CN111022154B - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供内燃机的排气净化装置，通过使排气的温度进一步下降来使CO2的分离效率提高。具备：第一热交换器(3)，设置于内燃机(1)的排气通路(2)，在外气与内燃机(1)的排气之间进行热交换；第二热交换器(4)，设置于排气通路(2)，在循环的热介质与排气之间进行热交换；及CO2分离装置(5)，设置于比第一热交换器(3)及第二热交换器(4)靠下游的排气通路(2)，从排气分离CO2。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术
已知有如下的技术：为使得安装于内燃机的排气通路的传感器的温度不会过剩上升，基于排气的温度及行驶风量来推定传感器温度，当推定出的传感器温度达到预定温度时通过使向内燃机的燃料供给量增加来使排气温度下降(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-144662号公报
发明内容
发明所要解决的课题
虽然通过使向内燃机的燃料供给量增加能够使排气的温度下降，但有时仅这样的话不够充分。在此，有时在排气通路具备CO2分离装置。该CO2分离装置具有例如仅CO2能够通过的CO2分离膜，通过排气中的CO2通过CO2分离膜，CO2从排气分离。在该CO2分离装置中，CO2分离装置内的CO2的浓度越高，则越能够促进CO2的分离。例如，当通过冷却排气而排气的体积流量减少时，CO2分离装置内的CO2的每单位体积的浓度增加，从而更多的CO2通过CO2分离膜。因而，向CO2分离装置流入的排气的温度越低则越能够提高CO2的分离效率。此外，CO2的分离效率能够定义为分离出的CO2的量相对于流入到CO2分离装置的CO2的量的比。仅如以往那样使向内燃机的燃料供给量增加的话，排气的温度可能不会下降使CO2充分分离的程度。
本发明鉴于如上所述的问题点而完成，其目的在于，通过使排气的温度进一步下降来使CO2的分离效率提高。
用于解决课题的手段
用于解决上述课题的本发明的方案之一是一种内燃机的排气净化装置，具备：第一热交换器，设置于内燃机的排气通路，在外气与所述内燃机的排气之间进行热交换；第二热交换器，设置于所述排气通路，在循环的热介质与所述排气之间进行热交换；及CO2分离装置，设置于比所述第一热交换器及所述第二热交换器靠下游的所述排气通路，从所述排气分离CO2。
第一热交换器通过在外气与排气之间进行热交换来使排气的温度下降。通常，外气与排气相比温度低，因此当在外气与排气之间进行热交换时，排气的温度下降。例如在内燃机搭载于车辆的情况下，能够通过车辆行驶而向第一热交换器更多地导入行驶风，能够使排气的温度进一步下降。第二热交换器通过使外气以外的热介质循环并在热介质与排气之间进行热交换来使排气的温度下降。热介质可以是气体和液体的任一状态。排气通路中的第一热交换器和第二热交换器的配置顺序能够任意设定。CO2分离装置是排气的温度越低则CO2的分离效率越高的装置。因此，通过利用第一热交换器及第二热交换器使排气的温度下降，能够提高CO2分离装置中的CO2的分离效率。
所述热介质可以是所述内燃机的冷却水。内燃机的冷却水与排气相比温度低，因此能够通过在冷却水与排气之间进行热交换而使排气的温度下降。另外，通过利用内燃机的冷却水作为热介质，能够共用散热器等，因此能够实现成本的削减。另一方面，关于热介质，也可以将与内燃机的冷却水不同的冷却水(例如，变速器的冷却水或为了第二热交换器而准备的冷却水)作为热介质。在该情况下，能够使热介质的温度比内燃机的冷却水低，因此能够使排气的温度进一步下降。此外，也可以取代冷却水以外而使用冷却油。
可以是，还具备使所述热介质向所述第二热交换器循环的循环装置和控制所述循环装置的控制装置，所述第二热交换器设置于比所述第一热交换器靠下游的所述排气通路，所述控制装置在第一排气温度为第一阈值以下的情况下，不使所述热介质向所述第二热交换器循环，所述第一排气温度是在所述第一热交换器中所述排气与所述外气进行热交换后的所述排气的温度。
另外，可以是，还具备使所述热介质向所述第二热交换器循环的循环装置和控制所述循环装置的控制装置，所述第二热交换器设置于比所述第一热交换器靠上游的所述排气通路，所述控制装置在第一排气温度为第一阈值以下的情况下，不使所述热介质向所述第二热交换器循环，所述第一排气温度是在所述第一热交换器中所述排气与所述外气进行热交换后的所述排气的温度，且是所述热介质未向所述第二热交换器循环的情况下的所述排气的温度。
