特許 7388466 内燃機関の暖機装置

(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】

(24)【登録日】2023-11-20

(45)【発行日】2023-11-29

(54)【発明の名称】内燃機関の暖機装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20231121BHJP

   F01N 3/18 20060101ALI20231121BHJP

   F01N 5/02 20060101ALI20231121BHJP

【ＦＩ】

F01N3/20 K

F01N3/20 D

F01N3/18 D

F01N5/02 G

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022049276

(22)【出願日】2022-03-25

(65)【公開番号】P2023142386

(43)【公開日】2023-10-05

【審査請求日】2022-09-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004222

【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100124084

【弁理士】

【氏名又は名称】黒岩 久人

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(72)【発明者】

【氏名】横井 健

【審査官】畔津 圭介

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２９２９６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－８４９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０３４０８９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】英国特許出願公開第２２５４０１４（ＧＢ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第４４３５２１３（ＤＥ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１９８８２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１２４６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－１７３５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４５８８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／２０

Ｆ０１Ｎ ３／１８

Ｆ０１Ｎ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

触媒を有し、エンジンから排出された排気ガスが通る排気通路において前記排気ガス中の窒素酸化物を除去する後処理装置と、
前記排気通路における前記後処理装置の上流側に配置されたヒータと、
前記後処理装置を通過した空気を前記ヒータの上流側へと戻す循環通路と、
前記ヒータによって加熱された空気を前記後処理装置へと送る送風手段と、
前記エンジンの冷却水が流れる冷却水流路と、
前記後処理装置を通過した前記加熱された空気と、前記冷却水流路内の前記冷却水との間で熱交換をすることによって、前記冷却水を温める熱交換器と、
前記ヒータ及び前記送風手段の動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記エンジンが停止している状態で、前記ヒータ及び前記送風手段を動作させ、前記ヒータによって加熱された空気を前記後処理装置及び前記熱交換器へ供給する、
内燃機関の暖機装置。

【請求項2】

前記制御装置は、
前記後処理装置の前記触媒の温度が所定の閾値以下である場合に、前記ヒータ及び送風手段を動作させる、
請求項１に記載の内燃機関の暖機装置。

【請求項3】

前記熱交換器は前記排気通路に配置されており、
前記循環通路は、前記熱交換器の上流側において前記排気通路から分岐する第１分岐路を含み、
前記第１分岐路が前記排気通路から分岐する部分に配置され、前記加熱された空気が前記第１分岐路のみに流れる状態と、前記加熱された空気が前記排気通路のみに流れる状態とを切り替える第１バルブをさらに備え、
前記制御装置は、
前記加熱された空気が前記後処理装置及び前記熱交換器へ供給されている状態で、前記エンジンの温度が所定の閾値を超えた場合に、前記第１バルブを制御し、前記加熱された空気を前記第１分岐路のみに流して前記循環通路内で循環させる、
請求項１又は２に記載の内燃機関の暖機装置。

【請求項4】

前記熱交換器が前記排気通路に配置されており、
前記循環通路は、前記熱交換器の下流側において前記排気通路から分岐する第２分岐路を含み、
前記第２分岐路が前記排気通路から分岐する部分に配置され、前記加熱された空気が前記第２分岐路のみに流れる状態と、前記加熱された空気が前記排気通路のみに流れる状態とを切り替える第２バルブをさらに備え、
前記制御装置は、
前記ヒータ及び前記送風手段を動作させる前に、前記第１バルブ及び第２バルブを制御し、前記第１バルブを前記加熱された空気が前記排気通路のみに流れる状態に切り替え、前記第２バルブを前記加熱された空気が第２分岐路のみに流れる状態に切り替え、その後、前記ヒータ及び前記送風手段を動作させることにより、前記加熱された空気を前記後処理装置及び前記熱交換器へ供給する、
請求項３に記載の内燃機関の暖機装置。

【請求項5】

前記循環通路は、前記後処理装置を通過した空気を、前記排気通路のうちターボチャージャの下流側であって前記ヒータの上流側の位置へと戻す第１循環通路であり、
前記第１循環通路上に、前記送風手段としてエアポンプが配置されている、
請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の暖機装置。

