車両の熱制御装置
【課題】車両における調温部の冷却を行いたいとき、そのタイミングにて蓄熱材の吸熱を利用した調温部の冷却を適切に行えるようにする。
【解決手段】熱制御装置を用いた加温が行われた後には、同装置の反応器６に収容された蓄熱材７が加水状態とされる。この状態のもとで、反応器６の内部を密閉し、且つ反応器６の内部の圧力を目標圧力Ｐｔに向けて高めることにより、冷却スタンバイ状態が実現されるとともに、その冷却スタンバイ状態が保持される。同冷却スタンバイ状態のもとでは、反応器６に収容された蓄熱材７が熱を受けたときに同蓄熱材７からの脱水が行われにくくなるため、その蓄熱材７が集合排気管２の各枝部２ａ等からの熱を受けて脱水及び吸熱してしまうことを抑制できる。そして、冷却スタンバイ状態のもとで熱制御装置を用いた触媒４の冷却、すなわち蓄熱材７の吸熱を利用した触媒４の冷却を行いたいときには、反応器６の内部の密閉が解除される。
【解決手段】熱制御装置を用いた加温が行われた後には、同装置の反応器６に収容された蓄熱材７が加水状態とされる。この状態のもとで、反応器６の内部を密閉し、且つ反応器６の内部の圧力を目標圧力Ｐｔに向けて高めることにより、冷却スタンバイ状態が実現されるとともに、その冷却スタンバイ状態が保持される。同冷却スタンバイ状態のもとでは、反応器６に収容された蓄熱材７が熱を受けたときに同蓄熱材７からの脱水が行われにくくなるため、その蓄熱材７が集合排気管２の各枝部２ａ等からの熱を受けて脱水及び吸熱してしまうことを抑制できる。そして、冷却スタンバイ状態のもとで熱制御装置を用いた触媒４の冷却、すなわち蓄熱材７の吸熱を利用した触媒４の冷却を行いたいときには、反応器６の内部の密閉が解除される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の熱制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両においては、温度調節が必要となる調温部を加温したり冷却したりすることが行われている。こうした調温部の加温や冷却を行うべく、例えば特許文献１に示される熱制御装置を採用することが考えられる。
【０００３】
この熱制御装置は、低温時の加水により水分と反応して発熱する一方で高温時には脱水して吸熱を行う蓄熱材を備えている。同装置は、放熱モード時に蓄熱材と水分とを反応させ、同反応によって発生した熱を内燃機関の排気系に設けられた触媒に付与することで、その触媒を加温する。なお、同触媒を加温するための上記放熱モードは、車両の始動時など触媒の温度が低いときに実施される。一方、上記熱制御装置では、車両の運転中などに蓄熱モードとなり、その蓄熱モード時に内燃機関の排気系における触媒の上流の熱が加水状態にある蓄熱材に付与される。詳しくは、触媒の上流を流れる排気の一部が蓄熱材へと導かれることで、その排気を通じて触媒上流の熱が蓄熱材に付与される。加水状態にある蓄熱材に対し上述したように熱が付与されると、同蓄熱材からの脱水と同蓄熱材への吸熱とが行われる。こうした蓄熱材への吸熱が行われると、同蓄熱材に導かれた排気の温度が上記吸熱を通じて低下する。この温度低下した排気を触媒の上流に戻すことで、その触媒の上流部分、更には同触媒が冷却されるようになる。
【０００４】
従って、この例では、内燃機関の排気系における触媒及びその上流部分が、車両において温度調節の必要な上記調温部となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５７２３９公報（段落［００５３］〜［００５８］、図３（Ａ）及び（Ｂ））
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の熱制御装置では、内燃機関の排気系における触媒及びその上流部分を冷却したいタイミングにて蓄熱モードを実行することで、上記触媒及びその上流部分を冷却することが可能にはなる。詳しくは、上記タイミングでの蓄熱モードの実行を通じて、内燃機関の排気系における触媒上流の排気を加水状態にある蓄熱材に導き、その後に同蓄熱材の吸熱を通じて温度低下した上記排気を触媒の上流に戻すことにより、同触媒及びその上流部分を冷却することが可能にはなる。
【０００７】
ただし、放熱モードにより加水状態とされた蓄熱材は、蓄熱モードの実行前に外部からの熱を受けて自然に脱水・吸熱してしまう可能性がある。この場合、上記タイミングでの放熱モードの実行を通じて、内燃機関の排気系における触媒上流の排気を蓄熱材に導いたとしても、その蓄熱材にて既にある程度の脱水及び吸熱が行われてしまっており、上記排気を蓄熱材の吸熱によって十分に温度低下させることができなくなる。このため、蓄熱材に導いた後の排気を触媒の上流に戻しても、同排気によって触媒及びその上流部分（調温部）を冷却することができなくなる。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、車両における調温部の冷却を行いたいとき、そのタイミングにて蓄熱材の吸熱を利用した調温部の冷却を適切に行うことのできる車両の熱制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、反応器に収容された蓄熱材が加水状態とされているとき、開閉手段により反応器の内部を密閉し、且つ、加圧手段により反応器の内部の圧力を外部の圧力よりも高めることで、反応器の内部に収容された蓄熱材が熱を受けたときの同蓄熱材からの脱水が行われにくくなる。このように反応器の内部を密閉して外部よりも高圧とすることで、反応器の内部に収容された加水状態の蓄熱材が、調温部を含めた外部からの熱を受けて脱水・吸熱してしまうことを抑制できる。なお、上記調温部としては、車両に搭載された内燃機関の排気系における触媒や同触媒上流の集合排気管があげられる。そして、車両における調温部を冷却したいときには、開閉手段により反応器の内部の密閉が解除される。この状態のもとでは、調温部の熱が加水状態にある蓄熱材に付与されることにより、蓄熱材からの脱水と同蓄熱材への吸熱とが行われる。そして、その蓄熱材への吸熱を利用した調温部の冷却が行われる。以上により、車両における調温部の冷却を行いたいとき、そのタイミングにて蓄熱材の吸熱を利用した調温部の冷却を適切に行うことができるようになる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、蓄熱材への加水により発生した熱が調温部に付与されるよう同熱の伝達経路を切換手段によって切り換えることで、その熱によって調温部を加温することができる。そして、蓄熱材が加水状態となった後、同蓄熱材を収容した反応器の内部を開閉手段により密閉し、更に反応器の内部を加圧手段により外部よりも高圧とすることで、蓄熱材への吸熱に基づく調温部の冷却が可能な状態（以下、冷却スタンバイ状態という）が保持される。その後、上記調温部を冷却したいとき、開閉手段により反応器の内部の密閉が解除される。この状態のもとで、調温部の熱が加水状態にある蓄熱材に付与されることにより、蓄熱材からの脱水と同蓄熱材への吸熱とが行われ、その蓄熱材への吸熱に基づいて調温部が冷却される。
【００１１】
このように蓄熱材からの脱水、及び、蓄熱材への急熱が行われた後、再び冷却スタンバイ状態とするためには、蓄熱材を加水状態とすべく同蓄熱材に対し加水を行わなければならない。ただし、このように蓄熱材に対し加水を行うと、それに伴う蓄熱材からの発熱によって調温部が無駄に加温されるおそれがある。しかし、請求項２記載の発明では、こうした蓄熱材への加水時、同蓄熱材にて発生した熱が外部放熱器に付与されるよう同熱の伝達経路を切換手段により切り換えることで、上記熱が無駄に調温部に付与されないようにすることができる。なお、外部放熱器に付与された上記熱は、その外部放熱器から外部に放出される。以上により、冷却スタンバイ状態から調温部の冷却を行った後、同調温部を不必要に加温することなく、再び冷却スタンバイ状態を実現することができるようになる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、蓄熱材への加水による同蓄熱材の発熱を利用して触媒を加温することができるため、その加温を通じて車両の始動開始後等における触媒の暖機を速やかに完了させることができる。これにより、車両の始動開始後等における内燃機関の排気エミッションの悪化を抑制することができる。また、内燃機関における排気の熱を効果的に触媒に伝達して同触媒の暖機を早期に完了させるためには、触媒を内燃機関の排気系において可能な限り上流側に設けることが好ましい。ただし、このように触媒を設けると、同触媒の暖機完了後に内燃機関の排気の温度が高くなったとき、触媒の温度が過上昇して同触媒の熱劣化を招くおそれがある。しかし、請求項３記載の発明では、このようなときに触媒に対し蓄熱材への吸熱に基づく冷却を行い、それによって触媒の温度が過上昇することを抑制できる。従って、内燃機関の排気系における可能な限り上流側に触媒を設けることによる同触媒の速やかな暖機完了を図りつつ、排気の温度が高くなったときの触媒の熱劣化を抑制することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、蓄熱材の発熱を利用して内燃機関の排気系における触媒の上流に位置する集合排気管の各枝部が加温されると、それら各枝部を通過する排気の温度が上昇し、その温度上昇した排気が触媒に流れて同触媒が加温されることとなる。また、蓄熱材への吸熱に基づき上記各枝部が冷却されると、それら各枝部を通過する排気の温度が低下し、その温度低下した排気が触媒に流れて同触媒が冷却されることとなる。集合排気管の各枝部は、湾曲した外形を有しており、熱を吸収及び放出する表面積を大きくとることが可能な形状である関係から、内燃機関の排気系において熱の吸収及び放出を効果的に行うことの可能な部分である。こうした集合排気管の各枝部の加温及び冷却を通じて、内燃機関の排気系における集合排気管の下流に位置する触媒の加温及び冷却を行うことで、同触媒の加温及び冷却を効率よく行うことができるようになる。
【００１４】
請求項５記載の発明によれば、蓄熱材への加水による同蓄熱材の発熱を利用して内燃機関の冷却水を加温することができる。こうした冷却水の加温を内燃機関の始動開始後等に行うことで、機関始動開始後等における筒内での燃料の揮発性低下を抑制し、その燃料の揮発性低下に伴う排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態における熱制御装置の全体構成を示す略図。
【図２】内燃機関の排気系における排気ポートから触媒までの距離の変化に対する触媒入り口の排気温の推移を示すグラフ。
【図３】内燃機関の排気系における排気ポートから触媒までの距離の変化に対する触媒暖機に必要な熱エネルギの変化を示すグラフ。
【図４】内燃機関の排気系における加温箇所の違いによる触媒入り口の排気温の推移の違いを示すタイムチャート。
【図５】熱制御装置を用いた加温の実行手順を示すフローチャート。