循环装置例如具备排出热介质的泵。而且，也可以具备切断热介质的流通的阀。控制装置例如通过控制泵或阀来控制第二热交换器中的热介质的循环。通过使热介质向第二热交换器循环，能够在第二热交换器中使排气的温度下降，但为了使热介质向第二热交换器循环而需要能量，因此内燃机的燃料消耗量增加。例如，在泵由电动机驱动的情况下，为了使内燃机中的发电量增加而内燃机的负荷增加，因此燃料消耗量增加。在此，若仅通过第一热交换器就能够使排气的温度充分下降，则无需利用第二热交换器来使排气的温度下降。在该情况下，无需使热介质向第二热交换器循环。并且，若不使热介质向第二热交换器循环，则能够减少燃料消耗量。即，在第一排气温度为第一阈值以下的情况下，能够判断为仅通过第一热交换器就能够使排气的温度充分下降，因此不使热介质向第二热交换器循环即可。第一排气温度是仅通过第一热交换器而下降后的排气温度。第一排气温度可以是控制装置推定出的温度。另外，第一排气温度可以是在假定为热介质未向第二热交换器循环的情况下推定的排气的温度。在第二热交换器设置于比第一热交换器靠下游的排气通路的情况下，可以将比第一热交换器靠下游且比第二热交换器靠上游的排气的温度设为第一排气温度。第一阈值是即使不使热介质向第二热交换器循环，CO2的分离效率也成为容许范围内的温度的上限值。此外，第一阈值也可以是即使不使热介质向第二热交换器循环，CO2向大气中的排出量也成为容许范围内的排气的温度的上限值。作为不使热介质向第二热交换器循环的方法，可以例示使排出热介质的泵停止或者在热介质的通路设置阀并关闭阀。
可以是，所述控制装置在所述第一排气温度比所述第一阈值高的情况下，在第二下降量比第二阈值大的情况下使所述热介质向所述第二热交换器循环，在所述第二下降量为所述第二阈值以下的情况下不使所述热介质向所述第二热交换器循环，所述第二下降量是所述热介质向所述第二热交换器循环时由所述第二热交换器实现的所述排气的温度的下降量。
在第一排气温度比第一阈值高的情况下，仅通过由第一热交换器实现的排气的温度下降无法充分提高CO2的分离效率。因此，可考虑通过使热介质向第二热交换器循环而在第二热交换器中也使排气的温度下降。但是，若通过使热介质向第二热交换器循环而内燃机的燃料消耗量增加，则从内燃机排出的CO2的量也增加。由此，在CO2分离装置中无法分离的CO2的量可能会增加。另一方面，即使使热介质向第二热交换器循环，有时在第二热交换器中排气的温度也几乎不下降。即，有时，与不使热介质向第二热交换器循环时相比，在使热介质循环时，CO2向大气中的排出量增加。于是，在若使热介质向第二热交换器循环则CO2向大气中的排出量增加的情况下，不使热介质向第二热交换器循环，抑制CO2向大气中的排出量增加。第二阈值是在使热介质向第二热交换器循环的情况下与不使热介质循环的情况相比CO2向大气中的排出量变多的排气的温度的下降量的上限值。另外，第二下降量可以是控制装置推定出的温度的下降量。
可以是，还具备使所述热介质向所述第二热交换器循环的循环装置和控制所述循环装置的控制装置，所述控制装置在第二下降量为第二阈值以下的情况下，不使所述热介质向所述第二热交换器循环，所述第二下降量是所述热介质向所述第二热交换器循环时由所述第二热交换器实现的所述排气的温度的下降量。
即，在即使使热介质向第二热交换器循环，在第二热交换中排气的温度也不充分下降的情况下，无论由第一热交换器实现的排气的温度下降如何，都不使热介质向第二热交换器循环，由此能够减少内燃机的燃料消耗量。即，通过减少来自内燃机的CO2的排出量，能够减少CO2向大气中的排出量。该情况下的第二阈值也是在使热介质向第二热交换器循环的情况下与不使热介质循环的情况相比CO2向大气中的排出量变多的排气的温度的下降量的上限值。另外，第二下降量可以是控制装置推定出的温度的下降量。
可以是，所述第二热交换器设置于比所述第一热交换器靠下游的所述排气通路，所述控制装置在所述第二下降量比所述第二阈值大的情况下，在第一排气温度比第一阈值高的情况下使所述热介质向所述第二热交换器循环，在所述第一排气温度为所述第一阈值以下的情况下不使所述热介质向所述第二热交换器循环，所述第一排气温度是在所述第一热交换器中所述排气与所述外气进行热交换后的所述排气的温度。
另外，可以是，所述第二热交换器设置于比所述第一热交换器靠上游的所述排气通路，所述控制装置在所述第二下降量比所述第二阈值大的情况下，在所述第一排气温度比第一阈值高的情况下使所述热介质向所述第二热交换器循环，在所述第一排气温度为所述第一阈值以下的情况下不使所述热介质向所述第二热交换器循环，所述第一排气温度是在第一热交换器中所述排气与所述外气进行热交换后的所述排气的温度，且是所述热介质未向所述第二热交换器循环的情况下的所述排气的温度。
