JP6471763B2 - 内燃機関搭載車両の暖機装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の出力軸で駆動される発電機と、内燃機関の触媒を含む排気管経路に設けられ排ガス中の熱を回収する排熱回収器と、車室に設けられた電気昇温器と、を備えた内燃機関搭載車両の暖機装置に関する。

近年、車両に搭載されたレシプロエンジンやロータリエンジン等の内燃機関は、その熱効率が著しく向上した優れたものとなっている。
このように内燃機関の熱効率が向上すると、冬期の走行等の出力が小さい場合には、排ガス（通常約６００℃）のもっている熱量では充分な触媒活性温度（一般に、３００〜３５０℃以上を必要とする）も確保できないうえ、車室内の暖房温度も充分に確保できない状態になることが考えられる。

上記触媒を活性させるための温度は、一般に３００〜３５０℃以上が必要で、一方、外気温度が低い低温環境で充分な車室温度を維持するためには５ＫＷ程度の熱量が必要であるとされている。

従来においては、内燃機関の触媒を含む排気管経路に設けられた排ガス中の熱を回収する排熱回収器を設け、この排熱回収器の回収熱を車室補助暖房に使用する手段と、内燃機関の冷却水を還流するヒータコアに送風して車室を暖房する主暖房器において、上記ヒータコア下流部の空気を昇温する電気ヒータ等の電気昇温器とを備えたものが知られている。

しかしながら、従来においては、上述の排熱回収器と電気昇温器とを、如何なる条件下で、どのように使用するか、という具体的な技術手段については全く存在していなかった。

ところで、特許文献１には、ＥＧＲクーラの冷却温水を車室内のヒータコアに導いて車室内を暖房するにあたり、排ガスのガス流量と排ガス温度を含めたトータル熱量により回収熱量を増加させるように成した排熱回収システムが開示されている。

また、特許文献２には、電気自動車のモータ等が排出する熱を車室内暖房に用いる場合、有効エネルギ源をエクセルギ（ｅｘｅｒｇｙ）の観点で最適に利用するものが開示されている。

特開２００５−２７３５８２号公報 特表平６−５０５９４０号公報

そこで、本発明者等は、内燃機関が排出する排ガスのエネルギをできるだけ多く使用し、暖房時の車室温度と触媒活性化温度維持に必要な熱量に足りない時、可及的小さい必要最小限の負荷増大により上記必要熱量を満足させるため、排ガスがもつエクセルギ（ｅｘｅｒｇｙ、有効エネルギ）に注目して、諸種の検討を行なった。

図１の（ａ）は横軸に出力軸回転数としてのエンジン回転数をとり、縦軸に内燃機関の負荷であるエンジン負荷をとって、外気温度、マイナス１０℃、エンジン冷却水温２５℃の条件下にて、排ガスエネルギの大小を示した排ガスエネルギ図で、同図において図示の便宜上、排ガスエネルギの大小をハッチング密度により示しており、ハッチング密度が密な程、排ガスエネルギが大きいことを表している。

図１の（ａ）の排ガスエネルギ図は、低回転低負荷領域ｅ１と、高回転低負荷領域ｅ２と、低回転高負荷領域ｅ３と、高回転高負荷領域ｅ４との４つの領域に区分することができる。

図１の（ａ）において領域ｅ２，ｅ３は略同等の性質をもっていることが明らかである。但し、図１の（ａ）で示した排ガスエネルギ図には、排ガス温度および排ガス流量が反映されていないものである。
なお、図１の（ａ）において、曲線ａは排ガスの等エネルギラインを示すものである。

図１の（ｂ）は横軸にエンジン回転数をとり、縦軸にエンジン負荷をとって、外気温度、マイナス１０℃、エンジン冷却水温２５℃の条件下にて、排ガス温度および排ガス流量が反映された排ガスエクセルギの大小を示した排ガスエクセルギ図で、同図においても図示の便宜上、排ガスエクセルギの大小をハッチング密度により示しており、ハッチング密度が密な程、排ガスエクセルギが大きいことを表している。

図１の（ｂ）において領域ｅ２，ｅ３は異なる性質をもっていることが明らかである。なお、図１の（ｂ）において曲線ｂは排ガスの等エクセルギラインを示すものである。

ここに、上述の排ガスエクセルギをＥｘとするとき、該排ガスエクセルギＥｘは次の［数１］で表すことができる。

上式において（Ｔ−Ｔｏ）／Ｔは、Ｔが高くなる程、「１」に近づくもので、排ガス温度Ｔが高い程、排ガスエクセルギＥｘが大きくなることを示している。

図２は図１の（ｂ）の排ガスエクセルギ図をマップ化した排ガスエクセルギマップであり、図２において、点線ラインＬＴは触媒の活性に必要な温度を示すエンジン負荷ラインであり、点線ラインＬＪは車室内の暖房に必要な熱量を示すエンジン回転数ラインである。