【図６】熱制御装置での冷却スタンバイ処理の実行手順を示すフローチャート。
【図７】熱制御装置を用いた冷却の実行手順を示すフローチャート。
【図８】第２実施形態における熱制御装置の全体構成を示す略図。
【図９】同熱制御装置における蓄熱材からの放熱の手順を示すタイムチャート。
【図１０】第３実施形態における熱制御装置の全体構成を示す略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
以下、本発明を自動車の熱制御装置に具体化した第１実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
【００１７】
図１に示されるように、自動車に搭載される内燃機関１の排気系には、同機関に接続される集合排気管２が設けられている。この集合排気管２は、内燃機関１の各気筒にそれぞれ繋がる複数の枝部２ａを備え、それら各枝部２ａを湾曲形成して一つに集合させるようにしている。また、内燃機関１の排気系における集合排気管２の下流には、排気管３、触媒４、及び排気管５が排気系の上流から下流に向かって順に設けられている。そして、内燃機関１からの排気は、集合排気管２及び排気管３を通って触媒４に流れ、その触媒４にて浄化された後に排気管５を介して外部に放出される。
【００１８】
自動車の熱制御装置は、同自動車における温度調節の必要な部分である調温部を加温したり冷却したりする。この実施形態では、内燃機関１の排気系における触媒４及びその上流部分（集合排気管２の各枝部２ａ）が上記調温部となっている。同装置は、集合排気管２の各枝部２ａの周囲に設けられた反応器６を備えている。反応器６の内部には、水酸化カルシウム等の蓄熱材７が収容されている。この蓄熱材７は、低温での加水時に水分と反応して発熱する一方、高温時には脱水して吸熱を行う。反応器６には、水タンク８内の水を同反応器６の内部に送るための供給管９、及び、反応器６の内部に存在する水や水蒸気を水タンク８に戻すための排出管１０が接続されている。なお、水タンク８には、その内部の余分な空気を外部に逃がすための解放弁１４が設けられている。
【００１９】
そして、水タンク８の水が供給管９を介して反応器６に送られると、同反応器６の内部に収容された蓄熱材７が水分と反応して発熱する。この発熱を利用して、内燃機関１の排気系における集合排気管２の各枝部２ａが加温される。このように集合排気管２の各枝部２ａが加温されると、各枝部２ａを通過する排気の温度が上昇し、その温度上昇した排気が触媒４に流れて同触媒４が加温される。一方、蓄熱材７の加水状態にあって、各枝部２ａを通過する排気の温度が高くなって同排気の熱が反応器６内の蓄熱材７に付与されると、同蓄熱材７からの脱水及び同蓄熱材７への吸熱が行われる。こうした蓄熱材７への吸熱に基づいて集合排気管２の各枝部２ａが冷却される。このように集合排気管２の各枝部２ａが冷却されると、各枝部２ａを通過する排気の温度が低下し、その温度低下した排気が触媒４に流れて同触媒４が冷却される。
【００２０】
自動車の熱制御装置における上記供給管９には開閉弁１１が設けられている。この開閉弁１１を開くと水タンク８から反応器６への供給管９を介しての水の流れが許容され、開閉弁１１を閉じると水タンク８から反応器６への供給管９を介しての水の流れが遮断される。また、同装置における上記排出管１０には開閉弁１２が設けられている。この開閉弁１２を開くと反応器６から水タンク８への排出管１０を介しての水や水蒸気の流れが許容され、開閉弁１２を閉じると反応器６から水タンク８への排出管１０を介しての水や水蒸気の流れが遮断される。従って、上記開閉弁１１と上記開閉弁１２との両方を閉じることで反応器６の内部が密閉される一方、その密閉時に開閉弁１１及び開閉弁１２のうちの少なくとも一方を開くことで上記密閉が解除される。また、反応器６には、その内部に空気を送り込むためのポンプ１３が接続されている。そして、反応器６の内部を密閉した状態で、その内部に上記ポンプ１３により空気を送り込むことにより、反応器６の内部の圧力を外部の圧力よりも高めることが可能になる。
【００２１】
次に、内燃機関１の排気系における触媒４の位置、及び、熱制御装置による直接的な加温及び冷却を行う位置について、図２〜図４を参照して詳しく説明する。
図２に示されるように、触媒４の入り口における排気の温度は、同触媒４を内燃機関１の排気系における上流側に設けるほど高くなる。このため、車両の始動開始後などに触媒４の暖機を早期に完了させるためには、同触媒を内燃機関１の排気系において可能な限り上流側に設けることが好ましい。こうした実情を考慮して、本実施形態では、触媒４が内燃機関１の排気系において可能な限り上流側に設けられている。
【００２２】
熱制御装置による触媒４の加温については、それを触媒４に対して直接的に行ったり、あるいは触媒４の上流に位置する排気管を加温することにより間接的に行ったりすることが考えられる。
【００２３】
図３は、触媒４を直接的に加温した場合に同触媒４の暖機に必要な熱エネルギＱ１（破線）と、触媒４の上流に位置する排気管を加温した場合に同触媒４の暖機に必要な熱エネルギＱ２（実線）との違いを示している。同図から分かるように、触媒４が内燃機関１の排気系において上流に位置している場合には上記熱エネルギＱ２が上記熱エネルギＱ１よりも小さく抑えられる一方、触媒４が内燃機関１の排気系において下流に位置している場合には上記熱エネルギＱ２が上記熱エネルギＱ１よりも大きくなる。これは、触媒４が排気系の上流に位置している場合には触媒４そのものを加温するよりも触媒４の入り口の排気の温度を高めた方が触媒４の温度を高めやすく、触媒４が排気系の下流に位置している場合には触媒４の入り口の排気の温度を高めるよりも触媒４そのものを加温した方が触媒４の温度を高めやすいためである。
【００２４】
上述したように、この実施形態では、触媒４が内燃機関１の排気系において可能な限り上流側に設けられているため、熱制御装置による加温が内燃機関１の排気系における触媒４よりも上流の排気管（集合排気管２の各枝部２ａ）に対して行われる。詳しくは、熱制御装置の反応器６（蓄熱材７）が内燃機関１の排気系における触媒４よりも上流の排気管（集合排気管２の各枝部２ａ）に対応した位置に設けられており、それによって蓄熱材７からの熱が上記排気管に付与されるようにしている。これにより、触媒４の加温を効果的に行えるようになる。なお、このように蓄熱材７の熱を上記排気管に付与することで触媒４の加温を効果的に行えるということは、蓄熱材７への吸熱に基づき上記排気管を冷却することで触媒４の冷却を効果的に行えるということも意味する。
【００２５】
熱制御装置による内燃機関１の排気系における触媒４よりも上流に位置する排気管の加温を行う際、その加温の位置が触媒４の入り口の排気温に影響を及ぼす。
図４は、触媒４の入り口における排気の温度の時間経過に伴う推移を示している。同図において、実線は集合排気管２の各枝部２ａのみを熱制御装置により加温した場合の上記排気の温度の推移を表し、破線は集合排気管２全体を熱制御装置により加温した場合の上記排気の温度の推移を表し、二点鎖線は熱制御装置による加温を行わなかった場合の上記排気の温度の推移を表している。同図から分かるように、集合排気管２の各枝部２ａのみを熱制御装置により加温したとき（実線）、触媒４の入り口における排気の温度を効果的に高めることができ、それによって触媒４の加温を効果的に行うことができるようになる。これは、集合排気管２の各枝部２ａは、湾曲した外形を有しており、熱を吸収可能な表面積を大きくとることが可能な形状である関係から、内燃機関１の排気系において熱の吸収を効果的に行えるためである。
【００２６】
上述したように、この実施形態では、熱制御装置の反応器６（蓄熱材７）が集合排気管２の各枝部２ａに対応した位置に設けられているため、蓄熱材７からの熱が上記排気管に付与される。これにより、触媒４の入り口における排気の温度を効果的に高めることができ、ひいては触媒４の加温を効果的に行えるようになる。なお、このように蓄熱材７の熱を集合排気管２の各枝部２ａに付与することで触媒４の加温を効果的に行えるということは、蓄熱材７への吸熱に基づき上記集合排気管２の各枝部２ａを冷却することで触媒４の冷却を効果的に行えるということも意味する。
【００２７】
次に、上記熱制御装置の電気的構成について、図１を参照して説明する。
この熱制御装置は、内燃機関１に関する各種運転制御等を実施する電子制御装置２１を備えている。同電子制御装置２１には、上記制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等が設けられている。
【００２８】
電子制御装置２１の入力ポートには、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ２２、同機関１の回転速度を検出するためのクランクポジションセンサ２３、及び、同機関１の排気系における触媒４の上流の排気温度を検出する排気温センサ２４といった各種センサが接続されている。また、電子制御装置２１の出力ポートには、内燃機関１を運転制御するための各種機器の駆動回路が接続される他、開閉弁１１の駆動回路、開閉弁１２の駆動回路、及び、ポンプ１３の駆動回路等が接続されている。
【００２９】
そして、電子制御装置２１は、上記各種センサから入力した検出信号に基づき、機関回転速度や機関負荷（内燃機関１の１サイクル当たりに燃焼室に吸入される空気の量）といった機関運転状態を把握する。電子制御装置２１は、機関負荷や機関回転速度といった機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各種駆動回路に指令信号を出力する。こうして内燃機関１における燃料噴射量制御等の各種運転制御や、開閉弁１１，１２及びポンプ１３の駆動制御が電子制御装置２１を通じて実施される。
【００３０】
次に、熱制御装置による触媒４の加温について、加温ルーチンを示す図５のフローチャートを参照して説明する。この加温ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００３１】
同ルーチンにおいては、まず、熱制御装置による加温が可能な状態であるか否かが判断される（Ｓ１０１）。具体的には、自動車の始動開始後に熱制御装置による加温が一度も行われていないとき、その加温が可能な状態である旨判断される。そして、Ｓ１０１の処理で肯定判定がなされると、熱制御装置を用いた加温の要求があるか否かが判断される（Ｓ１０２）。具体的には、自動車の始動開始後など、触媒４の温度が同触媒４による排気浄化機能を必要レベルとすることの可能な値として予め定められた暖機判定値未満であるとき、上記熱制御装置を用いた加温の要求がなされる。なお、触媒４の温度については、排気温センサ２４によって検出される触媒４の入り口の排気の温度、機関運転状態から求められる内燃機関１の燃料噴射量の指令値、及び、エアフローメータ２２によって検出される内燃機関１の吸入空気量等から推定することが可能である。
【００３２】