有时，无论是否使热介质向第二热交换器，都能够利用第一热交换器使排气的温度充分下降。在该情况下，无需利用第二热交换器使排气的温度下降。即，无需使热介质向第二热交换器循环。并且，若不使热介质向第二热交换器循环，则能够减少燃料消耗量。该情况下的第一阈值也是即使不使热介质向第二热交换器循环，CO2的分离效率也成为容许范围内的温度的上限值。此外，第一阈值可以是即使不使热介质向第二热交换器循环，CO2向大气中的排出量也成为容许范围内的排气的温度的上限值。第一排气温度可以是控制装置推定出的温度。另外，第一排气温度可以是在假定为热介质未向第二热交换器循环的情况下推定的排气的温度。另外，在第二热交换器设置于比第一热交换器靠下游的排气通路的情况下，可以将比第一热交换器靠下游且比第二热交换器靠上游的排气的温度设为第一排气温度。
发明效果
根据本发明，能够使排气的温度进一步下降从而提高CO2的分离效率。
附图说明
图1是示出第1实施方式的内燃机的排气净化装置的概略构成的图。
图2是示出CO2分离装置的概略构成的图。
图3是示出第1实施方式的阀的开闭控制的流程的流程图。
图4是示出第2实施方式的内燃机的排气净化装置的概略构成的图。
图5是示出第2实施方式的阀的开闭控制的流程的流程图。
图6是示出第3实施方式的内燃机的排气净化装置的概略构成的图。
图7是示出第3实施方式的泵的工作控制的流程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图，基于实施方式来例示性地详细说明用于实施本发明的方式。不过，该实施方式所记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等只要没有特别记载就并非旨在将本发明的范围限定于此。
(第1实施方式)
图1是示出本实施方式的内燃机1的排气净化装置的概略构成的图。内燃机1例如是车辆驱动用的汽油发动机或柴油发动机。在内燃机1连接有排气通路2。在排气通路2中从排气的流动方向的上游侧起依次具备第一热交换器3、第二热交换器4、CO2分离装置5。在比第一热交换器3靠上游的排气通路2设置有检测排气的温度的排气温度传感器11。
第一热交换器3形成为在外气与在排气通路2中流通的内燃机1的排气之间进行热交换。第二热交换器4形成为在内燃机1的冷却水与在排气通路2中流通的内燃机1的排气之间进行热交换。CO2分离装置5是从排气分离CO2的装置。图2是示出CO2分离装置5的概略构成的图。此外，CO2分离装置不限于图2所示的构造。图2中的虚线的箭头表示气体的流动方向。在CO2分离装置5具备主要使排气所包含的成分中的CO2通过的形成为膜状的CO2分离膜51。CO2分离膜51将CO2分离装置5的内部空间一分为二，在一方的空间设置有排气的入口2A及出口2B，在另一方的空间设置有CO2的出口52A。在排气的入口2A及出口2B连接有排气通路2。在CO2的出口52A连接有供CO2流通的CO2排出通路52。当从排气的入口2A流入到CO2分离装置5的排气与CO2分离膜51接触时，该排气中的CO2通过CO2分离膜51，与其他成分分离。分离后的其他成分从排气的出口2B排出。另一方面，通过了CO2分离膜51的气体从CO2的出口52A排出，在CO2排出通路52中流通。这样，在比CO2分离装置5靠下游的排气通路2中流动CO2的浓度比较低的气体，在CO2排出通路52中流动CO2的浓度比较高的气体。CO2排出通路52例如连接于积存CO2的罐，在CO2排出通路52中流通后的CO2积存于该罐。
另外，在第二热交换器4中通过冷却水循环***40而循环冷却水。冷却水循环***40使内燃机1的冷却水向内燃机1及第二热交换器4循环。冷却水循环***40具有在外气与冷却水之间进行热交换的散热器41、供冷却水流通的冷却水通路42、设置于冷却水通路42且排出冷却水的泵43、在泵43的紧邻下游处检测冷却水的温度的冷却水温度传感器44、开闭通向第二热交换器4的冷却水通路42的阀45。此外，阀45或冷却水循环***40是循环装置的一例。冷却水通路42具有第一通路42A、第二通路42B、第三通路42C、第四通路42D。第一通路42A将内燃机1与散热器41连接，使从内燃机1排出的冷却水向散热器41流入。第二通路42B将内燃机1与散热器41经由泵43及冷却水温度传感器44而连接，使从散热器41排出的冷却水向内燃机1流入。第三通路42C将散热器41与第二热交换器4经由泵43、冷却水温度传感器44及阀45而连接，使从散热器41排出的冷却水向第二热交换器4流入。第四通路42D将散热器41与第二热交换器4连接，使从第二热交换器4排出的冷却水向散热器41流入。此外，第二通路42B和第三通路42C共用从散热器41到比冷却水温度传感器44靠下游侧处为止的通路。泵43在第二通路42B及第三通路42C中从散热器41侧向内燃机1侧或第二热交换器4侧排出冷却水。此外，泵43可以从电动机得到驱动力，也可以从内燃机1得到驱动力。