図２において、横軸のエンジン回転数（内燃機関の出力軸回転数）が上昇する程、排ガス流量（量）が増加することを示しており、縦軸のエンジン負荷（内燃機関の出力負荷）が増加する程、排ガス温度（質）が上がることを示している。なお、図２においては、排ガス温度を質とし、排ガス流量を量として、図中に示している。また、図２の曲線ａはエンジン出力の等パワーラインである。

図２の低回転低負荷領域ｅ１では、質（排ガス温度）が不足すると共に、量（排ガス流量）も不足することを示しており、高回転低負荷領域ｅ２では、質が不足する一方で、量が過剰となることを示しており、低回転高負荷領域ｅ３では、質が過剰となる一方で、量が不足することを示しており、高回転高負荷領域ｅ４では、質、量ともに過剰となることを示している。

図２の排ガスエクセルギマップにおいて、それぞれの点線ラインＬＴ，ＬＪが交わる点Ｐ３が理想点であり、この理想点Ｐ３では触媒活性に必要な温度（排ガス温度）と、車室内暖房に必要な熱量（排ガス流量）との双方を満足し、かつ、上記質（排ガス温度）、量（排ガス流量）ともに過剰とならないことを表している。

図２の排ガスエクセルギマップから、ある車両走行状態においてエンジン（内燃機関）が排出する排ガスが、触媒の活性温度以上の排ガス温度（ラインＬＴ参照）と、排熱回収器の回収熱を使用した車室補助暖房に必要な排ガス流量（ラインＬＪ参照）とを確保するためには、現行の内燃機関運転状態の負荷の大きさと出力軸回転数の方向で、上記理想点Ｐ３に対する、それぞれの差分を解消すればよいことが、諸種の検討により判明した。

そこで、この発明は、内燃機関の必要最低限の追加運転（出力負荷増大運転）により、排ガスエクセルギが過剰とならないように上記内燃機関の出力負荷を増大し、効率よく触媒活性化を図ると共に、暖房時の車室温度を適切に昇温することができる内燃機関搭載車両の暖機装置の提供を目的とする。

この発明による内燃機関搭載車両の暖機装置は、内燃機関の出力軸で駆動される発電機と、内燃機関の触媒を含む排気管経路に設けられ排ガス中の熱を回収する排熱回収器と、車室に設けられた電気昇温器と、を備えた内燃機関搭載車両の暖機装置であって、予め実測または演算した、当該内燃機関の負荷の大きさと出力軸回転数に応じた排ガス温度に基づいて表した排ガスエクセルギマップを記憶する記憶手段と、ある車両走行状態において内燃機関が排出する排ガスが、上記触媒の活性温度以上の目標ガス温度と、上記排熱回収器の回収熱を使用した車室補助暖房に必要な目標ガス流量を有するか否かを、上記排ガスエクセルギマップ上で、負荷の大きさと出力軸回転数の方向でそれぞれ差分をとって判定する差分判定手段と、当該差分判定手段が、当該排ガスが目標ガス温度を満たさないと判定したとき、内燃機関を同一回転数のまま出力負荷を増して運転させて負荷の大きさ方向の差分を解消するよう排ガスを目標ガス温度に昇温させる内燃機関制御手段と、当該内燃機関制御手段が増加させた出力で発電機を駆動して発生した電力により電気昇温器を作動させて車室を昇温する電気昇温器制御手段とを含む制御部を有するものである。
上述の内燃機関の出力軸は、レシプロエンジンのクランクシャフト、または、ロータリエンジンのエキセントリックシャフトに設定することができる。また、電気昇温器は、空調ユニット内のヒータコア下流部の空気を昇温する電気ヒータに設定することができる。

上記構成によれば、上述の記憶手段は、内燃機関の負荷の大きさと出力軸回転数に応じた排ガス温度に基づいて表した排ガスエクセルギマップを記憶する。
上述の差分判定手段は、ある車両走行状態において内燃機関が排出する排ガスが、触媒の活性温度以上の目標ガス温度と、排熱回収器の回収熱を使用した車室補助暖房に必要な目標ガス流量を有するか否かを、排ガスエクセルギマップ上で、負荷の大きさと出力軸回転数の方向でそれぞれ差分をとって判定する。

上述の内燃機関制御手段は、差分判定手段が、排ガスが目標ガス温度を満たさないと判定した時、内燃機関を同一回転数のまま出力負荷を増して運転させて、負荷の大きさ方向の差分を解消するよう排ガスを目標ガス温度に昇温させる。
上述の電気昇温器制御手段は、内燃機関制御手段が増加させた出力で発電機を駆動して、発生した電力により電気昇温器を作動させて、車室を昇温する。

このように、内燃機関の必要最低限の追加運転（出力負荷の増大運転）により、排ガスエクセルギが過剰とならないように内燃機関の出力負荷のみを増大し、負荷増大により排ガス温度を上昇して、効率よく触媒活性化を図ると共に、排ガス温度上昇による回収熱の向上と相俟って、発電機駆動による電力で電気昇温器を作動して車室を昇温することで、暖房時の車室温度を適切に上昇させることができ、特に内燃機関の出力が小さい走行時で、かつ外気温度が低い時に有効となる。