【請求項6】

前記循環通路は、前記後処理装置を通過した空気を、ターボチャージャの吸気通路へと戻す第２循環通路であり、
前記熱交換器は、前記第２循環通路に配置された低圧ＥＧＲクーラである、
請求項１又は２に記載の内燃機関の暖機装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の暖機装置に関する。

【背景技術】

【0002】

触媒を活性化するために触媒を温めることが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－１１２２９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）の車両は、モータが駆動している状態では、エンジンは動作しない。エンジンの停止中に触媒を温めることで、モータ駆動からエンジン駆動に切り替わった直後においても、良好に排ガスを低減させることができる。一方で、エンジン駆動に切り替わった直後ではエンジンの温度が低く、エンジンの動作性能が低くなるという問題があった。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、エンジンを停止させた状態においてヒータにより触媒を温める場合に、効率良くエンジンを暖機できる内燃機関の暖機装置を提供する目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、触媒を有し、エンジンから排出された排気ガスが通る排気通路において前記排気ガス中の窒素酸化物を除去する後処理装置と、前記排気通路における前記後処理装置の上流側に配置されたヒータと、前記後処理装置を通過した空気を前記ヒータの上流側へと戻す循環通路と、前記ヒータによって加熱された空気を前記後処理装置へと送る送風手段と、前記エンジンの冷却水が流れる冷却水流路と、前記後処理装置を通過した前記加熱された空気と、前記冷却水流路内の前記冷却水との間で熱交換をすることによって、前記冷却水を温める熱交換器と、前記ヒータ及び前記送風手段の動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記エンジンが停止している状態で、前記ヒータ及び前記送風手段を動作させ、前記ヒータによって加熱された空気を前記後処理装置及び前記熱交換器へ供給する、内燃機関の暖機装置を提供する。

【0007】

前記制御装置は、前記後処理装置の前記触媒の温度が所定の閾値以下である場合に、前記ヒータ及び送風手段を動作させてもよい。

【0008】

前記熱交換器は前記排気通路に配置されており、前記循環通路は、前記熱交換器の上流側において前記排気通路から分岐する第１分岐路を含み、前記第１分岐路が前記排気通路から分岐する部分に配置され、前記加熱された空気が前記第１分岐路のみに流れる状態と、前記加熱された空気が前記排気通路のみに流れる状態とを切り替える第１バルブをさらに備え、前記制御装置は、前記加熱された空気が前記後処理装置及び前記熱交換器へ供給されている状態で、前記エンジンの温度が所定の閾値を超えた場合に、前記第１バルブを制御し、前記加熱された空気を前記第１分岐路のみに流して前記循環通路内で循環させてもよい。

【0009】

前記熱交換器が前記排気通路に配置されており、前記循環通路は、前記熱交換器の下流側において前記排気通路から分岐する第２分岐路を含み、前記第２分岐路が前記排気通路から分岐する部分に配置され、前記加熱された空気が前記第２分岐路のみに流れる状態と、前記加熱された空気が前記排気通路のみに流れる状態とを切り替える第２バルブをさらに備え、前記制御装置は、前記ヒータ及び前記送風手段を動作させる前に、前記第１バルブ及び第２バルブを制御し、前記第１バルブを前記加熱された空気が前記排気通路のみに流れる状態に切り替え、前記第２バルブを前記加熱された空気が第２分岐路のみに流れる状態に切り替え、その後、前記ヒータ及び前記送風手段を動作させることにより、前記加熱された空気を前記後処理装置及び前記熱交換器へ供給してもよい。

【0010】

前記循環通路は、前記後処理装置を通過した空気を、前記排気通路のうちターボチャージャの下流側であって前記ヒータの上流側の位置へと戻す第１循環通路であり、前記第１循環通路上に、前記送風手段としてエアポンプが配置されていてもよい。

【0011】

前記循環通路は、前記後処理装置を通過した空気を、ターボチャージャの吸気通路へと戻す第２循環通路であり、前記熱交換器は、前記第２循環通路に配置された低圧ＥＧＲクーラであってもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、エンジンを停止させた状態においてヒータにより触媒を温める場合に、効率良くエンジンを暖機できる内燃機関の暖機装置を提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態の内燃機関の構成を示す図である。