Ｓ１０２の処理で加温の要求がある旨判断されると、熱制御装置を用いた加温が実施される（Ｓ１０３）。詳しくは、通常は共に閉じられた状態にある開閉弁１１，１２のうち、開閉弁１１が開かれて水タンク８の水が供給管９を介して反応器６の内部に送り込まれる。これにより、反応器６の内部に収容された蓄熱材７が水分と反応して発熱し、その発熱を利用して集合排気管２の各枝部２ａが加温される。このように集合排気管２の各枝部２ａが加温されると、各枝部２ａを通過する排気の温度が上昇し、その温度上昇した排気が触媒４に流れて同触媒４が加温される。同触媒４の加温により自動車の始動開始後等に触媒４の暖機を速やかに完了させることができ、触媒４の暖機完了前における内燃機関１の排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００３３】
上述したように熱制御装置を用いた加温を行うことで、反応器６に収容された蓄熱材７が加水状態になる。ところで、蓄熱材７の加水状態にあっては、各枝部２ａを通過する排気の熱が反応器６内の蓄熱材７に付与されると、同蓄熱材７からの脱水及び同蓄熱材７への吸熱が行われ、こうした蓄熱材７への吸熱に基づいて集合排気管２の各枝部２ａが冷却される。このように集合排気管２の各枝部２ａが冷却されると、各枝部２ａを通過する排気の温度が低下し、その温度低下した排気が触媒４に流れて同触媒４が冷却される。この実施形態では、上記触媒４の冷却を的確に所望のタイミングで行えるようにしている。詳しくは、熱制御装置を用いた上記加温後に蓄熱材７を加水状態に保持することで、同蓄熱材７への吸熱に基づく冷却が可能な状態（以下、冷却スタンバイ状態という）を保持し、その冷却スタンバイ状態のもとで触媒４の冷却要求があったときに熱制御装置を用いた触媒４の冷却を行うようにしている。
【００３４】
ここで、上記冷却スタンバイ状態を実現するための冷却スタンバイ処理ルーチンについて、図６のフローチャートを参照して説明する。この冷却スタンバイ処理ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００３５】
同ルーチンにおいては、まず、熱制御装置を用いた加温の終了後であるか否か（Ｓ２０１）、言い換えれば蓄熱材７への加水の終了後であるか否かが判断される。ここで肯定判定であれば、冷却スタンバイ状態となっているか否かを判断するためのフラグＦが「０（冷却スタンバイ状態でない）」であることを条件に（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、蓄熱材７を収容した反応器６の内部の密閉が行われる（Ｓ２０３）。具体的には、開閉弁１１と開閉弁１２とが共に閉じられることによって反応器６の内部が密閉される。
【００３６】
その後、ポンプ１３の駆動制御を通じて、反応器６の内部の圧力が外部の圧力よりも高くなるよう、反応器６の内部の圧力が目標圧力Ｐｔに向けて高められる（Ｓ２０４）。なお、このときの反応器６の内部の圧力を高い値とするほど、すなわち上記目標圧力Ｐｔを高い値とするほど、反応器６内の加水状態にある蓄熱材７に対し熱が付与されたとき、同蓄熱材７の脱水反応及びそれに伴う吸熱が生じにくくなる。この実施形態では、加水状態にある蓄熱材７が集合排気管２の各枝部２ａを流れる排気の熱を受けても脱水反応及びそれに伴う吸熱を生じさせないよう上記目標圧力Ｐｔが定められ、その目標圧力Ｐｔに合わせて反応器６の内部の圧力が高められる。
【００３７】
上述したように、反応器６の内部が密閉された状態で同反応器６の内部の圧力が高められることにより、冷却スタンバイ状態が実現されるとともに、その冷却スタンバイ状態が保持される。このときには、冷却スタンバイ状態となっているか否かを判断するためのフラグＦが「１（冷却スタンバイ状態）」に設定される（Ｓ２０５）。このようにフラグＦが「１」になると、Ｓ２０２の処理で否定判定がなされるため、上記Ｓ２０３〜Ｓ２０５の処理がスキップされるようになる。
【００３８】
次に、上記冷却スタンバイ状態から行われる熱制御装置を用いた触媒４の冷却について、冷却ルーチンを示す図７のフローチャートを参照して説明する。この冷却ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００３９】
同ルーチンにおいては、まず、フラグＦが「１（冷却スタンバイ状態）」であることを条件に（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、熱制御装置を用いた冷却の要求があるか否かが判断される（Ｓ３０２）。具体的には、内燃機関１の高負荷運転時など、触媒４の温度が同触媒４の熱劣化を招くおそれのある値として予め定められた許容上限値以上になるとき、上記熱制御装置を用いた冷却の要求がなされる。
【００４０】
Ｓ３０２の処理で冷却の要求がある旨判断されると、熱制御装置を用いた冷却が実施される（Ｓ３０３）。詳しくは、冷却スタンバイ状態のもとで共に閉じられた状態にある開閉弁１１，１２のうち開閉弁１２が開かれる。これにより、反応器６の内部の密閉が解除されるとともに、反応器６から水タンク８への排出管１０を介しての水や水蒸気の流れが許容される。反応器６の内部の密閉が解除されると、その反応器６の内部の圧力が下がる。この状態のもとでは、集合排気管２の各枝部２ａを流れる排気の熱が加水状態にある蓄熱材７に付与されることで、蓄熱材７からの脱水と同蓄熱材７への吸熱とが行われ、その蓄熱材７への吸熱を利用して各枝部２ａが冷却される。このように集合排気管２の各枝部２ａが冷却されると、各枝部２ａを通過する排気の温度が低下し、その温度低下した排気が触媒４に流れて同触媒４が冷却される。同触媒４の冷却により、内燃機関１の高負荷運転時など、触媒４の温度が過上昇するおそれのあるとき、そうした触媒４の温度の過上昇を抑制することができる。
【００４１】
上述した冷却スタンバイ状態からの熱制御装置を用いた触媒４の冷却、すなわち蓄熱材７の吸熱を利用した触媒４の冷却では、同触媒４の冷却を行いたいときに反応器６の密閉を解除することで、上記触媒４の冷却を行いたいタイミングにて的確に同冷却を行うことができるようになる。なお、このように冷却を行った後には、蓄熱材７が脱水状態となって冷却スタンバイ状態が解消されるため、冷却スタンバイ状態となっているか否かを判断するための上記フラグＦが「０（冷却スタンバイ状態でない）」に設定される（Ｓ３０４）。
【００４２】
ちなみに、Ｓ３０２での冷却要求は、触媒４の温度が上記許容上限値以上である状況のときだけでなく、そうした状況のもとになくとも自動車の運転停止時にはなされる。このように自動車の運転停止時に冷却要求がなされるのは、自動車における次回の始動開始に備えるためである。すなわち、自動車における次回の始動開始後、熱制御装置を用いた触媒４の加温が可能となるよう蓄熱材７を脱水状態としておくため、上記冷却要求がなされる。この場合、上記冷却要求に基づき反応器６の内部の密閉が解除されると、上記と同様に蓄熱材７からの脱水が行われる。これにより、蓄熱材７が自動車における次回の始動開始に備えて脱水状態とされる。
【００４３】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）熱制御装置を用いた加温、すなわち蓄熱材７の加水による発熱を利用した加温が触媒４に対して行われるため、その加温を通じて自動車の始動開始後等における触媒４の暖機を速やかに完了させることができる。これにより、自動車の始動開始後等における内燃機関１の排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００４４】
（２）熱制御装置を用いた加温が行われた後には、同装置の反応器６に収容された蓄熱材７が加水状態とされる。こうした状態のもとで、反応器６の内部を密閉し、且つ反応器６の内部の圧力を目標圧力Ｐｔに向けて高めることにより、冷却スタンバイ状態が実現されるとともに、その冷却スタンバイ状態が保持される。同冷却スタンバイ状態のもとでは、反応器６に収容された蓄熱材７が熱を受けたときに同蓄熱材７からの脱水が行われにくくなるため、その蓄熱材７が集合排気管２の各枝部２ａ等からの熱を受けて脱水・吸熱してしまうことを抑制できる。そして、冷却スタンバイ状態のもとで熱制御装置を用いた触媒４の冷却、すなわち蓄熱材７の吸熱を利用した触媒４の冷却を行いたいときには、反応器６の内部の密閉が解除される。これにより、反応器６の内部の圧力が低下すると、加水状態にある蓄熱材７が集合排気管２の各枝部２ａからの熱を受けて脱水及び吸熱することから、その吸熱を利用した触媒４の冷却が行われるようになる。従って、冷却スタンバイ状態からの熱制御装置を用いた触媒４の冷却では、同触媒４の冷却を行いたいときに反応器６の密閉を解除することで、その冷却を行いたいタイミングにて的確に同冷却を行うことができる。
【００４５】
（３）自動車の始動開始後などに触媒４の暖機を早期に完了させることを意図して、触媒４が内燃機関１の排気系において可能な限り上流側に設けられると、同触媒４の暖機完了後に内燃機関１の高負荷運転時など同機関１の排気の温度が高くなったとき、触媒４の温度が過上昇して同触媒４の熱劣化を招くおそれがある。しかし、このようなとき、上記（２）に示すように熱制御装置を用いた触媒４の冷却を行うことができる。従って、内燃機関１の排気系における可能な限り上流側に触媒４を設けることによる同触媒４の速やかな暖機完了を図りつつ、排気の温度が高くなったときの触媒４の熱劣化を抑制することができる。
【００４６】
（４）熱制御装置を用いた加温や冷却は、直接的には、内燃機関１の排気系における集合排気管２の各枝部２ａに対して行われる。そして、これら各枝部２ａに対する加温や冷却を通じて、集合排気管２の下流に位置する触媒４に対して間接的に加温や冷却が行われる。上記集合排気管２の各枝部２ａは、湾曲した外形を有しており、熱を吸収及び放出する表面積を大きくとることが可能な形状である関係から、内燃機関１の排気系において熱の吸収及び放出を効果的に行うことの可能な部分である。こうした集合排気管２の各枝部２ａの加温及び冷却を通じて、その集合排気管２の下流に位置する触媒４の加温及び冷却を行うことで、同触媒４の加温及び冷却を効率よく行うことができる。
【００４７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図８及び図９に基づき説明する。
この実施形態は、熱制御装置を用いた触媒４の冷却が行われて冷却スタンバイ状態が解消された後、触媒４を不必要に加温することなく再び冷却スタンバイ状態を実現できるようにしたものである。これを実現するため、本実施形態の熱制御装置は、蓄熱材７への加水により発生した熱が集合排気管２の各枝部２ａと外部放熱器とのうちのいずれかに付与されるよう、その熱の伝達経路を切り換え可能な構造を有している。
【００４８】
