JP6529280B2 - 排気ガス温度制御装置および排気ガスの温度調整装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気管路に配置される、排気ガスの温度を制御する排気ガス温度制御装置および排気ガスの温度調整装置に関する。

近年における内燃機関の排出ガス（排気ガス）成分に関する規制に対応するために、内燃機関の排気管経路には種々の排気ガス浄化装置が配置されている。これら排気ガス浄化装置は、触媒や尿素水といった化学物質とＮＯｘやＰＭ（粒子状物質：Particulate Matter）といった排気ガス成分との間における化学反応によって排気ガス成分を浄化しており、化学物質は最適な浄化性能を発揮するための温度域を有する。一方で、内燃機関における燃焼効率の向上に伴い排気ガス温度は低下傾向にある。そこで、排気管経路に蓄熱体を含む経路および蓄熱体を迂回するための経路を設け、排気ガスの温度を調整することにより、後段の選択還元触媒の床温をＮＯｘ浄化率が相対的に高くなる温度域に制御する技術が提案されている（たとえば、特許文献１）。

特開２０１０−２６１４２３号公報

しかしながら、蓄熱体のみを用いる技術では、蓄熱体自体の温度が低い場合、排気ガスを蓄熱体と接触させることで却って排気ガス温度を低下させてしまう、あるいは、排気ガスの温度を所望の温度まで昇温できないという問題がある。また、加熱装置を用いて排気ガス温度を昇温させる場合には、加熱装置に対する電力の供給が車両の走行負荷となり、車両の燃費消費性能を低下させるという問題がある。

したがって、内燃機関から排出される排気ガスの温度に依存せず、車両全体におけるエネルギー効率の低下を抑制しつつ、排気ガス温度を浄化装置の作動温度域に調整することが望まれている。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の態様として実現することが可能である。

第１の態様は、内燃機関の排気管路に配置されている排気ガス浄化装置の前段における排気ガス温度を調整する排気ガス温度制御装置を提供する。第１の態様に係る排気ガス温度制御装置は、熱を蓄熱または放熱可能な蓄熱体と、前記蓄熱体に熱を蓄熱させるための加熱部材と、前記内燃機関を搭載する車両の運転状態に応じて、前記蓄熱体に熱を蓄熱または前記蓄熱体から熱を放熱させて前記排気ガス温度制御装置から排出される排気ガスの温度を制御する温度制御部と、を備える。

第１の態様に係る排気ガス温度制御装置によれば、内燃機関から排出される排気ガスの温度に依存せず、車両全体におけるエネルギー効率の低下を抑制しつつ、排気ガス温度を浄化装置の作動温度域に調整することができる。

第１の態様に係る排気ガス温度制御装置において、前記加熱部材は、前記車両の運転状態に応じて得られる回生電力によって発熱しても良い。この場合には、車両全体におけるエネルギー効率を低下させることなく、加熱部材を発熱させて排気ガス温度を浄化装置の作動温度域に調整することができる。

第１の態様に係る排気ガス温度制御装置において、さらに、前記蓄熱体を内包し、前記排気ガスの流路を構成する第１の流路部と、前記第１の流路部とは異なる、前記排気ガスの流路を構成する第２の流路部と、前記排気ガスの流路を前記第１の流路部と前記第２流路部の少なくともいずれか一方に切り替える切替部とを備え、前記温度制御部は、さらに、前記切替部を制御することによって、前記蓄熱体に熱を蓄熱または前記蓄熱体から熱を放熱させても良い。この場合には、排気ガスの流路を、蓄熱体を介する流路と、蓄熱体を介さない流路とに切り替え、蓄熱体に熱を蓄熱または蓄熱体から熱を放熱させることができる。

第１の態様に係る排気ガス温度制御装置において、前記温度制御部は、前記排気ガス温度が第１の所定温度以上であり、前記蓄熱体の温度が前記第１の所定温度よりも低い第２の所定温度未満の場合に、または、前記排気ガス温度が前記第１の所定温度よりも低い第３の所定温度未満であり、前記蓄熱体の温度が前記第２の所定温度および前記第３の所定温度よりも高い第４の所定温度以上の場合に、前記第１の流路部に前記排気ガスを導くよう前記切替部を切り替えても良い。この場合には、排気ガスによる蓄熱体の蓄熱、蓄熱体による排気ガスの昇温を行い、排気ガス温度制御装置から排出される排気ガス温度を制御することができる。

第１の態様に係る排気ガス温度制御装置において、前記温度制御部は、前記排気ガス温度が前記第１の所定温度未満かつ前記第３の所定温度以上の場合、前記第２の流路部に前記排気ガスを導くよう前記切替部を切り替えても良い。この場合には、蓄熱体を介することなく排気ガス温度制御装置から排出される排気ガス温度を所定の温度範囲の温度に制御することができる。

第１の態様に係る排気ガス温度制御装置において、前記温度制御部は、前記車両の運転状態が減速状態にある場合、低温始動状態にある場合、または、定常状態にある場合には、前記第２の流路部に前記排気ガスを導くように前記切替部を切り替えても良い。この場合には、蓄熱体を介することなく排気ガスを排出することが可能となる。

第１の態様に係る排気ガス温度制御装置において、前記温度制御部は、前記車両の運転状態が減速状態にある場合、得られた回生電力を前記加熱部材に供給しても良い。この場合には、車両全体におけるエネルギー効率を低下させることなく、加熱部材を発熱させて蓄熱体に蓄熱し、蓄熱した熱を用いて必要な時に排気ガス温度を浄化装置の作動温度域に調整することができる。

第１の態様に係る排気ガス温度制御装置において、前記温度制御部は、前記車両の運転状態が加速状態にある場合、所定の負荷よりも高い高負荷状態にある場合には、前記第１の流路部に前記排気ガスを導くように前記切替部を切り替えても良い。この場合には、排気ガス温度を蓄熱体によって低下させることができる。

第２の態様は、内燃機関の排気管路に配置される排気ガスの温度調整装置を提供する。第２の態様に係る排気ガスの温度調整装置は、前記内燃機関からの排気ガスを導入するための導入部と、導入された前記排気ガスを排出するための排出部と、前記導入部と前記排出部とを連通し、蓄熱体および加熱部材が配置されている第１の流路部と、前記第１の流路部とは異なる、前記導入部と前記排出部とを連通する第２の流路部と、前記排気ガスが流れる流路を、前記第１の流路部または前記第２の流路部の少なくともいずれか一方に切り換える切替部と、を備える。

第２の態様に係る排気ガスの温度調整装置によれば、内燃機関から排出される排気ガスの温度に依存せず、車両全体におけるエネルギー効率の低下を抑制しつつ、排気ガス温度を浄化装置の作動温度域に調整することができる。

第２の態様に係る温度調整装置において、前記加熱部材は、前記蓄熱体と一体に形成されていても良い。この場合には、加熱部材を用いた蓄熱体の蓄熱の効率を向上させることができる。

第２の態様に係る温度調整装置において、さらに、前記排出部に配置されている第２の加熱部材を備えても良い。この場合には、蓄熱体による昇温によっては不足する熱量を第２の加熱部材によって補うことができる。

第２の態様に係る温度調整装置において、さらに、前記第１の流路部において、前記蓄熱体および前記加熱部材の下流側に配置されている、選択触媒還元装置を備えても良い。この場合には、選択触媒還元装置を効率良く適正動作温度まで昇温させることができる。

第１の実施形態において用いられる排気ガス温度制御装置を備える車両を概略的に示す説明図である。 第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の概略構成を示す外観斜視図である。 図２に示す３−３線にて切断した、第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の模式的な横断面図である。 冷間始動時における第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。 定常運転時における第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。 減速時および低負荷時における第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。 加速時における第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。 急加速時または蓄熱体が十分に蓄熱していない加速時における第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。 高負荷時およびＤＰＦ再生時における第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。 第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の変形例を示す説明図である。 第１の実施形態に係る蓄熱体を備える車両における電装部品間における電気的な接続を概略的に示すブロック図である。 第１の実施形態における排気ガス温度制御装置の動作を制御するための第１の処理ルーチンを示すフローチャートである。 第１の実施形態における排気ガス温度制御装置の動作を制御するための第２の処理ルーチンを示すフローチャートである。 冷間始動時における第２の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。 減速時および低負荷時における第２の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。 加速時における第２の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。