また、上述の内燃機関制御手段は、出力負荷を増大する一方で、出力軸回転数は同一のままに保つので、出力軸回転数の上昇を防止して、車速を維持することができ、新たな変速機制御を必要としない。
さらに、出力負荷増大により排ガス温度を上昇し、昇温した排ガスで触媒内部を直接加熱するので、電気ヒータによる触媒温度の上昇処理（間接加熱）と比較して、触媒活性維持に有利である。

この発明の一実施態様においては、上記内燃機関の冷却水を還流するヒータコアに送風して車室を暖房する主暖房器を備え、上記記憶手段は、予め実測または演算しておいた、ある低温環境で目標車室温度を維持するために必要な熱量と、ガス流量に応じた排熱回収器の回収可能熱量とを記憶しており、電気昇温器制御手段は、上記電気昇温器が発生する熱量と、上記の出力増加運転後に主暖房器が発生する熱量と、排熱回収器の回収可能熱量との和が、上記目標車室温度維持に必要な熱量に到達するよう、電気昇温器が発生する熱量を調整するものである。
上述の主暖房器としては、冷暖房機能を備えた空調ユニットの暖房機能を採用してもよい。

上記構成によれば、上述の電気昇温器制御手段は、電気昇温器が発生する熱量を、上記目標車室温度維持に必要な熱量に到達するよう調節するので、暖房時の熱量の過不足を防止することができると共に、電気昇温器の消費電力の適正化を図ることができる。

この発明の一実施態様において、上記制御部は、排ガスを目標ガス温度に到達させるよう負荷を増大させた際に、上記出力増加運転後に電気昇温器が発生する熱量と、排熱回収器の回収可能熱量との和が車室補助暖房に必要な熱量に対して不足する場合には、その分を賄うよう負荷をさらに増大させて発生する熱量を増大させる機能を含むものである。

この発明の一実施態様において、上記制御部は、排ガスを目標ガス温度に到達させるよう負荷を増大させた際に、上記出力増加運転後に電気昇温器が発生する熱量と、排熱回収器の回収可能熱量との和が車室補助暖房に必要な熱量に対して余る場合には、その分負荷を低下させ、その影響で低下する触媒温度を電気昇温器により補う機能を含むものである。

この発明によれば、内燃機関の必要最低限の追加運転により、排ガスエクセルギが過剰とならないように上記内燃機関の出力負荷を増大し、効率よく触媒活性化を図ると共に、暖房時の車室温度を適切に昇温することができる効果がある。

（ａ）は排ガスエネルギ図、（ｂ）は排ガスエクセルギ図 排ガスエクセルギマップを示す説明図 本発明の内燃機関搭載車両の暖機装置を示す系統図 内燃機関搭載車両の暖機装置を示すブロック図 制御回路ブロック図 暖機処理を示すフローチャート 排ガスエクセルギマップを示す説明図 定常走行時の暖房要求を満たす内燃機関運転条件を示す説明図 暖機処理を示す説明図

内燃機関の必要最低限の追加運転により、排ガスエクセルギが過剰とならないように上記内燃機関の出力負荷を増大し、効率よく触媒活性化を図ると共に、暖房時の車室温度を適切に昇温するという目的を、内燃機関の出力軸で駆動される発電機と、内燃機関の触媒を含む排気管経路に設けられ排ガス中の熱を回収する排熱回収器と、車室に設けられた電気昇温器と、を備えた内燃機関搭載車両の暖機装置であって、予め実測または演算した、当該内燃機関の負荷の大きさと出力軸回転数に応じた排ガス温度に基づいて表した排ガスエクセルギマップを記憶する記憶手段と、ある車両走行状態において内燃機関が排出する排ガスが、上記触媒の活性温度以上の目標ガス温度と、上記排熱回収器の回収熱を使用した車室補助暖房に必要な目標ガス流量を有するか否かを、上記排ガスエクセルギマップ上で、負荷の大きさと出力軸回転数の方向でそれぞれ差分をとって判定する差分判定手段と、当該差分判定手段が、当該排ガスが目標ガス温度を満たさないと判定したとき、内燃機関を同一回転数のまま出力負荷を増して運転させて負荷の大きさ方向の差分を解消するよう排ガスを目標ガス温度に昇温させる内燃機関制御手段と、当該内燃機関制御手段が増加させた出力で発電機を駆動して発生した電力により電気昇温器を作動させて車室を昇温する電気昇温器制御手段とを含む制御部を有するという構成にて実現した。

この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面は内燃機関搭載車両の暖機装置を示し、図３は当該暖機装置を示す系統図、図４は内燃機関搭載車両の暖機装置を示すブロック図である。

図３、図４において、ダッシュロアパネル前方のエンジンルーム１０には内燃機関としてのエンジン１１を搭載し、エンジン１１には変速機１２を接続する一方、エンジン１１の出力軸（レシプロエンジンの場合にはクランクシャフト、ロータリエンジンの場合にはエキセントリックシャフト）で駆動される発電機１３を備えている。
この実施例では、上述の発電機１３としてオルタネータ（交流発電機）を採用している。

