JP6500928B2 - Warm-up device for internal combustion engine mounted vehicle - Google Patents

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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、当該触媒を昇温する電気昇温器と、を備えた内燃機関搭載車両の暖機装置に関する。   According to the present invention, an electric generator driven by an output shaft of an internal combustion engine, an exhaust heat recovery device provided in an exhaust pipe path including a catalyst of the internal combustion engine for recovering heat in exhaust gas, and electric heating for raising the temperature of the catalyst The present invention relates to a warm-up device for an internal combustion engine mounted vehicle provided with a heater.

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、冬期の走行等の内燃機関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）を確保できないうえ、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。 BACKGROUND ART In recent years, internal combustion engines such as reciprocating engines and rotary engines mounted on vehicles have become excellent with their thermal efficiencies significantly improved.
Thus, when the thermal efficiency of the internal combustion engine is improved, when the output of the internal combustion engine is small, such as when traveling in winter, the heat quantity of the exhaust gas (usually about 600 ° C.) has sufficient catalytic activity temperature (generally 300 to 350 ° C. or more) In addition, it is possible that the heating temperature of the passenger compartment can not be sufficiently secured.

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。   The temperature for activating the above-mentioned catalyst is generally required to be 300 to 350 ° C. or higher, while the heat of about 5 KW is required to maintain a sufficient cabin temperature in a low temperature environment where the outside air temperature is low. ing.

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、上記触媒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。   Conventionally, an exhaust heat recovery device for recovering heat in exhaust gas provided in an exhaust pipe path including a catalyst of an internal combustion engine is provided, and means for using the recovery heat of the exhaust heat recovery device for vehicle interior auxiliary heating; There is known one provided with an electric heater such as an electric heater for raising the temperature of the catalyst.

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。   However, in the past, there has been no specific technical means of how to use the above-described waste heat recovery unit and electric heater under what conditions and how.

ところで、特許文献１には、ＥＧＲクーラ（ＥＧＲとは、エキゾースト・ガス・リサーキュレーションの略）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。   By the way, in patent document 1, when introducing the cooling warm water of an EGR cooler (an abbreviation of exhaust gas recirculation) to the heater core in the vehicle compartment and heating the vehicle interior, the gas flow rate of exhaust gas and exhaust gas temperature An exhaust heat recovery system has been disclosed that is configured to increase the amount of heat recovered by the total amount of heat including the above.

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。   Further, Patent Document 2 discloses that, when heat generated by a motor or the like of an electric vehicle is used for heating the vehicle interior, an effective energy source is optimally used from the viewpoint of exergy.

特開２００５−２７３５８２号公報JP 2005-273582 A 特表平６−５０５９４０号公報Japanese Patent Publication No. 6-505940

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内燃機関出力軸の回転数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。   Therefore, the present inventors use as much energy of exhaust gas emitted from the internal combustion engine as possible, and can minimize the necessary minimum when the amount of heat necessary for maintaining the cabin temperature and the catalyst activation temperature during heating is insufficient. In order to satisfy the above-mentioned necessary heat quantity by the increase of the rotational speed of the internal combustion engine output shaft, various studies were conducted focusing on exergy (effective energy) of the exhaust gas.

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。   In FIG. 1 (a), the horizontal axis is the engine rotational speed as the output shaft rotational speed, and the vertical axis is the engine load which is the load of the internal combustion engine. Outside temperature, minus 10 ° C, engine coolant temperature 25 ° C In the exhaust gas energy diagram showing the magnitude of the exhaust gas energy under the conditions, the magnitude of the exhaust gas energy is indicated by the hatching density for convenience of illustration in the figure, indicating that the denser the hatching density, the larger the exhaust gas energy ing.

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。   The exhaust gas energy diagram of FIG. 1A is divided into four regions: a low rotation low load region e1, a high rotation low load region e2, a low rotation high load region e3, and a high rotation high load region e4. be able to.

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。 It is clear that the regions e2 and e3 in FIG. 1 (a) have substantially the same properties. However, the exhaust gas temperature and the exhaust gas flow rate are not reflected in the exhaust gas energy diagram shown in FIG. 1 (a).
In FIG. 1 (a), the curve a represents the equal energy line of the exhaust gas.

図１の（ｂ）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。   In Fig. 1 (b), the horizontal axis is the engine rotational speed as the output shaft rotational speed, and the vertical axis is the engine load which is the load of the internal combustion engine. Outside temperature, minus 10 ° C, engine coolant temperature 25 ° C An exhaust gas exergy chart showing the magnitude of the exhaust gas exergy that reflects the exhaust gas temperature and the exhaust gas flow rate under the conditions. Also in the figure, the magnitude of the exhaust gas exergy is indicated by hatching density for convenience of illustration. The denser the density, the larger the exhaust gas exergy is represented.

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。   It is apparent that the regions e2 and e3 have different properties in FIG. 1 (b). In FIG. 1 (b), the curve b represents an equal exergy line of the exhaust gas.

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。   Here, when the exhaust gas exergy described above is Ex, the exhaust gas exergy Ex can be expressed by the following [Equation 1].

Figure 0006500928
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。
Figure 0006500928
 In the above equation, (T−To) / T approaches “1” as T increases, and indicates that the exhaust gas exergy Ex increases as the exhaust gas temperature T increases.

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内燃機関出力軸の回転数ラインである。   Fig. 2 is an exhaust gas exergy map that maps the exhaust gas exergy map of Fig. 1 (b), and in Fig. 2 a dotted line line LT is an engine load line showing the temperature required for catalyst activation. LJ is a rotational speed line of an internal combustion engine output shaft that indicates the amount of heat necessary for heating the vehicle interior.

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はエンジン出力軸の等パワーラインである。   FIG. 2 shows that the exhaust gas flow rate (amount) increases as the engine rotational speed on the horizontal axis (output shaft rotational speed of the internal combustion engine) increases, and the engine load on the vertical axis (output load on the internal combustion engine) It indicates that the exhaust gas temperature (quality) increases as the In addition, in FIG. 2, exhaust gas temperature is made into quality, and exhaust gas flow volume is shown in the figure as quantity. Curve a in FIG. 2 is an equal power line of the engine output shaft.

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。   In the low rotation low load area e1 of FIG. 2, the quality (exhaust gas temperature) is insufficient and the quantity (exhaust gas flow rate) is also insufficient, and in the high rotation low load area e2, the quality is insufficient, It shows that the quantity is excessive, and in the low rotation / high load area e3, the quality is excessive while the quantity is insufficient. In the high rotation / high load area e4, both the quality and quantity are excessive It shows that it becomes.