上記熱制御装置は、図８に示されるように、集合排気管２における各枝部２ａの周囲に設けられた熱交換器３２と、その熱交換器３２とは別の場所に設けられた反応器６とを備えている。更に、熱制御装置には、水などの熱媒体を循環させて上記熱交換器３２及び上記反応器６を通過させることで、反応器６の蓄熱材７と熱交換器３２との間での上記熱媒体を用いた熱のやり取りを行う循環回路３３が設けられている。
【００４９】
循環回路３３における反応器６の下流には、同回路３３にて熱媒体を常に循環させるべく駆動されるポンプ３４が設けられている。循環回路３３におけるポンプ３４の下流側は、切換弁３５にて上記熱交換器３２を通過する経路３３ａと外部放熱器３６を通過する経路３３ｂとの二つに分岐している。また、経路３３ａと経路３３ｂとは熱交換器３２及び外部放熱器３６の下流で一つに合流した後、反応器６の内部を通過して上記ポンプ３４に繋がっている。循環回路３３における上記切換弁３５は、循環回路３３内で循環する熱媒体の循環経路を、同弁３５の切り換え動作を通じて経路３３ａと経路３３ｂとのうちのいずれか一方に切り換える。なお、循環回路３３内で循環する熱媒体の循環経路としては、通常は経路３３ａが選択されている。
【００５０】
反応器６において蓄熱材７からの発熱が行われると、循環回路３３における反応器６の内部を通過する熱媒体と上記蓄熱材７との間での熱交換を通じて、その熱媒体が加温されて同熱媒体の温度が上昇する。こうして温度上昇した熱媒体が経路３３ａの熱交換器３２を通過するとき、同熱媒体と集合排気管２の各枝部２ａとの間での熱交換が行われることにより、それら各枝部２ａが加温される。また、反応器６において蓄熱材７への吸熱が行われると、循環回路３３における反応器６の内部を通過する熱媒体と上記蓄熱材７との間での熱交換を通じて、その熱媒体が冷却されて同熱媒体の温度が低下する。こうして温度低下した熱媒体が経路３３ａの熱交換器３２を通過するとき、同熱媒体と集合排気管２の各枝部２ａとの間での熱交換が行われることにより、それら各枝部２ａが冷却される。
【００５１】
この熱制御装置では、蓄熱材７からの放熱に基づく集合排気管２の各枝部２ａの加温、及び、蓄熱材７への吸熱に基づく集合排気管２お各枝部２ａの冷却が、循環回路３３を循環する熱媒体を通じて行われるようになる。また、蓄熱材７からの発熱時に、循環回路３３内で循環する熱媒体の循環経路として経路３３ｂが選択されるよう切換弁３５を切り換え動作させれば、蓄熱材７との熱交換によって温度上昇した熱媒体が外部放熱器３６を通過するようになるため、その外部放熱器３６にて熱媒体の熱を外部に放出することが可能になる。このとき、循環回路３３内の循環する熱媒体が経路３３ａ（熱交換器３２）を通過することはないため、同熱媒体の熱が集合排気管２の各枝部２ａに付与されることもない。
【００５２】
以上から分かるように、この熱制御装置では、切換弁３５の切り換え動作を通じて、蓄熱材７にて発生した熱を集合排気管２の各枝部２ａと外部放熱器３６とのいずれかに付与されるよう、その熱の伝達経路を切り換えることが可能となっている。
【００５３】
次に、熱制御装置を用いた触媒４の冷却が行われて冷却スタンバイ状態が解消された後、再び冷却スタンバイ状態を実現するための具体的な手順について、放熱ルーチンを示す図９のフローチャートを参照して説明する。この放熱ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００５４】
同ルーチンにおいては、まず、熱制御装置を用いた冷却の終了後であるか否かが判断される（Ｓ４０１）。ここで肯定判定であれば、冷却スタンバイ状態が解消されて反応器６内の蓄熱材７が脱水状態である旨判断され、再び冷却スタンバイ状態が実現されるよう蓄熱材７への加水が行われる（Ｓ４０２）。詳しくは、通常は共に閉じられた状態にある開閉弁１１，１２のうち、開閉弁１１が開かれて水タンク８の水が供給管９を介して反応器６の内部に送り込まれる。これにより、反応器６の内部に収容された蓄熱材７が加水状態とされる一方、蓄熱材７が水分と反応して発熱するようになる。
【００５５】
こうした状況のもとでは、蓄熱材７から発生する熱が循環回路３３の外部放熱器３６に付与される（Ｓ４０３）。具体的には、循環回路３３を循環する熱媒体の循環経路が経路３３ｂとなるよう、循環回路３３での切換弁３５の切り換え動作が行われる。この場合、蓄熱材７から発生した熱が循環回路３３の熱媒体を介して外部放熱器３６に付与されるようになる。こうして外部放熱器３６に付与された熱は、同外部放熱器３６から外部に放出される。
【００５６】
そして、蓄熱材７への加水が行われた後、その加水に基づき蓄熱材７から発生した熱がほぼ外部放熱器３６から放出されたとき、例えば同放出に要する時間が経過したとき、外部放熱器３６を用いた熱の放出が終了される（Ｓ４０４）。具体的には、循環回路３３を循環する熱媒体の循環経路が経路３３ａとなるよう、循環回路３３での切換弁３５の切り換え動作が行われる。これにより、循環回路３３を循環する熱媒体が外部放熱器３６に流れることはなくなる。その後、冷却スタンバイ状態となっているか否かを判断するためのフラグＦが「１（冷却スタンバイ状態）」に設定される（Ｓ４０５）。以上により、熱制御装置を用いた触媒４の冷却が行われて冷却スタンバイ状態が解消された後において、再び冷却スタンバイ状態が実現される。
【００５７】
本実施形態によれば、第１実施形態に記載した（１）〜（４）の効果に加え、以下に示す効果が得られる。
（５）熱制御装置を用いた冷却が行われて冷却スタンバイ状態が解消された後、再び冷却スタンバイ状態とするためには、蓄熱材７を加水状態とすべく同蓄熱材７に対し加水を行わなければならない。こうした蓄熱材７への加水時、同蓄熱材７にて発生した熱が外部放熱器３６に付与されるよう同熱の伝達経路を切換弁３５の切り換え動作を通じて切り換えることで、上記熱が無駄に集合排気管２の各枝部２ａ及び触媒４に付与されないようにすることができる。従って、冷却スタンバイ状態から集合排気管２の各枝部２ａ及び触媒４の冷却を行った後、それらを不必要に加温することなく、再び冷却スタンバイ状態を実現することができる。
【００５８】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を図１０に基づき説明する。
この実施形態は、熱制御装置における蓄熱材７への加水により発生した熱を、内燃機関１の冷却水の加温に用いるようにしたものである。この実施形態の熱制御装置は、図１０に示されるように、第１実施形態の熱制御装置に対し、排出管１０における開閉弁１２と反応器６との間の部分に熱交換器４１が設けられている。同熱交換器４１は、反応器６の蓄熱材７からの発生した熱を、内燃機関１における冷却水回路４２の冷却水に付与するためのものである。こうした熱交換器４１を設けることにより、熱制御装置を用いた集合排気管２の各枝部２ａ及び触媒４の加温を行うべく、蓄熱材７への加水による同蓄熱材７からの発熱が行われるとき、その発熱を利用して内燃機関１の冷却水を加温することができる。
【００５９】
本実施形態によれば、第１実施形態に記載した（１）〜（４）の効果に加え、以下に示す効果が得られる。
（６）内燃機関１の冷却水の加温を自動車の始動開始後、すなわち機関始動開始後に行うことで、機関始動開始後における内燃機関１の筒内での燃料の揮発性低下を抑制することができ、ひいては同燃料の揮発性低下に伴う内燃機関１の排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００６０】
［その他の実施形態］
なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・第１〜第３実施形態において、反応器６を集合排気管２全体の周囲に亘るように設けたり、集合排気管２における各枝部２ａの集合部分の周囲のみに設けたり、排気管３の周囲のみに設けたりしてもよい。
【００６１】
・触媒４が図３の熱エネルギＱ２が熱エネルギＱ１よりも大きくなるほど内燃機関１の排気系における下流側に設けられている場合には、第１及び第３実施形態において反応器６を触媒４の周囲に設けたり、第２実施形態において熱交換器３２を触媒４の周囲に設けたりして、触媒４のみを調温部とすることが好ましい。
【００６２】
・第１及び第３実施形態において、反応器６は、集合排気管２の各枝部２ａの周囲と触媒４の周囲との両方に亘るものであってもよい。
・第２実施形態において、熱交換器３２は、集合排気管２の各枝部２ａの周囲と触媒４の周囲との両方に亘るものであってもよい。
【００６３】
・第２実施形態において、熱制御装置を用いた集合排気管２の各枝部２ａの加温については必ずしも行う必要はなく、同制御装置を用いた集合排気管２の各枝部２ａの冷却のみを行うようにしてもよい。この場合、循環回路３３における熱媒体の循環経路として通常は経路３３ｂが選択されるよう切換弁３５の切り換え動作が行われる一方、上記冷却を行う場合には上記循環経路として経路３３ａが選択されるよう切換弁３５の切り換え動作が行われる。
【００６４】
・第１〜第３実施形態において、蓄熱材７として、水酸化マグネシウムなどの水酸化カルシウム以外の物質を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…内燃機関、２…集合排気管、２ａ…枝部、３…排気管、４…触媒、５…排気管、６…反応器、７…蓄熱材、８…水タンク、９…供給管、１０…排出管、１１…開閉弁（開閉手段）、１２…開閉弁（開閉手段）、１３…ポンプ（加圧手段）、１４…解放弁、２１…電子制御装置、２２…エアフローメータ、２３…クランクポジションセンサ、２４…排気温センサ、３２…熱交換器、３３…循環回路、３３ａ…経路、３３ｂ…経路、３４…ポンプ、３５…切換弁（切換手段）、３６…外部放熱器、４１…熱交換器、４２…冷却水回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の熱制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両においては、温度調節が必要となる調温部を加温したり冷却したりすることが行われている。こうした調温部の加温や冷却を行うべく、例えば特許文献１に示される熱制御装置を採用することが考えられる。
【０００３】
この熱制御装置は、低温時の加水により水分と反応して発熱する一方で高温時には脱水して吸熱を行う蓄熱材を備えている。同装置は、放熱モード時に蓄熱材と水分とを反応させ、同反応によって発生した熱を内燃機関の排気系に設けられた触媒に付与することで、その触媒を加温する。なお、同触媒を加温するための上記放熱モードは、車両の始動時など触媒の温度が低いときに実施される。一方、上記熱制御装置では、車両の運転中などに蓄熱モードとなり、その蓄熱モード時に内燃機関の排気系における触媒の上流の熱が加水状態にある蓄熱材に付与される。詳しくは、触媒の上流を流れる排気の一部が蓄熱材へと導かれることで、その排気を通じて触媒上流の熱が蓄熱材に付与される。加水状態にある蓄熱材に対し上述したように熱が付与されると、同蓄熱材からの脱水と同蓄熱材への吸熱とが行われる。こうした蓄熱材への吸熱が行われると、同蓄熱材に導かれた排気の温度が上記吸熱を通じて低下する。この温度低下した排気を触媒の上流に戻すことで、その触媒の上流部分、更には同触媒が冷却されるようになる。