本発明に係る排気ガス温度制御装置の一態様として、ディーゼルエンジン（内燃機関）を備える車両を例にとって以下説明する。図１は第１の実施形態において用いられる排気ガス温度制御装置を備える車両を概略的に示す説明図である。

第１の実施形態：
車両５００は、ディーゼルエンジン（以下、「エンジン」と呼ぶ。）５１０、４つの車輪５２０および排気ガスの浄化システム１０を備えている。エンジン５１０は、軽油を燃料とし、燃料の爆発燃焼によって駆動力を出力し、また、爆発燃焼に伴いＮＯｘ（窒素酸化物）およびＰＭ（粒子状物質）を含む排気ガスを排気系統に備えられた浄化システム１０を介して大気に排出する。なお、第１の実施形態において用いられる図１に示す車両構成は、他の実施形態においても同様に用いられ得る。

浄化システム１０は、排気管１１（排気管路）上に種々の排気ガス浄化装置を備えている。排気管１１は、エンジン５１０側（排気ガス流れの上流側）においてマニフォールド１１ａを介してエンジン５１０と接続され、排気ガス流れの最下流側にはマフラエンドパイプ１１ｂを備えている。エンジン５１０には、冷却液温度を検知するための第３の温度センサ１９３が備えられている。浄化システム１０は、排気ガス流れの上流側から、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）１２、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）１３、排気ガス温度制御装置２０、選択触媒還元装置（ＳＣＲ）１４およびアンモニアスリップ・ディーゼル酸化触媒（ＮＨ_３ＤＯＣ）１５を排気管１１上に備えている。排気管１１上におけるＤＯＣ１２の前段には燃料噴射装置１７が配置されても良く、ＳＣＲ装置１４の前段には尿素水噴射装置１８が配置されている。また、排気ガス温度制御装置２０には、第１の温度センサ１９１が配置され、排気ガス温度制御装置２０の前段には、第２の温度センサ１９２が配置されている。第１の温度センサ１９１は、排気ガス温度制御装置２０の上流側・下流側のいずれに備えられていても良く、第２の温度センサ１９２は排気ガス温度制御装置２０に導入される排気ガス温度を検出できる位置に配置されていれば良く、たとえば、ＤＰＦ１３の下流側（出口側）に配置されて良い。なお、本実施例における排気管上という用語は、排気管の内側、および排気管の途中（排気管の一部を構成）のいずれをも意味する。

ディーゼル酸化触媒１２は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属を触媒として担持し、排気ガス中に含まれる未燃焼ガス成分である一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）を酸化して、二酸化炭素（ＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）へと変換すると共に、排気ガス中に含まれる一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して、二酸化窒素（ＮＯ_２）に変換する。

ディーゼル微粒子フィルタ１３は、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を多孔質セラミックの微細な間隙で捕集するフィルタである。多孔質の表面には白金等の金属触媒が塗布されており、ディーゼル微粒子フィルタ１３は、ディーゼル酸化触媒１２により生成されるＮＯ_２の存在下において、粒子状物質が、２５０〜３００℃の雰囲気中で触媒と化学反応を起こし、二酸化炭素（ＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）に変換されることによって自然再生される。ディーゼル微粒子フィルタ１３は、ディーゼル酸化触媒１２に対して燃料噴射装置１７を介して直接または排気行程を経てエンジン５１０から間接的に燃料を供給し、燃料由来の炭化水素を触媒燃焼させて排気温度を４５０℃以上として捕集された粒子状物質を酸化させる強制再生によっても再生され得る。

選択触媒還元（ＳＣＲ）装置１４は、ゼオライト系触媒またはバナジウム系触媒を担持し、ＮＯｘを選択的に還元する装置である。選択触媒還元装置１４においては、一般的に、選択触媒還元装置１４入口前段において尿素水噴射装置１８により尿素水を排気ガスに吹きかけ、尿素水の熱分解、加水分解反応を経て、アンモニア（ＮＨ_３）を生成し、排気ガス中のＮＯｘ成分を窒素（Ｎ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）に変換する。したがって、選択触媒還元装置１４の入口前段においては、排気ガス温度は、尿素水からアンモニアを得るために、適切な温度、例えば、２００℃以上の温度であることが求められている。

アンモニアスリップ・ディーゼル酸化触媒１５は、ディーゼル酸化触媒１２と同様の触媒を担持し、選択触媒還元装置１４において反応に供しなかったアンモニアを酸化分解して、窒素またはＮＯｘを生成する。

本実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０について以下に詳述する。図２は第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の概略構成を示す外観斜視図である。図３は図２に示す３−３線にて切断した、第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の模式的な横断面図である。

排気ガス温度制御装置２０は、ケース２０１（筐体）、第１の流路管２１、第２の流路管２２、蓄熱体３０、加熱部材３１、断熱材２３、流路切替弁２５を備えている。なお、後述する制御ユニット６０を含まない場合、排気ガス温度制御装置２０は、排気ガス温度調整装置と呼ばれても良い。ケース２０１は、ステンレス鋼、酸化防止処理が施された鋼板から形成されている。第１の流路管２１は排気ガスが流れる第１の流路部２１ａを規定し、第２の流路管２２は排気ガスが流れる第２の流路部２２ａを規定し、第１の流路管２１と第２の流路管２２とは平行に配置されている。ケース２０１は、排気ガスを内部に導入するための導入部２０ａと排気ガスを外部に排出するための排出部２０ｂとを備えている。導入部２０ａと第１の流路管２１および第２の流路管２２、排出部２０ｂと第１の流路管２１および第２の流路管２２とは連通されている。なお、第１の流路管２１および第２の流路管２２は、中空矩形形状を有しているが、円筒形状並びに他の形状を有していても良い。

流路切替弁２５は、ケース２０１の導入部２０ａ側に、排気ガスが流れる流路管を第１の流路管２１と第２の流路管２２との間で切り替えるために備えられている。流路切替弁２５としては、図示するように一端に備えられている軸を中心にして板状の弁体が揺動することによって流路を選択的に切り替える切替弁、内部に連通路を有する回転弁体が１軸を中心に回動することによって流路を選択的に切り替える切替弁、板状の弁体が直線移動することによって流路を選択的に切り替える切替弁等を用いることができる。弁体を駆動するアクチュエータとしては、ステッピングモータ等のモータ、電磁式のアクチュエータ、空気、オイルといった流体式のアクチュエータが用いられ得る。なお、後述するように、流路は、選択的、すなわち、排他的に切り替えられなくても良い場合があり、流路切替弁２５としては、第１および第２の流路管２１、２２の双方に対して導入部２０ａから導入された排気ガスを導くことができることが求められる。流路切替弁２５は、各流路管２１、２２に対してそれぞれ備えられていても良い。この場合には、一方の流路管を塞いだ上で、他の流路管に流れる排気ガス流量を調整することができる。すなわち、各流路管における外気ガス流量をそれぞれ独立して制御することができる。

蓄熱体３０は、第１の流路管２１の内部に部分的に配置されている。蓄熱体３０は、第１の流路管２１の形状に合わせて矩形形状を有しているが円柱形状等他の形状を有していても良い。蓄熱体３０は、内部に排気ガスの流動を許容する内部流路を備えるセラミックス材、金属粉末の焼結体、メタルハニカム、エキスパンドメタル等を用いることができる。また、蓄熱体３０として、溶融塩等による潜熱蓄熱体を用いることもできる。なお、内部流路は、意図的に形成された流路、たとえば直線流路であっても良く、材料の性質上形成される空隙により形成される流路、たとえば惰行流路であっても良い。なお、蓄熱体３０は、必要な熱容量に応じて、第１の流路管２１の全部に配置されても良い。