【図2】暖機装置がエンジン停止時に行う暖機動作のフローチャートである。

【図3】本発明の他の実施形態の内燃機関の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜第１の実施形態＞
（内燃機関１００の概要）
図１は、本発明の一実施形態の内燃機関１００の構成を示す図である。図１の矢印は、空気の流れを示している。内燃機関１００は、一例として、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）又はＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）の車両に設けられた内燃機関である。

【0015】

内燃機関１００は、主として、エアクリーナ１、ターボチャージャ２、第１チャージエアクーラ３、電動過給機４、第２チャージエアクーラ５、エンジン６、ＥＧＲ配管部７、及び、暖機装置１０を備える。

【0016】

エンジン６の動作時の空気の流れは、この種の内燃機関における一般的な空気の流れと基本的に同様であるため簡単に説明する。エンジン６の動作中、車両内に吸入された空気は、エアクリーナ１、ターボチャージャ２、第１チャージエアクーラ３、電動過給機４、及び第２チャージエアクーラ５を通過して、エンジン６へと供給される。エンジン６から排出された排気ガスの一部はＥＧＲ配管部７によってエンジン６の給気側に戻される。エンジン６から排出された排気ガスの他の一部は、ターボチャージャ２を通過した後、暖機装置１０へと流入する。

【0017】

詳細は後述するが、本実施形態の内燃機関１００の特徴の１つは、エンジン６の排気側において暖機装置１０が構成されていることである。暖機装置１０は、エンジン６の停止中に、ヒータ１１及びエアポンプ１４を動作させ、ヒータ１１によって加熱された空気を後処理装置１２及び熱交換器１３へ供給する。これにより、後処理装置１２の触媒が温められる。また、冷却水流路Ｌ内のエンジンの冷却水も温められるため、エンジン６も暖機される。

【0018】

このような構成によれば、エンジン６の停止中に後処理装置１２の触媒を温め、触媒を活性化温度とすることができる。また、後処理装置１２の触媒を温めるためのエネルギーを用い、エンジンの冷却水を温めることによって、エンジン６を効率的に暖機することができる。

【0019】

（各部の構成）
以下、内燃機関１００の各部について説明する。エアクリーナ１は、エンジン６に吸入される空気中の異物を除くフィルタである。エアクリーナ１から取り込まれた空気は、吸気通路ｐ１を通じてターボチャージャ２へ供給される。

【0020】

ターボチャージャ２は、エンジン６の排気を利用してタービンを回転させることにより、吸気通路ｐ１から取り込んだ空気を圧縮する。ターボチャージャ２が圧縮された空気をエンジン６に供給することで、エンジン６が１回の燃焼行程で発生するトルクが増大する。

【0021】

第１チャージエアクーラ３は、ターボチャージャ２によって圧縮され高温となった空気を冷却する。空気が冷却されるので、エンジン６が吸入する空気の密度が高まる。

【0022】

電動過給機４は、不図示のモータの駆動力により圧縮した圧縮空気をエンジン６へ供給する装置である。電動過給機４は、第１チャージエアクーラ３と第２チャージエアクーラ５とを接続する通路ｐ２に配置されている。電動過給機４が圧縮空気をエンジン６に供給していない状態では、電動過給機４は、空気が電動過給機４を通過するのを阻止する。したがってこの状態では、空気は、通路ｐ２ではなくバイパス路である通路ｐ３を通じて、第２チャージエアクーラ５に供給される。通路ｐ３には、バルブＶａが配置されている。バルブＶａは、例えば電磁バルブであり、通路ｐ３において空気を通過させるか否かを切り替える。

【0023】

電動過給機４は、エンジン６が停止している状態においては、ＥＧＲ配管部７を通して、エンジン６の排気側へ圧縮空気を供給する。電動過給機４が暖機装置１０の送風手段として機能する例については、第２の実施形態で説明する。

【0024】

第２チャージエアクーラ５は、エンジン６が吸入する空気を冷却する。エンジン６は、例えば、軽油等の液体燃料の燃焼により引き起こされる気筒の往復運動を回転力に変換することにより、駆動力を生成する。図１は、４気筒のディーゼルエンジンの例を示している。