エンジン１１の排気ポートには、排気マニホルドを介して排気管経路１４を接続しており、この排気管経路１４は車室床面を形成するフロアパネル下部、またはトンネル部下方に沿って、車両後方部に延設され、排気管経路１４の後端にはテールパイプ１５を設けている。

上述の排気管経路１４における排気マニホルド近傍位置には触媒コンバータとしての排ガス浄化装置１６を介設している。この排ガス浄化装置１６には触媒（図示せず）が内設されており、該触媒は３００〜３５０℃以上で活性化され、排ガスを浄化するものである。

上述の排ガス浄化装置１６とテールパイプ１５との間における排気管経路１４には、排ガス中の熱を回収する排熱回収器１７が取付けられている。この排熱回収器１７は排ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行ない排熱を回収するものである。

一方で、ダッシュロアパネル後方で、かつインストルメントパネル１８下方には、車室を暖房する主暖房器１９（図５参照）が設けられており、この主暖房器１９は、エンジン１１の冷却水を還流するヒータコア２０を備えている。このヒータコア２０はチューブとフィンで構成され、チューブ内をエンジン冷却水が流れ、熱交換を行なうよう構成した車室内暖房用の放熱手段である。
上述の主暖房器１９はヒータコア２０に送風して車室を暖房するものであり、この主暖房器１９としては冷暖房機能を備えた空調ユニットの暖房機能を採用してもよい。

ここで、上述のヒータコア２０には、電気昇温器としての電気ヒータ２１が付設される一方で、上述の排ガス浄化装置１６にも触媒を昇温する電気昇温器としての電気ヒータ２２が付設されている。

図３、図４に示すように、発電機１３とヒータコア２０側の電気ヒータ２１とは通電ライン２３で接続されており、発電機１３と排ガス浄化装置１６側の電気ヒータ２２とは通電ライン２４で接続されている。上述の電気ヒータ２１はヒータコア２０下流部の空気を昇温し、一方で、電気ヒータ２２は排ガス浄化装置１６のケースを介してその内部の触媒を昇温する、または、触媒直前で排ガスを昇温して、その熱で触媒を昇温するものである。

図３、図４に示すように、上述の排熱回収器１７とヒータコア２０との間には熱輸送装置（冷却水など）２６を接続しており、排熱回収器１７が回収した排ガス中の熱を、ヒータコア２０に伝達すべく構成している。

さらに、図３、図４に示すように車両にはバッテリ２７を搭載している。このバッテリ２７の搭載位置は図３で示す位置に限定されるものではない。

図５は内燃機関搭載車両の暖機装置の制御回路ブロック図である。
制御部としてのＣＰＵ３０は、イグニッションスイッチ３１、エアフローセンサ３２、エンジン回転センサ３３、車速センサ３４、暖房スイッチ３５からの入力に基づいて、ＲＯＭ３６に格納されたプログラムに従って、インジェクタ３７、電気ヒータ２１、主暖房器１９を駆動制御し、ＲＡＭ３８は図７に示す排ガスエクセルギマップＭ１や必要なデータを記憶する。

図７に示すこの排ガスエクセルギマップＭ１は、予め実測、または、演算したエンジン１１の負荷の大きさと、出力軸回転数であるエンジン回転数とに応じた排ガス温度に基づいて表したもので、図７において、図２と同一の部分には同一符号を付している。また、上述のＲＡＭ３８（図５参照）は記憶手段を構成するものであって、このＲＡＭ３８は、予め実測、または、演算しておいた、ある低温環境で目標車室温度を維持するために必要な熱量と、ガス流量に応じた排熱回収器１７の回収可能熱量とを記憶している。

ここで、上述のイグニッションスイッチ３１は、エンジン１１の点火装置のスイッチで、スタータモータのスイッチをも兼ねている。上述のエアフローセンサ３２は吸入空気量を検出するセンサである。上述のエンジン回転センサ３３はエンジン回転数を検出するセンサである。また、上述の車速センサ３４は車両の車速を検出するセンサである。さらに、上述の暖房スイッチ３５は、主暖房器１９の電源スイッチであり、主暖房器１９として、冷暖房機能を備えた空調ユニットの暖房機能を採用する場合には、暖房スイッチ３５のオン時に空調ユニットを暖房モードにて作動させる。

内燃機関の負荷の大きさとしてのエンジン負荷は、エアフローセンサ３２が検出した吸入空気量を、エンジン回転センサ３３が検出したエンジン回転数で除することで、概算することができる。
上述のインジェクタ３７は、燃料噴射タイミングに吸気ポートに、または、燃焼室に直接、燃料を噴射する燃料噴射手段である。