加熱部材（加熱器）３１は、蓄熱体３０に内包されている。図２および３の例では、第１の流路管２１が矩形形状を有しており、これに合わせて蓄熱体３０も矩形形状を有しているので、加熱部材３１は矩形渦巻き形状の断面を有する形状を備えているが、円形渦巻き形状の断面を有する形状を備えていても良い。加熱部材３１は、蓄熱体３０に熱を蓄熱させるために用いられるので、蓄熱体３０の一部または全部に内包されていても良く、あるいは、蓄熱体３０の外周面の一部または全部に近接配置または接合されていても良い。加熱部材３１は、複数の金属製の平板または波板、あるいは金属製の平板および波板が離間して積層されることにより形成され、板材自身が通電により発熱する加熱部材であっても良い。この場合、金属製の板材には発熱表面積を増大させるために穿孔処理あるいは凹凸処理が施されていることが望ましい。加熱部材３１としては、棒状形状を有し排気ガスの流動方向に沿って蓄熱体３０の内部流路に内挿されている複数の加熱部材が用いられても良い。なお、本実施形態における、加熱部材とは、周囲を絶縁材で覆われておらず、部材通電により部材自身が発熱する抵抗発熱体（発熱部材）であって、ニクロム線、銅線、タングステン線といった線状の、またはステンレス材、銅材、アルミニウム材といった板状の裸の金属材であっても良く、また、熱容量が小さく、蓄熱体として機能しない炭化ケイ素、カーボン等の非金属材であっても良い。あるいは、ケース内においてマグネシア等の粉末無機絶縁物に覆われて配置されている抵抗発熱体を備える加熱部材、すなわち、一般的にヒーターと呼ばれる態様の加熱部材であっても良い。

なお、加熱部材３１が、板材が積層されることによって渦巻き形状の断面を有する態様を備える場合には、加熱部材３１を蓄熱体３０として扱っても良い。すなわち、各金属製の板材は発熱部材並びに蓄熱部材として機能し得るため、所定の熱容量を有する蓄熱体３０としても機能する。この場合、積層されている各板材間の離間空間が内部流路として機能し得る。さらに、加熱部材３１は、蓄熱体３０に内包されていなくても良く、蓄熱体３０の上流側（エンジン側）および下流側の少なくともいずれか一方に近接して配置されていても良い。すなわち、蓄熱体３０を加熱して蓄熱させることができればその配置態様は問わない。

第１の流路管２１および第２の流路管２２と、ケース２０１との間には断熱材２３が配置または充填されている。断熱材２３としては、たとえば、セラミック製のシート材、円筒状の硬質セラミック材、発泡性のセラミック材等が用いられる。断熱材２３を備えることによって、金属製のケース２０１への熱伝導量を抑制し、排気ガス温度制御装置２０の保温効率が所望のレベルに維持され得る。なお、ケース２０１は更なる断熱性向上のために、空気層を挟む２重壁構造を備えていても良い。

車両の運転状態に応じた流路切替弁２５の切り替えの態様および加熱部材３１による蓄熱体３０の加熱の態様、すなわち、第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作態様について図４〜図９を参照して説明する。図４は冷間始動時における第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。図５は定常運転時における第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。図６は減速時および低負荷時における第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。図７は加速時における第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。図８は急加速時または蓄熱体が十分に蓄熱していない加速時における第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。図９は高負荷時およびＤＰＦ再生時における第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。

車両の運転状態が冷間始動状態にある場合には、図４に示すように、流路切替弁２５は、第１の流路管２１を塞ぎ、エンジン５１０からの排気ガスを第２の流路管２２、すなわち、第２の流路部２２ａへと導くように切り替えられる。冷間始動時にあっては、排気ガス温度は低く（たとえば、５０℃程度）、蓄熱体３０を排気ガスに曝すと蓄熱体３０の温度（蓄熱量）は低下し、また、蓄熱体３０にも熱が蓄えられていないので排気ガスと蓄熱体３０とを接触させても排気ガスの温度上昇は見込めないからである。また、スイッチ６１は開かれており、加熱部材３１に対する通電は行われない。なお、排出部２０ｂには、バッテリによって通電される第２の加熱部材３５が備えられており、冷間始動時には、通電されて、排気ガスを加熱するために用いられる。

車両の運転状態が定常運転状態にある場合には、図５に示すように、流路切替弁２５は、第１の流路管２１および第２の流路管２２の双方を導入部２０ａと連通し、エンジン５１０からの排気ガスを第１の流路管２１および第２の流路管２２、すなわち、第１の流路部２１ａおよび第２の流路部２２ａへと導くように切り替えられる。定常運転時にあっては、排気ガス温度制御装置に導入される排気ガス温度は２００℃程度まで上昇し、蓄熱体３０を排気ガスに曝すことによって蓄熱体３０を加熱し、蓄熱体３０に蓄熱させることができるからである。スイッチ６１は開かれており、加熱部材３１に対する通電は行われず、また、第２の加熱部材３５に対する通電も行われない。

車両の運転状態が減速時・低負荷状態にある場合には、図６に示すように、流路切替弁２５は、第１の流路管２１を塞ぎ、エンジン５１０からの排気ガスを第２の流路管２２、すなわち、第２の流路部２２ａへと導くように切り替えられる。本実施形態に係る車両は、後述するように、減速時、オルタネータによって減速時の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収することによって回生電力を得ることができる。そこで、減速時には、スイッチ６１を閉じ、回生電力を用いて加熱部材３１を発熱させ、蓄熱体３０に蓄熱させる。また、低負荷時であって、車載バッテリの蓄電容量に余裕がある場合には、スイッチ６１を閉じ、車載バッテリの電力を用いて加熱部材３１を発熱させ、蓄熱体３０に蓄熱させる。いずれの場合においても、第１の流路管２１を塞ぐのは、排気ガスによって加熱部材３１が発生した熱、あるいは、蓄熱体３０の熱が奪われることを防止し、より高い熱量を蓄熱体３０に蓄えさせるためである。また、定常運転状態からの減速または低負荷状態への移行時には、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ等はほとんど排出されず、加熱部材３１または蓄熱体３０によって加熱する必要はないからである。なお、第２の加熱部材３５に対する通電も行われない。

車両の運転状態が加速状態にあり、蓄熱体３０が十分に蓄熱している場合には、図７に示すように、流路切替弁２５は、第２の流路管２２を塞ぎ、エンジン５１０からの排気ガスを第１の流路管２１、すなわち、第１の流路部２１ａへと導くように切り替えられる。加速時にあっては、エンジン負荷も高まり、ＮＯｘの排出量も増加すると共に、排気ガス流量自体が増大する。したがって、排気ガスを直接ＳＣＲ装置１４に導入するとＳＣＲ装置１４の温度は作動適温以下になることもある。そこで、ＳＣＲ装置１４を十分に活性化させるために、蓄熱体３０が蓄えている熱によって排気ガスを加熱し、増大するＮＯｘ量を処理できるようＳＣＲ装置１４の温度を作動適温まで上昇させる。また、スイッチ６１は開かれており、加熱部材３１に対する通電は行われず、第２の加熱部材３５に対する通電も行われない。