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。   In the exhaust gas exergy map of FIG. 2, the point P3 at which the dotted lines LT and LJ cross each other is the ideal point, and at this ideal point P3, the temperature (exhaust gas temperature) necessary for catalyst activity and the amount of heat required for heating the vehicle interior It shows that both the (exhaust gas flow rate) and the above-mentioned quality (exhaust gas temperature) and amount (exhaust gas flow rate) are not excessive.

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とで、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。   From the exhaust gas exergy map of FIG. 2, the exhaust gas emitted by the engine (internal combustion engine) in a certain vehicle running state uses the exhaust gas temperature (see line LT) higher than the activation temperature of the catalyst and the recovered heat of the exhaust heat recovery device In order to secure the exhaust gas flow rate (refer to line LJ) necessary for the passenger compartment auxiliary heating, each of the above-mentioned ideal point P3 with respect to the above-mentioned ideal point P3 in the load size and the direction of the output shaft rotational speed It became clear by examination of various things that the difference should be eliminated.

そこで、この発明は、内燃機関の必要最低限の追加運転（出力軸回転数の上昇運転）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出力軸の回転数を上昇し、排ガス流量の増大により排熱回収器の熱回収量を増やして、車室温度を上昇させると共に、回転数増大による出力で発電機が発生した電力にて電気昇温器を作動させて、触媒の活性化を図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。   Therefore, according to the present invention, the rotational speed of the output shaft of the internal combustion engine is increased by the minimum necessary additional operation of the internal combustion engine (the increase operation of the output shaft rotational speed) so that the exhaust gas exergy does not become excessive. Increase the heat recovery amount of the exhaust heat recovery unit by increasing the temperature and raise the casing temperature, activate the electric temperature generator with the power generated by the generator with the output by the increase of the rotational speed, and activate the catalyst It is an object of the present invention to provide a warm-up device for an internal combustion engine-equipped vehicle that can

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、当該触媒を昇温する電気昇温器と、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、当該排ガスが車室暖房に必要な目標ガス流量を満たさないと判定したとき、内燃機関の出力軸の回転数を上げて回転数方向の差分を解消するようガス流量を増大して目標ガス流量に到達させる内燃機関制御手段と、上昇した出力軸回転数の上昇分により発電機が発生した電力により電気昇温器を作動させて上記触媒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。   A warm-up device for an internal combustion engine-equipped vehicle according to the present invention includes a generator driven by an output shaft of the internal combustion engine, an exhaust heat recovery device provided in an exhaust pipe path including a catalyst of the internal combustion engine and recovering heat in exhaust gas An electric heater for raising the temperature of the catalyst, wherein the exhaust gas according to the size of the load of the internal combustion engine and the number of rotations of the output shaft are measured or calculated beforehand Storage means for storing exhaust gas exergy map represented based on temperature, exhaust gas discharged by the internal combustion engine in a certain vehicle traveling state, target gas temperature higher than the activation temperature of the catalyst, and recovered heat of the exhaust heat recovery device A difference determination unit that determines whether or not the target gas flow rate necessary for heating the passenger compartment by using the difference is calculated in the directions of the load size and the output shaft rotational speed on the exhaust gas exergy map, The difference When the means determines that the exhaust gas does not satisfy the target gas flow rate necessary for heating the passenger compartment, the target gas flow rate is increased to increase the rotational speed of the output shaft of the internal combustion engine to eliminate the difference in rotational speed Internal combustion engine control means for achieving the gas flow rate, and electric temperature rise control means for operating the electric temperature raiser by the electric power generated by the generator by the increased output shaft rotational speed and raising the temperature of the catalyst; And a control unit.

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、上述の触媒を昇温する電気昇温器は電気ヒータに設定することができる。さらに、上述の記憶手段は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）で構成してもよい。加えて、上述の制御部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）で構成してもよい。   The output shaft of the above-mentioned internal combustion engine can be set to a crankshaft of a reciprocating engine or an eccentric shaft of a rotary engine. In addition, an electric heater that raises the temperature of the above-described catalyst can be set to an electric heater. Furthermore, the above-mentioned storage means may be configured by a RAM (Random Access Memory). In addition, the control unit described above may be configured of a central processing unit (CPU) or an electron control unit (ECU).

上記構成によれば、上述の記憶手段は、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。   According to the above configuration, the storage means stores the exhaust gas exergy map represented based on the exhaust gas temperature corresponding to the magnitude of the load of the internal combustion engine and the output shaft rotational speed measured or calculated beforehand.

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、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。   The above-mentioned difference determination means is a target necessary for heating the passenger compartment using the target gas temperature higher than the activation temperature of the catalyst and the recovered heat of the exhaust heat recovery device as the exhaust gas discharged by the internal combustion engine in a certain vehicle traveling state Whether or not the gas flow rate is present is determined by taking the difference between the magnitude of the load and the direction of the output shaft rotational speed on the exhaust gas exergy map, respectively.

上述の内燃機関制御手段は、当該差分判定手段が、当該排ガスが車室暖房に必要な目標ガス流量を満たさないと判定したとき、内燃機関の出力軸の回転数を上げて回転数方向の差分を解消するようガス流量を増大して目標ガス流量に到達させる。   When the difference determination means determines that the exhaust gas does not satisfy the target gas flow rate necessary for heating the passenger compartment, the internal combustion engine control means described above increases the number of revolutions of the output shaft of the internal combustion engine to increase the difference in the number of revolutions. Increase the gas flow rate to reach the target gas flow rate to eliminate the

上述の電気昇温器制御手段は、上昇した出力軸回転数の上昇分により発電機が発生した電力にて電気昇温器を作動させて上記触媒を昇温して、当該触媒を活性化させる。   The above-mentioned electric heater control means operates the electric heater by the electric power generated by the generator by the increase of the output shaft rotational speed which has risen, and raises the temperature of the catalyst to activate the catalyst. .

このように、内燃機関の必要最低限の追加運転（出力軸回転数の上昇運転）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出力軸の回転数を上昇し、排ガス流量の増大により、排熱回収器の熱回収量を増やして、車室温度を上昇させると共に、出力軸回転数の増大による出力で発電機が発生した電力にて電気昇温器を作動させて、触媒の活性化を図ることができる。   Thus, by the minimum necessary additional operation of the internal combustion engine (the increase operation of the output shaft rotation speed), the rotation speed of the internal combustion engine output shaft is increased so that the exhaust gas exergy does not become excessive. Increase the heat recovery amount of the waste heat recovery unit and raise the casing temperature, operate the electric temperature generator with the power generated by the generator with the output by the increase of the output shaft rotational speed, and activate the catalyst Can be implemented.