在泵43工作且阀45关闭的情况下，通过冷却水向第一通路42A及第二通路42B流通，内燃机1的冷却水在内燃机1及散热器41中循环。另一方面，在泵43工作且阀45打开的情况下，除了第一通路42A及第二通路42B之外，冷却水还向第三通路42C及第四通路42D流通。由此，内燃机1的冷却水也向第二热交换器4流通。内燃机1的冷却水的温度通常比外气的温度高，因此当冷却水通过散热器41时，冷却水的温度下降。另外，内燃机1的排气的温度通常比冷却水的温度高，因此当冷却水通过第二热交换器4时，冷却水的温度上升且排气的温度下降。在此，在来自内燃机1的排气通过第一热交换器3时，在排气与外气之间进行热交换。因此，通过排气通过第一热交换器3，排气的温度下降。而且，在阀45打开的情况下，在排气通过第二热交换器4时在排气与内燃机1的冷却水之间进行热交换。由此，排气的温度进一步下降。因此，能够充分降低向CO2分离装置5流入的排气的温度，因此能够提高CO2的分离效率。
并且，在内燃机1一并设置有作为控制器(控制装置)的电子控制单元(ECU)10。ECU10是具有处理器、主存储部、辅助存储部的计算机。ECU10控制内燃机1的运转状态和排气净化装置等。此时，处理器执行主存储部上的预定的程序。在ECU10，除了上述的排气温度传感器11之外，还电连接有车速传感器12及外气温度传感器13，各传感器的检测值向ECU10传递。车速传感器12是检测搭载有内燃机1的车辆的速度的传感器。外气温度传感器13是检测外气的温度的传感器。该外气是与第一热交换器3接触前的外气的温度。
ECU10控制阀45的开闭。在此，向CO2分离装置5流入的排气的温度越低，则CO2的每单位体积的浓度越高，从而排气中的CO2与CO2分离膜51接触的机会越增加。由此，CO2的分离效率变高。另一方面，有时，仅通过排气通过第一热交换器3，排气的温度就充分下降。在这样的情况下，无需利用第二热交换器4使排气的温度下降。并且，在无需利用第二热交换器4使排气的温度下降的情况下，能够关闭阀45。当通过关闭阀45而冷却水不再向第二热交换器4循环时，泵43的负荷下降，因此能够使内燃机1的负荷下降。例如，在泵43是电动泵的情况下，通过使泵43的负荷下降，能够使内燃机1的发电量减少，因此能够使内燃机1的负荷减少。并且，通过内燃机1的负荷减少，内燃机1的燃料消耗量减少，因此能够减少从内燃机1排出的CO2的量。由此，能够减少向大气中排出的CO2的量。
于是，ECU10通过控制阀45的开闭来减少向大气中排出的CO2的量。图3是示出阀45的开闭控制的流程的流程图。阀45的开闭控制由ECU10每预定的时间反复执行。在步骤S101中，读入排气温度TEX、车速VA、外气温度TA。排气温度TEX由排气温度传感器11检测。车速VA由车速传感器12检测。外气温度TA由外气温度传感器13检测。在步骤S102中，算出第一热交换器3中的排气温度的下降量DTA。第一热交换器3中的排气温度的下降量DTA与车速VA、外气温度TA等具有相关关系，因此将它们的关系预先通过实验或模拟等求出并映射化。另外，也可以通过基于第一热交换器3的规格、外气温度TA与排气温度TEX之差等的物理模型等而求出第一热交换器3中的排气温度的下降量DTA。此外，也可以通过周知的方法来算出第一热交换器3中的排气温度的下降量DTA。
在步骤S103中，判定排气温度TEX与排气温度的下降量DTA之差(TEX-DTA)是否比目标温度TEXTRG高。排气温度TEX与排气温度的下降量DTA之差(TEX-DTA)表示排气通过第一热交换器3后的排气温度。目标温度TEXTRG是CO2分离装置5中的CO2的分离效率成为容许范围内的温度的上限值。目标温度TEXTRG是第一阈值的一例。若上述差(TEX-DTA)为目标温度TEXTRG以下，则无需在第二热交换器4中使排气温度下降。因此，在步骤S103中作出了否定判定的情况下进入步骤S108，关闭阀45。由此，冷却水不再向第二热交换器4循环，因此能够使泵43的负荷减少，因此能够使内燃机1的燃料消耗量减少。另一方面，在步骤S103中作出了肯定判定的情况下，进入步骤S104。
在步骤S104中，读入内燃机1的冷却水温度TW。冷却水温度TW由冷却水温度传感器44检测。在步骤S105中，算出第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW。该排气温度的下降量DTW是假定为阀45打开的情况下的第二热交换器4中的排气温度的下降量。第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW与冷却水温度TW等具有相关关系，因此将它们的关系预先通过实验或模拟等而求出并映射化。另外，也可以通过基于第二热交换器4的规格、冷却水温度TW与排气温度(TEX-DTA)之差等的物理模型等而求出第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW。此外，也可以通过周知的方法来算出第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW。