車両の運転状態が急加速状態にある場合、または、車両の運転状態が加速状態にあって蓄熱体３０が十分に蓄熱していない場合には、図８に示すように、流路切替弁２５は、第２の流路管２２を塞ぎ、エンジン５１０からの排気ガスを第１の流路管２１、すなわち、第１の流路部２１ａへと導くように切り替えられる。また、第２の加熱部材３５に対する通電も行われる。急加速時にあっては、エンジン負荷も高まり、ＮＯｘの排出量も増加すると共に、排気ガス流量が極めて増大するため、蓄熱体３０が蓄えている熱だけでは排気ガスを十分に加熱することができず、不足する熱量を第２の加熱部材３５による加熱によって補うためである。また、加速時であって、蓄熱体３０の蓄熱量が十分でない場合には、増大する排気ガス流量に対して、蓄熱体３０が蓄えている熱だけでは排気ガスを十分に加熱することができず、不足する熱量を第２の加熱部材３５による加熱によって補うためである。なお、スイッチ６１は開かれている。また、第２の加熱部材３５の通電による熱および蓄熱体３０の蓄熱によっては熱量が不足する場合には、第２の加熱部材３５に加えて、加熱部材３１を回生電力以外の電力、たとえば、バッテリ４２の電力を用いて発熱させても良く、あるいは、第２の加熱部材３５を発熱させることなく加熱部材３１のみを発熱させても良い。

車両の運転状態が高負荷状態またはＤＰＦ再生状態にある場合には、図９に示すように、流路切替弁２５は、第２の流路管２２を塞ぎ、エンジン５１０からの排気ガスを第１の流路管２１、すなわち、第１の流路部２１ａへと導くように切り替えられる。高負荷時またはＤＰＦ再生時にあっては、排気ガス温度は短時間で４００℃程度まで上昇し、ＳＣＲ装置１４においてＮＨ_３の漏れ出しが生じる傾向にある。そこで、蓄熱体３０によって過昇温の排気ガスの熱エネルギーを吸収し、排気ガス温度の上昇速度を抑制し、ＮＨ_３の漏れ出しを抑制する。なお、スイッチ６１は開かれており、加熱部材３１に対する通電は行われず、第２の加熱部材３５に対する通電も行われない。

図２および図３に示す本実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０は、水平方向に平行に並ぶ第１の流路管２１および第２の流路管２２を備えているが、図１０に示すように、鉛直方向に並ぶ第１の流路管２１および第２の流路管２２を備えていても良い。図１０は第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の変形例を示す説明図である。たとえば、水平方向に搭載スペースがない場合には、鉛直（垂直）方向に搭載スペースを見出すことによって、第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０を車両に搭載することができる。

図１１は第１の実施形態に係る蓄熱体を備える車両における電装部品間における電気的な接続を概略的に示すブロック図である。車両５００は、エンジン５１０の駆動力によって駆動されるオルタネータ（発電機）４０を備えている。エンジン５１０は、クランクシャフト（図示しない）から取り出される駆動力（出力）をオルタネータ４０に提供するためのエンジン側プーリー５１１を備えている。オルタネータ４０は、エンジン５１０から提供される駆動力が入力されるオルタネータ側プーリー４０１を備えている。エンジン側プーリー５１１とオルタネータ側プーリー４０１とは、ベルト５１２によって機械的に接続されており、ベルト５１２を介して、エンジン５１０の駆動力がオルタネータ４０に伝達される。

車両５００は、流路切替弁２５、車両補機４１、バッテリ４２、制御ユニット６０、第１のリレー６１、第２のリレー６２、第３のリレー６３、第１の温度センサ１９１、第２の温度センサ１９２および第３の温度センサ１９３を備えている。流路切替弁２５は、上述の構成を備えており、制御ユニット６０とは制御信号線によって接続され、制御ユニット６０からの制御信号によって、アクチュエータが弁体を駆動することによって、排気ガスの流路を第１の流路管２１、第２の流路管２２、または第１および第２の流路管２１、２２に切り替える。制御ユニット６０は、排気ガス温度制御装置２０から排出される排気ガスの温度を調整する温度制御部として機能する。

車両補機４１は、オルタネータ４０により出力される電力またはバッテリ４２に蓄電されている電力によって、駆動される（電力を消費する）車両走行と共に用いられる補機であり、たとえば、ヘッドライト、オーディオ、ナビゲーションシステム、電気式ヒーターが該当する。

オルタネータ４０の出力端子は、第１のリレー６１を介して加熱部材３１に電気的に接続されていると共に、第３のリレー６３を介して、車両補機４１に電気的に接続され、さらに電流計６４を介してバッテリ４２のプラス端子（＋）に電気的に接続されている。バッテリ４２のプラス端子（＋）は第２のリレー６２を介して第２の加熱部材３５に電気的に接続されている。なお、オルタネータ４０から車両補機４１およびバッテリ４２に至る配線経路には電圧を昇圧または降圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータが配置されていても良い。オルタネータ４０、車両補機４１、加熱部材３１、第２の加熱部材３５の接地側端子は、ボディーアースを介してバッテリ４２のマイナス端子（−）と電気的に接続されている。

第１のリレー６１は、加熱部材３１をオンまたはオフ、すなわち、加熱部材３１に対する電力の供給または遮断の切り替えを行うスイッチである。第２のリレー６２は、第２の加熱部材３５をオンまたはオフ、すなわち、第２の加熱部材３５に対する電力の供給または遮断の切り替えを行うスイッチである。第３のリレー６３は、両補機４１およびバッテリ４２に対するオルタネータ４０により発電された電力の供給または遮断の切り替えを行うスイッチである。第１〜第３のリレー６１〜６３は、制御ユニット６０と制御信号線を介して接続されており、制御ユニット６０からの制御信号によってオン（閉）またはオフ（開）される。電流計６４は、信号線を介して制御ユニット６０に対して、検出されたバッテリ４２の出力電流を提供する。第１の温度センサ１９１は排気ガス温度制御装置２０（蓄熱体３０）の温度を検出するために用いられ、第２の温度センサ１９２は排気ガス温度制御装置２０に導入される排気ガスの温度を検出するために用いられ、共に、制御ユニット６０に対して信号線で接続されている。

本実施形態においては、第１のリレー６１をオンし、第３のリレー６３をオフすることによって、オルタネータ４０により発電された電力を直接、すなわち、バッテリ４２への蓄電を介することなく、加熱部材３１に供給することができる。たとえば、車両減速時にバッテリ４２が規定の満充電状態にありオルタネータ４０から出力される電力が余剰電力となる条件下において、オルタネータ４０を作動させて加熱部材３１を発熱するために電力を供給することができる。加熱部材３１により生成された熱エネルギーは、蓄熱体３０を加熱するために用いられ、蓄熱体に熱が蓄熱される。この結果、車両の運動エネルギーを捨てることなく、電気エネルギー、更には、熱エネルギーに変換して、蓄熱体３０に蓄えることが可能となる。蓄熱体３０に蓄えられた熱は、既述のように、車両の運転状態に応じて排気ガスの温度を上昇させるために用いられる。また、車両の運転状態が低負荷状態にあり、バッテリ４２の電池容量に余裕がある場合には、制御ユニット６０は、第１および第３のリレー６１および６３をオンすることによって、バッテリ４２からの電力によって加熱部材３１を発電させても良い。第２の加熱部材３５は、第２のリレー６２をオンすることにより、バッテリ４２からの電力によって発熱する。

第１の実施形態における、排気ガス温度制御装置２０の作動制御について図１２を参照して説明する。図１２は第１の実施形態における排気ガス温度制御装置の動作を制御するための第１の処理ルーチンを示すフローチャートである。本処理ルーチンは、制御ユニット６０によって実行される。なお、制御ユニット６０には、少なくとも、図示しない、中央演算装置（ＣＰＵ）、メモリおよび外部機器と制御信号、検出信号のやりとりを行うために入出力インタフェースが備えられている。

制御ユニット６０は、車両の始動と共に本処理ルーチンを開始し、車両に備えられている種々のセンサによって車両の運転状態を検知する。たとえば、制御ユニット６０は、アクセルペダル開度センサから入力される入力信号、排気ガス温度制御装置２０の前段に配置されている温度センサ１９２から入力される入力信号に基づいて車両の運転状態が加速状態、減速状態、定常運転状態にあるか否かを判断し、ＤＰＦ制御信号によってＤＰＦ再生処理実行中であるか否かを判断し、第３の温度センサ１９３から入力される冷却液温度を示す入力信号に基づいて低温始動時であるか否かを判断することができる。

