特許 6376064 排気浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6376064

(24)【登録日】2018年8月3日

(45)【発行日】2018年8月22日

(54)【発明の名称】排気浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20180813BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20180813BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/20 K

   F01N3/24 L

【請求項の数】7

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2015-142584(P2015-142584)

(22)【出願日】2015年7月17日

(65)【公開番号】特開2017-25728(P2017-25728A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2017年10月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】上田 松栄

(72)【発明者】

【氏名】長野 進

(72)【発明者】

【氏名】馬場 直樹

(72)【発明者】

【氏名】志知 明

(72)【発明者】

【氏名】河内 浩康

(72)【発明者】

【氏名】野口 幸宏

(72)【発明者】

【氏名】佐竹 康

(72)【発明者】

【氏名】高田 圭

(72)【発明者】

【氏名】中山 茂樹

【審査官】 楠永 吉孝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１９０４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１８９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２３８１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３１１１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／０５６４８８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／２０

Ｆ０１Ｎ ３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気系に取り付けられた触媒装置を昇温することで活性させて排気を浄化する排気浄化装置であって、
前記排気系における触媒装置よりも上流側に取り付けられ、流動性媒体の脱着反応を行って蓄熱し、かつ、前記流動性媒体の吸着反応により放熱する化学蓄熱部、前記化学蓄熱部との間で流動性媒体が循環可能であり当該流動性媒体を貯留する貯留部、及び前記化学蓄熱部と前記貯留部との間の循環路を開閉制御する流量制御部を備え、前記化学蓄熱部を流通する流動性媒体の吸着熱で内燃機関から排出された排気を加熱する第１の加熱装置と、
前記排気系における触媒装置よりも上流側に取り付けられ、前記第１の加熱装置とは異なる熱源を用いて内燃機関から排出された排気を加熱する第２の加熱装置と、
前記触媒装置の浄化率を取得する浄化率取得手段と、
前記浄化率取得手段から取得した前記触媒装置の浄化率が所定の値よりも低い場合に、前記第１の加熱装置又は前記第２の加熱装置の駆動を制御して前記触媒装置よりも上流側の排気を加熱する加熱制御手段と、
を有する排気浄化装置。

【請求項2】

前記第１の加熱装置の前記化学蓄熱部及び前記貯留部における前記流動性媒体の温度又は圧力の少なくとも１つを含む状態を検出する状態検出手段をさらに有し、
前記加熱制御手段は、
前記状態検出手段の検出結果に基づいて、前記化学蓄熱部又は前記貯留部の何れかにおける流動性媒体の保有量を演算し、
前記貯留部における流動性媒体の保有量が所定以上ある場合に、第１の加熱装置の駆動を制御して前記触媒装置よりも上流側の排気を加熱する請求項１記載の排気浄化装置。

【請求項3】

前記第２の加熱装置が、通電により発熱する発熱体を用いた電気ヒータであり、
前記加熱制御手段は、
前記電気ヒータを、前記第１の加熱装置が使用不能な場合の排気加熱用として適用する請求項１又は請求項２記載の排気浄化装置。

【請求項4】

前記浄化率取得手段が、
前記触媒装置の上流側及び下流側には、それぞれＣＯセンサ、ＴＨＣセンサ及びＮＯｘセンサの何れか１つ又は複数の浄化率判別センサと、
前記触媒装置の浄化率が、上流側の浄化率判別センサの検出値に対する下流側の浄化率判別センサの比を演算する演算部と、
を備える請求項１〜請求項３の何れか１項記載の排気浄化装置。

【請求項5】

前記触媒装置の床温度を検出する床温検出センサをさらに有し、
前記浄化率取得手段が、前記床温検出センサによる床温度に基づいて浄化率を推定する請求項１〜請求項４の何れか１項記載の排気浄化装置。

【請求項6】

前記触媒装置の床温度を検出する床温検出センサをさらに有し、
当該床温検出センサによる床温度を、前記加熱制御手段による排気の加熱制御の要否判定に適用する請求項１〜請求項４の何れか１項記載の排気浄化装置。

【請求項7】

前記第２の加熱装置が、前記第１の加熱装置よりも上流側に配置されており、
前記加熱制御手段は、
前記第１の加熱装置の前記貯留部の前記流動性媒体の保有量が所定値以下の場合に、
前記触媒装置を通過する排気を加熱する必要がないこと、及び、前記化学蓄熱部の圧力が前記貯留部の圧力よりも低いことを条件に、
前記第１の加熱装置の前記流量制御部を制御して前記化学蓄熱部と前記貯留部との間の循環路を閉塞した状態で、
前記第２の加熱装置を、前記化学蓄熱部での前記流動性媒体の脱着反応のための加熱用として適用し、
前記化学蓄熱部の圧力が前記貯留部の圧力よりも所定以上高くなった時点で、前記第１の加熱装置の前記流量制御部を制御して前記化学蓄熱部と前記貯留部との間の循環路を開放する請求項１〜請求項６の何れか１項記載の排気浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気系に取り付けられ排気を浄化するための触媒装置を活性させて排気を浄化する排気浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の排気系に取り付けられる触媒装置は、排気浄化性能が十分に発揮される温度まで昇温させることが好ましい。

【0003】

特許文献１には、エンジン（内燃機関）の始動前に、電気ヒータを用いて触媒を暖める制御に関する技術が開示されている。

【0004】

この特許文献１では、触媒の温度から電気ヒータの通電時間を定めている。すなわち、触媒の温度が所定値未満の場合は電気ヒータへ通電し、所定値以上の場合は電気ヒータへ通電しない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１０−１６９４３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１では、エンジン始動前の低温状態を昇温させる制御には適しているが、エンジン動作中になると、触媒の温度計測箇所によって、既に触媒の活性が得られているにも関わらず、通電を継続することがあり、無駄な電力消費となる場合がある。例えば、触媒の中央の温度を用いて電気ヒータの通電を制御する場合、触媒の入口や出口で十分な浄化率が得られているが、触媒中央の温度は低いままの状態であると、電気ヒータの通電が継続されることになる。

