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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
zum Rückgewinnen von Wärme aus dem Abgas eines
Motors bzw. einer Kraftmaschine.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
konventioneller Weise ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
zum Beispiel aus
JP 2008-190437
A bekannt. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
umfasst eine Wärmerückgewinnungseinheit und eine
Kühlmittelströmungseinstelleinheit. Die Wärmerückgewinnungseinheit
ist in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine angeordnet, um einen
Wärmeaustausch zwischen einem Kühlmittel, welches
darin strömt, und Abgas, welches durch das Abgasrohr hindurchgeht,
durchzuführen. Ein Katalysator ist in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
derart vorgesehen, dass ein Heizen des Katalysators unter Verwenden
von Abgas in dem Abgasrohr ausgeführt wird. Die Kühlmittelströmungseinstelleinheit
ist angeordnet, um eine Strömungsmenge von dem Kühlmittel
einzustellen, welches in der Wärmerückgewinnungseinheit
strömt. Wenn das Heizen des Katalysators ausgeführt
wird, nachdem der Betrieb des Motors gestartet ist, wird die Strömungsmenge
von dem Kühlmittel, welches durch die Wärmerückgewinnungseinheit
strömt, durch die Kühlmittelströmungseinstelleinheit
reduziert, um niedriger zu sein als eine vorherbestimmte Menge,
wobei dadurch ein wärmeabsorbierender Betrag des Kühlmittels
von der Reaktionswärme reduziert wird, die durch den Katalysator
erzeugt wird.
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Bei
der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, welche
in
JP 2008-190437
A beschrieben ist, kann jedoch, da das Kühlmittel
und das Abgas direkt einem Wärmeaustausch in der Wärmerückgewinnungseinheit
unterzogen werden, die Reaktionswärme, welche von dem Katalysator
erzeugt wird, leicht an das Kühlmittel übertragen
werden.
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Während
des Heizens des Katalysators, nachdem der Motor gestartet ist, um
betrieben zu werden, wenn die Strömungsmenge von dem Kühlmittel
geringer gemacht wird als die vorherbestimmte Menge, um das Heizen
des Katalysators zu erleichtern, kann das Kühlmittel zum
Sieden gebracht werden durch das Empfangen von Wärme von
dem Abgas. Umgekehrt kann, wenn die Strömungsmenge durch
die Kühlmittelströmungseinstelleinheit auf einen
Wert eingestellt wird, ohne das Kühlmittel zum Sieden zu
bringen, das Heizen des Katalysators verzögert sein. Es
kann bei der obigen Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
somit schwierig sein, das Heizen des Katalysators zu erleichtern
bei einem Verhindern des Siedens des Kühlmittels.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf die vorangegangenen Probleme ist es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung bereitzustellen,
welche sowohl ein frühes Aufheizen eines Katalysators als
auch eine Verhinderung eines Siedens von Kühlmittel verwirklichen
kann.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
zum Rückgewinnen von Wärme aus Abgas eines Motors
einen Katalysator, welcher angeordnet ist zum Reinigen des Abgases,
eine Wärmerückgewinnungseinheit, einen Katalysatortemperatursensor,
der angepasst ist zum Erfassen einer Temperatur des Katalysators,
und eine Steuerungseinheit, welche ausgestaltet ist zum Einstellen
eines Katalysatorheizmodus, wenn die Temperatur des Katalysators,
welche durch den Katalysatortemperatursensor erfasst wird, niedriger
ist als ein erster Schwellenwert. Die Wärmerückgewinnungseinheit umfasst
einen Verdampfungsabschnitt, welcher ausgestaltet ist zum Verdampfen
eines Betriebsfluids, das darin strömt, unter einem Durchführen
eines Wärmeaustauschs zwischen dem Betriebsfluid und dem
Abgas und welcher ausgestaltet ist, um zu einem Kühlen
des Katalysators fähig zu sein, einen Kondensationsabschnitt,
welcher ausgestaltet ist zum Kühlen und Kondensieren des
Betriebfluids, welches von dem Verdampfungsabschnitt strömt,
unter einem Durchführen eines Wärmeaustauschs
zwischen dem Betriebsfluid und einem Kühlmittel zum Kühlen
des Motors, und einen Strömungseinstellabschnitt, welcher
ausgestaltet ist zum Einstellen einer Strömungsmenge des
Betriebsfluids, welches von dem Kondensationsabschnitt zu dem Verdampfungsabschnitt
strömt. Bei der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
bringt die Steuerungseinheit den Strömungseinstellabschnitt
dazu, die Strömungsmenge des Betriebsfluids von dem Kondensationsabschnitt
zu dem Verdampfungsabschnitt auf null in dem Katalysatorheizmodus
einzustellen.