制御ユニット６０は、車両の運転状態が低温始動状態にあるか否かを判定し（ステップＳ１００）、低温始動状態にあると判定した場合には（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、流路切替弁２５に制御信号を送信して、第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）を閉鎖させる（ステップＳ１０２）。すなわち、図４に示したように、導入部２０ａと第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）とを連通し、排気ガスを第２の流路部２２ａに導く。制御ユニット６０は、エンジン５１０の冷却液温度を検知する第３の温度センサ１９３から入力された冷却液温度に基づいて車両が冷間始動状態にあるか否かを判定する。たとえば、第３の温度センサ１９３によって検出された冷却液温度が、０℃〜２０℃である場合には、冷間始動状態にあると判断される。あるいは、第２の温度センサ１９２によって検知された排気ガス温度制御装置２０に導入される排気ガス温度に基づいて（たとえば、排気ガス温度が５０℃以下）、あるいは、冷却液温度と排気ガス温度とに基づいて、冷間始動状態にあるか否かが判断されても良い。制御ユニット６０は、第３のリレー６３をオフし（ステップＳ１０４）、第２のリレーをオンして（ステップＳ１０６）、運転状態の検知へリターンする。第３のリレー６３がオフ位置に切り替えられることによって、加熱部材３１がオフされ（電力回路から切り離され）、第２のリレー６２がオン位置に切り替えられることによって、第２の加熱部材３５がオンされる。この結果、排気ガス温度制御装置２０に導入された排気ガスは、第２の加熱部材３５によって加熱され昇温され、後段のＳＣＲ装置１４を早期に適当な作動温度まで上昇させることができる。

なお、制御ユニット６０は、第３のリレー６３に対するオフ信号（開信号）の送信に先立って、第３のリレー６３がオン位置にあるか否かを判断し、オン位置にある場合にのみ第３のリレー６３に対してオフ信号を送信しても良く、あるいは、第３のリレー６３の現位置によらず第３のリレー６３に対してオフ信号を送信しても良い。この手順は、流路切替弁２５に対する弁位置の切替制御、第１および第２のリレー６１、６２に対するオン・オフ制御においても同様である。

制御ユニット６０は、車両の運転状態が低温始動状態にないと判定した場合には（ステップＳ１００：Ｎｏ）、車両の運転状態が減速状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。制御ユニット６０は、車両の運転状態が減速状態にあると判定した場合には（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、流路切替弁２５に制御信号を送信して、図６に示すように、第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）を閉鎖させ（ステップＳ１１０）、導入部２０ａと第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）とを連通し、排気ガスを第２の流路部２２ａに導く。すなわち、排気ガスの流れに蓄熱体３０が曝されないようにして、以下に示す加熱部材３１による蓄熱体３０に対する蓄熱処理を効率的に実行する。制御ユニット６０は、アクセルペダル開度センサからの入力信号がアクセルペダルがオフ状態（開度０）を示す場合には、車両の運転状態は減速状態（惰行状態）にあると判断する。制御ユニット６０は、第２および第３のリレー６２、６３をオフし（ステップＳ１１２）、第１のリレー６１をオンして（ステップＳ１１４）、運転状態の検知へリターンする。第２および第３のリレー６２、６３がオフ位置に切り替えられることによって、第２の加熱部材３５がオフされ（電力回路から切り離され）、バッテリ４２とオルタネータ４０との接続が切り離される。一方、第１のリレー６１がオンされることによって、減速に伴いオルタネータ４０によって生成された回生電力は、加熱部材３１に供給され、加熱部材３１は発熱し、蓄熱体３０は蓄熱される。

なお、車両の運転状態が減速状態にある場合に加えて、車両が低負荷状態にあるか否かを判定し、低負荷状態にある場合に、減速状態にある場合と同様にして、排気ガス温度制御装置２０の排気ガス流路を切り替えるようにしても良い。低負荷状態にあるか否かの判定は、たとえば、アクセルペダルの開度が所定開度未満であることと、車速が略一定であることとに基づいて実行されて良い。低負荷状態にある場合には、回生電力を得ることはできないので、バッテリ４２の電力を用いて加熱部材３１に対する電力供給が行われる。したがって、制御ユニット６０は、第１および第３のリレー６１、６３をオフし、第２のリレー６２をオンする。低負荷状態にある場合の蓄熱体３０に対する蓄熱処理は、バッテリ４２に余剰電力が残されている場合、オルタネータ４０による充電が不要な状態である場合、に実行される。

制御ユニット６０は、車両の運転状態が減速状態にないと判定した場合には（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、車両の運転状態が加速状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１１６）。制御ユニット６０は、車両の運転状態が加速状態にあると判定した場合には（ステップＳ１１６：Ｙｅｓ）、流路切替弁２５に制御信号を送信して、図７に示すように、第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）を閉鎖させ（ステップＳ１１８）、導入部２０ａと第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）とを連通し、排気ガスを第１の流路部２１ａに導く。制御ユニット６０は、たとえば、アクセルペダルの開度が所定角度以上であること、車両の時間あたりの車速の変化が所定値以上である場合には、車両の運転状態は加速状態にあると判断する。制御ユニット６０は、第１〜第３のリレー６１〜６３をオフして（ステップＳ１２０）、運転状態の検知へリターンする。第１〜第３のリレー６１〜６３がオフ位置に切り替えられることによって、加熱部材３１および第２の加熱部材３５がオフされ（電力回路から切り離され）、バッテリ４２とオルタネータ４０との接続が切り離される。加速時には、排気ガスの流量が増大し、ＮＯｘ量も増大するので、蓄熱体３０を排気ガスに曝すことによって、蓄熱体３０に蓄えられている熱エネルギーによって排気ガスを加熱して、排気ガス温度制御装置２０から排出される排気ガス温度を所望の温度まで上昇させる。なお、所望の温度とは、たとえば、ＳＣＲ装置１４が適切に作動できる温度域の温度である。

なお、車両の運転状態が加速状態にある場合に加えて、車両が急加速状態にあるか否かを判定し、図８に示すように、急加速状態にある場合には、第２のリレー６２をオン（ステップＳ１２２）してバッテリ４２の電力によって第２の加熱部材３５を発熱させても良い。急加速状態にあっては、排気ガスの流量も大幅に増大し、蓄熱体３０に蓄えられている熱量だけでは、排気ガスを所望温度まで昇温させることができない場合がある。そこで、第２の加熱部材３５によって不足する熱量を補う。急加速状態にあるか否かの判定は、たとえば、アクセルペダルが床一杯に踏み込まれた際にオンされるキックダウンスイッチがオンされたか否かによって検出することができる。また、加速状態にある場合に、蓄熱体３０の温度が所定温度よりも低い場合に、急加速状態である場合と同様にして第２の加熱部材３５による排気ガスの加熱が行われても良い。この場合にも、加速状態での流速のある排気ガスを十分に昇温させることができないことがあり、排気ガス温度制御装置２０から排出される排気ガスを所望温度まで上昇させるためには、第２の加熱部材３５による加熱が必要となる。蓄熱体３０の温度は、たとえば、第１の温度センサ１９１によって検出することができる。