【0025】

ＥＧＲ配管部７は、エンジン６の排気ガスの一部をエンジン６の給気側に戻すため構造部である。ＥＧＲ配管部７は、通路ｐ４、通路ｐ５、ＥＧＲクーラ７ａ、バルブＶｂ、及びバルブＶｃを有する。通路ｐ４及び通路ｐ５は、並行に配置され、エンジン６の給気側と排気側とを接続する。

【0026】

ＥＧＲクーラ７ａは通路ｐ４に配置され、エンジン６の排気側から給気側に戻る排気ガスを冷却する。バルブＶｂは、通路ｐ５に配置されている。バルブＶｂは、例えば電磁バルブであり、通路ｐ５において空気を通過させるか否かを切り替える。バルブＶｃは、ＥＧＲ配管部７において空気を通過させるか否かを切り替える。

【0027】

このように構成されたＥＧＲ配管部７を通じて排気ガスの一部がエンジン６の吸気側に戻されることにより、エンジン６内の燃焼時の最高温度が低下し、窒素酸化物の生成量が低減する。エンジン６が停止している状態においては、通路ｐ５を通じて、電動過給機４からの圧縮空気をエンジン６の排気側に供給することができる。

【0028】

（暖機装置１０について）
暖機装置１０は、主として、排気通路ｐ６、ヒータ１１、後処理装置１２、循環通路ｐ７、第１バルブＶ１、第２バルブＶ２、熱交換器１３、冷却水流路Ｌ、エアポンプ１４、及び制御装置１５を有している。

【0029】

排気通路ｐ６は、エンジン６からの排気ガスが流れる通路である。排気通路ｐ６には、上流側から順に、ヒータ１１、後処理装置１２及び熱交換器１３が配置されている。排気通路ｐ６の末端部は大気に露出しており、ターボチャージャ２を通過した排気ガスが排気通路ｐ６の末端部から大気に放出される。

【0030】

ヒータ１１は、排気通路ｐ６内を流れる空気を加熱する。ヒータ１１は、排気通路ｐ６における後処理装置１２の上流側に位置している。ヒータ１１は、電熱コイルヒータである。ヒータ１１は、不図示の電源からの電力によって駆動する。ヒータ１１の動作は、制御装置１５によって制御される。ヒータ１１は、加熱された空気が後処理装置１２を通過した際に触媒が活性化温度以上まで温められるように、空気を十分な温度に加熱する。

【0031】

後処理装置１２は、触媒を有し、排気通路ｐ６において排気ガス中の窒素酸化物を除去する。後処理装置１２は、図１の例では、ＤＯＣ１２ａ及びＳＣＲ１２ｂを含んでいる。

【0032】

ＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）１２ａは、貴金属触媒を含み、エンジン６からの排気中の未燃焼ガスを酸化する。ＤＯＣ１２ａは、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を酸化する。

【0033】

ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）１２ｂは、エンジン６からの排気の窒素酸化物を除去する。ＳＣＲ１２ｂは、例えば、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を選択的に還元することにより、窒素酸化物を除去する選択還元触媒である。

【0034】

エンジン６の始動直後には、後処理装置１２の触媒の温度が触媒活性化温度より低い。このため、窒素酸化物の除去効率を向上させるため、暖機装置１０は、後処理装置１２の触媒をヒータ１１によって温める。

【0035】

循環通路ｐ７は、後処理装置１２を通過した空気をヒータ１１の上流側へと戻す通路である。循環通路ｐ７は、本発明における第１循環通路に相当する。循環通路ｐ７は、第１分岐路ｐ７－１、第２分岐路ｐ７－２、通路ｐ７－３を有する。第１分岐路ｐ７－１は、熱交換器１３の上流側において排気通路ｐ６から分岐する通路である。第２分岐路ｐ７－２は、熱交換器１３の下流側において排気通路ｐ６から分岐する通路である。通路ｐ７－３は、第１分岐路ｐ７－１からの空気、及び、第２分岐路ｐ７－２からの空気を排気通路ｐ６に戻す通路である。なお、詳細は後述するが、第２分岐路ｐ７－２は、加熱された空気を熱交換器１３に供給することなくヒータ１１の上流側へと戻すバイパス路として機能する。