【0007】

また、熱源が電気ヒータのみであり、電気ヒータの電力源（例えば、車両の場合は車載バッテリ）の状態を常に監視する必要がある。

【0008】

本発明は上記事実を考慮し、内燃機関の排気系に取り付けられる触媒装置の活性を促す昇温のための消費電力、及び燃費を含む消費エネルギーを低減しつつ、早期に触媒活性を向上させることができる排気浄化装置を得ることが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、内燃機関の排気系に取り付けられた触媒装置を昇温することで活性させて排気を浄化する排気浄化装置であって、前記排気系における触媒装置よりも上流側に取り付けられ、流動性媒体の脱着反応を行って蓄熱し、かつ、前記流動性媒体の吸着反応により放熱する化学蓄熱部、前記化学蓄熱部との間で流動性媒体が循環可能であり当該流動性媒体を貯留する貯留部、及び前記化学蓄熱部と前記貯留部との間の循環路を開閉制御する流量制御部を備え、前記化学蓄熱部を流通する流動性媒体の吸着熱で内燃機関から排出された排気を加熱する第１の加熱装置と、前記排気系における触媒装置よりも上流側に取り付けられ、前記第１の加熱装置とは異なる熱源を用いて内燃機関から排出された排気を加熱する第２の加熱装置と、前記触媒装置の浄化率を取得する浄化率取得手段と、前記浄化率取得手段から取得した前記触媒装置の浄化率が所定の値よりも低い場合に、前記第１の加熱装置又は前記第２の加熱装置の駆動を制御して前記触媒装置よりも上流側の排気を加熱する加熱制御手段と、を有している。

【0010】

本発明によれば、第１の加熱装置は、化学蓄熱部と貯留部とを備え、この化学蓄熱部と貯留部との間を流動性媒体が循環することで、化学蓄熱部が化学的に蓄熱される。

【0011】

加熱制御手段では、浄化率取得手段から取得した触媒装置の浄化率が所定の値よりも低い場合に、第１の加熱装置又は第２の加熱装置の駆動を制御して前記触媒装置よりも上流側の排気を加熱する。

【0012】

例えば、第１の加熱装置の流動制御部を制御して化学蓄熱部と貯留部との間の循環路を開放する。これにより、流動性媒体が循環し、当該循環の際に化学蓄熱部で排気との間で熱交換がなされ、排気が加熱される。

【0013】

この排気の加熱により、触媒装置が昇温されて活性化し、排気の浄化率を向上することができる。

【0014】

第２の加熱装置を適用した場合は、異なる熱源により排気系の流動する排気を加熱する。排気の加熱により、触媒装置が活性化し、排気の浄化率が向上する。

【0015】

内燃機関の排気系に２種の異なる熱源を用いた加熱機能を備えることで、何れかが使用不要となっても、触媒装置の活性化を維持することができる。この場合、第１の加熱装置と第２の加熱装置の併用、交互使用、一方を他方の予備機能とするといった、様々な適用例が考えられる。

【0016】

本発明において、前記第１の加熱装置の前記化学蓄熱部及び前記貯留部における前記流動性媒体の温度又は圧力の少なくとも１つを含む状態を検出する状態検出手段をさらに有し、前記加熱制御手段は、前記状態検出手段の検出結果に基づいて、前記化学蓄熱部又は前記貯留部の何れかにおける流動性媒体の保有量を演算し、前記貯留部における流動性媒体の保有量が所定以上ある場合に、第１の加熱装置の駆動を制御して前記触媒装置よりも上流側の排気を加熱する。

【0017】

状態検出手段は、第１の加熱装置のヒータ部及び貯留部における流動性媒体の温度又は圧力の少なくとも１つを含む状態を検出する。例えば、温度センサと圧力センサとでは温度センサの方が廉価である。

【0018】

例えば、圧力センサよりも廉価な温度センサを備えた場合、換算によって圧力を得ることができる。一方、圧力センサで直接圧力を検出した方が精度は高い。そこで、価格と精度との二律背反の関係を考慮して選択すればよく、当然、温度センサ及び圧力センサを併用してもよい。

【0019】

加熱制御手段では、状態検出手段の検出結果に基づいて、化学蓄熱部又は貯留部の何れかにおける流動性媒体の保有量を演算する。なお、基本的に総量は変化しないため、一方の保有量を演算すればよい。

【0020】

ここで、貯留部における流動性媒体の保有量が所定以上ある場合に、流動性媒体が正常に循環できるので、第１の加熱装置の駆動を制御して前記触媒装置よりも上流側の排気を加熱する。

【0021】

本発明において、前記第２の加熱装置が、通電により発熱する発熱体を用いた電気ヒータであり、前記加熱制御手段は、前記電気ヒータを、前記第１の加熱装置が使用不能な場合の排気加熱用として適用する。

【0022】

第２の加熱装置として、通電により加熱する加熱体を用いた電気ヒータを用いる。電気ヒータは通電又は遮断により比較的容易に加熱制御が可能である。

【0023】

そこで、電気ヒータを、第１の加熱装置が使用不能な場合の排気加熱用として適用する。この場合、例えば、第１の加熱装置の流量制御部を制御してヒータ部と貯留部との間の循環路を閉塞した状態とすることで、加熱された排気を効率良く触媒装置へ移動させることができる。

【0024】

本発明において、前記浄化率取得手段が、前記触媒装置の上流側及び下流側には、それぞれＣＯセンサ、ＴＨＣセンサ及びＮＯｘセンサの何れか１つ又は複数の浄化率判別センサと、前記触媒装置の浄化率が、上流側の浄化率判別センサの検出値に対する下流側の浄化率判別センサの比を演算する演算部と、を備える。

【0025】

浄化率は、触媒装置の上流側と下流側との排気の成分の遷移状態（下流側／上流側の演算値）が浄化率となる。そこで、ＣＯセンサ、ＴＨＣセンサ及びＮＯｘセンサの何れかを触媒装置の上流側及び下流側のそれぞれに配置し、排気に含まれる検出成分の量の比に基づいて浄化率を演算することができる。