制御ユニット６０は、車両の運転状態が加速状態にないと判定した場合には（ステップＳ１１６：Ｎｏ）、車両の運転状態が高負荷状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１２４）。制御ユニット６０は、車両の運転状態が高負荷状態にあると判定した場合には（ステップＳ１２４：Ｙｅｓ）、流路切替弁２５に制御信号を送信して、図９に示すように、第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）を閉鎖させ（ステップＳ１２６）、導入部２０ａと第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）とを連通し、排気ガスを第１の流路部２１ａに導く。制御ユニット６０は、たとえば、アクセルペダルの開度のが所定値以上であること、燃料噴射量、走行ギヤ、車速に応じて、車両が高負荷状態にあるか否かを判定することができる。すなわち、アクセルペダル開度が大きく、車速が低い場合には高負荷状態であると言える。制御ユニット６０は、第１〜第３のリレー６１〜６３をオフして（ステップＳ１２８）、運転状態の検知へリターンする。第１〜第３のリレー６１〜６３がオフ位置に切り替えられることによって、加熱部材３１および第２の加熱部材３５がオフされ（電力回路から切り離され）、バッテリ４２とオルタネータ４０との接続が切り離される。高負荷時には、排気ガスの温度が高くなるので、蓄熱体３０を排気ガスに曝すことによって、排気ガスが有する熱エネルギーの一部を蓄熱体３０によって吸収し、排気ガス温度制御装置２０に導入された排気ガスの温度を所望の温度まで低下させて排気ガス温度制御装置２０から排出させる。なお、所望の温度とは、たとえば、ＳＣＲ装置１４においてＮＨ_３漏れが起こらない温度域の温度である。

なお、車両の運転状態が高負荷状態にある場合に加えて、車両がＤＰＦ再生処理状態にあるか否かを判定し、図９に示すように、ＤＰＦ再生処理状態にある場合には、第１〜第３のリレー６１〜６３をオフしても良い。ＤＰＦ再生処理状態にあっては、ＤＰＦ触媒を再生するために、ポスト噴射が実行され燃料由来の炭化水素がＤＰＦ１３に供給される。この結果、燃料由来の炭化水素はＤＰＦ１３にて触媒燃焼され、排気温度は４５０℃以上まで上昇し、捕集された粒子状物質が酸化され強制再生される。ＤＰＦ１３は、排気ガス温度制御装置２０の前段に配置されているので、排気ガス温度制御装置２０に導入される排気ガス温度も大幅に上昇する。そこで、気ガスが有する熱エネルギーの一部を蓄熱体３０によって吸収し、所望の温度まで低下させた排気ガスを排気ガス温度制御装置２０から排出させる。

制御ユニット６０は、車両の運転状態が高負荷状態にないと判定した場合には（ステップＳ１２４：Ｎｏ）、車両の運転状態は定常走行状態にあると判定して、流路切替弁２５に制御信号を送信して、図５に示すように、第１および第２の流路管２１、２２（第１の流路部２１ａ、第２の流路部２２ａ）を共に開き（ステップＳ１３０）、運転状態の検知へリターンする。第１および第２の流路管２１、２２を共に開くとは、弁体を中立位置に位置させることによって、導入部２０ａと第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）および第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）とを連通し、排気ガスを第１および第２の流路部２１ａ、２２ａに導くことを意味する。定常走行状態においては、排気ガスの流量も加速時よりも少なく、また、排気ガス温度も高負荷時よりも低いので、一部は直接、排気ガス温度制御装置２０から排出し、一部は蓄熱体３０の蓄熱に用いられた後に排気ガス温度制御装置２０から排出される。

排気ガス温度制御装置２０の第２の作動制御について図１３を参照して説明する。図１３は第１の実施形態における排気ガス温度制御装置の動作を制御するための第２の処理ルーチンを示すフローチャートである。第１の処理ルーチンでは、もっぱら車両の運転状態に基づいて、排気ガス温度制御装置２０の作動が制御されたが、第２の処理ルーチンでは、排気ガス温度および蓄熱体３０の温度に基づいて排気ガス温度制御装置２０の作動が制御される。

制御ユニット６０は、排気ガス温度制御装置２０に導入される排気ガスの温度ＧＴが第１の所定温度Ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ２００）。排気ガス温度ＧＴは、第２の温度センサ１９２によって検出可能である。第１の所定温度Ｔ１は、高負荷時またはＤＰＦ再生処理時における排気ガス温度であり、たとえば、４００℃である。排気ガス温度ＧＴが第１の所定温度Ｔ１以上である場合には、後段のＳＣＲ装置１４におけるＮＨ_３漏れを考慮すると、蓄熱体３０によって排気ガス温度を下げることが望ましいことは既述の通りである。

制御ユニット６０は、ＧＴ≧Ｔ１であると判定すると（ステップＳ２００：Ｙｅｓ）、蓄熱体３０の温度ＨＴが第２の所定温度Ｔ２未満であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。蓄熱体温度ＨＴは、第１の温度センサ１９１によって検出可能である。第２の所定温度Ｔ２は、導入された排気ガスの温度を上昇させることのない第１の所定温度Ｔ１よりも低い温度であり、たとえば、３００℃＜Ｔ１＜４００℃である。制御ユニット６０は、ＨＴ＜Ｔ２であると判定すると（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、流路切替弁２５に制御信号を送信して、図９に示すように、第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）を閉鎖させ（ステップＳ１２６）、導入部２０ａと第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）とを連通し、排気ガスを第１の流路部２１ａに導く。この結果、排気ガス温度制御装置２０は、高温の排気ガスを所定温度の排気ガスとして、あるいは、さらに加温することなく、排出することができる。この後、処理ステップは、運転状態の検知へリターンする。

制御ユニット６０は、ＨＴ≧Ｔ２であると判定すると（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、流路切替弁２５に制御信号を送信して、第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）を閉鎖させ（ステップＳ２０６）、導入部２０ａと第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）とを連通し、排気ガスを第２の流路部２２ａに導く。この後、処理ステップは、運転状態の検知へリターンする。蓄熱体３０の温度ＨＴが第２の所定温度Ｔ２以上である場合には、蓄熱体３０による十分な排気ガス温度の低下を期待できないので、また、蓄熱体３０の温度ＨＴが４００℃以上の場合には、排気ガス温度をさらに上昇させることになるので、排気ガスを蓄熱体３０に曝すことなく、排気ガスを排気ガス温度制御装置２０から排出させる。

制御ユニット６０は、ＧＴ＜Ｔ１であると判定すると（ステップＳ２００：Ｎｏ）、排気ガス温度ＧＴが第３の所定温度Ｔ３未満であるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。第３の所定温度Ｔ３は、第１の所定温度Ｔ１よりも低く、後段のＳＣＲ装置１４を活性化させるためには不足する温度であり、たとえば、１００℃である。制御ユニット６０は、ＧＴ＜Ｔ３であると判定すると（ステップＳ２０８：Ｙｅｓ）、蓄熱体温度ＨＴが第４の所定温度Ｔ４以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。第４の所定温度Ｔ４は、第２の所定温度Ｔ２および第３の所定温度Ｔ３よりも高く、後段のＳＣＲ装置１４を活性化させることができる温度であり、たとえば、２００℃である。制御ユニット６０は、ＨＴ≧Ｔ４であると判定すると（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、流路切替弁２５に制御信号を送信して、第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）を閉鎖させ（ステップＳ２１２）、導入部２０ａと第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）とを連通し、排気ガスを第１の流路部２１ａに導く。この結果、排気ガス温度制御装置２０に導入された排気ガスは、より温度の高い蓄熱体３０によって加熱され、所望温度または所望温度に近い温度の排気ガスを排出することができる。この後、処理ステップは、運転状態の検知へリターンする。

制御ユニット６０は、ＧＴ≧Ｔ３であると判定すると（ステップＳ２０８：Ｎｏ）、または、ＨＴ＜Ｔ４であると判定すると（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、流路切替弁２５に制御信号を送信して、第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）を閉鎖させ（ステップＳ２１４）、導入部２０ａと第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）とを連通し、排気ガスを第２の流路部２２ａに導く。この結果、排気ガス温度制御装置２０に導入された排気ガスは、蓄熱体３０を介することなく、ＳＣＲ装置１４の動作に十分な温度で排気ガス温度制御装置２０から排出される。なお、後述するステップＳ２１６およびＳ２１８が実行されない場合には、導入部２０ａと第１および第２の流路管２１、２２（第１および第２の流路部２１ａ、２２ａ）とを連通し、排気ガスを第１および第２の流路部２１ａ、２２ａに導いても良い。この場合、ＳＣＲ装置１４の動作に十分な温度の排気ガスが第２の流路部２２ａを介して排出されると共に、第１の流路部２１ａを流れる排気ガスによる蓄熱体３０に対する蓄熱を実行することができる。