【0036】

上記のように構成された循環通路ｐ７は、後処理装置１２を通過した空気を排気通路ｐ６のうちターボチャージャ２の下流側であってヒータ１１の上流側の位置へと戻す。

【0037】

第１バルブＶ１は、第１分岐路ｐ７－１が排気通路ｐ６から分岐する部分に配置されている。第１バルブＶ１は、一例として電磁バルブである。第１バルブＶ１の動作は、制御装置１５によって制御される。第１バルブＶ１は、第１バルブＶ１を通過した空気が第１分岐路ｐ７－１のみに流れる状態と、第１バルブＶ１を通過した空気が排気通路ｐ６のみに流れる状態とに切り替える。

【0038】

第２バルブＶ２は、第２分岐路ｐ７－２が排気通路ｐ６から分岐する部分に配置されている。第２バルブＶ２は、一例として電磁バルブである。第１バルブＶ１の動作は、制御装置１５によって制御される。第２バルブＶ２は、第２バルブＶ２を通過した空気が第２分岐路ｐ７－２のみに流れる状態と、第２バルブＶ２を通過した空気が排気通路ｐ６のみに流れる状態とに切り替える。

【0039】

熱交換器１３は排気通路ｐ６に配置されており、後処理装置１２を通過した、ヒータ１１によって温められた空気が通過する。熱交換器１３は、冷却水流路Ｌの冷却水を温める機能を有する。具体的には、熱交換器１３は、熱交換器１３を通過する加熱された空気と、冷却水流路Ｌを流れる冷却水との間で熱交換をすることによって、冷却水流路Ｌの冷却水を温める。

【0040】

冷却水流路Ｌは、内部にエンジンの冷却水が流れる流路であり、本来的には、エンジン６を冷却するための構造部である。本実施形態では、冷却水流路Ｌ内の冷却水を温めてエンジン６に供給することで、エンジン６を温め、エンジン６の暖機を行うことができる。

【0041】

図示は省略するが、冷却水流路Ｌには、冷却水流路Ｌ内の冷却水を移動させるためのウォータポンプが配置されていてもよい。ウォータポンプの動作は、例えば、制御装置１５によって制御される。

【0042】

エアポンプ１４は、循環通路ｐ７に設けられており、ヒータ１１によって加熱された空気を循環させる。エアポンプ１４は、本発明における送風手段であり、加熱された空気を後処理装置１２へと送る。エアポンプ１４は、具体的には、通路ｐ７－３に配置されている。エアポンプ１４の動作は、制御装置１５によって制御される。

【0043】

制御装置１５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と記憶部とを有する。制御装置１５は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。ＥＣＵは、内燃機関１００の動作を制御するエンジンＥＣＵであってもよいし、エンジンＥＣＵとは別に設けられたＥＣＵであってもよい。

【0044】

制御装置１５は、後処理装置１２の触媒の温度を測定する温度センサＴ１の出力値を取得する。温度センサＴ１は、ＤＯＣ１２ａの触媒又はＳＣＲ１２ｂの触媒の少なくともいずれかの温度を測定する。

【0045】

制御装置１５は、また、エンジン６の温度を測定する温度センサＴ２の出力値を取得する。エンジン６の温度は、一例として、エンジン６が十分に暖機されたか否かを判定するために用いられる。

【0046】

制御装置１５は、ヒータ１１、エアポンプ１４、第１バルブＶ１、及び第２バルブＶ２の動作を制御する。具体的には、制御装置１５は、ヒータ１１の動作の開始、動作の停止、及びヒータ１１の出力を制御する。制御装置１５は、また、エアポンプ１４の動作の開始、動作の停止、及びエアポンプ１４の出力を制御する。

【0047】

制御装置１５の記憶部は、制御装置１５の各種判定に利用される閾値データを記憶している。記憶部は、例えば、後処理装置１２の触媒を暖機する必要があることを示す触媒の温度と、触媒の活性化温度以上に設定された触媒の目標温度と、エンジン６が十分に暖機されたことを示すエンジン６の温度とを記憶している。触媒の目標温度は、一例として１６０℃以上である。