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Weil
der Verdampfungsabschnitt ausgestaltet ist, um fähig zu
sein zu einem Kühlen des Katalysators, kann ein Übererheizen
des Katalysators durch die Wärmerückgewinnungseinheit
unterdrückt werden. Da die Steuerungseinheit den Strömungseinstellabschnitt
dazu bringt, die Strömungsmenge des Betriebsfluids von
dem Kondensationsabschnitt zu dem Verdampfungsabschnitt in dem Katalysatorheizmodus
auf null einzustellen, wird des Weiteren das Abgas nicht in dem
Verdampfungsabschnitt gekühlt, wobei dadurch das Heizen
des Katalysators erleichtert wird, wenn die Temperatur des Katalysators niedriger
ist als der erste Schwellenwert. Weil die Strömungsmenge
des Betriebsfluids von dem Kondensationsabschnitt zu dem Verdampfungsabschnitt durch
den Strömungseinstellabschnitt auf null eingestellt wird,
kann des Weiteren die Wärmeaustauschmenge zwischen dem
Kühlmittel (Betriebsfluid) und dem Abgas auf im Wesentlichen
null eingestellt werden, wobei dadurch das Sieden des Kühlmittels
verhindert wird.
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Die
Steuerungseinheit kann zum Beispiel ausgestaltet sein, um einen
Katalysatorkühlmodus einzustellen, wenn die Temperatur
des Katalysators, welche durch den Katalysatortemperatursensor erfasst
wird, höher ist als ein zweiter Schwellenwert, welcher
größer ist als der erste Schwellenwert. In dem
Katalysatorkühlmodus bringt die Steuerungseinheit den Strömungseinstellabschnitt
dazu, die Strömungsmenge des Betriebsfluids derart einzustellen, dass
die Temperatur des Katalysators, welche durch den Katalysatortemperatursensor
erfasst wird, gleich wird oder höher wird als der erste
Schwellenwert und niedriger als der zweite Schwellenwert.
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Ein
Kühlmitteltemperatursensor kann in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
vorgesehen sein zum Erfassen einer Temperatur des Kühlmittels.
In diesem Fall bringt die Steuerungseinheit den Strömungseinstellabschnitt
in dem Katalysatorkühlmodus dazu, die Strömungsmenge
des Betriebsfluids von dem Kondensationsabschnitt zu dem Verdampfungsabschnitt
derart einzustellen, dass die Temperatur des Kühlmittels,
welche durch den Kühlmitteltemperatursensor erfasst wird,
niedriger ist als ein dritter Schwellenwert.
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Alternativ/Weiterhin
kann die Steuerungseinheit ausgestaltet sein, um einen Katalysatorbeibehaltungsmodus
einzustellen, wenn die Temperatur des Katalysators, welche durch
den Katalysatortemperatursensor erfasst wird, gleich ist oder höher
ist als der erste Schwellenwert und niedriger ist als der zweite Schwellenwert.
In diesem Fall bringt die Steuerungseinheit den Strömungseinstellabschnitt
dazu, die Strömungsmenge des Betriebsfluids in dem Katalysatorbeibehaltungsmodus
derart einzustellen, dass die Temperatur des Katalysators, welche
durch den Katalysatortemperatursensor erfasst wird, an den ersten
Schwellenwert angenähert wird.