制御ユニット６０は、第２および第３のリレー６２、６３をオフし（ステップＳ２１６）、第１のリレー６１をオンして（ステップＳ２１８）、運転状態の検知へリターンする。ステップＳ２１６およびＳ２１８は、車両の運転状態に応じて回生電力が得られた場合に実行されることが望ましいが、バッテリ４２の残存電力量に余裕がある場合には、バッテリ４２からの電力を用いる場合に実行されても良い。

第２および第３のリレー６２、６３がオフされ、第１のリレー６１がオンされることによって、車両が減速状態にある場合には、オルタネータ４０によって発電された回生電力が加熱部材３１に供給され、加熱部材３１が発熱する。この結果、蓄熱体３０は、加熱部材３１によって加熱され、蓄熱することができ、次回、ステップＳ２０４が実行される際に排気ガスを加熱するための熱量を蓄えることができる。

以上説明した第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０によれば、排気ガスの熱エネルギーを蓄熱体３０によって蓄熱し、蓄熱体３０に蓄熱された熱によって排気ガスを昇温させることによって、排気ガス浄化装置に対して供給される排気ガスの温度を所望の温度域または所望の温度に制御することができる。電気式の加熱部材を用いる場合には立ち上がり時間を要するが、蓄熱体３０の蓄熱を用いた排気ガスの加熱は立ち上がり時間を要することなく短時間で排気ガスの温度を昇温させることができる。また、蓄熱体３０には加熱部材３１が内包または蓄熱体３０の近傍には加熱部材３１が配置されているので、排気ガスのみに依存することなく蓄熱体３０に蓄熱させることができる。さらに、加熱部材３１に対しては、車両の減速時に得られる回生電力が供給されるので、加熱部材３１を発熱させるための電力を得るために内燃機関５１０を余分に作動させる（燃料を消費する）必要はなく、減速時に放出される運動エネルギを電気エネルギに変換して、加熱部材３１の発熱に用いることができる。

また、排気ガス温度が比較的高い場合には、蓄熱体３０を排気ガスに曝すことによって、排気ガス温度を低減させることが可能となり、後段に備えられている排気ガス浄化装置に対して高温の排気ガスが供給されることに伴う問題、たとえば、ＳＣＲ装置１４におけるＮＨ_３漏れを抑制または防止することができる。

以上の通り、第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０によれば、エンジン５１０から排出される排気ガスの温度に依存せず、車両全体におけるエネルギー効率を低下させることなく、排気ガス温度を浄化装置の作動温度域に調整することができる。この結果、車両の運転状態に依存することなく、排気ガスを所望の浄化レベルまで浄化することができる。

第２の実施形態：
図１４〜図１６を参照して、第２の実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０Ａについて説明する。より具体的には、車両の運転状態に応じた流路切替弁２５の切り替えの態様および加熱部材３１による蓄熱体３０の加熱の態様について説明する。図１４は冷間始動時における第２の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。図１５は減速時および低負荷時における第２の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。図１６は加速時における第２の実施形態に係る排気ガス温度制御装置の動作状態を示す説明図である。

第２の実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０Ａは、蓄熱体３０の直下にプリＳＣＲ３７を備える点において第１の実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０と異なる。すなわち、第１の流路管２１において、加熱部材３１を含む蓄熱体３０に加えて、プリＳＣＲ３７が備えられている。すなわち、排気ガス温度制御装置２０Ａの後段に備えられるＳＣＲ装置１４に加えて、排気ガス温度制御装置２０Ａ内にＳＣＲが別途備えられている。

図１４に示す冷間始動時においては、流路切替弁２５は、第１の流路管２１を塞ぎ、エンジン５１０からの排気ガスを第２の流路部２２ａへと導くように切り替えられる。また、第２の加熱部材３５に対してはバッテリ４２からの電力が供給され、排気ガスが加熱される。図１５に示す減速時および低負荷時においては、流路切替弁２５は、第１の流路管２１を塞ぎ、エンジン５１０からの排気ガスを第２の流路部２２ａへと導くように切り替えられる。第１のリレー６１はオンされ、加熱部材３１に対して減速に伴う回生電力が供給され、加熱部材３１が発熱することによって蓄熱体３０が蓄熱される。また、低負荷時であって、車載バッテリの蓄電容量に余裕がある場合には、スイッチ６１を閉じ、車載バッテリの電力を用いて加熱部材３１を発熱させ、蓄熱体３０に蓄熱させる。

図１６に示す加速時においては、流路切替弁２５は、第２の流路管２２を塞ぎ、エンジン５１０からの排気ガスを第１の流路部２１ａへと導くように切り替えられる。また、スイッチ６１は開かれており、加熱部材３１に対する通電は行われず、第２の加熱部材３５に対する通電も行われない。加速時には、ＮＯｘの排出量も増加すると共に、排気ガス流量自体が増大する。第２の実施形態では、単に蓄熱体３０によって排気ガスを加熱するに留まらず、プリＳＣＲ３７を蓄熱体３０の直下（直後）に配置することによって、蓄熱体３０の蓄熱によって、プリＳＣＲ３７の温度を尿素水の熱分解、加水分解反応に必要な温度まで効率よく上昇させることが可能となる。この結果、アンモニア（ＮＨ_３）が円滑に生成され、排気ガス中のＮＯｘ成分から窒素（Ｎ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）への変換を十分に実行することができる。なお、プリＳＣＲ３７によって窒素（Ｎ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）への変換が行われなかったＮＯｘ成分は、後段のＳＣＲ装置１４において変換され得る。なお、第２の実施形態において、第２の加熱部材３５は、第１の実施形態において説明した態様と同様にして作動させることができる。

以上説明した第２の実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０Ａによれば、ＳＣＲ装置１４に加えて、排気ガス温度制御装置２０Ａ内にプリＳＣＲ３７が備えられているので、ＳＣＲ３７を蓄熱体の蓄熱によって効率よく昇温させることが可能となり、排気ガス中に含まれるＮＯｘ成分の変換（分解）割合を向上させることができる。すなわち、プリＳＣＲ３７が動作温度に達していないことを理由とする、ＮＯｘ成分のすり抜けを低減または防止することが可能となり、後段のＳＣＲ装置１４と相まって、ＮＯｘ成分の浄化性能を向上させることができる。

変形例：
（１）上記各実施形態においては、蓄熱体３０に設けられた第１の温度センサ１９１、蓄熱体３０の前段に備えられた第２の温度センサ１９２によって、蓄熱体３０、および排気ガスの温度が取得されているが、エンジン５１０の始動後からの経過時間に基づいて、あるいは、加熱部材３１に対する通電履歴に基づいて、一律に各温度が求められても良い。

（２）上記各実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０はＳＣＲ装置１４の前段に備えられているので、ＳＣＲ装置１４に対して、定常的にＮＯｘ浄化に適当な温度の排気ガスを供給することが可能となり、この結果、ＳＣＲ装置１４では、従来、排気ガス温度の低下によりＮＯｘ浄化を実行できなかった条件下においてもＮＯｘ浄化が実行され得ることとなり、ＮＯｘの大気への排出量をさらに低減させることができる。また、従来、排気ガス温度を上昇させるためにＤＯＣ１２やＤＰＦ１３において実行されていた、燃料燃焼による排気ガス温度の上昇処理が不要となり、走行とは関係なく消費される燃料量を低減させることができる。