また、上述の排熱回収器の熱回収量は、排ガス温度よりも排ガス流量への依存性が高いので、内燃機関出力軸の回転数を上昇して、排ガス流量を増大させることで、排熱回収器により回収される熱を増大させることができる。
要するに、車室内暖房温度の確保と、触媒活性温度維持との両立を図ることができる。 Further, since the heat recovery amount of the above-described exhaust heat recovery device has a high dependence on the exhaust gas flow rate than the exhaust gas temperature, the exhaust heat flow rate is increased by increasing the rotational speed of the internal combustion engine output shaft. The heat recovered by the collector can be increased.
In short, it is possible to achieve both the maintenance of the vehicle interior heating temperature and the maintenance of the catalyst activation temperature.

この発明の一実施態様においては、上記内燃機関搭載車両は自動変速機を有し、上記制御部は、上記内燃機関制御手段が出力軸回転数を上げたとき、車速を維持するよう自動変速機の変速比を減速側に変更する車速維持手段とを含むものである。   In one embodiment of the present invention, the internal combustion engine mounted vehicle includes an automatic transmission, and the control unit is configured to maintain the vehicle speed when the internal combustion engine control means increases the output shaft rotational speed. And vehicle speed maintaining means for changing the transmission gear ratio of the vehicle to the reduction side.

上記構成によれば、上述の車速維持手段は、内燃機関制御手段による出力軸回転数の上昇時に、車速を維持すべく自動変速機の変速比を減速側に変更する。
これにより、同一車速または略同一車速が維持でき、車室内暖房温度の確保と、触媒活性温度維持との両立を図りつつ、乗員（ドライバ）の違和感を解消することができる。 According to the above configuration, the vehicle speed maintaining means described above changes the transmission gear ratio of the automatic transmission to the deceleration side in order to maintain the vehicle speed when the output shaft rotational speed is increased by the internal combustion engine control means.
As a result, the same vehicle speed or substantially the same vehicle speed can be maintained, and the discomfort of the occupant (driver) can be eliminated while achieving both the securing of the vehicle interior heating temperature and the maintenance of the catalyst activation temperature.

この発明の一実施態様においては、上記内燃機関搭載車両は自動変速機を有し、上記制御部は、上記内燃機関制御手段が出力軸回転数を上げる際に、エンジン負荷も併せて増大させ、その出力上昇分で発電機により電力を発生させ、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暖房に必要な目標ガス流量の両方を満たすよう電気昇温器を作動させる機能含むものである。   In one embodiment of the present invention, the internal combustion engine mounted vehicle has an automatic transmission, and the control unit also increases the engine load when the internal combustion engine control means increases the output shaft rotation speed. The power is generated by the generator to generate electric power, and both the target gas temperature above the activation temperature of the catalyst and the target gas flow rate necessary for heating the passenger compartment using the recovered heat of the exhaust heat recovery device are satisfied. It includes the function of operating the electric heater.

この発明によれば、内燃機関の必要最低限の追加運転（出力軸回転数の上昇運転）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出力軸の回転数を上昇し、排ガス流量の増大により排気回収器の熱回収量を増やして、車室温度を上昇させると共に、回転数増大による出力で発電機が発生した電力にて電気昇温器を作動させて、触媒の活性化を図ることができる効果がある。   According to the present invention, the number of revolutions of the output shaft of the internal combustion engine is increased by the minimum necessary additional operation of the internal combustion engine (the increase operation of the output shaft rotation number) so that the exhaust gas exergy does not become excessive. The heat recovery amount of the exhaust gas recovery unit is increased by the increase to raise the casing temperature, and the electric temperature generator is operated by the power generated by the generator with the output by the increase of the rotational speed to activate the catalyst. There is an effect that can be done.

（ａ）は排ガスエネルギ図、（ｂ）は排ガスエクセルギ図(A) is the exhaust gas energy map, (b) is the exhaust gas exergy map 排ガスエクセルギマップを示す説明図Explanatory diagram showing exhaust gas exergy map 本発明の内燃機関搭載車両の暖機装置を示す系統図System diagram showing a warm-up device for an internal combustion engine mounted vehicle of the present invention 内燃機関搭載車両の暖機装置を示すブロック図Block diagram showing a warm-up device for an internal combustion engine mounted vehicle 制御回路ブロック図Control circuit block diagram 暖機処理を示すフローチャートFlow chart showing warm-up process 排ガスエクセルギマップを示す説明図Explanatory diagram showing exhaust gas exergy map

内燃機関の必要最低限の追加運転（出力軸回転数の上昇運転）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出力軸の回転数を上昇し、排ガス流量の増大により排熱回収器の熱回収量を増やして、車室温度を上昇させると共に、回転数増大による出力で発電機が発生した電力にて電気昇温器を作動させて、触媒の活性化を図るという目的を、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、当該触媒を昇温する電気昇温器と、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、当該排ガスが車室暖房に必要な目標ガス流量を満たさないと判定したとき、内燃機関の出力軸の回転数を上げて回転数方向の差分を解消するようガス流量を増大して目標ガス流量に到達させる内燃機関制御手段と、上昇した出力軸回転数の上昇分により発電機が発生した電力により電気昇温器を作動させて上記触媒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。   By the minimum necessary additional operation of the internal combustion engine (the increase operation of the output shaft speed), the rotational speed of the output shaft of the internal combustion engine is increased so that the exhaust gas exergy is not excessive, and the exhaust gas flow rate is increased. The purpose is to increase the amount of heat recovery from the engine and raise the casing temperature, and operate the electric heater with the power generated by the generator with the output due to the increase in rotational speed to activate the catalyst. A generator driven by an output shaft of the engine, an exhaust heat recovery unit provided in an exhaust pipe path including a catalyst of the internal combustion engine for recovering heat in the exhaust gas, and an electric heater for raising the temperature of the catalyst; A warm-up device for a vehicle equipped with an internal combustion engine, the memory storing an exhaust gas exergy map represented based on an exhaust gas temperature according to the magnitude of the load of the internal combustion engine and the output shaft rotational speed measured or calculated beforehand. Means and a certain vehicle run Whether the exhaust gas discharged by the internal combustion engine in the state has a target gas temperature higher than the activation temperature of the catalyst and a target gas flow rate necessary for heating the passenger compartment using the recovered heat of the exhaust heat recovery device The difference determination means and the difference determination means determine the difference between the magnitude of the load and the direction of the output shaft speed on the exhaust gas exergy map, and the difference determination means determines that the exhaust gas satisfies the target gas flow rate necessary for heating the passenger compartment. The internal combustion engine control means for increasing the gas flow rate to reach the target gas flow rate to increase the rotation speed of the output shaft of the internal combustion engine to eliminate the difference in the rotation speed when it is determined that there is no The controller is realized by an electric heater control means for operating the electric heater by the electric power generated by the generator due to the increase in temperature to raise the temperature of the catalyst.