【０００４】
従って、この例では、内燃機関の排気系における触媒及びその上流部分が、車両において温度調節の必要な上記調温部となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５７２３９公報（段落［００５３］〜［００５８］、図３（Ａ）及び（Ｂ））
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の熱制御装置では、内燃機関の排気系における触媒及びその上流部分を冷却したいタイミングにて蓄熱モードを実行することで、上記触媒及びその上流部分を冷却することが可能にはなる。詳しくは、上記タイミングでの蓄熱モードの実行を通じて、内燃機関の排気系における触媒上流の排気を加水状態にある蓄熱材に導き、その後に同蓄熱材の吸熱を通じて温度低下した上記排気を触媒の上流に戻すことにより、同触媒及びその上流部分を冷却することが可能にはなる。
【０００７】
ただし、放熱モードにより加水状態とされた蓄熱材は、蓄熱モードの実行前に外部からの熱を受けて自然に脱水・吸熱してしまう可能性がある。この場合、上記タイミングでの放熱モードの実行を通じて、内燃機関の排気系における触媒上流の排気を蓄熱材に導いたとしても、その蓄熱材にて既にある程度の脱水及び吸熱が行われてしまっており、上記排気を蓄熱材の吸熱によって十分に温度低下させることができなくなる。このため、蓄熱材に導いた後の排気を触媒の上流に戻しても、同排気によって触媒及びその上流部分（調温部）を冷却することができなくなる。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、車両における調温部の冷却を行いたいとき、そのタイミングにて蓄熱材の吸熱を利用した調温部の冷却を適切に行うことのできる車両の熱制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、反応器に収容された蓄熱材が加水状態とされているとき、開閉手段により反応器の内部を密閉し、且つ、加圧手段により反応器の内部の圧力を外部の圧力よりも高めることで、反応器の内部に収容された蓄熱材が熱を受けたときの同蓄熱材からの脱水が行われにくくなる。このように反応器の内部を密閉して外部よりも高圧とすることで、反応器の内部に収容された加水状態の蓄熱材が、調温部を含めた外部からの熱を受けて脱水・吸熱してしまうことを抑制できる。なお、上記調温部としては、車両に搭載された内燃機関の排気系における触媒や同触媒上流の集合排気管があげられる。そして、車両における調温部を冷却したいときには、開閉手段により反応器の内部の密閉が解除される。この状態のもとでは、調温部の熱が加水状態にある蓄熱材に付与されることにより、蓄熱材からの脱水と同蓄熱材への吸熱とが行われる。そして、その蓄熱材への吸熱を利用した調温部の冷却が行われる。以上により、車両における調温部の冷却を行いたいとき、そのタイミングにて蓄熱材の吸熱を利用した調温部の冷却を適切に行うことができるようになる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、蓄熱材への加水により発生した熱が調温部に付与されるよう同熱の伝達経路を切換手段によって切り換えることで、その熱によって調温部を加温することができる。そして、蓄熱材が加水状態となった後、同蓄熱材を収容した反応器の内部を開閉手段により密閉し、更に反応器の内部を加圧手段により外部よりも高圧とすることで、蓄熱材への吸熱に基づく調温部の冷却が可能な状態（以下、冷却スタンバイ状態という）が保持される。その後、上記調温部を冷却したいとき、開閉手段により反応器の内部の密閉が解除される。この状態のもとで、調温部の熱が加水状態にある蓄熱材に付与されることにより、蓄熱材からの脱水と同蓄熱材への吸熱とが行われ、その蓄熱材への吸熱に基づいて調温部が冷却される。
【００１１】
このように蓄熱材からの脱水、及び、蓄熱材への急熱が行われた後、再び冷却スタンバイ状態とするためには、蓄熱材を加水状態とすべく同蓄熱材に対し加水を行わなければならない。ただし、このように蓄熱材に対し加水を行うと、それに伴う蓄熱材からの発熱によって調温部が無駄に加温されるおそれがある。しかし、請求項２記載の発明では、こうした蓄熱材への加水時、同蓄熱材にて発生した熱が外部放熱器に付与されるよう同熱の伝達経路を切換手段により切り換えることで、上記熱が無駄に調温部に付与されないようにすることができる。なお、外部放熱器に付与された上記熱は、その外部放熱器から外部に放出される。以上により、冷却スタンバイ状態から調温部の冷却を行った後、同調温部を不必要に加温することなく、再び冷却スタンバイ状態を実現することができるようになる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、蓄熱材への加水による同蓄熱材の発熱を利用して触媒を加温することができるため、その加温を通じて車両の始動開始後等における触媒の暖機を速やかに完了させることができる。これにより、車両の始動開始後等における内燃機関の排気エミッションの悪化を抑制することができる。また、内燃機関における排気の熱を効果的に触媒に伝達して同触媒の暖機を早期に完了させるためには、触媒を内燃機関の排気系において可能な限り上流側に設けることが好ましい。ただし、このように触媒を設けると、同触媒の暖機完了後に内燃機関の排気の温度が高くなったとき、触媒の温度が過上昇して同触媒の熱劣化を招くおそれがある。しかし、請求項３記載の発明では、このようなときに触媒に対し蓄熱材への吸熱に基づく冷却を行い、それによって触媒の温度が過上昇することを抑制できる。従って、内燃機関の排気系における可能な限り上流側に触媒を設けることによる同触媒の速やかな暖機完了を図りつつ、排気の温度が高くなったときの触媒の熱劣化を抑制することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、蓄熱材の発熱を利用して内燃機関の排気系における触媒の上流に位置する集合排気管の各枝部が加温されると、それら各枝部を通過する排気の温度が上昇し、その温度上昇した排気が触媒に流れて同触媒が加温されることとなる。また、蓄熱材への吸熱に基づき上記各枝部が冷却されると、それら各枝部を通過する排気の温度が低下し、その温度低下した排気が触媒に流れて同触媒が冷却されることとなる。集合排気管の各枝部は、湾曲した外形を有しており、熱を吸収及び放出する表面積を大きくとることが可能な形状である関係から、内燃機関の排気系において熱の吸収及び放出を効果的に行うことの可能な部分である。こうした集合排気管の各枝部の加温及び冷却を通じて、内燃機関の排気系における集合排気管の下流に位置する触媒の加温及び冷却を行うことで、同触媒の加温及び冷却を効率よく行うことができるようになる。
【００１４】
請求項５記載の発明によれば、蓄熱材への加水による同蓄熱材の発熱を利用して内燃機関の冷却水を加温することができる。こうした冷却水の加温を内燃機関の始動開始後等に行うことで、機関始動開始後等における筒内での燃料の揮発性低下を抑制し、その燃料の揮発性低下に伴う排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態における熱制御装置の全体構成を示す略図。
【図２】内燃機関の排気系における排気ポートから触媒までの距離の変化に対する触媒入り口の排気温の推移を示すグラフ。
【図３】内燃機関の排気系における排気ポートから触媒までの距離の変化に対する触媒暖機に必要な熱エネルギの変化を示すグラフ。
【図４】内燃機関の排気系における加温箇所の違いによる触媒入り口の排気温の推移の違いを示すタイムチャート。
【図５】熱制御装置を用いた加温の実行手順を示すフローチャート。
【図６】熱制御装置での冷却スタンバイ処理の実行手順を示すフローチャート。
【図７】熱制御装置を用いた冷却の実行手順を示すフローチャート。
【図８】第２実施形態における熱制御装置の全体構成を示す略図。
【図９】同熱制御装置における蓄熱材からの放熱の手順を示すタイムチャート。
【図１０】第３実施形態における熱制御装置の全体構成を示す略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
以下、本発明を自動車の熱制御装置に具体化した第１実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
【００１７】
図１に示されるように、自動車に搭載される内燃機関１の排気系には、同機関に接続される集合排気管２が設けられている。この集合排気管２は、内燃機関１の各気筒にそれぞれ繋がる複数の枝部２ａを備え、それら各枝部２ａを湾曲形成して一つに集合させるようにしている。また、内燃機関１の排気系における集合排気管２の下流には、排気管３、触媒４、及び排気管５が排気系の上流から下流に向かって順に設けられている。そして、内燃機関１からの排気は、集合排気管２及び排気管３を通って触媒４に流れ、その触媒４にて浄化された後に排気管５を介して外部に放出される。
【００１８】
自動車の熱制御装置は、同自動車における温度調節の必要な部分である調温部を加温したり冷却したりする。この実施形態では、内燃機関１の排気系における触媒４及びその上流部分（集合排気管２の各枝部２ａ）が上記調温部となっている。同装置は、集合排気管２の各枝部２ａの周囲に設けられた反応器６を備えている。反応器６の内部には、水酸化カルシウム等の蓄熱材７が収容されている。この蓄熱材７は、低温での加水時に水分と反応して発熱する一方、高温時には脱水して吸熱を行う。反応器６には、水タンク８内の水を同反応器６の内部に送るための供給管９、及び、反応器６の内部に存在する水や水蒸気を水タンク８に戻すための排出管１０が接続されている。なお、水タンク８には、その内部の余分な空気を外部に逃がすための解放弁１４が設けられている。
【００１９】
そして、水タンク８の水が供給管９を介して反応器６に送られると、同反応器６の内部に収容された蓄熱材７が水分と反応して発熱する。この発熱を利用して、内燃機関１の排気系における集合排気管２の各枝部２ａが加温される。このように集合排気管２の各枝部２ａが加温されると、各枝部２ａを通過する排気の温度が上昇し、その温度上昇した排気が触媒４に流れて同触媒４が加温される。一方、蓄熱材７の加水状態にあって、各枝部２ａを通過する排気の温度が高くなって同排気の熱が反応器６内の蓄熱材７に付与されると、同蓄熱材７からの脱水及び同蓄熱材７への吸熱が行われる。こうした蓄熱材７への吸熱に基づいて集合排気管２の各枝部２ａが冷却される。このように集合排気管２の各枝部２ａが冷却されると、各枝部２ａを通過する排気の温度が低下し、その温度低下した排気が触媒４に流れて同触媒４が冷却される。
【００２０】