【0026】

本発明において、前記触媒装置の床温度を検出する床温検出センサをさらに有し、
前記浄化率取得手段が、前記床温検出センサによる床温度に基づいて浄化率を推定する。

【0027】

床温検出センサによる床温度から浄化率を推定することができる。

【0028】

本発明において、前記触媒装置の床温度を検出する床温検出センサをさらに有し、当該床温検出センサによる床温度を、前記加熱制御手段による排気の加熱制御の要否判定に適用する。

【0029】

床温検出センサによる触媒装置の床温度の検出値を、排気の加熱の要否の判定要件に加えることで、より精度の高い判定が可能となる。

【0030】

本発明において、前記第２の加熱装置が、前記第１の加熱装置よりも上流側に配置されており、前記加熱制御手段は、前記第１の加熱装置の前記貯留部の前記流動性媒体の保有量が所定値以下の場合に、前記触媒装置を通過する排気を加熱する必要がないこと、及び、前記化学蓄熱部の圧力が前記貯留部の圧力よりも低いことを条件に、前記第１の加熱装置の前記流量制御部を制御して前記化学蓄熱部と前記貯留部との間の循環路を閉塞した状態で、前記第２の加熱装置を、前記化学蓄熱部での前記流動性媒体の脱着反応のための加熱用として適用し、前記化学蓄熱部の圧力が前記貯留部の圧力よりも所定以上高くなった時点で、前記第１の加熱装置の前記流量制御部を制御して前記化学蓄熱部と前記貯留部との間の循環路を開放する。

【0031】

第１の加熱装置の貯留部の流動性媒体の保有量が所定値以下の場合がある。

【0032】

この場合、加熱制御手段では、触媒装置を通過する排気を加熱する必要がないことを確認する。また、加熱制御手段では、化学蓄熱部の圧力が貯留部の圧力よりも低いことを確認する。

【0033】

その後、第１の加熱装置の流量制御部を制御して化学蓄熱部と貯留部との間の循環路を閉塞した状態とする。

【0034】

循環路を閉塞した状態で、第２の加熱装置によって排気を加熱する。この加熱された排気の熱により、化学蓄熱部での流動性媒体は加熱され、加圧される。

【0035】

また、加熱制御手段では、第２の加熱装置を、前記化学蓄熱部での前記流動性媒体の加圧のための加熱用として適用しているとき、前記化学蓄熱部の圧力が前記貯留部の圧力よりも所定以上高くなった時点で、前記電気ヒータをオフすると共に、前記第１の加熱装置の前記流量制御部を制御して前記化学蓄熱部と前記貯留部との間の循環路を開放する。

【0036】

これにより、化学蓄熱部の圧力が貯留部の圧力よりも高いため、流動性媒体は化学蓄熱部から貯留部へ流動し、貯留部に流動性媒体を貯留することができる。

【0037】

このため、第１の加熱装置は再生され、次の排気の加熱として適用することができる。

【発明の効果】

【0038】

以上説明した如く本発明では、内燃機関の排気系に取り付けられる触媒装置の活性を促す昇温のための消費電力、及び燃費を含む消費エネルギーを低減しつつ、早期に触媒活性を向上させることができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】本実施の形態に係る排気浄化装置が取り付けられた内燃機関の排気系の概略図である。

【図2】（Ａ）本実施の形態に係る第１の加熱装置に適用される流動性媒体の温度−圧力特性図、（Ｂ）は本実施の形態に係る第１の加熱装置に適用される流動性媒体の圧力−残量特性図である。

【図3】本実施の形態に係る排気加熱制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図4】（Ａ）は本実施の形態に係る第２の加熱装置の発熱体への印加電圧制御ルーチンを示すフローチャート、（Ｂ）は第２の加熱装置のオフ動作制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図5】本実施の形態に係る第２の加熱装置による排気加熱制御時の触媒温度に対する印加電圧との関係を示す特性図である。

【図6】第１の加熱装置の制御形態と投入エネルギーとの関係であり、本実施の形態を２種類の比較例と比較した結果を示す特性図である。

【図7】本実施の形態に係る第１の加熱装置再生制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図8】図７のステップ２２６の第１の加熱装置強制再生制御の詳細を示すフローチャートである。

【図9】変形例に係る排気浄化装置が設けられた内燃機関の排気系の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

図１には、本実施の形態に係る排気浄化装置１０が示されている。

【0041】

内燃機関１２は、車両に搭載されるエンジンを代表とし、燃料の燃焼が機関の内部で行われ、燃焼ガスの熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する原動機である。

【0042】

内燃機関１２にはエンジン制御部１４が接続されている。例えば、内燃機関１２がディーゼルエンジンの場合、シリンダー内の高圧高温に圧縮された空気中に，燃料として重油または軽油を噴射して燃焼させる構造となっており、エンジン制御部１４により、燃料噴射量、燃料噴射時期等が制御される。

【0043】

内燃機関１２には、内部で燃料を燃焼させた後の燃焼ガス（以下、「排気」という）を排出するための排気管１６が取り付けられている。

【0044】

排気は排気管１６を通過して、内燃機関１２の外へ排出される。

【0045】

排気管１６には、本発明の排気浄化装置の主体を構成する触媒装置１８が取り付けられている。触媒装置１８は、燃焼ガスに含まれるＮＯｘを還元して無害のＮ_２に分解する役目を有している。

【0046】

ここで、本実施の形態では、内燃機関１２と触媒装置１８との間の排気管１６に、排気を加熱するための第１の加熱装置２０及び第２の加熱装置２２が設けられている。

【0047】

この第１の加熱装置２０及び第２の加熱装置２２は、触媒装置１８による触媒活性を向上させる役目を有しており、触媒装置１８と共に、排気浄化装置１０の他一部を構成する。

【0048】

第１の加熱装置２０及び第２の加熱装置２２は、前記エンジン制御部１４と接続された加熱制御装置２４によって制御されるようになっている。

【0049】

（第１の加熱装置２０）
図１に示される如く、第１の加熱装置２０は、化学蓄熱ヒータであり、排気管１６の周囲に取り付けられ、内方空間に化学蓄熱材が収容された輪状筐体構造の化学蓄熱部としての蓄熱ヒータ部２６を備えている。なお、本実施の形態では、流動性媒体としてアンモニア（ＮＨ３）が適用されている。