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。 An embodiment of the present invention will be described in detail below based on the drawings.
The drawings show a warm-up device for an internal combustion engine-equipped vehicle, FIG. 3 is a system diagram showing the warm-up device, and FIG. 4 is a block diagram showing a warm-up device for an internal combustion engine-equipped vehicle.

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、当該エンジン１１の出力側には自動変速機（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，いわゆるＡＴ）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。 In FIGS. 3 and 4, an engine 11 as an internal combustion engine is mounted in an engine room 10 in front of a dash lower panel, and an automatic transmission (so-called AT) 12 is connected to an output side of the engine 11. A generator 13 driven by an output shaft (a crankshaft in the case of a reciprocating engine, an eccentric shaft in the case of a rotary engine) of the engine 11 is provided.
In this embodiment, an alternator (AC generator) is employed as the generator 13 described above.

上記エンジン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、当該排気管経路１４の後端にはテールパイプ１５を設けている。   An exhaust pipe path 14 is connected to an exhaust port of the engine 11 via an exhaust manifold, and the exhaust pipe path 14 is a vehicle along a floor panel lower portion forming a cabin floor surface or a tunnel portion lower portion. A tail pipe 15 is provided at the rear end of the exhaust pipe path 14 so as to extend to the rear portion.

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には排気浄化要素としての触媒（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。   An exhaust gas purification device 16 as a catalytic converter is interposed at a position near the exhaust manifold in the exhaust pipe path 14 described above. A catalyst (not shown) as an exhaust gas purification element is installed in the exhaust gas purification device 16, and the catalyst is activated at 300 to 350 ° C. or higher to purify the exhaust gas.

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の中途部には、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。   An exhaust heat recovery unit 17 for recovering the heat in the exhaust gas is attached to a middle portion of the exhaust pipe path 14 between the exhaust gas purification device 16 and the tail pipe 15 described above. The exhaust heat recovery unit 17 exchanges heat between the exhaust gas and the heat exchange medium to recover exhaust heat.

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とで構成され、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。 On the other hand, a main heater 19 (see FIG. 5) for heating the passenger compartment is provided behind the dash lower panel and below the instrument panel 18 and this main heater 19 is used to cool the engine 11 A heater core 20 is provided to circulate. The heater core 20 is constituted by a tube and a fin, and the engine cooling water flows in the tube, and is a heat radiation means for heating the vehicle interior, which is configured to perform heat exchange.
The main heater 19 described above blows air to the heater core 20 to heat the passenger compartment, and the main heater 19 may employ a heating function of an air conditioning unit having an air conditioning function.

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。当該電気ヒータ２２は、排ガス浄化装置ケースの外周部または、触媒直前に設けられている。   Here, while the electric heater 21 as an electric heater is attached to the above-mentioned heater core 20, the electric heater 22 as an electric heater for raising the temperature of the catalyst is also attached to the above-mentioned exhaust gas purification device 16 ing. The electric heater 22 is provided on the outer peripheral portion of the exhaust gas purification device case or immediately before the catalyst.

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は排ガス浄化装置ケースを介してその内部の触媒を昇温する、または触媒手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。   As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the generator 13 and the electric heater 21 on the heater core 20 side are connected by the conduction line 23, and the generator 13 and the electric heater 22 on the exhaust gas purification device 16 side are the conduction line 24. Connected by The above-mentioned electric heater 21 raises the temperature of the air downstream of the heater core 20, while the electric heater 22 raises the temperature of the catalyst inside through the exhaust gas purification device case, or raises the temperature of the exhaust gas before the catalyst The heat is used to raise the temperature of the catalyst.

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。   As shown in FIGS. 3 and 4, a heat transport device (such as cooling water) 26 is connected between the above-described exhaust heat recovery unit 17 and the heater core 20, and in the exhaust gas recovered by the exhaust heat recovery unit 17. Is configured to be transferred to the heater core 20.

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く、該バッテリ２７はエンジンルーム１０内に搭載してもよい。   Furthermore, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, a battery 27 is mounted on the vehicle. The mounting position of the battery 27 is not limited to the position shown in FIG. 3, and the battery 27 may be mounted in the engine compartment 10.

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、自動変速機１２、電気ヒータ２２、主暖房器１９を駆動制御し、また、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。 FIG. 5 is a control circuit block diagram of a warm-up device for an internal combustion engine mounted vehicle.
The CPU 30 as a control unit controls the automatic transmission 12 and the electric heater 22 according to programs stored in the ROM 36 based on inputs from the ignition switch 31, the air flow sensor 32, the engine rotation sensor 33, the vehicle speed sensor 34 and the heating switch 35. The main heater 19 is driven and controlled, and the RAM 38 stores the exhaust gas exergy map M1 shown in FIG. 7 and necessary data.

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。図７においても、図２と同様に、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。また、上述のＲＡＭ３８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。   The exhaust gas exergy map M1 shown in FIG. 7 is represented based on the exhaust gas temperature according to the engine speed, which is the magnitude of the load of the engine 11 and the output shaft speed, which are measured or calculated in advance. The same parts as in FIG. 2 are given the same reference numerals. Also in FIG. 7, as in FIG. 2, as the engine speed on the horizontal axis (the output shaft speed of the internal combustion engine) increases, the exhaust gas flow rate (quantity) increases, and the engine load on the vertical axis It shows that the exhaust gas temperature (quality) increases as (the output load of the internal combustion engine) increases. Further, the above-mentioned RAM 38 constitutes a storage means, and this RAM 38 is the amount of heat necessary for maintaining the target cabin temperature in a low temperature environment and the gas flow rate, which have been measured or calculated beforehand. The amount of heat that can be recovered by the exhaust heat recovery unit 17 is stored.