自動車の熱制御装置における上記供給管９には開閉弁１１が設けられている。この開閉弁１１を開くと水タンク８から反応器６への供給管９を介しての水の流れが許容され、開閉弁１１を閉じると水タンク８から反応器６への供給管９を介しての水の流れが遮断される。また、同装置における上記排出管１０には開閉弁１２が設けられている。この開閉弁１２を開くと反応器６から水タンク８への排出管１０を介しての水や水蒸気の流れが許容され、開閉弁１２を閉じると反応器６から水タンク８への排出管１０を介しての水や水蒸気の流れが遮断される。従って、上記開閉弁１１と上記開閉弁１２との両方を閉じることで反応器６の内部が密閉される一方、その密閉時に開閉弁１１及び開閉弁１２のうちの少なくとも一方を開くことで上記密閉が解除される。また、反応器６には、その内部に空気を送り込むためのポンプ１３が接続されている。そして、反応器６の内部を密閉した状態で、その内部に上記ポンプ１３により空気を送り込むことにより、反応器６の内部の圧力を外部の圧力よりも高めることが可能になる。
【００２１】
次に、内燃機関１の排気系における触媒４の位置、及び、熱制御装置による直接的な加温及び冷却を行う位置について、図２〜図４を参照して詳しく説明する。
図２に示されるように、触媒４の入り口における排気の温度は、同触媒４を内燃機関１の排気系における上流側に設けるほど高くなる。このため、車両の始動開始後などに触媒４の暖機を早期に完了させるためには、同触媒を内燃機関１の排気系において可能な限り上流側に設けることが好ましい。こうした実情を考慮して、本実施形態では、触媒４が内燃機関１の排気系において可能な限り上流側に設けられている。
【００２２】
熱制御装置による触媒４の加温については、それを触媒４に対して直接的に行ったり、あるいは触媒４の上流に位置する排気管を加温することにより間接的に行ったりすることが考えられる。
【００２３】
図３は、触媒４を直接的に加温した場合に同触媒４の暖機に必要な熱エネルギＱ１（破線）と、触媒４の上流に位置する排気管を加温した場合に同触媒４の暖機に必要な熱エネルギＱ２（実線）との違いを示している。同図から分かるように、触媒４が内燃機関１の排気系において上流に位置している場合には上記熱エネルギＱ２が上記熱エネルギＱ１よりも小さく抑えられる一方、触媒４が内燃機関１の排気系において下流に位置している場合には上記熱エネルギＱ２が上記熱エネルギＱ１よりも大きくなる。これは、触媒４が排気系の上流に位置している場合には触媒４そのものを加温するよりも触媒４の入り口の排気の温度を高めた方が触媒４の温度を高めやすく、触媒４が排気系の下流に位置している場合には触媒４の入り口の排気の温度を高めるよりも触媒４そのものを加温した方が触媒４の温度を高めやすいためである。
【００２４】
上述したように、この実施形態では、触媒４が内燃機関１の排気系において可能な限り上流側に設けられているため、熱制御装置による加温が内燃機関１の排気系における触媒４よりも上流の排気管（集合排気管２の各枝部２ａ）に対して行われる。詳しくは、熱制御装置の反応器６（蓄熱材７）が内燃機関１の排気系における触媒４よりも上流の排気管（集合排気管２の各枝部２ａ）に対応した位置に設けられており、それによって蓄熱材７からの熱が上記排気管に付与されるようにしている。これにより、触媒４の加温を効果的に行えるようになる。なお、このように蓄熱材７の熱を上記排気管に付与することで触媒４の加温を効果的に行えるということは、蓄熱材７への吸熱に基づき上記排気管を冷却することで触媒４の冷却を効果的に行えるということも意味する。
【００２５】
熱制御装置による内燃機関１の排気系における触媒４よりも上流に位置する排気管の加温を行う際、その加温の位置が触媒４の入り口の排気温に影響を及ぼす。
図４は、触媒４の入り口における排気の温度の時間経過に伴う推移を示している。同図において、実線は集合排気管２の各枝部２ａのみを熱制御装置により加温した場合の上記排気の温度の推移を表し、破線は集合排気管２全体を熱制御装置により加温した場合の上記排気の温度の推移を表し、二点鎖線は熱制御装置による加温を行わなかった場合の上記排気の温度の推移を表している。同図から分かるように、集合排気管２の各枝部２ａのみを熱制御装置により加温したとき（実線）、触媒４の入り口における排気の温度を効果的に高めることができ、それによって触媒４の加温を効果的に行うことができるようになる。これは、集合排気管２の各枝部２ａは、湾曲した外形を有しており、熱を吸収可能な表面積を大きくとることが可能な形状である関係から、内燃機関１の排気系において熱の吸収を効果的に行えるためである。
【００２６】
上述したように、この実施形態では、熱制御装置の反応器６（蓄熱材７）が集合排気管２の各枝部２ａに対応した位置に設けられているため、蓄熱材７からの熱が上記排気管に付与される。これにより、触媒４の入り口における排気の温度を効果的に高めることができ、ひいては触媒４の加温を効果的に行えるようになる。なお、このように蓄熱材７の熱を集合排気管２の各枝部２ａに付与することで触媒４の加温を効果的に行えるということは、蓄熱材７への吸熱に基づき上記集合排気管２の各枝部２ａを冷却することで触媒４の冷却を効果的に行えるということも意味する。
【００２７】
次に、上記熱制御装置の電気的構成について、図１を参照して説明する。
この熱制御装置は、内燃機関１に関する各種運転制御等を実施する電子制御装置２１を備えている。同電子制御装置２１には、上記制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等が設けられている。
【００２８】
電子制御装置２１の入力ポートには、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ２２、同機関１の回転速度を検出するためのクランクポジションセンサ２３、及び、同機関１の排気系における触媒４の上流の排気温度を検出する排気温センサ２４といった各種センサが接続されている。また、電子制御装置２１の出力ポートには、内燃機関１を運転制御するための各種機器の駆動回路が接続される他、開閉弁１１の駆動回路、開閉弁１２の駆動回路、及び、ポンプ１３の駆動回路等が接続されている。
【００２９】
そして、電子制御装置２１は、上記各種センサから入力した検出信号に基づき、機関回転速度や機関負荷（内燃機関１の１サイクル当たりに燃焼室に吸入される空気の量）といった機関運転状態を把握する。電子制御装置２１は、機関負荷や機関回転速度といった機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各種駆動回路に指令信号を出力する。こうして内燃機関１における燃料噴射量制御等の各種運転制御や、開閉弁１１，１２及びポンプ１３の駆動制御が電子制御装置２１を通じて実施される。
【００３０】
次に、熱制御装置による触媒４の加温について、加温ルーチンを示す図５のフローチャートを参照して説明する。この加温ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００３１】
同ルーチンにおいては、まず、熱制御装置による加温が可能な状態であるか否かが判断される（Ｓ１０１）。具体的には、自動車の始動開始後に熱制御装置による加温が一度も行われていないとき、その加温が可能な状態である旨判断される。そして、Ｓ１０１の処理で肯定判定がなされると、熱制御装置を用いた加温の要求があるか否かが判断される（Ｓ１０２）。具体的には、自動車の始動開始後など、触媒４の温度が同触媒４による排気浄化機能を必要レベルとすることの可能な値として予め定められた暖機判定値未満であるとき、上記熱制御装置を用いた加温の要求がなされる。なお、触媒４の温度については、排気温センサ２４によって検出される触媒４の入り口の排気の温度、機関運転状態から求められる内燃機関１の燃料噴射量の指令値、及び、エアフローメータ２２によって検出される内燃機関１の吸入空気量等から推定することが可能である。
【００３２】
Ｓ１０２の処理で加温の要求がある旨判断されると、熱制御装置を用いた加温が実施される（Ｓ１０３）。詳しくは、通常は共に閉じられた状態にある開閉弁１１，１２のうち、開閉弁１１が開かれて水タンク８の水が供給管９を介して反応器６の内部に送り込まれる。これにより、反応器６の内部に収容された蓄熱材７が水分と反応して発熱し、その発熱を利用して集合排気管２の各枝部２ａが加温される。このように集合排気管２の各枝部２ａが加温されると、各枝部２ａを通過する排気の温度が上昇し、その温度上昇した排気が触媒４に流れて同触媒４が加温される。同触媒４の加温により自動車の始動開始後等に触媒４の暖機を速やかに完了させることができ、触媒４の暖機完了前における内燃機関１の排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００３３】
上述したように熱制御装置を用いた加温を行うことで、反応器６に収容された蓄熱材７が加水状態になる。ところで、蓄熱材７の加水状態にあっては、各枝部２ａを通過する排気の熱が反応器６内の蓄熱材７に付与されると、同蓄熱材７からの脱水及び同蓄熱材７への吸熱が行われ、こうした蓄熱材７への吸熱に基づいて集合排気管２の各枝部２ａが冷却される。このように集合排気管２の各枝部２ａが冷却されると、各枝部２ａを通過する排気の温度が低下し、その温度低下した排気が触媒４に流れて同触媒４が冷却される。この実施形態では、上記触媒４の冷却を的確に所望のタイミングで行えるようにしている。詳しくは、熱制御装置を用いた上記加温後に蓄熱材７を加水状態に保持することで、同蓄熱材７への吸熱に基づく冷却が可能な状態（以下、冷却スタンバイ状態という）を保持し、その冷却スタンバイ状態のもとで触媒４の冷却要求があったときに熱制御装置を用いた触媒４の冷却を行うようにしている。
【００３４】
ここで、上記冷却スタンバイ状態を実現するための冷却スタンバイ処理ルーチンについて、図６のフローチャートを参照して説明する。この冷却スタンバイ処理ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００３５】
同ルーチンにおいては、まず、熱制御装置を用いた加温の終了後であるか否か（Ｓ２０１）、言い換えれば蓄熱材７への加水の終了後であるか否かが判断される。ここで肯定判定であれば、冷却スタンバイ状態となっているか否かを判断するためのフラグＦが「０（冷却スタンバイ状態でない）」であることを条件に（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、蓄熱材７を収容した反応器６の内部の密閉が行われる（Ｓ２０３）。具体的には、開閉弁１１と開閉弁１２とが共に閉じられることによって反応器６の内部が密閉される。
【００３６】