【0048】

（エンジン停止時の暖機動作）
上述のように構成された暖機装置１０がエンジン６の停止時に後処理装置１２の触媒及びエンジン６を温める動作について以下説明する。図２は、暖機装置１０がエンジン停止時に行う暖機動作のフローチャートである。

【0049】

まず、ステップＳ１において、制御装置１５は、エンジン６が停止しているか否かを判定する。制御装置１５は、エンジン６が停止していることを示す任意の情報に基づいて、エンジン６が停止しているか否かを判定する。例えば、制御装置１５は、車両がモータ駆動モードである場合に、エンジン６が停止していると判定する。

【0050】

エンジン６が停止し、後処理装置１２の触媒の温度が低い場合には、触媒が活性化温度以上となるように触媒を温める必要がある。そこで、エンジン６が停止している場合（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御装置１５は、ステップＳ２において、後処理装置１２の触媒の温度が所定の閾値以下であるか否かを判定する。具体的には、制御装置１５は、温度センサＴ１からの出力値と、記憶部が記憶する閾値とに基づき、触媒の温度が所定の閾値以下であるか否かを判定する。

【0051】

触媒の温度が所定の閾値以下である場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、制御装置１５は、ステップＳ３において、暖機動作を開始する前の工程として流路の切り替えを行う。本実施形態の暖機装置１０は、ヒータ１１で加熱した空気を後処理装置１２と熱交換器１３とに供給する。そこで、ステップＳ３では、制御装置１５は、第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２を制御し、第１バルブＶ１を、空気が排気通路ｐ６のみに流れる状態に切り替え、第２バルブＶ２を、空気が第２分岐路ｐ７－２のみに流れる状態に切り替える。この状態では、後処理装置１２を通過した空気は、第１分岐路ｐ７－１には流れず、熱交換器１３を流れて第２分岐路ｐ７－２及び通路ｐ７－３経由でヒータ１１の上流側に戻る。

【0052】

次いで、ステップＳ４において、制御装置１５は、ヒータ１１及びエアポンプ１４（送風手段）を動作させる。これにより、ヒータ１１により加熱された空気がエアポンプ１４により後処理装置１２へと供給される。加熱された空気が後処理装置１２を通過することにより、後処理装置１２の触媒が温められる。

【0053】

後処理装置１２を通過した加熱された空気は、排気通路ｐ６経由で熱交換器１３に供給される。熱交換器１３では、加熱された空気と、冷却水流路Ｌ内の冷却水との間で熱交換が行われることで冷却水が温められる。温められた冷却水がエンジン６に供給されることで、エンジン６が暖機される。

【0054】

熱交換器１３を通過した加熱された空気は、大気へ放出されることなく、第２分岐路ｐ７－２及び通路ｐ７－３軽油でヒータ１１の上流側に戻される。このように、加熱された空気が排気通路ｐ６及び循環通路ｐ７内の循環する構成によれば、効率的に触媒及び冷却水を温めることができる。

【0055】

エンジン６が十分に暖機された後は、加熱された空気を熱交換器１３に供給する必要はない。そこで、ステップＳ５において、制御装置１５は、エンジンの温度が所定の温度を超えたか否かを判定する。具体的には、制御装置１５は、温度センサＴ２からの出力値と、記憶部が閾値として記憶する温度に基づき、エンジンの温度が所定の温度を超えたか否かを判定する。

【0056】

加熱された空気が後処理装置１２及び熱交換器１３へ供給されている状態で、エンジン６の温度が所定の閾値を超えた場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、制御装置１５は、ステップＳ６において、流路の切り替えを行う。具体的には、制御装置１５は、第１バルブＶ１を制御し、加熱された空気を第１分岐路ｐ７－１のみに流して循環通路ｐ７内で循環させる状態とする。つまり、この状態では、加熱された空気は熱交換器１３へは供給されることなく、第１分岐路ｐ７－１及び通路ｐ７－３を通って循環通路ｐ７内を循環する。このように、エンジン６が十分に暖機された場合に熱交換器１３に空気を供給しないようにすることで、加温された空気のエネルギーを効率的に利用して触媒を温めることができる。