在步骤S106中，判定第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW是否比目标下降量DTWTRG大。目标下降量DTWTRG是在使冷却水向第二热交换器4循环的情况下与不使冷却水循环的情况相比CO2向大气中的排出量变多的排气的温度的下降量的上限值。目标下降量DTWTRG是第二阈值的一例。若第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW为目标下降量DTWTRG以下，则判定为与在第二热交换器4中使排气温度的下降的优点相比，由向大气中排出的CO2的增加引起的缺点大。因此，在步骤S106中作出了否定判定的情况下进入步骤S108，关闭阀45。由此，冷却水不再向第二热交换器4循环，因此能够使泵43的负荷减少，因此能够使内燃机1的燃料消耗量减少。另一方面，在步骤S106中作出了肯定判定的情况下进入步骤S107。在步骤S107中，打开阀45。由此，冷却水向第二热交换器4循环，因此能够在第二热交换器4中使排气温度下降。
这样，通过具备第一热交换器3及第二热交换器4，能够使向CO2分离装置5流入的排气的温度充分下降，因此能够提高CO2分离装置5中的CO2的分离效率。另外，在无需利用第二热交换器4使排气温度下降的情况和若利用第二热交换器4使排气温度下降则CO2向大气中的排出量增加的情况下，不使冷却水向第二热交换器4循环，因此能够减少内燃机1的燃料消耗量或减少CO2向排气中的排出量。
(第2实施方式)
图4是示出本实施方式的内燃机1的排气净化装置的概略构成的图。主要对与图1不同的点进行说明。本实施方式中，与第一热交换器3相比，第二热交换器4设置于排气通路2的上游侧。在此，第一热交换器3进行外气与排气的热交换，因此外气的温度越低则排气温度的下降量越大。在第一热交换器3与内燃机1接近的情况下，在内燃机1的周围流通而温度变高后的外气与第一热交换器3接触，因此排气温度的下降量可能会变小。另一方面，在将第一热交换器3远离内燃机1而配置的情况下，与第一热交换器3接触的外气的温度更低，因此能够使排气温度的下降量更大。
另外，在第二热交换器4连接有冷却水通路42。该冷却水通路42越长，则泵43的负荷越增加并且成本越增加。相对于此，通过在与散热器41接近的位置配置第二热交换器4，能够缩短冷却水通路42。因此，通过在比第一热交换器3靠上游的排气通路2具备第二热交换器4，能够使由第一热交换器3实现的排气温度的下降量更大，且能够减少设置第二热交换器4的成本并使泵43的负荷下降。
在上述构成中也能够实施图3所示的阀45的开闭控制。该情况下的步骤S103中的排气温度TEX是冷却水未向第二热交换器4循环的情况下的排气温度。此外，可以假定为在步骤S101中读入的排气温度传感器11的检测值是向第一热交换器3流入的排气温度TEX。即，可以假定为在第二热交换器4中排气温度不下降来进行步骤S103的判定。另一方面，也可以按照以下的图5所示的流程图来实施阀45的开闭控制。图5是示出本实施方式的阀45的开闭控制的流程的流程图。阀45的开闭控制由ECU10每预定的时间反复执行。在步骤S201中，读入排气温度TEX及内燃机1的冷却水温度TW。排气温度TEX由排气温度传感器11检测。冷却水温度TW由冷却水温度传感器44检测。在步骤S202中，算出第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW。排气温度的下降量DTW是阀45打开的情况下的第二热交换器4中的排气温度的下降量，即冷却水向第二热交换器4循环时的第二热交换器4中的排气温度的下降量。此外，第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW也可以假定为阀45打开而由ECU10推定。第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW与冷却水温度TW等具有相关关系，因此将它们的关系预先通过实验或模拟等而求出并映射化。另外，也可以通过基于第二热交换器4的规格、冷却水温度TW与排气温度TEX之差等的物理模型等而求出第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW。此外，也可以通过周知的方法来算出第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW。