【0050】

また、蓄熱ヒータ部２６の外周の一部には、循環パイプ２８の一端部が接続され、蓄熱ヒータ部２６の内方空間と循環パイプ２８の内方空間が連通されている。

【0051】

循環パイプ２８の他端部は、流動性媒体を貯留する箱形構造の貯留部３０（以下、蓄熱ストレージ３０」という）に接続され、循環パイプ２８の内方空間と蓄熱ストレージ３０の内方空間が連通されている。

【0052】

このため、蓄熱ヒータ部２６と蓄熱ストレージ３０とは、循環パイプ２８を介して連通されており、流動性媒体は、圧力差により相互に流動可能である。言い換えれば、流動性媒体は、蓄熱ヒータ部２６と蓄熱ストレージ３０との間で行き来（循環）することになる。

【0053】

前記循環パイプ２８の中間部には、流量制御部としての開閉バルブ３２が取り付けられ、この開閉バルブ３２の開閉によって、流動性媒体の流動が制御可能となる。例えば、最も単純な制御形態として、開閉バルブ３２の開閉であり、開放したときは蓄熱ヒータ部２６と蓄熱ストレージ３０との間の流動性媒体の行き来が可能となり、開閉バルブ３２を閉塞したときは蓄熱ヒータ部２６と蓄熱ストレージ３０との間の流動性媒体の行き来が不可能となる。

【0054】

ここで、蓄熱ヒータ部２６には、化学蓄熱材としての臭化マグネシウム（ＭｇＢｒ２）が充填されており、流動性媒体としてのアンモニアとの化学反応（吸着反応）によって発熱する。このため、蓄熱ストレージ３０と蓄熱ヒータ部２６との圧力差により、蓄熱ストレージ３０から蓄熱ヒータ部２６へ流動性媒体が流動することで、蓄熱ヒータ部２６により排気管１６を通過する排気を加熱することができる。

【0055】

この第１の加熱装置２０により加熱された排気が触媒装置１８へ到達すると、当該排気の熱量で触媒装置１８（の床温度）が昇温され、触媒機能を活性化させることができる。特に、内燃機関１２の始動から安定する過渡期においては、触媒装置１８の床温度の昇温により、触媒機能を活性化することが好ましい。

【0056】

一方、内燃機関１２が十分に暖機され、触媒装置１８が十分に活性化しており、かつ排気が十分な熱量を持っている場合は、排気による床温度の昇温は不要となる。

【0057】

このとき、排気の熱量により蓄熱ヒータ部２６に収容されている化学蓄熱材を加熱し、化学蓄熱材から流動性媒体が脱着する脱着反応を生じさせて蓄熱することができる。この結果、蓄熱ストレージ３０の圧力よりも高くなると、蓄熱ヒータ部２６から蓄熱ストレージ３０へ流動性媒体が流動させ、当該蓄熱ストレージ３０で、必要十分な保有量の流動性媒体を貯留することができる。すなわち、第１の加熱装置２０は、排気の加熱処理のために、循環利用が可能となる。

【0058】

（第２の加熱装置２２）
図１に示される如く、第２の加熱装置２２は、電気ヒータであり、排気管の周囲に取り付けられ、内部に電流を熱に変換する発熱体２２Ａが配線された輪状筐体の電気ヒータ部２２Ｂを備えている。電気ヒータ部２２Ｂは熱伝導率の高い部材が好ましい。

【0059】

電気ヒータ部２２Ｂでは、印加される電圧に基づいて発熱体が発熱し、輪状の筐体を介して、排気管１６を通過する排気を加熱するようになっている。

【0060】

なお、図１では、電気ヒータ部２２Ｂを排気管１６の周囲に設けた構造としているが、排気管１６内部に発熱体を配置してもよい。

【0061】

（加熱制御部２４）
加熱制御装置２４は、第１の加熱装置２０に設けられた開閉バルブ３２を制御するバルブ制御部３４と、第２の加熱装置２２として適用される電気ヒータ２２Ｂ（の発熱体２２Ａ）への印加電圧を制御する電圧制御部３６と、触媒装置１８の浄化率に基づいて、バルブ制御部３４及び電圧制御部３６を総合的に制御する主制御部３８とを備えている。

【0062】

第１の加熱装置２０における蓄熱ヒータ部２６には、蓄熱ヒータ部温度センサ４０が取り付けられている。蓄熱ヒータ部温度センサ４０の検出信号線は主制御部３８に接続されている。

【0063】

第１の加熱装置２０における蓄熱ストレージ３０には、蓄熱ストレージ温度センサ４２が取り付けられている。蓄熱ストレージ温度センサ４２の検出信号線は主制御部３８に接続されている。

【0064】

主制御部３８は、検出された温度に基づいて圧力を演算する機能を備えている。すなわち、温度と圧力の関係を使用領域において線形に近似した図２（Ａ）に示される如く、アンモニアを収容する容器における温度と圧力との関係はほぼ正比例である。

【0065】

従って、主制御部３８では、蓄熱ヒータ部温度センサ４０による温度検出で、蓄熱ヒータ部２６に貯留されている流動性媒体の圧力を認識することができる。また、主制御部３８では、蓄熱ストレージ温度センサ４２による温度検出で、蓄熱ストレージ３０に貯留されている流動性媒体の圧力を認識することができる。

【0066】

ここで、図２（Ｂ）に示される如く、圧力と流動性媒体の量との関係も線形の相関関係を持っている。なお、温度によって特性曲線が異なる場合がある。

【0067】

このため、例えば、蓄熱ストレージ３０に貯留されている流動性媒体の保有量を求める場合、蓄熱ストレージ３０の温度を蓄熱ストレージ温度センサ４２で検出し、当該検出した温度から圧力を換算し、さらに、換算した圧力から流動性媒体の保有量（残量）を得ることができる。