【0057】

次いで、ステップＳ７において、制御装置１５は、後処理装置１２触媒の温度が目標温度を超えたか否かを判定する。具体的には、制御装置１５は、温度センサＴ１からの出力値と、記憶部が閾値として記憶する温度とに基づき、触媒の温度が目標温度を超えたか否かを判定する。

【0058】

触媒の温度が目標温度を超えた場合（ステップＳ７でＹｅｓ）、ステップＳ８において、制御装置１５は、ヒータ１１及びエアポンプ１４の動作を停止させる。

【0059】

上記の一連の工程により、暖機装置１０は、後処理装置１２の触媒を温める。また、暖機装置１０は、冷却水流路Ｌ内の冷却水を温めることで、エンジン６の暖機を行う。

【0060】

（作用効果）
以上説明したように本実施形態の暖機装置１０によれば、エンジン６を停止させた状態においてヒータ１１により後処理装置１２の触媒を温める場合に、ヒータ１１によって加熱された空気でエンジンの冷却水も温めることができるので、エネルギーを効率的に利用してエンジン６の暖機を行うことができる。

【0061】

冷却水を温める熱源として、後処理装置１２の触媒を温める熱源であるヒータ１１が利用されているため、ヒータ１１のほかに別途熱源を設ける必要が無く、暖機装置１０の構成が複雑化しない。

【0062】

本実施形態では、特に、後処理装置１２の触媒とエンジンの冷却水の暖機を開始した後、エンジンが十分に暖機されたら（ステップＳ５参照）、第１バルブＶ１によって流路が変更され、加熱された空気を、第１分岐路ｐ７－１、通路ｐ７－３、及び排気通路ｐ６に循環させる。この状態では、加熱された空気が熱交換器１３に供給されないため、加熱された空気のエネルギーが冷却水を温めるために使用されず、後処理装置１２の触媒を効率的に暖機することができる。

【0063】

本実施形態では、図１に示したように、第１バルブＶ１と第２バルブＶ２との２つのバルブが設けられているので、制御装置１５がこれらのバルブを制御することで、加熱された空気が、第２分岐路ｐ７－２、通路ｐ７－３、及び排気通路ｐ６内を循環する状態と、第１分岐路ｐ７－１、通路ｐ７－３、及び排気通路ｐ６内を循環する状態とを切り替えることができる。

【0064】

本実施形態では、また、循環通路ｐ７及び循環通路ｐ７に配置されたエアポンプ１４という比較的簡単な構成で、加熱された空気を循環させるための送風手段を構成できる。

【0065】

上記の説明では、図１を参照しながら内燃機関１００の具体的な構成を説明したが、本発明は必ずしも上述した具体的な構成に限定されない。例えば、第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２のうち少なくとも一方が省略されてもよい。暖機装置１０は、後処理装置１２の触媒とエンジンの冷却水とを温める動作を、ヒータ１１によって加熱された空気を排気通路ｐ６経由で大気に放出させながら、実施してもよい。

【0066】

また、冷却水流路Ｌには、車両の室内の空気と冷却水との間で熱交換するための熱交換機が設けられていてもよい。このような熱交換機が設けられていることで、エンジン６が停止している間に、触媒を温めた空気を利用して効率良く室内を温めることも可能になる。

【0067】

＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の他の実施形態の内燃機関の構成を示す図である。暖機装置１０Ａが第１の実施形態の構成と異なる点を除き、他の構成は第１の実施形態と同様である。

【0068】

暖機装置１０Ａは、排気通路ｐ６、ヒータ１１、後処理装置１２、循環通路ｐ８、第２バルブＶ２、ＬＰ－ＥＧＲクーラ１６、冷却水流路Ｌ、及び、制御装置１５を有している。暖機装置１０Ａでは、第１の実施形態の構成と比較して、熱交換器１３、エアポンプ１４及び第１バルブＶ１等が省略されている。その他の構成については第１の実施形態と同様であるため、重複する説明は省略する。