その後、ポンプ１３の駆動制御を通じて、反応器６の内部の圧力が外部の圧力よりも高くなるよう、反応器６の内部の圧力が目標圧力Ｐｔに向けて高められる（Ｓ２０４）。なお、このときの反応器６の内部の圧力を高い値とするほど、すなわち上記目標圧力Ｐｔを高い値とするほど、反応器６内の加水状態にある蓄熱材７に対し熱が付与されたとき、同蓄熱材７の脱水反応及びそれに伴う吸熱が生じにくくなる。この実施形態では、加水状態にある蓄熱材７が集合排気管２の各枝部２ａを流れる排気の熱を受けても脱水反応及びそれに伴う吸熱を生じさせないよう上記目標圧力Ｐｔが定められ、その目標圧力Ｐｔに合わせて反応器６の内部の圧力が高められる。
【００３７】
上述したように、反応器６の内部が密閉された状態で同反応器６の内部の圧力が高められることにより、冷却スタンバイ状態が実現されるとともに、その冷却スタンバイ状態が保持される。このときには、冷却スタンバイ状態となっているか否かを判断するためのフラグＦが「１（冷却スタンバイ状態）」に設定される（Ｓ２０５）。このようにフラグＦが「１」になると、Ｓ２０２の処理で否定判定がなされるため、上記Ｓ２０３〜Ｓ２０５の処理がスキップされるようになる。
【００３８】
次に、上記冷却スタンバイ状態から行われる熱制御装置を用いた触媒４の冷却について、冷却ルーチンを示す図７のフローチャートを参照して説明する。この冷却ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００３９】
同ルーチンにおいては、まず、フラグＦが「１（冷却スタンバイ状態）」であることを条件に（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、熱制御装置を用いた冷却の要求があるか否かが判断される（Ｓ３０２）。具体的には、内燃機関１の高負荷運転時など、触媒４の温度が同触媒４の熱劣化を招くおそれのある値として予め定められた許容上限値以上になるとき、上記熱制御装置を用いた冷却の要求がなされる。
【００４０】
Ｓ３０２の処理で冷却の要求がある旨判断されると、熱制御装置を用いた冷却が実施される（Ｓ３０３）。詳しくは、冷却スタンバイ状態のもとで共に閉じられた状態にある開閉弁１１，１２のうち開閉弁１２が開かれる。これにより、反応器６の内部の密閉が解除されるとともに、反応器６から水タンク８への排出管１０を介しての水や水蒸気の流れが許容される。反応器６の内部の密閉が解除されると、その反応器６の内部の圧力が下がる。この状態のもとでは、集合排気管２の各枝部２ａを流れる排気の熱が加水状態にある蓄熱材７に付与されることで、蓄熱材７からの脱水と同蓄熱材７への吸熱とが行われ、その蓄熱材７への吸熱を利用して各枝部２ａが冷却される。このように集合排気管２の各枝部２ａが冷却されると、各枝部２ａを通過する排気の温度が低下し、その温度低下した排気が触媒４に流れて同触媒４が冷却される。同触媒４の冷却により、内燃機関１の高負荷運転時など、触媒４の温度が過上昇するおそれのあるとき、そうした触媒４の温度の過上昇を抑制することができる。
【００４１】
上述した冷却スタンバイ状態からの熱制御装置を用いた触媒４の冷却、すなわち蓄熱材７の吸熱を利用した触媒４の冷却では、同触媒４の冷却を行いたいときに反応器６の密閉を解除することで、上記触媒４の冷却を行いたいタイミングにて的確に同冷却を行うことができるようになる。なお、このように冷却を行った後には、蓄熱材７が脱水状態となって冷却スタンバイ状態が解消されるため、冷却スタンバイ状態となっているか否かを判断するための上記フラグＦが「０（冷却スタンバイ状態でない）」に設定される（Ｓ３０４）。
【００４２】
ちなみに、Ｓ３０２での冷却要求は、触媒４の温度が上記許容上限値以上である状況のときだけでなく、そうした状況のもとになくとも自動車の運転停止時にはなされる。このように自動車の運転停止時に冷却要求がなされるのは、自動車における次回の始動開始に備えるためである。すなわち、自動車における次回の始動開始後、熱制御装置を用いた触媒４の加温が可能となるよう蓄熱材７を脱水状態としておくため、上記冷却要求がなされる。この場合、上記冷却要求に基づき反応器６の内部の密閉が解除されると、上記と同様に蓄熱材７からの脱水が行われる。これにより、蓄熱材７が自動車における次回の始動開始に備えて脱水状態とされる。
【００４３】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）熱制御装置を用いた加温、すなわち蓄熱材７の加水による発熱を利用した加温が触媒４に対して行われるため、その加温を通じて自動車の始動開始後等における触媒４の暖機を速やかに完了させることができる。これにより、自動車の始動開始後等における内燃機関１の排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００４４】
（２）熱制御装置を用いた加温が行われた後には、同装置の反応器６に収容された蓄熱材７が加水状態とされる。こうした状態のもとで、反応器６の内部を密閉し、且つ反応器６の内部の圧力を目標圧力Ｐｔに向けて高めることにより、冷却スタンバイ状態が実現されるとともに、その冷却スタンバイ状態が保持される。同冷却スタンバイ状態のもとでは、反応器６に収容された蓄熱材７が熱を受けたときに同蓄熱材７からの脱水が行われにくくなるため、その蓄熱材７が集合排気管２の各枝部２ａ等からの熱を受けて脱水・吸熱してしまうことを抑制できる。そして、冷却スタンバイ状態のもとで熱制御装置を用いた触媒４の冷却、すなわち蓄熱材７の吸熱を利用した触媒４の冷却を行いたいときには、反応器６の内部の密閉が解除される。これにより、反応器６の内部の圧力が低下すると、加水状態にある蓄熱材７が集合排気管２の各枝部２ａからの熱を受けて脱水及び吸熱することから、その吸熱を利用した触媒４の冷却が行われるようになる。従って、冷却スタンバイ状態からの熱制御装置を用いた触媒４の冷却では、同触媒４の冷却を行いたいときに反応器６の密閉を解除することで、その冷却を行いたいタイミングにて的確に同冷却を行うことができる。
【００４５】
（３）自動車の始動開始後などに触媒４の暖機を早期に完了させることを意図して、触媒４が内燃機関１の排気系において可能な限り上流側に設けられると、同触媒４の暖機完了後に内燃機関１の高負荷運転時など同機関１の排気の温度が高くなったとき、触媒４の温度が過上昇して同触媒４の熱劣化を招くおそれがある。しかし、このようなとき、上記（２）に示すように熱制御装置を用いた触媒４の冷却を行うことができる。従って、内燃機関１の排気系における可能な限り上流側に触媒４を設けることによる同触媒４の速やかな暖機完了を図りつつ、排気の温度が高くなったときの触媒４の熱劣化を抑制することができる。
【００４６】
（４）熱制御装置を用いた加温や冷却は、直接的には、内燃機関１の排気系における集合排気管２の各枝部２ａに対して行われる。そして、これら各枝部２ａに対する加温や冷却を通じて、集合排気管２の下流に位置する触媒４に対して間接的に加温や冷却が行われる。上記集合排気管２の各枝部２ａは、湾曲した外形を有しており、熱を吸収及び放出する表面積を大きくとることが可能な形状である関係から、内燃機関１の排気系において熱の吸収及び放出を効果的に行うことの可能な部分である。こうした集合排気管２の各枝部２ａの加温及び冷却を通じて、その集合排気管２の下流に位置する触媒４の加温及び冷却を行うことで、同触媒４の加温及び冷却を効率よく行うことができる。
【００４７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図８及び図９に基づき説明する。
この実施形態は、熱制御装置を用いた触媒４の冷却が行われて冷却スタンバイ状態が解消された後、触媒４を不必要に加温することなく再び冷却スタンバイ状態を実現できるようにしたものである。これを実現するため、本実施形態の熱制御装置は、蓄熱材７への加水により発生した熱が集合排気管２の各枝部２ａと外部放熱器とのうちのいずれかに付与されるよう、その熱の伝達経路を切り換え可能な構造を有している。
【００４８】
上記熱制御装置は、図８に示されるように、集合排気管２における各枝部２ａの周囲に設けられた熱交換器３２と、その熱交換器３２とは別の場所に設けられた反応器６とを備えている。更に、熱制御装置には、水などの熱媒体を循環させて上記熱交換器３２及び上記反応器６を通過させることで、反応器６の蓄熱材７と熱交換器３２との間での上記熱媒体を用いた熱のやり取りを行う循環回路３３が設けられている。
【００４９】
循環回路３３における反応器６の下流には、同回路３３にて熱媒体を常に循環させるべく駆動されるポンプ３４が設けられている。循環回路３３におけるポンプ３４の下流側は、切換弁３５にて上記熱交換器３２を通過する経路３３ａと外部放熱器３６を通過する経路３３ｂとの二つに分岐している。また、経路３３ａと経路３３ｂとは熱交換器３２及び外部放熱器３６の下流で一つに合流した後、反応器６の内部を通過して上記ポンプ３４に繋がっている。循環回路３３における上記切換弁３５は、循環回路３３内で循環する熱媒体の循環経路を、同弁３５の切り換え動作を通じて経路３３ａと経路３３ｂとのうちのいずれか一方に切り換える。なお、循環回路３３内で循環する熱媒体の循環経路としては、通常は経路３３ａが選択されている。
【００５０】
反応器６において蓄熱材７からの発熱が行われると、循環回路３３における反応器６の内部を通過する熱媒体と上記蓄熱材７との間での熱交換を通じて、その熱媒体が加温されて同熱媒体の温度が上昇する。こうして温度上昇した熱媒体が経路３３ａの熱交換器３２を通過するとき、同熱媒体と集合排気管２の各枝部２ａとの間での熱交換が行われることにより、それら各枝部２ａが加温される。また、反応器６において蓄熱材７への吸熱が行われると、循環回路３３における反応器６の内部を通過する熱媒体と上記蓄熱材７との間での熱交換を通じて、その熱媒体が冷却されて同熱媒体の温度が低下する。こうして温度低下した熱媒体が経路３３ａの熱交換器３２を通過するとき、同熱媒体と集合排気管２の各枝部２ａとの間での熱交換が行われることにより、それら各枝部２ａが冷却される。
【００５１】
この熱制御装置では、蓄熱材７からの放熱に基づく集合排気管２の各枝部２ａの加温、及び、蓄熱材７への吸熱に基づく集合排気管２お各枝部２ａの冷却が、循環回路３３を循環する熱媒体を通じて行われるようになる。また、蓄熱材７からの発熱時に、循環回路３３内で循環する熱媒体の循環経路として経路３３ｂが選択されるよう切換弁３５を切り換え動作させれば、蓄熱材７との熱交換によって温度上昇した熱媒体が外部放熱器３６を通過するようになるため、その外部放熱器３６にて熱媒体の熱を外部に放出することが可能になる。このとき、循環回路３３内の循環する熱媒体が経路３３ａ（熱交換器３２）を通過することはないため、同熱媒体の熱が集合排気管２の各枝部２ａに付与されることもない。
【００５２】
以上から分かるように、この熱制御装置では、切換弁３５の切り換え動作を通じて、蓄熱材７にて発生した熱を集合排気管２の各枝部２ａと外部放熱器３６とのいずれかに付与されるよう、その熱の伝達経路を切り換えることが可能となっている。
【００５３】