制御部としてのＣＰＵ３０は、ある車両走行状態（現行のエンジン運転点Ｐ１参照）においてエンジン１１が排出する排ガスが、排ガス浄化装置１６内の触媒の活性温度以上（３００〜３５０℃以上）の目標ガス温度（図７の理想点Ｐ３に相当するエンジン負荷参照）と、上述の排熱回収器１７の回収熱を使用した車室補助暖房に必要な目標ガス流量（図７の理想点Ｐ３に相当するエンジン回転数参照）を有するか否かを、図７に示す排ガスエクセルギマップＭ１上で、負荷の大きさ（エンジン負荷参照）と出力軸回転数（エンジン回転数参照）の方向でそれぞれ差分をとって判定する差分判定手段（図６に示すフローチャートの各ステップＳ５、Ｓ６から成るルーチンＲ１参照）と、
当該差分判定手段（ルーチンＲ１参照）が、当該排ガスが目標ガス温度（図７の点線ラインＬＴ参照）を満たさないと判定したとき（ステップＳ６のＹＥＳ判定時）、エンジン１１を同一回転数のまま出力負荷を増して運転させて（エンジン運転点をＰ１からＰ２に変更して）、負荷の大きさ方向の差分を解消するよう排ガスを目標ガス温度（点線ラインＬＴ参照）に昇温させる内燃機関制御手段（図６に示すフローチャートのステップＳ８参照）と、
当該内燃機関制御手段（ステップＳ８参照）が増加させた出力で発電機１３を駆動して、発生した電力により電気昇温器である電気ヒータ２１を作動させて車室を昇温する電気昇温器制御手段（図６に示すフローチャートのステップＳ９参照）とを含む。

上述の電気昇温器制御手段（ステップＳ９参照）は、電気ヒータ２１が発生する熱量と、上記の出力増加運転後に主暖房器１９が発生する熱量と、排熱回収器１７の回収可能熱量との和が、目標車室温度維持に必要な熱量に到達するよう、電気ヒータ２１が発生する熱量を調整するよう構成している。

すなわち、ガス流量に応じた排熱回収器１７の回収可能熱量をＪ１とし、電気昇温器としての電気ヒータ２１が発生する熱量をＪ２とし、上記出力増加運転後に主暖房器１９が発生する熱量をＪ３とし、ある低温環境で目標車室温度を維持するために必要な熱量をＪ４とするとき、
Ｊ４＝Ｊ１＋Ｊ２＋Ｊ３の関係式が成立するよう、上記Ｊ２をコントロールするものである。

このように構成した内燃機関搭載車両の暖機装置の作用を、図６に示すフローチャートを参照して、以下に詳述する。
ステップＳ１で、ＣＰＵ３０はイグニッションスイッチ３１、エアフローセンサ３２、エンジン回転センサ３３、車速センサ３４、暖房スイッチ３５からの各種信号の読込みを実行する。

次に、ステップＳ２で、ＣＰＵ３０はイグニッションスイッチ３１がオンか否かを判定し、ＮＯ判定時にはリターンする一方で、ＹＥＳ判定時には次のステップＳ３に移行する。

このステップＳ３で、ＣＰＵ３０は暖房スイッチ３５がオンか否かを判定し、ＮＯ判定時にはリターンする一方で、ＹＥＳ判定時には次のステップＳ４に移行する。

上述のステップＳ４で、ＣＰＵ３０はエンジン回転センサ３３からのエンジン回転数信号と、各センサ３２，３３の入力により、吸入空気量をエンジン回転数で除して概算したエンジン負荷との両者により、現行のエンジン運転点Ｐ１（図７参照）を演算する。また、エンジン１１および触媒の特性、暖房要求（ドライバ設定）、外気温から、排ガスエクセルギマップＭ１上の理想点Ｐ３を演算する。

次に、ステップＳ５で、ＣＰＵ３０は、図７に示す排ガスエクセルギマップＭ１上で、理想点Ｐ３と現行のエンジン運転点Ｐ１とを比較して、負荷の大きさと出力軸回転数（エンジン回転数）の方向でそれぞれ差分を求める。

次に、ステップＳ６で、ＣＰＵ３０は、上記差分に基づいて、現行のエンジン運転状態下（エンジン運転点Ｐ１参照）で排出される排ガスが、触媒の活性温度以上の目標ガス温度と、排熱回収器１７の回収熱を使用した車室補助暖房に必要な目標ガス流量を有するか否かを判定する。
そして、ステップＳ６でのＮＯ判定時（差分がない場合）にはリターンする一方で、ＹＥＳ判定時（差分が有る場合）には次のステップＳ７に移行する。

このステップＳ７では、上記排ガスが目標ガス温度を満たしていないことに対応して、ＣＰＵ３０はエンジン負荷の大きさ方向の差分に相当する燃料噴射量の増加分を演算する。つまり、燃料噴射量を増やし、出力トルクを向上させ、出力トルクの向上により負荷増大を図るべく、燃料噴射量の増加分を演算するものである。

次のステップＳ８で、ＣＰＵ３０は現行の燃料噴射量に対して、ステップＳ７で演算した燃料噴射量の増加分を加算して、所定の燃料噴射タイミングにてインジェクタ３７を駆動する。