在步骤S203中，判定第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW是否比目标下降量DTWTRG大。目标下降量DTWTRG是在使冷却水向第二热交换器4循环的情况下与不使冷却水循环的情况相比CO2向大气中的排出量变多的排气的温度的下降量的上限值。目标下降量DTWTRG是第二阈值的一例。在本步骤S203中，判定是否能够在第二热交换器4中使排气温度充分下降。因此，在步骤S203中作出了否定判定的情况下进入步骤S209，关闭阀45。由此，能够抑制CO2向大气中的排出量增加。另一方面，在步骤S203中作出了肯定判定的情况下进入步骤S204。
在步骤S204中，读入车速VA及外气温度TA。车速VA由车速传感器12检测。外气温度TA由外气温度传感器13检测。在步骤S205中，算出第一热交换器3中的排气温度的下降量DTA。第一热交换器3中的排气温度的下降量DTA与车速VA、外气温度TA等具有相关关系，因此将它们的关系预先通过实验或模拟等而求出并映射化。另外，也可以通过基于第一热交换器3的规格、外气温度TA与比第一热交换器3靠上游的排气温度TEX之差等的物理模型等而求出第一热交换器3中的排气温度的下降量DTA。该情况下的排气温度TEX是在假定为阀45关闭的情况下向第一热交换器3流入的排气温度，设为由排气温度传感器11检测的排气温度。此外，也可以通过周知的方法来算出第一热交换器3中的排气温度的下降量DTA。
在步骤S206中，判定排气温度TEX与排气温度的下降量DTA之差(TEX-DTA)是否比目标温度TEXTRG高。此时的排气温度TEX是在假定为阀45关闭的情况下向第一热交换器3流入的排气温度，设为由排气温度传感器11检测的排气温度。排气温度TEX与排气温度的下降量DTA之差(TEX-DTA)表示仅在第一热交换器3中使排气温度下降的情况下的下降后的排气温度。目标温度TEXTRG是CO2分离装置5中的CO2的分离效率成为容许范围内的温度的上限值。目标温度TEXTRG是第一阈值的一例。因此，在本步骤S206中，判定是否仅通过第一热交换器3就能够使排气温度充分下降。并且，若上述差(TEX-DTA)为目标温度TEXTRG以下，则仅通过第一热交换器3就能够使排气温度充分下降。因此，在步骤S206中作出了肯定判定的情况下进入步骤S207，关闭阀45。由此，冷却水不再向第二热交换器4循环，因此能够使泵43的负荷减少，因此能够使内燃机1的燃料消耗量减少。另一方面，在步骤S206中作出了否定判定的情况下，仅通过第一热交换器3无法使排气温度充分下降，因此进入步骤S208，打开阀45。由此，在第二热交换器4中也使排气温度下降。
这样，能够不依赖于第一热交换器3及第二热交换器4的配置顺序而使CO2的分离效率提高。此外，图5所示的阀45的开闭控制在图1所示的构成中也能够实施。
(第3实施方式)
图6是示出本实施方式的内燃机1的排气净化装置的概略构成的图。主要对与图1不同的点进行说明。本实施方式中，使与内燃机1的冷却水不同的冷却水向第二热交换器4循环。此外，向第二热交换器4循环的冷却水可以是仅为了在第二热交换器4中冷却排气而准备的冷却水。本实施方式中，在内燃机1中循环的冷却水通过第一冷却水循环***400而循环，在第二热交换器4中循环的冷却水通过第二冷却水循环***600而循环。
第一冷却水循环***400具有在外气与冷却水之间进行热交换的散热器41、供冷却水流通的冷却水通路42、设置于冷却水通路42且排出冷却水的泵43。冷却水通路42具有第一通路42A及第二通路42B。第一通路42A将内燃机1与散热器41连接，使从内燃机1排出的冷却水向散热器41流入。第二通路42B将内燃机1与散热器41经由泵43而连接，使从散热器41排出的冷却水向内燃机1流入。
第二冷却水循环***600具有在外气与冷却水之间进行热交换的散热器61、供冷却水流通的冷却水通路62、设置于冷却水通路62且排出冷却水的泵63、检测在泵63与散热器61之间的冷却水通路62中流通的冷却水的温度的冷却水温度传感器64。此外，泵63或第二冷却水循环***600是循环装置的一例。冷却水通路62具有第一通路62A和第二通路62B。第一通路62A将散热器61与第二热交换器4连接，使从第二热交换器4排出的冷却水向散热器61流入。第二通路62B将散热器61与第二热交换器4连接，使从散热器61排出的冷却水经由冷却水温度传感器64及泵63而向第二热交换器4流入。泵63在第二通路62B中从散热器61侧向第二热交换器4侧排出冷却水。此外，泵63可以从电动机得到驱动力。第一冷却水循环***400和第二冷却水循环***600分别独立，构成为在第一冷却水循环***400中循环的冷却水与在第二冷却水循环***600中循环的冷却水不会混合。此外，在本实施方式中，虽然对使冷却水向第二热交换器4循环的构成进行说明，但也可以是取代冷却水而使其他热介质(例如冷却油)循环的结构。冷却水也可以是向水加入添加物(例如防冻液)而得到的冷却水。