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。   Here, the above-mentioned ignition switch 31 is a switch of an ignition device of the engine 11, and also serves as a switch of a starter motor. The above-described air flow sensor 32 is a sensor that detects the amount of intake air. The above-mentioned engine rotation sensor 33 is a sensor that detects the engine rotation speed. Further, the above-described vehicle speed sensor 34 is a sensor that detects the vehicle speed of the vehicle. Furthermore, the above-mentioned heating switch 35 is a power switch for the main heater 19, and when the heating function of the air conditioning unit having an air conditioning function is adopted as the main heater 19, the air conditioning unit when the heating switch 35 is on. Operate in heating mode.

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。   The engine load as the load of the internal combustion engine can be roughly estimated by dividing the intake air amount detected by the air flow sensor 32 by the engine rotational speed detected by the engine rotational sensor 33.

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、当該排ガスが車室暖房に必要な目標ガス流量（図７の点線ラインＬＪ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の出力軸の回転数を上げて（エンジン運転点をＰ１からＰ２に変更して）、回転数方向の差分を解消するようガス流量を増大して目標ガス流量（点線ラインＬＪ）に到達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Ｓ７参照）と、
当該内燃機関制御手段（ステップＳ７参照）により上昇した出力軸回転数の上昇分により、発電機１３が発生した電力により電気昇温器である電気ヒータ２２を作動させて触媒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Ｓ８参照）とを含む。 The CPU 30 as a control unit is a target gas whose exhaust gas emitted by the engine 11 in a certain vehicle traveling state (see current engine operating point P1) is equal to or higher than the catalyst activation temperature (300 to 350 ° C.) in the exhaust gas purification device 16 Target gas flow rate necessary for heating the passenger compartment using the temperature (see the engine load corresponding to the ideal point P3 in FIG. 7) and the heat recovered by the exhaust heat recovery device 17 described above (the engine corresponding to the ideal point P3 in FIG. On the exhaust gas exergy map M1 shown in FIG. 7, the difference in the direction of the load size (reference engine load) and the output shaft rotational speed (reference engine speed) is obtained on the exhaust gas exergy map M1 shown in FIG. Difference determination means (refer to routine R1 consisting of steps S5 and S6 of the flowchart shown in FIG. 6);
When the difference determination means (refer to routine R1) determines that the exhaust gas does not satisfy the target gas flow rate (refer to dotted line LJ in FIG. 7) necessary for heating the passenger compartment (when YES in step S6), the engine 11 Internal combustion engine to increase the gas flow rate to reach the target gas flow rate (dotted line LJ) so as to eliminate the difference in the rotational speed direction by increasing the rotational speed of the output shaft (changing the engine operating point from P1 to P2) Engine control means (see step S7 of the flowchart shown in FIG. 6);
Electric rise which raises the temperature of the catalyst by operating the electric heater 22, which is an electric heater, with the electric power generated by the generator 13 by the increase of the output shaft rotational speed increased by the internal combustion engine control means (see step S7) And heater control means (see step S8 of the flowchart shown in FIG. 6).

また、制御部であるＣＰＵ３０は、上述の内燃機関制御手段（ステップＳ７）が出力軸回転数を上げたとき、車速を維持するよう自動変速機１２の変速比を減速側に変更する車速維持手段（図６に示すフローチャートのステップＳ９参照）をも含む。   Further, the CPU 30 serving as the control unit changes the transmission gear ratio of the automatic transmission 12 to the deceleration side so as to maintain the vehicle speed when the internal combustion engine control unit (step S7) mentioned above increases the output shaft rotation number. (Refer to step S9 of the flowchart shown in FIG. 6).

上述の内燃機関制御手段（ステップＳ７）による出力軸回数の上昇は、この実施例では、無断変速機（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，いわゆるＣＶＴ）の入力軸プーリと出力軸プーリとのプーリ比を変更することにより実施しているが、ＣＶＴのプーリ比変更に代えて他の手段にて実施してもよい。   In this embodiment, the increase in the number of output shafts by the above-mentioned internal combustion engine control means (step S7) changes the pulley ratio between the input shaft pulley and the output shaft pulley of the Continuously Variable Transmission (so-called CVT). However, instead of changing the CVT pulley ratio, other means may be used.

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。 The operation of the warm-up device for an internal combustion engine mounted vehicle configured in this manner will be described in detail below with reference to the flowchart shown in FIG.
In step S1, the CPU 30 reads various signals from the ignition switch 31, the air flow sensor 32, the engine rotation sensor 33, the vehicle speed sensor 34, and the heating switch 35.

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。   Next, in step S2, the CPU 30 determines whether the ignition switch 31 is on or not. When NO is determined, the process returns. On the other hand, when YES is determined, the CPU 30 proceeds to the next step S3.

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。   In step S3, the CPU 30 determines whether the heating switch 35 is on or not. When the determination is NO, the process returns. On the other hand, when the determination is YES, the process proceeds to the next step S4.

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）を求める。   In step S4 described above, the CPU 30 uses the engine speed signal from the engine speed sensor 33 and the engine load estimated by dividing the intake air amount by the engine speed by the inputs of the sensors 32 and 33, the current The engine operating point P1 (see FIG. 7) is determined.

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。   Next, in step S5, the CPU 30 compares the ideal point P3 with the current engine operating point P1 on the exhaust gas exergy map M1 shown in FIG. Find the difference in the direction of).

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（運転点Ｐ１参照）で排出される排ガスが、車室暖房に必要な目標ガス流量（図７の点線ラインＬＪ参照）を満たさないか否を判定する。
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。 Next, in step S6, based on the above difference, the CPU 30 sets the target gas flow rate (dotted line line in FIG. 7) required for exhaust gas discharged under the current engine operating condition (see operating point P1). It is determined whether or not LJ is not satisfied.
And while NO is judged at the time of step S6 (when there is no difference), while returning, when YES is judged (when there is a difference), it shifts to the following step S7.