この場合、エンジン回転数を同一回転数のまま燃料噴射を実行することで、出力負荷の増大を図る。この出力負荷の増大により、エンジン運転点は現行のエンジン運転点Ｐ１から変更後のエンジン運転点Ｐ２に変更され、上記負荷の大きさ方向の差分を解消するよう排ガスを目標ガス温度（図７の点線ラインＬＴ参照）に昇温させることができる。

次にステップＳ９で、ＣＰＵ３０は内燃機関制御手段（ステップＳ８参照）が増加させた出力で発電機１３を駆動して発生した電力により電気ヒータ２１を作動させて車室を昇温する。この際、ＣＰＵ３０は、Ｊ４＝Ｊ１＋Ｊ２＋Ｊ３の関係式が成立するよう、電気ヒータ２１が発生する熱量Ｊ２を調整する。これにより、図７に示す変更後のエンジン運転点Ｐ２から車室内の暖房に必要な熱量を示す点線ライン（ＬＪ）に近づく態様となる。

この時、熱量Ｊ４に必要な熱量Ｊ２が発電機１３により発電される電力より大きい場合には、エンジン運転点をＰ２からさらに負荷を上げて、Ｊ４＝Ｊ１＋Ｊ２＋Ｊ３となるように発電してもよいし、また、バッテリ２７の充電電力に余裕がある場合は、熱量Ｊ２への不足分をバッテリ２７から供給してもよい。
また、熱量Ｊ２が発電電力より小さい場合は、余った電力をバッテリ２７へ充電してもよいし、エンジン負荷を下げながら熱量Ｊ４に対して余る電力を触媒用の電気ヒータ２２に供給して触媒の昇温を行ってもよい。

このように、図３〜図７で示した実施例の内燃機関搭載車両の暖機装置は、内燃機関（エンジン１１参照）の出力軸で駆動される発電機１３と、内燃機関（エンジン１１）の触媒を含む排気管経路１４に設けられ排ガス中の熱を回収する排熱回収器１７と、車室に設けられた電気昇温器（電気ヒータ２１参照）と、を備えた内燃機関搭載車両の暖機装置であって、予め実測または演算した、当該内燃機関（エンジン１１）の負荷の大きさと出力軸回転数に応じた排ガス温度に基づいて表した排ガスエクセルギマップＭ１を記憶する記憶手段（ＲＡＭ３８）と、ある車両走行状態において内燃機関（エンジン１１）が排出する排ガスが、上記触媒の活性温度以上の目標ガス温度と、上記排熱回収器１７の回収熱を使用した車室補助暖房に必要な目標ガス流量を有するか否かを、上記排ガスエクセルギマップＭ１上で、負荷の大きさと出力軸回転数の方向でそれぞれ差分をとって判定する差分判定手段（ルーチンＲ１参照）と、当該差分判定手段（ルーチンＲ１）が、当該排ガスが目標ガス温度を満たさないと判定したとき（ステップＳ６のＹＥＳ判定参照）、内燃機関（エンジン１１）を同一回転数のまま出力負荷を増して運転（エンジン運転点をＰ１からＰ２に変更）させて負荷の大きさ方向の差分を解消するよう排ガスを目標ガス温度に昇温させる内燃機関制御手段（ステップＳ８参照）と、当該内燃機関制御手段（ステップＳ８）が増加させた出力で発電機１３を駆動して発生した電力により電気昇温器（電気ヒータ２１）を作動させて車室を昇温する電気昇温器制御手段（ステップＳ９参照）とを含む制御部（ＣＰＵ３０参照）を有するものである（図４〜図７参照）。

この構成によれば、上述の記憶手段（ＲＡＭ３８）は、内燃機関（エンジン１１）の負荷の大きさと出力軸回転数に応じた排ガス温度に基づいて表した排ガスエクセルギマップＭ１を記憶する。
上述の差分判定手段（ルーチンＲ１）は、ある車両走行状態において内燃機関（エンジン１１）が排出する排ガスが、触媒の活性温度以上の目標ガス温度と、排熱回収器１７の回収熱を使用した車室補助暖房に必要な目標ガス流量を有するか否かを、排ガスエクセルギマップＭ１上で、負荷の大きさと出力軸回転数の方向でそれぞれ差分をとって判定する。

上述の内燃機関制御手段（ステップＳ８）は、差分判定手段（ルーチンＲ１）が、排ガスが目標ガス温度を満たさないと判定した時、内燃機関（エンジン１１）を同一回転数のまま出力負荷を増して運転させて、負荷の大きさ方向の差分を解消するよう排ガスを目標ガス温度に昇温させる。
上述の電気昇温器制御手段（ステップＳ９）は、内燃機関制御手段（ステップＳ８）が増加させた出力で発電機１３を駆動して、発生した電力により電気昇温器（電気ヒータ２１）を作動させて、車室を昇温する。