【0068】

なお、本実施の形態では、蓄熱ヒータ部温度センサ４０と蓄熱ストレージ温度センサ４２を適用したが、廉価である温度センサの代わりに、精度を重視するために蓄熱ヒータ部２６及び蓄熱ストレージ３０にそれぞれ圧力センサを取り付けてもよい。また、温度センサと圧力センサとを併用してもよい。

【0069】

触媒装置１８には、当該触媒装置１８の床温度を検出する床温検出センサ４４が取り付けられている。床温検出センサ４４の検出信号線は主制御部３８に接続されている。

【0070】

また、排気管１６における、触媒装置１８の上流側（入口近傍）と下流側（出口近傍）には、それぞれＮＯｘセンサ４６ｉｎ、４６ｏｕｔが取り付けられている。

【0071】

ＮＯｘセンサ４６ｉｎ、４６ｏｕｔの検出信号線は浄化率演算部４８に接続されている。なお、図１では、浄化率演算部４８は、加熱制御部２４から別構成とした状態となっているが、加熱制御部２４の一部として機能させてもよい。

【0072】

浄化率演算部４８では、ＮＯｘセンサ４６ｉｎ、４６ｏｕｔのそれぞれから受け付けた検出値に基づいて、触媒装置１８に入る排気の窒素酸化物の量Ｎｉｎに対する、触媒装置から出る排気の窒素酸化物の量Ｎｏｕｔの比（浄化率Ｓ）を演算する（Ｓ＝Ｎｉｎ／Ｎｏｕｔ）。

【0073】

浄化率演算部４８は、主制御部３８に接続され、当該演算結果（浄化率Ｓ）を主制御部３８へ送出する。

【0074】

加熱制御部２４では、内燃機関１２の状態（始動時、過渡期、定常運転時期等）を、エンジン制御部１４から受け付けた内燃機関制御情報に基づいて解析し、それぞれの状態に適した排気の加熱制御を実行する。

【0075】

例えば、内燃機関１２の始動時は、触媒装置１８の浄化率が低く、床温度が低いため、所望の触媒活性を得ることができない場合がある。

【0076】

そこで、加熱制御装置２４では、第１の加熱装置２０を用いて、排気を加熱する。この排気の加熱によって、触媒装置１８の床温度が昇温され、触媒装置１８の活性を図ることができる。

【0077】

この排気の加熱制御は、触媒装置１８の床温度及び浄化率を常に監視しながら実行しており、内燃機関１２の状態の遷移、すなわち、過渡期、定常運転時期に遷移していくに従い、加熱制御を変更（加熱不要を含む）していくことで、内燃機関１２の状態に応じた必要十分な加熱制御が可能となる。

【0078】

また、本実施の形態では、第１の加熱装置２０に加え、第２の加熱装置２２を排気管１６に併設している。このため、加熱制御装置２４では、第１の加熱装置２０が使用不能な場合は、その代役として第２の加熱装置２２である電気ヒータ部２２Ｂの印加電圧を制御することで、触媒装置１８の活性を維持することができるようになっている。

【0079】

以下に本実施の形態の作用を図３及び図４のフローチャートに従い説明する。

【0080】

なお、図３及び図４を含む本実施の形態の全てのフローチャートにおいて、連続するステップで実行される信号検出の順序、判定の順序は適宜入れ替え可能である。

【0081】

図３は、本実施の形態に係る、排気加熱制御ルーチンを示すフローチャートである。

【0082】

ステップ１００では、内燃機関１２が運転中か否かが判断される。運転中か否かの判断は、燃料噴射が実行されているか否かを判断するものであり、燃焼制御が行われていない運転休止状態を指す。なお、運転休止状態とは別に、例えば、車両において長い下り坂を下っているときに実施される燃料カット制御中を、「運転中ではない」と判断してもよい。

【0083】

ステップ１００で否定判定された場合は、内燃機関１２が運転中ではないため、排気加熱する必要はないので、ステップ１０２へ移行する。

【0084】

ステップ１００で肯定判定されると、内燃機関１２が運転中であり、触媒装置１８を活性する必要がある場合があるので、ステップ１０６へ移行して、触媒装置１８の浄化率が基準値以上か否かが判断される。

【0085】

このステップ１０６で肯定判定、すなわち、浄化率が基準値以上と判断された場合は、排気加熱する必要はなく、ステップ１０２へ移行する。

【0086】

また、ステップ１０６で否定判定されると、浄化率が基準値未満であり、排気加熱する必要がある場合があるので、ステップ１０８へ移行して、触媒床温度が基準値以上か否かが判断される。

【0087】

このステップ１０８で肯定判定、すなわち、触媒装置１８の床温度は安定しており、排気加熱する必要はないので、ステップ１０２へ移行する。

【0088】

また、ステップ１０８で否定判定されると、排気加熱を必要とする条件が全て揃っているため、ステップ１１０へ移行する。

【0089】

ここで、ステップ１００、ステップ１０６、ステップ１０８から移行したステップ１０２では、第１の加熱装置２０の開閉バルブ３２を閉止し、次いで、ステップ１０４へ移行して第２の加熱装置２２をオフ（発熱体２２Ａ非通電）して、このルーチンは終了する。

【0090】

一方、ステップ１１０では、蓄熱ストレージ３０の流動性媒体（ＮＨ３）の残量を検出する。このステップ１１０で流動性媒体（ＮＨ３）の残量が所定値未満と判定された場合は、第１の加熱装置２０による排気加熱能力が不適正であると判断し、ステップ１２８へ移行し、開閉バルフ３２を閉止し、ステップ１３０へ移行する。

【0091】

ステップ１３０では、第１の加熱装置２０に代わり、第２の加熱装置２２を起動するべく、電気ヒータ部２２Ｂの発熱体２２Ａを通電する。すなわち、第２の加熱装置２２により、触媒装置１８の触媒床温度に基づく加熱制御を開始して、このルーチンは終了する。