【0069】

循環通路ｐ８は、後処理装置１２を通過した空気を、ターボチャージャ２の吸気通路ｐ１へと戻す通路である。循環通路ｐ８は、本発明における第２循環通路に相当する。

【0070】

ＬＰ－ＥＧＲクーラ１６（低圧ＥＧＲ、Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ－ＥＧＲ）は、循環通路ｐ８に配置されている。ＬＰ－ＥＧＲクーラ１６は、エアクリーナ１とターボチャージャ２との間に排気を戻すための装置である。図２の構成では、ＬＰ－ＥＧＲクーラ１６が熱交換器の機能も有する。具体的には、ＬＰ－ＥＧＲクーラ１６は、ヒータ１１によって加熱された空気と、冷却水流路Ｌ内のエンジンの冷却水との間で熱交換をすることによって、冷却水を温めてエンジン６を暖機する。

【0071】

制御装置１５は、第１の実施形態と同様、エンジン６が停止している状態でヒータ１１を動作させ、後処理装置１２の触媒を温めるために空気を加熱する。本実施形態では、制御装置１５は、電動過給機４の動作も制御する。具体的には、制御装置１５は、電動過給機４を動作させ、ＥＧＲ配管部７経由で圧縮空気を排気通路ｐ６のヒータ１１の上流側に供給させる。

【0072】

このようにヒータ１１の上流側に供給された圧縮空気は、ヒータ１１によって加熱され、加熱された空気は、第１の実施形態と同様、後処理装置１２に供給される。これにより、後処理装置１２の触媒が温められる。

【0073】

後処理装置１２を通過した加熱された空気は、排気通路ｐ６及び第２バルブＶ２を経由して、循環通路ｐ８へと流れ込む。ＬＰ－ＥＧＲクーラ１６を加熱された空気が流れることで、加熱された空気と冷却水流路Ｌの冷却水との間で熱交換が行われ、冷却水流路Ｌ内の冷却水が温められる。

【0074】

図３の構成では、循環通路ｐ８が吸気通路ｐ１に接続しているので、ＬＰ－ＥＧＲクーラ１６を通過した空気は、ターボチャージャ２の上流側まで戻される。その後、空気は、ターボチャージャ２、第１チャージエアクーラ３、及び電動過給機４を通過し、以下、上述した説明と同様の流れで再びヒータ１１の上流側へと戻される。

【0075】

以上説明したように、本発明においては、ヒータ１１によって加熱された空気を送る送風手段は必ずしもエアポンプ１４に限定されず、送風手段は、エンジン６の上流側に位置する電動過給機４であってもよい。図３のような構成によれば、エアポンプ１４を設ける必要ないという利点がある。

【0076】

なお、図３は、タービンが設けられておらず、モータとコンプレッサとを有する電動コンプレッサが備えられた構成を例示している。しかし、本発明においては、電動アシストターボチャージャが利用されてもよい。電動アシストターボチャージャは、圧縮機とタービンとの間にモータが配置されたターボチャージャであり、モータの駆動力により空気を圧縮することができる。

【0077】

＜変形例＞
上述した実施形態では、後処理装置１２の触媒を暖機するための熱を利用してエンジンの冷却水を温め、エンジン６を暖機することを説明した。本発明の一形態においては、暖機装置は、温められた冷却水によって車室内を温めてもよい。

【0078】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。

【符号の説明】

【0079】

１ エアクリーナ
２ ターボチャージャ
３ 第１チャージエアクーラ
４ 電動過給機
５ 第２チャージエアクーラ
６ エンジン
７ ＥＧＲ配管部
７ａ ＥＧＲクーラ
１０ 暖機装置
１０Ａ 暖機装置
１１ ヒータ
１２ 後処理装置
１３ 熱交換器
１４ エアポンプ
１５ 制御装置
１６ ＬＰ－ＥＧＲクーラ
１００ 内燃機関
ＥＣＵ エンジン
Ｌ 冷却水流路
ｐ１ 吸気通路
ｐ２ 通路
ｐ３ 通路
ｐ４ 通路
ｐ５ 通路
ｐ６ 排気通路
ｐ７ 循環通路
ｐ７－１ 第１分岐路
ｐ７－２ 第２分岐路
ｐ７－３ 通路
ｐ８ 循環通路
Ｔ１ 温度センサ
Ｔ２ 温度センサ
Ｖ１ 第１バルブ
Ｖ２ 第２バルブ
Ｖａ バルブ
Ｖｂ バルブ
Ｖｃ バルブ

【図1】

【図2】

【図3】