このように、内燃機関（エンジン１１）の必要最低限の追加運転（出力負荷の増大運転）により、排ガスエクセルギが過剰とならないように内燃機関（エンジン１１）の出力負荷のみを増大し、負荷増大により排ガス温度を上昇して、効率よく触媒活性化を図ると共に、排ガス温度上昇による回収熱の向上と相俟って、発電機１３駆動による電力で電気昇温器（電気ヒータ２１）を作動して、車室を昇温することで、暖房時の車室温度を適切に上昇させることができる。

また、上述の内燃機関制御手段（ステップＳ８）は、出力負荷を増大する一方で、出力軸回転数は同一のままに保つので、出力軸回転数の上昇を防止して、車速を維持することができ、新たな変速機制御を必要としない。
さらに、出力負荷増大により排ガス温度を上昇し、昇温した排ガスで触媒内部を直接加熱するので、電気ヒータによる触媒温度の上昇処理と比較して、触媒活性維持に有利である。

この発明の一実施形態においては、上記内燃機関（エンジン１１）の冷却水を還流するヒータコア２０に送風して車室を暖房する主暖房器１９を備え、上記記憶手段（ＲＡＭ３８）は、予め実測または演算しておいた、ある低温環境で目標車室温度を維持するために必要な熱量Ｊ４と、ガス流量に応じた排熱回収器１７の回収可能熱量Ｊ１とを記憶しており、電気昇温器制御手段（ステップＳ９）は、上記電気昇温器（電気ヒータ２１）が発生する熱量Ｊ２と、上記の出力増加運転後に主暖房器１９が発生する熱量Ｊ３と、排熱回収器１７の回収可能熱量Ｊ１との和（Ｊ１＋Ｊ２＋Ｊ３）が、上記目標車室温度維持に必要な熱量Ｊ４に到達するよう、電気昇温器（電気ヒータ２１）が発生する熱量Ｊ２を調整するものである。

この構成によれば、上述の電気昇温器制御手段（ステップＳ９）は、電気昇温器（電気ヒータ２１）が発生する熱量Ｊ２を、上記目標車室温度維持に必要な熱量Ｊ４に到達するよう調整（詳しくは、Ｊ４＝Ｊ１＋Ｊ２＋Ｊ３となるよう熱量Ｊ２を調整）するので、暖房時の熱量の過不足を防止することができると共に、電気昇温器（電気ヒータ２１）の消費電力の適正化を図ることができる。

図８、図９は内燃機関搭載車両の暖機装置の他の実施例を示す。
図８、図９においては、５０ｋｍ／ｈの定常走行、外気温度、マイナス１０℃、暖房スイッチ３５オンで、所望の触媒活性温度、暖房要求熱でシミュレーションを実行したものである。

同図の特性ｃは、触媒活性に必要な温度、並びに、暖房に必要な熱量を一切無視し、車両が５０ｋｍ／ｈで定常走行するのに必要なエンジン運転点を、低速段、中速段、高速段で算出した特性である。

特性ｄは、エンジン１１が排出する排ガスの温度のみで、触媒活性温度を満足することができるエンジン負荷を算出した特性である。

特性ｆは、排熱回収器１７の回収熱のみで所望の車室補助暖房を満足することができる特性である。

特性ｇは、発電機１３による電気ヒータ２１作動と、排熱回収との双方を併用して車室暖房に必要な熱量を得るエンジン運転点を求めた特性である。

上述の特性ｆで示すように、暖房要求を排熱回収熱のみで賄うと、エンジン負荷が相対的に大きくなる一方、特性ｇで示すように、発電機１３による電気ヒータ２１作動と排熱回収との双方を併用した暖房（いわゆるハイブリッド暖房）では、エンジン負荷の増加を相対的に抑制することができるものである。

図９は暖機処理を示す説明図で、図９において、図７、図８と同一の部分には同一符号を付している。図９において、特性ｈは図８の特性ｄと特性ｇとのエンジン負荷が高い方をセレクトした特性である。

図９も先の図７と同様にして、横軸にエンジン回転数（出力軸回転数）をとり、縦軸にエンジン負荷（内燃機関の負荷）をとって、点線ラインＬＴ，ＬＪが交わる点Ｐ３を理想点とし、現行のエンジン運転点をＰ１とし、出力負荷を増加してエンジン１１を運転させた点を変更後のエンジン運転点Ｐ２としている。

図９も先の図７と同様に、予め実測または演算した、内燃機関の負荷の大きさと出力軸回転数に応じた排ガス温度に基づいて表した排ガスエクセルギマップＭ２であり、このマップＭ２を記憶手段である図５のＲＡＭ３８に記憶させておくと、図５の制御回路ブロック図および図６のフローチャートを用いて、先の実施例とほぼ同様の作用、効果を奏するものである。