冷却水温度传感器64电连接于ECU10，冷却水温度传感器64的检测值向ECU10传递。ECU10取代第1实施方式中的阀45的开闭控制而控制泵63的工作。即，取代在第1实施方式中关闭阀45而使泵63停止，取代在第1实施方式中打开阀45而使泵63工作。此时，处理器执行主存储部上的预定的程序。
图7是示出泵63的工作控制的流程的流程图。泵63的工作控制由ECU10每预定的时间反复执行。在步骤S301～步骤S303中，进行与图3中的步骤S101～步骤S103相同的处理。此外，在步骤S303中作出了否定判定的情况下进入步骤S308，停止泵63。由此，冷却水不再向第二热交换器4循环。此时，仅通过第一热交换器3就能够使排气温度充分下降，因此无需使泵63工作。并且，通过使泵63停止，能够使泵63的负荷减少，因此能够使内燃机1的燃料消耗量减少。另一方面，在步骤S303中作出了肯定判定的情况下进入步骤S304。
在步骤S304中，读入冷却水温度TW2。冷却水温度TW2由冷却水温度传感器64检测。在步骤S305中，算出第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW。第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW与冷却水温度TW2等具有相关关系，因此将它们的关系预先通过实验或模拟等而求出并映射化。另外，也可以通过基于第二热交换器4的规格、冷却水温度TW2与排气温度(TEX-DTA)之差等的物理模型等而求出第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW。此外，也可以通过周知的方法来算出第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW。
在步骤S306中，判定第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW是否比目标下降量DTWTRG大。目标下降量DTWTRG是在使冷却水向第二热交换器4循环的情况下与不使冷却水循环的情况相比CO2向大气中的排出量变多的排气的温度的下降量的上限值。目标下降量DTWTRG是第二阈值的一例。若第二热交换器4中的排气温度的下降量DTW为目标下降量DTWTRG以下，则判断为与在第二热交换器4中使排气温度下降的优点相比，由向大气中排出的CO2的增加引起的缺点大。因此，在步骤S306中作出了否定判定的情况下进入步骤S308，停止泵63。由此，冷却水不再向第二热交换器4循环，因此能够使泵43的负荷减少，因此能够使内燃机1的燃料消耗量减少。另一方面，在步骤S306中作出了肯定判定的情况下进入步骤S307。在步骤S307中，使泵63工作。由此，冷却水向第二热交换器4循环，因此能够在第二热交换器4中使排气温度下降。
通过这样实施泵63的工作控制，能够使向CO2分离装置5流入的排气的温度充分下降，因此能够提高CO2分离装置5中的CO2的分离效率。另外，在无需利用第二热交换器4使排气温度下降的情况和若利用第二热交换器4使排气温度下降则CO2向大气中的排出量增加的情况下，使泵63停止，因此能够减少内燃机1的燃料消耗量或减少CO2向排气中的排出量。另外，通过与冷却内燃机1的第一冷却水循环***400相独立地设置使冷却水向第二热交换器4循环的第二冷却水循环***600，能够缩短冷却水通路62。因此，能够抑制成本增加，抑制泵63的负荷增加。另外，由于能够使比内燃机1的冷却水的温度低的温度的冷却水向第二冷却水循环***600循环，所以能够在第二热交换器4中使排气温度进一步下降。由此，能够进一步提高CO2的分离效率。此外，也可以如在第2实施方式中说明那样，在第一热交换器3的上游侧的排气通路2设置第二热交换器4。
标号说明
1 内燃机
2 排气通路
3 第一热交换器
4 第二热交换器
5 CO2分离装置
10 ECU
11 排气温度传感器
12 车速传感器
13 外气温度传感器
40 冷却水循环***
41 散热器
42 冷却水通路
43 泵
44 冷却水温度传感器
45 阀

Claims (10)

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：