【0092】

また、前記ステップ１１０において、流動性媒体（ＮＨ３）の残量が所定以上と判定された場合は、第１の加熱装置２０による排気加熱機能が適正であると判断し、ステップ１２０へ移行する。

【0093】

ステップ１２０では、蓄熱ヒータ部２６の温度及び蓄熱ストレージ３０の温度を検出してステップ１２２へ移行する。ステップ１２２では、検出した温度に基づいて、蓄熱ヒータ部２６の流動性媒体（ＮＨ３）の平衡圧Ｐｈを演算し、次いで、ステップ１２４で蓄熱ストレージ３０の流動性媒体（ＮＨ３）の平衡圧Ｐｓを演算し、ステップ１２６へ移行する。

【0094】

ステップ１２６では、蓄熱ヒータ部２６の流動性媒体（ＮＨ３）の平衡圧Ｐｈと蓄熱ストレージ３０の流動性媒体（ＮＨ３）の平衡圧Ｐｓとを比較する（Ｐｈ：Ｐｓ）。

【0095】

このステップ１２６で、Ｐｈ≧Ｐｓと判定された場合は、流動性媒体（ＮＨ３）が適正に流動せず、排気加熱機能が不十分であると判断し、ステップ１２８へ移行し、開閉バルフ３２を閉止し、ステップ１３０へ移行する。

【0096】

ステップ１３０では、第１の加熱装置２０に代わり、第２の加熱装置２２を起動するべく、電気ヒータ部２２Ｂの発熱体２２Ａを通電する。すなわち、第２の加熱装置２２により、触媒装置１８の触媒床温度に基づく加熱制御を開始して、このルーチンは終了する。

【0097】

一方、ステップ１２６でＰｈ＜Ｐｓと判定された場合は、流動性媒体（ＮＨ３）が適正に流動し、排気加熱機能が十分であると判断し、ステップ１３２へ移行し、開閉バルブ３２を開放して、蓄熱ヒータ部２６に流動性媒体（ＮＨ３）を供給し、第１の加熱装置２０による排気加熱制御を開始し、このルーチンは終了する。

【0098】

図４（Ａ）は、第２の加熱装置２２の発熱体２２Ａに印加する電圧を制御するためのルーチンを示すフローチャートである。

【0099】

ステップ１５０では、触媒装置１８の床温度Ｔｃ（触媒床温）を検出し、次いでステップ１５２へ移行して、検出した触媒床温が所定温度以上か否かが判断される。

【0100】

このステップ１５２で否定判定された場合は、排気加熱機能を最大限とするべく、ステップ１５４へ移行して、第２の加熱装置２２のオンのときの排気加熱機能を定常値制御に切り替える。すなわち、発熱体２２Ａに印加する電圧Ｖを一定値Ｖｔに設定し（図５の範囲Ｆ参照）、このルーチンを終了する。

【0101】

一方、ステップで肯定判定された場合は、排気加熱機能を最大限とすることなく触媒装置１８の浄化率向上に貢献し得ると判断し、触媒床温に基づく電圧調整制御に変更するべく、ステップ１５６へ移行して、第２の加熱装置２２を触媒床温に基づく制御に切り替え、ステップ１５８へ移行する。

【0102】

ステップ１５８では、検出した触媒温度Ｔｃに応じて加熱機能を設定する。すなわち、発熱体２２Ａへ印加する電圧Ｖを触媒温度Ｔｃの関数（Ｖ＝−ａ×Ｔｃ＋ｂ）で求め（図５の範囲Ｓ参照）、このルーチンは終了する。なお、ａは比例定数（正の数）である。

【0103】

次に、図４（Ｂ）は、第２の加熱装置２２の動作（主としてオフ契機）を制御するためのルーチンを示すフローチャートである。

【0104】

ステップ１６０では、第２の加熱装置２２がオン中か否かが判断され、否定判定された場合はこのルーチンは終了する。また、ステップ１６０で肯定判定されると、ステップ１６２へ移行する。

【0105】

ステップ１６２では、浄化率演算部４８から信号を取り込み、次いでステップ１６４へ移行して浄化率が基準値以上か否かを判断する。

【0106】

このステップ１６４で否定判定された場合は、排気加熱を継続する必要があると判断し、このルーチンは終了する。

【0107】

また、ステップ１６４で肯定判定された場合は、ステップ１６５へ移行して触媒装置の床温度が所定以上か否かを判断する。

【0108】

このステップ１６５で否定判定された場合は、排気加熱を継続する必要があると判断し、このルーチンは終了する。

【0109】

また、ステップ１６５で肯定判定された場合は、排気加熱が不要であるため、ステップ１６６へ移行して、第２の加熱部２２をオフ（発熱体２２Ａを非通電）して、このルーチンを終了する。

【0110】

すなわち、第２の加熱装置２２は、浄化率に基づいて、図３のステップ１３０によるオンと、図４（Ｂ）のステップ１６６のオフとが選択されて切り替わるオンオフ制御が実行されると共に、触媒床温度に基づいて、発熱体２２Ａに印加する電圧を制御することで（図５参照）、適正な排気加熱制御が実現される。

【0111】

本実施の形態によれば、触媒装置１８を活性する必要があるとき、優先的に第１の加熱装置２０による排気加熱を選択し、当該第１の加熱装置２０の排気加熱機能が十分の場合は、当該第１の加熱装置２０を用いて排気加熱を実行し、第１の加熱装置２０の排気加熱機能が不十分の場合は、第２の加熱装置２２を用いて排気加熱を実行することで、無駄な電力消費を抑制しつつ、触媒装置１８の浄化率を向上することができる。

【0112】

また、図６には本実施の形態を含む複数種類の制御形態における投入エネルギーを比較する特性図が示されている。

【0113】

この図６に示される如く、比較例としての触媒床温に基づく制御と、浄化率に基づく制御に比べ、本実施の形態である触媒床温と浄化率を併用に基づく制御は、投入エネルギーが少なくて済むことがわかる。