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Der
Verdampfungsabschnitt kann als ein Beispiel in einem Abgasrohr angeordnet
sein, in welchem das Abgas des Motors strömt, an einer
Position stromabwärts von einem Auspuffkrümmer,
welcher an einem Endabschnitt des Abgasrohres angrenzend zu bzw.
in der Nähe von dem Motor positioniert ist. Der Verdampfungsabschnitt
kann alternativ an einer äußeren Oberfläche
des Abgasrohres angeordnet sein, in welchem das Abgas von dem Motor
strömt. Der Verdampfungsabschnitt kann des Weiteren an der
Oberfläche des Abgasrohres an einer Position angeordnet
sein, an welcher der Katalysator in dem Abgasrohr gehalten ist.
Alternativ kann der Verdampfungsabschnitt an einer äußeren
Oberfläche von dem Auspuffkrümmer angeordnet sein,
welcher an einem Endabschnitt von dem Abgasrohr angrenzend zu dem
Motor angeordnet ist. Der Katalysator kann alternativ integral mit
dem Verdampfungsabschnitt vorgesehen sein.
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Die
Wärmerückgewinnungseinheit kann eine vom Typ Wärmeübertragungsrohr
sein, welche ein Verdampfungsrohr umfasst, durch welches das verdampfte
Betriebsfluid des Verdampfungsabschnitts in den Kondensationsabschnitt
strömt, und ein Kondensationsrohr, durch welches das kondensierte
Betriebsfluid des Kondensationsabschnitts zu dem Verdampfungsabschnitt
strömt. In diesem Fall kann der Strömungseinstellabschnitt
angeordnet sein, um die Strömungsmenge des Betriebsfluids,
welches von dem Kondensationsabschnitt zu dem Verdampfungsabschnitt über
das Kondensationsrohr strömt, einzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Zusätzliche
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher
offenbar werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von
bevorzugten Ausführungsformen, wenn sie zusammen mit den
beigefügten Zeichnungen hergenommen wird. In welchen:
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1 eine
schematische Darstellung ist, welche ein Abgaswärmesystem
zeigt, an welches eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung angepasst ist;
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2 eine
schematische Darstellung ist, welche ein Kühlsystem zeigt,
an welches die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
gemäß der ersten Ausführungsform angepasst
ist;
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3 eine
schematische Schnittansicht ist, welche eine Wärmerückgewinnungseinheit
der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform zeigt;
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4 eine
schematische Darstellung ist, welche eine Steuerungseinheit der
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der
ersten Ausführungsform zeigt;
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5A bis 5E Diagramme
sind, welche jeweils eine Motorlast, einen Ventilöffnungsgrad
eines Modusschaltventils, eine Wärmerückgewinnungsmenge
der Wärmerückgewinnungseinheit, eine erfasste
Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 und
eine erfasste Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursen sors 117 in Übereinstimmung
mit der Zeit nach einem Motorstart gemäß der ersten
Ausführungsform zeigen;
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6 eine
schematische Darstellung ist, welche ein Abgaswärmesystem
zeigt, an welches eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung angepasst ist;
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7 eine
schematische Darstellung ist, welche ein Abgaswärmesystem
zeigt, an welches eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung angepasst ist; und
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8 eine
schematische Darstellung ist, welche ein Abgaswärmesystem
zeigt, an welches eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
gemäß einer vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung angepasst ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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(Erste Ausführungsform)
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Eine
erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit
Bezugnahme auf die 1 bis 5E beschrieben
werden. Als erstes wird nun eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 gemäß der
ersten Ausführungsform beschrieben werden. Bei der ersten
Ausführungsform wird die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 üblicherweise
für ein Abgassystem 101 verwendet, wie es in der 1 gezeigt
ist. Wie es in der 2 gezeigt ist, ist die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 in
einem Kühlsystem 110 eines Motors 102 eines
Fahrzeugs angeordnet. In der 2 bezeichnen
die Pfeile die Strömung des Kühlmittels. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 umfasst
zum Beispiel eine Wärmerückgewinnungseinheit 120,
welche in der 3 gezeigt ist, und eine Steuerungseinheit 180,
welche in der 4 gezeigt ist.