上述のステップＳ７で、ＣＰＵ３０は、排ガスが目標ガス流量を満たしていないことに対応して、エンジン出力軸の回転数を上げて、回転数方向の差分を解消するようガス流量を増大して目標ガス流量（図７の点線ラインＬＪ参照）に到達させる。この際、ＣＰＵ３０は、図示しない油圧機構を介してＣＶＴのプーリ比を変更することで、エンジン回転数の上昇を図り、エンジン運転点を図７の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に変更する。   In step S7 described above, the CPU 30 increases the gas flow rate so as to eliminate the difference in the rotational speed direction by increasing the rotational speed of the engine output shaft in response to the exhaust gas not satisfying the target gas flow rate. The gas flow rate (see dotted line LJ in FIG. 7) is reached. At this time, the CPU 30 changes the pulley ratio of the CVT through a hydraulic mechanism (not shown) to increase the engine speed, and the engine operation point is changed from the current engine operating point P1 in FIG. Change to point P2.

次に、ステップＳ８で、ＣＰＵ３０は、エンジン回転数の上昇分により、発電機１３が発生した電力により電気昇温器である電気ヒータ２２を作動させて、上述の触媒を昇温させ、当該触媒の活性温度を維持する。   Next, in step S8, the CPU 30 operates the electric heater 22, which is an electric heater, with the electric power generated by the generator 13 according to the increase in engine rotational speed, to raise the temperature of the above-mentioned catalyst. Maintain the activation temperature of

上述のステップＳ７で、エンジン回転数が上昇すると、本来ならば車速が変化するが、この車速変化を防止する目的で、次のステップＳ９では、ＣＰＵ３０が現行の車速を維持すべく、シフトソレノイドおよびコントロールバルブ（図示せず）を介して自動変速機１２の変速比を減速側に変更する。これにより、現行の車速を維持する。   If the engine speed is increased in step S7 described above, the vehicle speed basically changes, but in order to prevent the change in the vehicle speed, in the next step S9, the shift solenoid and the shift solenoid are operated to maintain the current vehicle speed. The transmission gear ratio of the automatic transmission 12 is changed to the reduction side via a control valve (not shown). This maintains the current vehicle speed.

上述のステップＳ７でのエンジン回転数の上昇により、エンジン運転点は、現行の運転点Ｐ１から変更後の運転点Ｐ２に変化することで、ガス流量は車室暖房に必要な目標ガス流量（図７の点線ラインＬＪ参照）に到達し、かつ、ステップＳ８でのエンジン回転数と上昇分により、発電機１３が発生した電力により電気ヒータ２２を作動させて、触媒を昇温することにより、触媒活性に必要な温度（理想点Ｐ３で示した点線ラインＬＴ参照）に到達することができる。   As the engine operating point changes from the current operating point P1 to the changed operating point P2 due to the increase of the engine speed in the above-mentioned step S7, the gas flow rate is the target gas flow rate necessary for heating the passenger compartment (see FIG. The electric heater 22 is operated by the electric power generated by the generator 13 by reaching the dotted line LJ (see dotted line LJ) of FIG. The temperature required for activation (see the dotted line LT indicated by the ideal point P3) can be reached.

現行のエンジン運転点Ｐ１からエンジン回転数を上昇させる場合、エンジン負荷を同一に保って、運転点Ｐ１を運転点Ｐ２に変更し、回転数上昇分の発生電力の全てを用いて電気ヒータ２２を作動して、電気ヒータ２２の発生熱量の全てで触媒を昇温してもよく、あるいは、エンジン回転数を上昇させる場合、エンジン負荷を若干増加させて、現行の運転点Ｐ１を図７における図示右上の運転点Ｐ２’に変更し、回転数上昇と併せて負荷増大により排ガス温度を上昇して、変更後のエンジン運転点Ｐ２’と点線ラインＬＪとの差△Ａに相当する電気ヒータ２１の熱量で暖房温度の向上を図る一方、変更後のエンジン運転点Ｐ２’と点線ラインＬＴとの差△Ｂに相当する電気ヒータ２２の熱量で触媒を昇温すべく構成してもよい。何れにしても、理想点Ｐ３に相当する状態を作り出すことができる。   When raising the engine speed from the current engine operating point P1, the engine load is kept the same, the operating point P1 is changed to the operating point P2, and the electric heater 22 is operated using all the generated power for the rotational speed increase. In operation, the catalyst may be heated by all the heat generated by the electric heater 22. Alternatively, when the engine speed is increased, the engine load is slightly increased and the current operating point P1 is illustrated in FIG. The operating temperature is changed to the upper right operating point P2 'and the exhaust gas temperature is increased by the load increase in combination with the increase in the rotational speed, and the electric heater 21 corresponding to the difference ΔA between the changed engine operating point P2' and the dotted line LJ. The heating temperature may be improved by the amount of heat, and the temperature of the catalyst may be increased by the amount of heat of the electric heater 22 corresponding to the difference ΔB between the changed engine operating point P2 ′ and the dotted line LT. In any case, a state corresponding to the ideal point P3 can be created.

このように、上記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、当該触媒を昇温する電気昇温器（電気ヒータ２２参照）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１）の負荷の大きさと出力軸回転数（エンジン回転数参照）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（ＲＡＭ３８参照）と、ある車両走行状態（図７のエンジン運転点Ｐ１参照）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（点線ラインＬＴ参照）と、上記排熱回収器１７の回収熱を使用した車室暖房に必要な目標ガス流量（点線ラインＬＪ参照）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、当該排ガスが車室暖房に必要な目標ガス流量（点線ラインＬＪ参照）を満たさないと判定したとき、内燃機関（エンジン１１）の出力軸の回転数を上げて回転数方向の差分を解消するようガス流量を増大して目標ガス流量に到達させる内燃機関制御手段（ステップＳ７参照）と、上昇した出力軸回転数の上昇分により発電機１３が発生した電力により電気昇温器（電気ヒータ２２参照）を作動させて上記触媒を昇温する電気昇温器制御手段（ステップＳ８参照）とを含む制御部（ＣＰＵ３０参照）を有するものである（図３〜図７参照）。   As described above, the warm-up device for an internal combustion engine mounted vehicle according to the above embodiment includes the exhaust pipe path including the generator 13 driven by the output shaft of the internal combustion engine (see the engine 11) and the catalyst of the internal combustion engine (engine 11). A warm-up device for an internal combustion engine-equipped vehicle, comprising: an exhaust heat recovery device 17 provided at 14 for recovering heat in exhaust gas; and an electric heater (see electric heater 22) for raising the temperature of the catalyst Storage means for storing an exhaust gas exergy map M1 represented on the basis of the exhaust gas temperature according to the magnitude of the load of the internal combustion engine (engine 1) and the output shaft rotational speed (refer to the engine rotational speed) The exhaust gas discharged by the internal combustion engine (engine 11) in a certain vehicle traveling state (see engine operating point P1 in FIG. 7) has a target gas temperature (dotted line LT) equal to or higher than the activation temperature of the catalyst. On the exhaust gas exergy map M1, whether the target gas flow rate (refer to the dotted line LJ) necessary for heating the passenger compartment using heat recovered by the exhaust heat recovery device 17 and the exhaust heat recovery device 17 is large or not The target gas flow rate (dotted line line) where the exhaust gas is required to heat the passenger compartment by the difference determination means (see routine R1) and the difference determination means (routine R1) determined by taking the difference respectively in the direction of When it is determined that LJ is not satisfied, the internal combustion engine control is performed to increase the gas flow rate to reach the target gas flow rate so as to eliminate the difference in rotational speed by increasing the rotational speed of the output shaft of the internal combustion engine (engine 11) Means (see step S7) and the electric power generated by the generator 13 by the increased output shaft rotational speed to operate the electric heater (refer to the electric heater 22) to raise the temperature of the catalyst Instrument control means are those having (step S8 see) and a control unit comprising a (see CPU 30) (see FIGS. 3 to 7).