【0114】

図７は、第１の加熱装置２０の再生制御ルーチンを示すフローチャートである。

【0115】

ステップ２００では、触媒装置１８の昇温制御中であるか否かが判断され、肯定判定された場合は、このルーチンは終了する。

【0116】

また、ステップ２００で否定判定された場合は、ステップ２０２へ移行して、触媒装置１８の床温度（触媒床温）を検出し、ステップ２０４へ移行する。

【0117】

ステップ２０４では、触媒床温が基準値以上か否かが判断され、否定判定された場合は、排気の熱量を触媒装置１８の活性化に利用することが優先されるため、第２の加熱装置２０の再生を断念し、このルーチンは終了する。

【0118】

また、ステップ２０４で肯定判定された場合は、排気の熱量を触媒装置１８の活性化に利用する必要がなく、第１の加熱装置２０の再生に利用可能であるため、ステップ２０６へ移行する。

【0119】

ステップ２０６では、蓄熱ヒータ部２６の温度、及び蓄熱ストレージ３０の温度を検出し、ステップ２０８へ移行する。

【0120】

ステップ２０８では、検出した温度に基づいて、蓄熱ヒータ部２６の流動性媒体（ＮＨ３）の平衡圧Ｐｈを演算し、次いで、ステップ２１０へ移行して蓄熱ストレージ３０の流動性媒体（ＮＨ３）の平衡圧Ｐｓを演算し、ステップ２１２へ移行する。

【0121】

ステップ２１２では、蓄熱ストレージ３０の流動性媒体（ＮＨ３）の残量を検出する。このステップ２１２で蓄熱ストレージ３０の流動性媒体（ＮＨ３）の残量が所定値以上と判定された場合は、再生制御が不要であると判断し、ステップ２１４へ移行する。

【0122】

ステップ２１４では、開閉バルブ３２が開放されているか否かが判断され、開放されている場合は（肯定判定）、ステップ２１６で開閉バルブ３２を閉止し、蓄熱ヒータ部２６への流動性媒体（ＮＨ３）の供給を断ち、ステップ２１８へ移行する。また、ステップ２１４で否定判定された場合は、ステップ２１８へ移行する。

【0123】

ステップ２１８では、第２の加熱装置２２がオン（発熱体２２Ａ通電）されているか否かが判断され、オンされている場合は（肯定判定）、ステップ２２０で第２の加熱装置２２をオフ（発熱体２２Ａ非通電）して、このルーチンは終了する。また、ステップ２１８で否定判定（第２の加熱装置２２がオフ）された場合はこのルーチンは終了する。

【0124】

一方、ステップ２１２で蓄熱ストレージ３０の流動性媒体（ＮＨ３）の残量が所定値未満と判定された場合は、再生制御が必要と判断し、ステップ２２２へ移行する。

【0125】

ステップ２２２では、前記ステップ２０８及びステップ２１０で演算した蓄熱ヒータ部２６の流動性媒体（ＮＨ３）の平衡圧Ｐｈと蓄熱ストレージ３０の流動性媒体（ＮＨ３）の平衡圧Ｐｓとを比較する（Ｐｈ：Ｐｓ）。

【0126】

このステップ２２２で、Ｐｈ≧Ｐｓと判定された場合は、ステップ２２４へ移行して、開閉バルブ３２を開放し、蓄熱ストレージ３０に流動性媒体（ＮＨ３）を供給し（以下、「通常再生」という）、ステップ２２８へ移行する。ステップ２２８では、後述する強制再生制御に用いられるタイマカウンタＣｔをリセット（Ｃｔ←０）し、このルーチンは終了する。

【0127】

また、ステップ２２２で、Ｐｈ＜Ｐｓと判定された場合は、通常再生が不可能であるため、ステップ２２６へ移行して、第１の加熱装置２０の強制再生制御を実行し、このルーチンは終了する。ステップ２２６の強制再生制御では、第２の加熱装置２０の熱量を排気を介して第１の加熱装置２０の加熱による加圧を行い、Ｐｈ≧Ｐｓとする制御である。

【0128】

図８は、図７のステップ２２６における、第１の加熱装置２０の強制再生制御ルーチンの詳細を示すフローチャートである。

【0129】

ステップ２５０では、蓄熱ヒータ部２６の温度を検出し、次いでステップ２５２へ移行して蓄熱ヒータ部２６の温度が所定以上か否かが判断される。

【0130】

ステップ２５２で肯定判定、すなわち蓄熱ヒータ部２６の温度が所定以上と判断された場合は、ステップ２５４へ移行して、再生用電池の情報を読み出す。例えば、第２の加熱装置２２の電力源が車両に搭載されているバッテリの場合は、当該バッテリの電圧や蓄電量等の情報を読み出す。

【0131】

次のステップ２５６では、ステップ２５４で取得した再生用電池の情報に基づいて、再生用電池が適用可能か否かが判断される。このステップ２５６で肯定判定されると、ステップ２５８へ移行して、第１の加熱装置２０の強制再生用として第２の加熱装置２２をオン（発熱体２２Ａへ通電、図５の定常出力）し、ステップ２６０へ移行する。

【0132】

ステップ２６０では、後述するタイマカウンタＣｔをリセット（Ｃｔ←０）し、このルーチンは終了する。

【0133】

また、ステップ２５２で否定判定、すなわち、蓄熱ヒータ部２６の温度が所定未満の場合、再生するには相当の熱量が必要であり、再生制御を待機するべく、ステップ２６２へ移行してタイマカウンタＣｔをインクリメント（Ｃｔ←Ｃｔ＋１）し、ステップ２６４へ移行する。このステップ２６２のタイマカウンタＣｔのインクリメントは、図８のルーチンが繰り返し実行される毎にカウント値Ｃtを累積していくものであり、タイマの役割を担う。

【0134】

ステップ２６４では、カウントアップ値Ｃｓを読み出し、次いでステップ２６６では、現在のカウント値Ｃｔがカウントアップ値Ｃｓを超えたか（Ｃｔ＞Ｃｓ）否かが判断される。

