排気管内に設置された排気熱回収器３４の入口に温度センサを設けている場合には、触媒が暖機状態になっているか否かを推定する必要はなく、該温度センサを用いて排気熱回収器が暖機状態になったか否かを判定するようにすれば良い。

また、エンジン運転中に排気熱回収器３４の温度が低下した場合には、排気熱回収器３４が暖機状態になるまで、切替弁１６、１７によりエンジン冷却水の冷却水通路をバイパス通路３５に切り替えた状態に維持する［本実施形態（１）］、或いは、電動式のウォータポンプ２５の駆動を停止して、冷却水通路内のエンジン冷却水を循環させない状態に維持するようにすると良い。

本発明の実施形態（１）における熱交換システムの全体概略構成図である。 本実施形態（１）の暖機制御のフローチャートである。 触媒上流側の排気温度を算出するマップである。 触媒暖機カウンタＣ１を算出するマップである。 排気熱回収器前の排気温度を算出するマップである。 触媒が暖機状態になった後の排気熱回収器暖機カウンタＣ２を算出するマップである。 触媒が暖機する前の排気熱回収器暖機カウンタＣ２を算出するマップである。 （ａ）は触媒入口の排気温度の推移を表すタイミングチャート、（ｂ）は触媒暖機カウンタＣ１の推移を表すタイミングチャート、（ｃ）は排気熱回収器入口の排気温度の推移を表すタイミングチャート、（ｄ）は排気熱回収器暖機カウンタＣ２の推移を表すタイミングチャート、（ｅ）は切替弁１６の制御位置の推移を表すタイミングチャート、（ｆ）は切替弁１７の制御位置の推移を表すタイミングチャートである。 本実施形態（２）の暖機制御のフローチャートである。 （ａ）は触媒入口の排気温度の推移を表すタイミングチャート、（ｂ）は触媒暖機カウンタＣ１の推移を表すタイミングチャート、（ｃ）は排気熱回収器入口の排気温度の推移を表すタイミングチャート、（ｄ）は排気熱回収器暖機カウンタＣ２の推移を表すタイミングチャート、（ｅ）は電動式のウォータポンプの駆動デューティの推移を表すタイミングチャートである。

符号の説明

１０…熱交換システム、１１…エンジン（内燃機関）、１５…温度センサ、１６、１７…切替弁、２０…冷却装置、２２…ラジエータ、２３…冷却水通路、２５…ウォータポンプ、２６…冷却ファン、３０…暖房装置、３１…ヒータコア、３２…冷却水通路（機関循環経路）、３３…ヒータブロア、３４…排気熱回収器、３５…パイバス通路（バイパス循環経路）、４０…ＥＣＵ、４１…マイコン（暖機推定手段，制御手段）

Claims (4)

1. 内燃機関から排出された排ガスと前記内燃機関の冷却液とを熱交換させることで排気熱を回収する排気熱回収器と、
   前記内燃機関及び前記排気熱回収器へ前記冷却液を循環させる機関循環経路と、
   前記排気熱回収器をバイパスして前記冷却液を循環させるバイパス循環経路と、
   前記排気熱回収器及び前記バイパス循環経路のいずれか一方へ循環経路を切り替える切替弁とを備えた車両用熱交換システムの制御装置において、
   前記排気熱回収器が暖機状態になったか否かを推定する暖機推定手段と、
   前記暖機推定手段により前記排気熱回収器が暖機状態になったと推定されるまで、前記切替弁により前記冷却液の循環経路を前記バイパス循環経路に切り替えた状態に維持する制御手段とを備えることを特徴とする車両用熱交換システムの制御装置。
2. 内燃機関の排気管に設置された触媒より下流側に設けられ、内燃機関から排出された排ガスと内燃機関の冷却液とを熱交換させることで排気熱を回収する排気熱回収器と、
   前記内燃機関及び前記排気熱回収器へ前記冷却液を循環させる機関循環経路と、
   前記機関循環経路内の冷却液を循環させる循環ポンプとを備えた車両用熱交換システムの制御装置において、
   前記排気熱回収器が暖機状態になったか否かを推定する暖機推定手段と、
   前記触媒が暖機状態になっても、前記暖機推定手段により前記排気熱回収器が暖機状態になったと推定されるまで、前記循環ポンプの駆動を停止して、前記機関循環経路内の冷却液を循環させない状態に維持する制御手段とを備えることを特徴とする車両用熱交換システムの制御装置。
3. 前記暖機推定手段は、前記排気熱回収器内の冷却液と熱交換する排ガスの温度に基づいて前記排気熱回収器の温度又は該温度に相関のあるパラメータ（以下、これらを「温度パラメータ」と総称する）を算出し、該温度パラメータに基づいて前記排気熱回収器が暖機状態になったか否かを推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用熱交換システムの制御装置。
4. 前記排気熱回収器は、前記内燃機関の排気管に設置された触媒より下流側に設けられており、
   前記暖機推定手段は、前記触媒が暖機状態になっていないときと比較して前記触媒が暖気状態になっているときの方が、前記排気熱回収器内の冷却液と熱交換する排ガスの温度が高くなるように推定することを特徴とする請求項３に記載の車両用熱交換システムの制御装置。

Images