この構成によれば、上述の記憶手段（ＲＡＭ３８）は、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。   According to this configuration, the above-mentioned storage means (RAM 38) represents the exhaust gas exergy map represented based on the exhaust gas temperature corresponding to the magnitude of the load of the internal combustion engine (engine 11) and the output shaft rotational speed measured or calculated beforehand. Remember M1.

上述の差分判定手段（ルーチンＲ１参照）は、ある車両走行状態（エンジン運転点Ｐ１参照）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（点線ラインＬＴ参照）と、上記排熱回収器１７の回収熱を使用した車室暖房に必要な目標ガス流量（点線ラインＬＪ参照）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。   The above-mentioned difference determination means (refer to routine R1) detects the target gas temperature (dotted line LT) that the exhaust gas discharged by the internal combustion engine (engine 11) in a certain vehicle traveling state (refer to engine operating point P1) is above the activation temperature of the catalyst. (See Ref.) And whether or not the target gas flow rate (refer to dotted line LJ) necessary for heating the passenger compartment using heat recovered by the exhaust heat recovery device 17 is large on the exhaust gas exergy map M1. And the difference in the direction of the output shaft rotational speed.

上述の内燃機関制御手段（ステップＳ７）は、当該差分判定手段（ルーチンＲ１）が、当該排ガスが車室暖房に必要な目標ガス流量（点線ラインＬＪ参照）を満たさないと判定したとき（ステップＳ６でのＹＥＳ判定参照）、内燃機関（エンジン１１）の出力軸の回転数を上げて回転数方向の差分を解消するようガス流量を増大して目標ガス流量（点線ラインＬＪ）に到達させる。   The internal combustion engine control means (step S7) described above determines that the difference determination means (routine R1) does not satisfy the target gas flow rate (see dotted line LJ) necessary for heating the passenger compartment (step S6). YES), increase the number of revolutions of the output shaft of the internal combustion engine (engine 11) to increase the gas flow rate so as to eliminate the difference in the number of revolutions and reach the target gas flow rate (dotted line LJ).

上述の電気昇温器制御手段（ステップＳ８）は、上昇した出力軸回転数の上昇分により発電機１３が発生した電力により電気昇温器（電気ヒータ２２参照）を作動させて上記触媒を昇温して、当該触媒を活性化させる。   The above-mentioned electric heater control means (step S8) operates the electric heater (refer to the electric heater 22) to raise the catalyst by the electric power generated by the generator 13 by the increase of the output shaft rotational speed which has risen. Warm to activate the catalyst.

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（出力軸回転数の上昇運転）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出力軸の回転数を上昇し、排ガス流量の増大により、排熱回収器１７の熱回収量を増やして、車室温度を上昇させると共に、出力軸回転数の増大による出力で発電機１３が発生した電力に電気昇温器（電気ヒータ２２）を作動させて、触媒の活性化を図ることができる。   Thus, the rotation speed of the output shaft of the internal combustion engine is increased so that the exhaust gas exergy is not excessive by the necessary minimum additional operation (the increase operation of the output shaft rotation speed) of the internal combustion engine (engine 11). By increasing the flow rate, the heat recovery amount of the exhaust heat recovery unit 17 is increased to raise the casing temperature, and the power generated by the generator 13 by the output due to the increase of the output shaft rotational speed (electric heater (electric heater 22) can be activated to activate the catalyst.

また上述の排熱回収器１７の熱回収量は、排ガス温度よりも排ガス流量への依存性が高いので、内燃機関出力軸の回転数を上昇して、排ガス流量を増大させることで、排熱回収器１７により回収される熱を増大させることができる。
要するに、車室内暖房温度の確保と、触媒活性温度維持との両立を図ることができる。 Further, since the heat recovery amount of the above-mentioned exhaust heat recovery device 17 has a high dependency on the exhaust gas flow rate than the exhaust gas temperature, the exhaust heat flow is increased by increasing the rotational speed of the internal combustion engine output shaft. The heat recovered by the recovery unit 17 can be increased.
In short, it is possible to achieve both the maintenance of the vehicle interior heating temperature and the maintenance of the catalyst activation temperature.

この発明の一実施形態においては、上記内燃機関搭載車両は自動変速機１２を有し、上記制御部（ＣＰＵ３０参照）は、上記内燃機関制御手段（ステップＳ７）が出力軸回転数を上げたとき、車速を維持するよう自動変速機１２の変速比を減速側に変更する車速維持手段（ステップＳ９）とを含むものである（図５、図６参照）。   In one embodiment of the present invention, the internal combustion engine mounted vehicle includes the automatic transmission 12, and the control unit (refer to the CPU 30) increases the output shaft rotation speed by the internal combustion engine control means (step S7). And vehicle speed maintaining means (step S9) for changing the gear ratio of the automatic transmission 12 to the deceleration side so as to maintain the vehicle speed (see FIG. 5 and FIG. 6).

この構成によれば、上述の車速維持手段（ステップＳ９）は、内燃機関制御手段（ステップＳ７）による出力軸回転数の上昇時に、車速を維持すべく自動変速機１２の変速比を減速側に変更する。
これにより、同一車速または略同一車速が維持でき、乗員（ドライバ）の違和感を解消することができる。 According to this configuration, the aforementioned vehicle speed maintaining means (step S9) decelerates the transmission gear ratio of the automatic transmission 12 to maintain the vehicle speed when the output shaft rotational speed is increased by the internal combustion engine control means (step S7). change.
Thereby, the same vehicle speed or substantially the same vehicle speed can be maintained, and the discomfort of the occupant (driver) can be eliminated.