（３）上記各実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０は、上記の構成の他、以下の構成を採っても良い。上記各実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０においては、ＤＰＦ１３とＳＣＲ装置１４の間に排気ガス温度制御装置２０が配置されていたが、排気ガス温度制御装置２０は、ＤＰＦ１３の前段に配置されていても良い。この場合には、ＤＰＦ１３に導入される排気ガス温度を高温に維持することが可能となり、燃料噴射を伴う強制的な再生処理を伴うことなく、定期的に自発的な再生処理の実行が期待され得る。この結果、再生処理のために燃料を消費する必要がなくなり、車両の燃費性能を向上させることができる。

なお、本明細書における浄化装置とは、触媒によって排気ガス中の特定の成分（物質）を非有害成分（物質）へ変換する、いわゆる化学反応式の浄化触媒に止まらず、排気ガス中の特定成分を捕集するフィルタ式浄化装置も含まれる。フィルタ式浄化装置においても、適当に再生動作を実行するための適性温度範囲が存在する場合があり、本実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０を用いれば、フィルタ式浄化装置に導入される排気ガス温度を適性温度範囲に維持することができ、フィルタ式浄化装置はエンジン５１０の運転状況に依存することなく広い条件下において所期の性能を発揮することができる。したがって、本実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０は、所定の温度範囲の排気ガスの導入により性能が発揮される浄化装置であれば、どのような浄化装置の前段に用いられても良く、そのような浄化装置の前段に用いられることによって浄化装置の性能を幅広い条件下で発揮させることができる。

（４）上記各実施形態においては、ディーゼルエンジン５１０を例にとって説明したが、上記各実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０は、ガソリンエンジンにおける排気経路に配置され、ガソリンエンジン用の排気ガスの浄化システムを構成しても良い。ガソリンエンジンの排気ガス温度は、ディーゼルエンジンの排気ガス温度よりは高いが、エンジン始動当初から十分な排気ガスの浄化を実現するために、触媒が所期の性能を発揮する温度域まで触媒温度を上昇させるための種々の試みが成されている。たとえば、ガソリンエンジンの浄化装置として一般的に用いられている三元触媒をエキゾーストマニホールド直下に配置することによって触媒の早期暖気が試みられている。しかしながら、排気ガス温度の熱分布に依存して触媒の配置位置を決定する場合には、触媒の配置位置に自由度がなく、エンジン周りの設計に自由度がなかった。これに対して、各実施形態に係る排気ガス温度制御装置２０を適用すれば、三元触媒の配置位置にかかわらず、早期暖気を実現することが可能となり、車両設計上の自由度が高まるという利点がある。

（５）上記各実施形態においては、一の蓄熱体３０が用いられているが、蓄熱体３０は、複数の独立した蓄熱体から構成されても良い。この場合には各蓄熱体３０間における排気ガス温度の拡散、混合により蓄熱体３０内における排気ガスの温度分布の均一化を期待することができる。

（６）上記各実施形態においては、排気ガス温度制御装置２０は矩形箱型形状を有しているが、導入部２０ａから排出部２０ｂｃに至るまで複数回折り返された冗長な形状を備えていても良く、円筒形状を有していても良い。また、上記各実施形態においては、直線状に延びる排気ガス温度制御装置２０を例にとって説明しているが、排気ガス温度制御装置２０は、一部の構成または配管が他の構成または配管と交差する方向に配置され、折り返し状に形成された浄化システムに適用されても良い。例えば、車載時に地面に対して平行に配置される平行部と、平行部と交差する交差部とを有する折り返し形状を備え、排気ガスの流動方向への長さを短くした浄化システムに適用されても良い。なお、交差部は、地面に対して垂直な垂直部であり、垂直方向に嵩を有する浄化システムであっても良い。この場合、排気ガス温度制御装置２０は平行部または交差部のいずれに配置されても良い。

以上、実施例、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…浄化システム
１１…排気管
１１ａ…マニフォールド
１１ｂ…マフラエンドパイプ
１２…ディーゼル酸化触媒
１３…ディーゼル微粒子フィルタ
１４…選択触媒還元装置
１５…ディーゼル酸化触媒
１７…燃料噴射装置
１８…尿素水噴射装置
１９１…第１の温度センサ
１９２…第２の温度センサ
１９３…第３の温度センサ
２０…排気ガス温度制御装置
２０Ａ…排気ガス温度制御装置
２０ａ…導入部
２０ｂ…排出部
２０１…ケース
２１…第１の流路管
２１ａ…第１の流路部
２２…第２の流路管
２２ａ…第２の流路部
２３…断熱材
２５…流路切替弁
３０…蓄熱体
３１…加熱部材
３５…第２の加熱部材
４０…オルタネータ
４０１…オルタネータ側プーリー
４１…補機
４２…バッテリ
５００…車両
５１０…ディーゼルエンジン
５１１…エンジン側プーリー
５１２…ベルト
５２０…車輪
６０…制御ユニット
６１…第１のリレー
６２…第２のリレー
６３…第３のリレー
６４…電流計
Ｔ１…第１の所定温度
Ｔ２…第２の所定温度
Ｔ３…第３の所定温度
Ｔ４…第４の所定温度

Claims (6)

1. 内燃機関の排気管路においてディーゼル微粒子フィルタの後段に配置され、排気ガス浄化装置の前段に配置され、前記排気ガス浄化装置における排気ガス温度を調整する排気ガス温度制御装置であって、
   熱を蓄熱または放熱可能な蓄熱体と、
   前記蓄熱体に熱を蓄熱させるための加熱部材と、
   前記蓄熱体を内包し、排気ガスの流路を構成する第１の流路部と、
   前記第１の流路部とは異なる、前記排気ガスの流路を構成する第２の流路部と、
   前記排気ガスの流路を前記第１の流路部と前記第２の流路部の少なくともいずれか一方に切り替える切替部と、
   前記切替部を制御することによって、前記内燃機関を搭載する車両の運転状態に応じて、前記蓄熱体に熱を蓄熱または前記蓄熱体から熱を放熱させて前記排気ガス温度制御装置から排出される排気ガスの温度を制御する温度制御部であって、
   前記排気ガス温度が高負荷時または前記ディーゼル微粒子フィルタの再生処理時における第１の所定温度以上であり、前記蓄熱体の温度が前記第１の所定温度よりも低く、導入された排気ガス温度を上昇させない第２の所定温度未満の場合に、または、前記排気ガス温度が前記第１の所定温度よりも低く、前記排気ガス浄化装置の活性化には不足する第３の所定温度未満であり、前記蓄熱体の温度が前記第２の所定温度および前記第３の所定温度よりも高く、前記排気ガス浄化装置を活性化可能な第４の所定温度以上の場合に、前記第１の流路部に前記排気ガスを導くよう前記切替部を切り替える、温度制御部と
   を備える、排気ガス温度制御装置。
2. 請求項１に記載の排気ガス温度制御装置において、
   前記加熱部材は、前記車両の運転状態に応じて得られる回生電力によって発熱する、排気ガス温度制御装置。
3. 請求項１に記載の排気ガス温度制御装置において、
   前記温度制御部は、前記排気ガス温度が前記第１の所定温度未満かつ前記第３の所定温度以上の場合、前記第２の流路部に前記排気ガスを導くよう前記切替部を切り替える、排気ガス温度制御装置。
4. 請求項１に記載の排気ガス温度制御装置において、
   前記温度制御部は、前記車両の運転状態が減速状態にある場合、低温始動状態にある場合、または、定常状態にある場合には、前記第２の流路部に前記排気ガスを導くように前記切替部を切り替える、排気ガス温度制御装置。
5. 請求項４に記載の排気ガス温度制御装置において、
   前記温度制御部は、前記車両の運転状態が減速状態にある場合、得られた回生電力を前記加熱部材に供給する、排気ガス温度制御装置。
6. 請求項１、４および５のいずれか一項に記載の排気ガス温度制御装置において、
   前記温度制御部は、前記車両の運転状態が加速状態にある場合、所定の負荷よりも高い高負荷状態にある場合には、前記第１の流路部に前記排気ガスを導くように前記切替部を切り替える、排気ガス温度制御装置。

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