この実施例においても、差分判定手段（ルーチンＲ１）が、排ガスが目標ガス温度を満たさないと判定したとき、エンジン１１を同一回転数のまま出力負荷を増して運転させて（図９に示す現行のエンジン運転点Ｐ１から同図のエンジン運転点Ｐ２に変更して）、負荷の大きさ方向の差分を解消するよう排ガスを目標ガス温度に昇温（点線ラインＬＴまでエンジン負荷を増大）させ、増加させた出力で発電機１３を駆動して、発生した電力により電気ヒータ２１を作動させて、車室を昇温するものである。

すなわち、上記差分が有る場合には、エンジン負荷を増大して、触媒活性に必要な温度を確保すると共に、不足する車室内暖房温度を発電機１３の発生電力で電気ヒータ２１を作動することによりアシストするものである。このように、エンジン負荷を増大し、発電機１３の発生電力で電気ヒータ２１を作動して、車室内暖房温度をアシストすることができた。

この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明の内燃機関は、実施例のエンジン１１に対応し、
以下同様に、
触媒は排ガス浄化装置１６内に設けられた図示しない触媒に対応し、
電気昇温器は、電気ヒータ２１に対応し、
記憶手段は、ＲＡＭ３８に対応し、
差分判定手段は、ＣＰＵ制御によるルーチンＲ１に対応し、
内燃機関制御手段は、ＣＰＵ制御によるステップＳ８に対応し、
電気昇温器制御手段は、ＣＰＵ制御によるステップＳ９に対応し、
制御部は、ＣＰＵ３０に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。

以上説明したように、本発明は、内燃機関の出力軸で駆動される発電機と、内燃機関の触媒を含む排気管経路に設けられ排ガス中の熱を回収する排熱回収器と、車室に設けられた電気昇温器と、を備えた内燃機関搭載車両の暖機装置について有用である。

１１…エンジン（内燃機関）
１３…発電機
１４…排気管経路
１７…排熱回収器
１９…主暖房器
２０…ヒータコア
２１…電気ヒータ（電気昇温器）
３０…ＣＰＵ（制御部）
３８…ＲＡＭ（記憶手段）
Ｍ１，Ｍ２…排ガスエクセルギマップ
Ｒ１…差分判定手段
Ｓ８…内燃機関制御手段
Ｓ９…電気昇温器制御手段

Claims (4)

1. 内燃機関の出力軸で駆動される発電機と、
   内燃機関の触媒を含む排気管経路に設けられ排ガス中の熱を回収する排熱回収器と、
   車室に設けられた電気昇温器と、を備えた内燃機関搭載車両の暖機装置であって、
   予め実測または演算した、当該内燃機関の負荷の大きさと出力軸回転数に応じた排ガス温度に基づいて表した排ガスエクセルギマップを記憶する記憶手段と、
   ある車両走行状態において内燃機関が排出する排ガスが、上記触媒の活性温度以上の目標ガス温度と、上記排熱回収器の回収熱を使用した車室補助暖房に必要な目標ガス流量を有するか否かを、上記排ガスエクセルギマップ上で、負荷の大きさと出力軸回転数の方向でそれぞれ差分をとって判定する差分判定手段と、
   当該差分判定手段が、当該排ガスが目標ガス温度を満たさないと判定したとき、内燃機関を同一回転数のまま出力負荷を増して運転させて負荷の大きさ方向の差分を解消するよう排ガスを目標ガス温度に昇温させる内燃機関制御手段と、
   当該内燃機関制御手段が増加させた出力で発電機を駆動して発生した電力により電気昇温器を作動させて車室を昇温する電気昇温器制御手段とを含む制御部を有する
   内燃機関搭載車両の暖機装置。
2. 上記内燃機関の冷却水を還流するヒータコアに送風して車室を暖房する主暖房器を備え、
   上記記憶手段は、予め実測または演算しておいた、ある低温環境で目標車室温度を維持するために必要な熱量と、ガス流量に応じた排熱回収器の回収可能熱量とを記憶しており、
   電気昇温器制御手段は、上記電気昇温器が発生する熱量と、上記の出力増加運転後に主暖房器が発生する熱量と、排熱回収器の回収可能熱量との和が、上記目標車室温度維持に必要な熱量に到達するよう、電気昇温器が発生する熱量を調整することを特徴とする
   請求項１に記載の内燃機関搭載車両の暖機装置。
3. 上記制御部は、排ガスを目標ガス温度に到達させるよう負荷を増大させた際に、上記出力増加運転後に電気昇温器が発生する熱量と、排熱回収器の回収可能熱量との和が車室補助暖房に必要な熱量に対して不足する場合には、その分を賄うよう負荷をさらに増大させて、発生する熱量を増大させる機能を含むことを特徴とする
   請求項１または２に記載の内燃機関搭載車両の暖機装置。
4. 上記制御部は、排ガスを目標ガス温度に到達させるよう負荷を増大させた際に、上記出力増加運転後に電気昇温器が発生する熱量と、排熱回収器の回収可能熱量との和が車室補助暖房に必要な熱量に対して余る場合には、その分負荷を低下させ、その影響で低下する触媒温度を電気昇温器により補う機能を含むことを特徴とする
   請求項１または２に記載の内燃機関搭載車両の暖機装置。

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