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内部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２２に対応し、
記憶手段は、ＲＡＭ３８に対応し、
制御部は、ＣＰＵ３０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Ｓ７に対応し、
電気昇温器制御手段は、ＣＰＵ制御によるステップＳ８に対応し、
車速維持手段は、ＣＰＵ制御によるステップＳ９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。 In correspondence with the configuration of the present invention and the above-described embodiment,
The internal combustion engine of the present invention corresponds to the engine 11 of the embodiment,
And so on
The catalyst corresponds to a catalyst (not shown) provided inside the exhaust gas purification device 16;
The electric heater corresponds to the electric heater 22,
The storage means corresponds to the RAM 38,
The control unit corresponds to the CPU 30,
The difference determination means corresponds to a routine R1 under CPU control,
The internal combustion engine control means corresponds to step S7 under CPU control,
The electric heater control means corresponds to step S8 under CPU control,
The vehicle speed maintaining means also corresponds to step S9 under CPU control,
The present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment.

例えば、上記実施例においては、ＣＶＴのプーリ比を変更することで、エンジン回転数の上昇を図るように構成したが、これに代えて、電動駆動タイプのスロットル弁（電子制御スロットルバルブ）を設け、スロットル開度を大きくし、吸入空気量の増大を図ることで、エンジン回転数を上昇すべく構成してもよい。   For example, in the above embodiment, the engine speed is increased by changing the CVT pulley ratio, but instead, an electrically driven throttle valve (electronically controlled throttle valve) is provided. The engine rotational speed may be increased by increasing the throttle opening and increasing the intake air amount.

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、
当該触媒を昇温する電気昇温器と、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。 As described above, the present invention provides a generator driven by an output shaft of an internal combustion engine, an exhaust heat recovery device provided in an exhaust pipe path including a catalyst of the internal combustion engine and recovering heat in exhaust gas,
It is useful about the warming-up apparatus of the internal combustion engine mounting vehicle provided with the electric temperature rising device which heats the said catalyst.

１１…エンジン（内燃機関）
１２…自動変速機
１３…発電機
１４…排気管経路
１７…排熱回収器
２２…電気ヒータ（電気昇温器）
３０…ＣＰＵ（制御部）
３８…ＲＡＭ（記憶手段）
Ｍ１…排ガスエクセルギマップ
Ｒ１…差分判定手段
Ｓ７…内燃機関制御手段
Ｓ８…電気昇温器制御手段
Ｓ９…車速維持手段 11: Engine (internal combustion engine)
12 Automatic transmission 13 Generator 14 Exhaust pipe path 17 Exhaust heat recovery device 22 Electric heater (electric heater)
30: CPU (control unit)
38 ... RAM (storage means)
M1: Exhaust gas exergy map R1: Difference determination means S7: Internal combustion engine control means S8: Electric temperature control means S9: Vehicle speed maintenance means

Claims (3)

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、
当該触媒を昇温する電気昇温器と、
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、当該排ガスが車室暖房に必要な目標ガス流量を満たさないと判定したとき、内燃機関の出力軸の回転数を上げて回転数方向の差分を解消するようガス流量を増大して目標ガス流量に到達させる内燃機関制御手段と、
上昇した出力軸回転数の上昇分により発電機が発生した電力により電気昇温器を作動させて上記触媒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。 A generator driven by the output shaft of the internal combustion engine,
An exhaust heat recovery device provided in an exhaust pipe path including a catalyst of an internal combustion engine for recovering heat in exhaust gas;
An electric heater for raising the temperature of the catalyst;
A warm-up device for an internal combustion engine equipped vehicle comprising
Storage means for storing an exhaust gas exergy map, which is expressed based on the exhaust gas temperature corresponding to the magnitude of the load of the internal combustion engine and the output shaft rotational speed, which has been measured or calculated in advance;
Whether the exhaust gas discharged by the internal combustion engine in a certain vehicle traveling state has a target gas temperature higher than the activation temperature of the catalyst and a target gas flow rate necessary for heating the passenger compartment using the recovered heat of the exhaust heat recovery device A difference determination unit that determines the difference between the magnitude of the load and the direction of the output shaft rotational speed on the exhaust gas exergy map, and
When the difference determination means determines that the exhaust gas does not satisfy the target gas flow rate necessary for heating the passenger compartment, the number of rotations of the output shaft of the internal combustion engine is increased to increase the gas flow rate to eliminate the difference in rotational speed Internal combustion engine control means for causing the target gas flow rate to be reached;
Warming up of an internal combustion engine-equipped vehicle having a control unit including: electric heater control means for operating the electric heater by the electric power generated by the generator by the increase in the output shaft rotational speed which has risen; Machine equipment. 上記内燃機関搭載車両は自動変速機を有し、
上記制御部は、上記内燃機関制御手段が出力軸回転数を上げたとき、車速を維持するよう自動変速機の変速比を減速側に変更する車速維持手段とを含むことを特徴とする
請求項１に記載の内燃機関搭載車両の暖機装置。 The internal combustion engine mounted vehicle has an automatic transmission,
The control unit includes vehicle speed maintaining means for changing the gear ratio of the automatic transmission to a reduction side so as to maintain the vehicle speed when the internal combustion engine control means increases the output shaft rotational speed. The warm-up device for an internal combustion engine mounted vehicle according to 1. 上記内燃機関搭載車両は自動変速機を有し、
上記制御部は、上記内燃機関制御手段が出力軸回転数を上げる際に、エンジン負荷も併せて増大させ、その出力上昇分で発電機により電力を発生させ、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暖房に必要な目標ガス流量の両方を満たすよう電気昇温器を作動させる機能含むことを特徴とする
請求項１また２に記載の内燃機関搭載車両の暖機装置。 The internal combustion engine mounted vehicle has an automatic transmission,
When the internal combustion engine control means increases the rotation speed of the output shaft, the control unit also increases the engine load and causes the generator to generate power according to the increase in the output, and the target gas above the activation temperature of the catalyst A function according to claim 1 or 2, further comprising the function of operating the electric heater so as to satisfy both the temperature and the target gas flow rate necessary for heating the passenger compartment using the heat recovered by the exhaust heat recovery device. Warm-up device for internal combustion engine mounted vehicles.
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