次に、熱制御装置を用いた触媒４の冷却が行われて冷却スタンバイ状態が解消された後、再び冷却スタンバイ状態を実現するための具体的な手順について、放熱ルーチンを示す図９のフローチャートを参照して説明する。この放熱ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００５４】
同ルーチンにおいては、まず、熱制御装置を用いた冷却の終了後であるか否かが判断される（Ｓ４０１）。ここで肯定判定であれば、冷却スタンバイ状態が解消されて反応器６内の蓄熱材７が脱水状態である旨判断され、再び冷却スタンバイ状態が実現されるよう蓄熱材７への加水が行われる（Ｓ４０２）。詳しくは、通常は共に閉じられた状態にある開閉弁１１，１２のうち、開閉弁１１が開かれて水タンク８の水が供給管９を介して反応器６の内部に送り込まれる。これにより、反応器６の内部に収容された蓄熱材７が加水状態とされる一方、蓄熱材７が水分と反応して発熱するようになる。
【００５５】
こうした状況のもとでは、蓄熱材７から発生する熱が循環回路３３の外部放熱器３６に付与される（Ｓ４０３）。具体的には、循環回路３３を循環する熱媒体の循環経路が経路３３ｂとなるよう、循環回路３３での切換弁３５の切り換え動作が行われる。この場合、蓄熱材７から発生した熱が循環回路３３の熱媒体を介して外部放熱器３６に付与されるようになる。こうして外部放熱器３６に付与された熱は、同外部放熱器３６から外部に放出される。
【００５６】
そして、蓄熱材７への加水が行われた後、その加水に基づき蓄熱材７から発生した熱がほぼ外部放熱器３６から放出されたとき、例えば同放出に要する時間が経過したとき、外部放熱器３６を用いた熱の放出が終了される（Ｓ４０４）。具体的には、循環回路３３を循環する熱媒体の循環経路が経路３３ａとなるよう、循環回路３３での切換弁３５の切り換え動作が行われる。これにより、循環回路３３を循環する熱媒体が外部放熱器３６に流れることはなくなる。その後、冷却スタンバイ状態となっているか否かを判断するためのフラグＦが「１（冷却スタンバイ状態）」に設定される（Ｓ４０５）。以上により、熱制御装置を用いた触媒４の冷却が行われて冷却スタンバイ状態が解消された後において、再び冷却スタンバイ状態が実現される。
【００５７】
本実施形態によれば、第１実施形態に記載した（１）〜（４）の効果に加え、以下に示す効果が得られる。
（５）熱制御装置を用いた冷却が行われて冷却スタンバイ状態が解消された後、再び冷却スタンバイ状態とするためには、蓄熱材７を加水状態とすべく同蓄熱材７に対し加水を行わなければならない。こうした蓄熱材７への加水時、同蓄熱材７にて発生した熱が外部放熱器３６に付与されるよう同熱の伝達経路を切換弁３５の切り換え動作を通じて切り換えることで、上記熱が無駄に集合排気管２の各枝部２ａ及び触媒４に付与されないようにすることができる。従って、冷却スタンバイ状態から集合排気管２の各枝部２ａ及び触媒４の冷却を行った後、それらを不必要に加温することなく、再び冷却スタンバイ状態を実現することができる。
【００５８】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を図１０に基づき説明する。
この実施形態は、熱制御装置における蓄熱材７への加水により発生した熱を、内燃機関１の冷却水の加温に用いるようにしたものである。この実施形態の熱制御装置は、図１０に示されるように、第１実施形態の熱制御装置に対し、排出管１０における開閉弁１２と反応器６との間の部分に熱交換器４１が設けられている。同熱交換器４１は、反応器６の蓄熱材７からの発生した熱を、内燃機関１における冷却水回路４２の冷却水に付与するためのものである。こうした熱交換器４１を設けることにより、熱制御装置を用いた集合排気管２の各枝部２ａ及び触媒４の加温を行うべく、蓄熱材７への加水による同蓄熱材７からの発熱が行われるとき、その発熱を利用して内燃機関１の冷却水を加温することができる。
【００５９】
本実施形態によれば、第１実施形態に記載した（１）〜（４）の効果に加え、以下に示す効果が得られる。
（６）内燃機関１の冷却水の加温を自動車の始動開始後、すなわち機関始動開始後に行うことで、機関始動開始後における内燃機関１の筒内での燃料の揮発性低下を抑制することができ、ひいては同燃料の揮発性低下に伴う内燃機関１の排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００６０】
［その他の実施形態］
なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・第１〜第３実施形態において、反応器６を集合排気管２全体の周囲に亘るように設けたり、集合排気管２における各枝部２ａの集合部分の周囲のみに設けたり、排気管３の周囲のみに設けたりしてもよい。
【００６１】
・触媒４が図３の熱エネルギＱ２が熱エネルギＱ１よりも大きくなるほど内燃機関１の排気系における下流側に設けられている場合には、第１及び第３実施形態において反応器６を触媒４の周囲に設けたり、第２実施形態において熱交換器３２を触媒４の周囲に設けたりして、触媒４のみを調温部とすることが好ましい。
【００６２】
・第１及び第３実施形態において、反応器６は、集合排気管２の各枝部２ａの周囲と触媒４の周囲との両方に亘るものであってもよい。
・第２実施形態において、熱交換器３２は、集合排気管２の各枝部２ａの周囲と触媒４の周囲との両方に亘るものであってもよい。
【００６３】
・第２実施形態において、熱制御装置を用いた集合排気管２の各枝部２ａの加温については必ずしも行う必要はなく、同制御装置を用いた集合排気管２の各枝部２ａの冷却のみを行うようにしてもよい。この場合、循環回路３３における熱媒体の循環経路として通常は経路３３ｂが選択されるよう切換弁３５の切り換え動作が行われる一方、上記冷却を行う場合には上記循環経路として経路３３ａが選択されるよう切換弁３５の切り換え動作が行われる。
【００６４】
・第１〜第３実施形態において、蓄熱材７として、水酸化マグネシウムなどの水酸化カルシウム以外の物質を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…内燃機関、２…集合排気管、２ａ…枝部、３…排気管、４…触媒、５…排気管、６…反応器、７…蓄熱材、８…水タンク、９…供給管、１０…排出管、１１…開閉弁（開閉手段）、１２…開閉弁（開閉手段）、１３…ポンプ（加圧手段）、１４…解放弁、２１…電子制御装置、２２…エアフローメータ、２３…クランクポジションセンサ、２４…排気温センサ、３２…熱交換器、３３…循環回路、３３ａ…経路、３３ｂ…経路、３４…ポンプ、３５…切換弁（切換手段）、３６…外部放熱器、４１…熱交換器、４２…冷却水回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温時の加水により水分と反応して発熱する一方で高温時には脱水して吸熱を行う蓄熱材を備え、車両に搭載された内燃機関の排気系における触媒と同触媒上流の集合排気管との少なくとも一方が車両における温度調節を必要とする調温部とされており、同調温部の高温時、その調温部の熱が加水状態にある前記蓄熱材に付与されることで、前記蓄熱材からの脱水と同蓄熱材への吸熱とが行われて同吸熱に基づき前記調温部が冷却される車両の熱制御装置において、
前記蓄熱材を内部に収容した反応器と、
前記反応器の内部の密閉及び同密閉の解除を行う開閉手段と、
前記反応器の内部が密閉された状態のもとで同反応器の内部の圧力を外部の圧力よりも高めることの可能な加圧手段と、
を備えることを特徴とする車両の熱制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両の熱制御装置において、
前記蓄熱材への加水により発生した熱が前記調温部と外部放熱器とのうちのいずれかに付与されるよう前記熱の伝達経路を切り換える切換手段を更に備える
ことを特徴とする車両の熱制御装置。
【請求項３】
前記蓄熱材への加水により発生した熱は車両に搭載された内燃機関の排気系における触媒の加温に用いられる一方、その触媒に対して前記蓄熱材への吸熱に基づく冷却が行われる
請求項１記載の車両の熱制御装置。
【請求項４】
前記触媒の加温は、内燃機関の排気系における前記触媒の上流に位置する集合排気管の各枝部を前記蓄熱材からの発熱により加温することで実現されるものであり、
前記触媒の冷却は、前記集合排気管の各枝部を前記蓄熱材への吸熱に基づき冷却することで実現されるものである
請求項３記載の車両の熱制御装置。
【請求項５】
前記蓄熱材への加水により発生した熱は、車両に搭載された内燃機関の冷却水の加温に用いられる
請求項１記載の車両の熱制御装置。
【請求項１】
低温時の加水により水分と反応して発熱する一方で高温時には脱水して吸熱を行う蓄熱材を備え、車両に搭載された内燃機関の排気系における触媒と同触媒上流の集合排気管との少なくとも一方が車両における温度調節を必要とする調温部とされており、同調温部の高温時、その調温部の熱が加水状態にある前記蓄熱材に付与されることで、前記蓄熱材からの脱水と同蓄熱材への吸熱とが行われて同吸熱に基づき前記調温部が冷却される車両の熱制御装置において、
前記蓄熱材を内部に収容した反応器と、
前記反応器の内部の密閉及び同密閉の解除を行う開閉手段と、
前記反応器の内部が密閉された状態のもとで同反応器の内部の圧力を外部の圧力よりも高めることの可能な加圧手段と、
を備えることを特徴とする車両の熱制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両の熱制御装置において、
前記蓄熱材への加水により発生した熱が前記調温部と外部放熱器とのうちのいずれかに付与されるよう前記熱の伝達経路を切り換える切換手段を更に備える
ことを特徴とする車両の熱制御装置。
【請求項３】
前記蓄熱材への加水により発生した熱は車両に搭載された内燃機関の排気系における触媒の加温に用いられる一方、その触媒に対して前記蓄熱材への吸熱に基づく冷却が行われる
請求項１記載の車両の熱制御装置。
【請求項４】
前記触媒の加温は、内燃機関の排気系における前記触媒の上流に位置する集合排気管の各枝部を前記蓄熱材からの発熱により加温することで実現されるものであり、
前記触媒の冷却は、前記集合排気管の各枝部を前記蓄熱材への吸熱に基づき冷却することで実現されるものである
請求項３記載の車両の熱制御装置。
【請求項５】
前記蓄熱材への加水により発生した熱は、車両に搭載された内燃機関の冷却水の加温に用いられる
請求項１記載の車両の熱制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１２２３７５（Ｐ２０１２−１２２３７５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７２６４５（Ｐ２０１０−２７２６４５）
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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