第一热交换器，设置于内燃机的排气通路，在外气与所述内燃机的排气之间进行热交换；
第二热交换器，设置于所述排气通路，在循环的热介质与所述排气之间进行热交换；
CO2分离装置，设置于比所述第一热交换器及所述第二热交换器靠下游的所述排气通路，从所述排气分离CO2；
循环装置，使所述热介质向所述第二热交换器循环；及
控制装置，控制所述循环装置，
所述第二热交换器设置于比所述第一热交换器靠下游的所述排气通路，
所述控制装置在第一排气温度为第一阈值以下的情况下，不使所述热介质向所述第二热交换器循环，所述第一排气温度是在所述第一热交换器中所述排气与所述外气进行热交换后的所述排气的温度。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，
所述热介质是所述内燃机的冷却水。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置在所述第一排气温度比所述第一阈值高的情况下，在第二下降量比第二阈值大的情况下使所述热介质向所述第二热交换器循环，在所述第二下降量为所述第二阈值以下的情况下不使所述热介质向所述第二热交换器循环，所述第二下降量是所述热介质向所述第二热交换器循环时由所述第二热交换器实现的所述排气的温度的下降量。
4.一种内燃机的排气净化装置，具备：
第一热交换器，设置于内燃机的排气通路，在外气与所述内燃机的排气之间进行热交换；
第二热交换器，设置于所述排气通路，在循环的热介质与所述排气之间进行热交换；
CO2分离装置，设置于比所述第一热交换器及所述第二热交换器靠下游的所述排气通路，从所述排气分离CO2；
循环装置，使所述热介质向所述第二热交换器循环；及
控制装置，控制所述循环装置，
所述第二热交换器设置于比所述第一热交换器靠上游的所述排气通路，
所述控制装置在第一排气温度为第一阈值以下的情况下，不使所述热介质向所述第二热交换器循环，所述第一排气温度是在所述第一热交换器中所述排气与所述外气进行热交换后的所述排气的温度，且是所述热介质未向所述第二热交换器循环的情况下的所述排气的温度。
5.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，
所述热介质是所述内燃机的冷却水。
6.根据权利要求4或5所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置在所述第一排气温度比所述第一阈值高的情况下，在第二下降量比第二阈值大的情况下使所述热介质向所述第二热交换器循环，在所述第二下降量为所述第二阈值以下的情况下不使所述热介质向所述第二热交换器循环，所述第二下降量是所述热介质向所述第二热交换器循环时由所述第二热交换器实现的所述排气的温度的下降量。
7.一种内燃机的排气净化装置，具备：
第一热交换器，设置于内燃机的排气通路，在外气与所述内燃机的排气之间进行热交换；
第二热交换器，设置于所述排气通路，在循环的热介质与所述排气之间进行热交换；
CO2分离装置，设置于比所述第一热交换器及所述第二热交换器靠下游的所述排气通路，从所述排气分离CO2；
循环装置，使所述热介质向所述第二热交换器循环；及
控制装置，控制所述循环装置，
所述控制装置在第二下降量为第二阈值以下的情况下，不使所述热介质向所述第二热交换器循环，所述第二下降量是在所述热介质向所述第二热交换器循环时由所述第二热交换器实现的所述排气的温度的下降量。
8.根据权利要求7所述的内燃机的排气净化装置，
所述热介质是所述内燃机的冷却水。
9.根据权利要求7或8所述的内燃机的排气净化装置，
所述第二热交换器设置于比所述第一热交换器靠下游的所述排气通路，
所述控制装置在所述第二下降量比所述第二阈值大的情况下，在第一排气温度比第一阈值高的情况下使所述热介质向所述第二热交换器循环，在所述第一排气温度为所述第一阈值以下的情况下不使所述热介质向所述第二热交换器循环，所述第一排气温度是在所述第一热交换器中所述排气与所述外气进行热交换后的所述排气的温度。
10.根据权利要求7或8所述的内燃机的排气净化装置，
所述第二热交换器设置于比所述第一热交换器靠上游的所述排气通路，
所述控制装置在所述第二下降量比所述第二阈值大的情况下，在第一排气温度比第一阈值高的情况下使所述热介质向所述第二热交换器循环，在所述第一排气温度为所述第一阈值以下的情况下不使所述热介质向所述第二热交换器循环，所述第一排气温度是在所述第一热交换器中所述排气与所述外气进行热交换后的所述排气的温度，且是所述热介质未向所述第二热交换器循环的情况下的所述排气的温度。
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