【0135】

このステップ２６６で肯定判定（Ｃｔ＞Ｃｓ）されると、ステップ２６８へ移行して、再生用電池情報を読み出し、次いでステップ２７０で再生用電池が適用可能と判定された場合（肯定判定）、ステップ２７２へ移行して、強制再生用として、第２の加熱装置２２をオン（発熱体２２Ａへ通電、図５の定常よりも増強出力）し、このルーチンは終了する。

【0136】

（変形例）
なお、本実施の形態では、排気浄化装置１０として、排気を昇温することに特化した構成を説明したが、尿素を供給して窒素酸化物を浄化する選択還元触媒を含めた排気浄化装置５０（図９参照）について説明する。

【0137】

図９に示される如く、変形例に係る排気系構造は、本実施の形態に係る排気加熱機能に加え、窒素酸化物浄化機能が付加されて、総合的に排気浄化装置５０を構成している。

【0138】

変形例に係る排気系構造は、本実施の形態と同様に、ディーゼルエンジンの内燃機関１２を対象としている。

【0139】

本実施の形態で説明した排気加熱機能を有する排気浄化装置１０は、排気管１６における内燃機関１２の下流側に配置されている。また、排気管１６には、排気管１６中に供給される尿素により窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する選択還元触媒５４と、内燃機関１２と選択還元触媒５４との間に設けられた酸化触媒５６とを備えている。

【0140】

窒素酸化物浄化機能は、酸化触媒５６の下流側に配置されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦという）５８と、ＤＰＦ５８と選択還元触媒５４との間の排気管１６中に尿素水を噴射して添加するための尿素添加弁６０を有する尿素噴射装置６２と、尿素噴射装置６２に供給される尿素水を蓄えておく尿素タンク６４と、を備えている。

【0141】

また、選択還元触媒５４よりも上流側の排気管１６中には、ＮＯｘセンサ６６と温度センサ７０とが配置され、選択還元触媒５４よりも下流側の排気管１６中にはＮＯｘセンサ６８が配置される場合がある。

【0142】

選択還元触媒５４は、ＮＯｘ還元触媒であり、尿素添加弁６０によって排気管１６に供給された尿素水が転換されてアンモニアガスとして排気ガスと共に選択還元触媒５４に流入される。選択還元触媒５４では、アンモニアガスにより排気ガス中のＮＯｘが選択的に還元又は分解され、これにより、排気ガス中のＮＯｘガスが浄化されて大気中に放出される。

【0143】

尿素噴射装置６２は、尿素タンク６４に貯留された尿素水を、吸入管７２を介して吸い出すための尿素ポンプ（図示省略）を備えており、尿素ポンプによって吸入管７２を介して吸い出された尿素水が、供給管７４及び尿素添加弁６０を介して排気管１６に供給される。なお、吸入管７２の尿素タンク６４側の端部にはフィルタ（図示省略）が設けられており、フィルタによって異物等が除去されて排気管１６に尿素水が供給されるようになっている。

【0144】

なお、本実施の形態（変形例を含む）では、流動性媒体として、ＮＨ３（アンモニア）を適用したが、ＣＯ２（二酸化炭素）、Ｈ２Ｏ（水）等の他の流動性媒体でもよい。併せて、蓄熱ヒータ部２６の化学蓄熱材として、臭化マグネシウム（ＭｇＢｒ２）に限定されず、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）又は酸化カルシウム（Ｃａ０）等、他の化学蓄熱材であってもよい。例えば、化学蓄熱材が酸化カルシウム（Ｃａ０）の場合、流動性媒体はＨ２Ｏ（水）を選択すればよい。

【0145】

また、本実施の形態（変形例を含む）では、流量制御部として開閉バルブ３２を適用したが、開閉バルブ３２は、電動バルブ、圧力バルブの何れであってもよく、また、開閉バルブ３２に限らず、ポンプ（電動式、機械式、熱変位式等）を用いてもよい。さらに、複数本の循環パイプを配置して、開閉バルブ３２又はポンプと逆止弁とを併用するようにしてもよい。

【0146】

さらに、本実施の形態では、第２の加熱装置２２として適用した電気ヒータ部２２Ｂの発熱体２２Ａに印加する電圧を調整して熱量を制御したが（図５参照）、印加電圧は一定で、例えばデューティ制御（パルス幅制御）して熱量を制御するようにしてもよい。

【0147】

また、本実施の形態では、蓄熱ヒータ部２６は、排気管１６の周囲に取り付けられるとしたが、これに限られず、例えば、排気管１６の内部に蓄熱ヒータ部２６を配置してもよい。排気管１６の内部に蓄熱ヒータ部２６を配置する場合には、例えば複数の偏平形状のヒータ部と複数の波型フィン（熱交換部）とを交互に積み重ねた構成としてもよい。

【符号の説明】

【0148】

１０ 排気浄化装置
１２ 内燃機関
１４ エンジン制御部
１６ 排気管
１８ 触媒装置
２０ 第１の加熱装置
２２ 第２の加熱装置
２４ 加熱制御装置（加熱制御手段）
２６ 蓄熱ヒータ部（化学蓄熱部）
２８ 循環パイプ
３０ 蓄熱ストレージ（貯留部）
３２ 開閉バルブ（流量制御部）
２２Ａ 発熱体
２２Ｂ 電気ヒータ部
３４ バルブ制御部
３６ 電圧制御部
３８ 主制御部
４０ 蓄熱ヒータ部温度センサ（状態検出手段）
４２ 蓄熱ストレージ温度センサ（状態検出手段）
４４ 床温検出センサ
４６ｉｎ、４６ｏｕｔ ＮＯｘセンサ（浄化率取得手段）
４８ 浄化率演算部（浄化率取得手段）
５０ 排気浄化装置
５４ 選択還元触媒
５６ 酸化触媒
５８ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
６０ 尿素添加弁
６２ 尿素噴射装置
６４ 尿素タンク
６６ ＮＯｘセンサ
７０ 温度センサ
６８ ＮＯｘセンサ
７２ 吸入管
７４ 供給管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】