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Das
Abgassystem 101 ist mit dem Motor 102 versehen,
welcher eine Brennkraftmaschine ist, einem Abgasrohr 103,
in welchem das Abgas, welches von dem Motor 102 ausgelassen
wird, strömt, einem Katalysator 105, der in dem
Abgasrohr 103 zum Reinigen des Abgases vorgesehen ist,
das durch das Abgasrohr 103 strömt, und der Wärme rückgewinnungseinheit 120.
Die Wärmerückgewinnungseinheit 120 ist
in dem Abgasrohr 103 stromaufwärts von dem Katalysator 105 derart
angeordnet, um Wärme (d. h. Abgaswärme) von dem
Abgas zurückzugewinnen.
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Ein
Auspuffkrümmer 104 ist an einer Endseite von dem
Abgasrohr 103 angrenzend zu dem Motor 102 angeordnet
und ist verzweigt in vier Durchlässe in Richtung zu dem
Motor 102. Der Auspuffkrümmer 104 ist
derart angeordnet, dass die verzweigten vier Durchlässe
des Auspuffkrümmers 104 mit den Kolben des Motors 102 jeweils
in Kommunikation stehen. Ein Katalysatortemperatursensor 106 ist
in dem Katalysator 105 angeordnet, um die Temperatur des Katalysators 105 zu
erfassen, und gibt ein Katalysatortemperatursignal S2 entsprechend
zu der erfassten Temperatur von dem Katalysator 105 an
die Steuerungseinheit 180 aus.
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Das
Kühlsystem 110 ist angepasst zum Kühlen
des Motors 102 unter Verwenden des Kühlmittels und
ist angepasst, um Abgaswärme wiederzugewinnen unter einem
Ausführen eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel
und dem Abgas. Das Kühlsystem 110 wird verwendet
für ein Heizen des Motors 102 oder/und wird verwendet
als eine Heizquelle für einen Heizkern 112. Gemäß der
vorliegenden Ausführungsform ist das Kühlsystem 110 mit
einem Kühlmitteldurchlass 111 versehen, der ausgebildet
ist durch zum Beispiel einen ersten, einen zweiten und einen dritten
Kühlmitteldurchlass 111a, 111b und 111c.
Bei dem Kühlsystem 110 sind die jeweiligen Kühlmitteldurchlässe 111a, 111b und 111c in
geeigneter Art und Weise derart geschaltet, um selektiv ein Kühlen
oder ein Heizen des Motors 102 auszuführen.
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Wie
es in der 2 gezeigt ist, sind der Heizkern 112 und
die Wärmerückgewinnungseinheit 120 in
dem ersten Kühlmitteldurchlass 111a angeordnet, ein
Radiator bzw. Kühler 113 ist in dem zweiten Kühlmitteldurchlass 111b angeordnet,
und eine elektrische Pumpe 114 ist in dem dritten Kühlmitteldurchlass 111c angeordnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn es nicht
notwendig ist, den ersten, den zweiten und den dritten Kühlmitteldurchlass 111a, 111b, 111c voneinander
zu unterscheiden, der Kühlmitteldurchlass 111 für
die Erläuterung verwendet.
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Das
Abgassystem 101 und das Kühlsystem 110 werden
als nächstes im Detail auf der Basis der 1 und 2 beschrieben
werden.
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Der
Motor 102 ist eine Vorrichtung, welche eine Leistung erzeugt
unter einem Verbrennen eines Mischgases zwischen einem geliefertem
Kraftstoff und Luft. Der Motor 102 kann zum Beispiel ein
Benzinmotor oder ein Dieselmotor oder ähnliches sein, welche
im Allgemeinen bekannt sind. Der Motor 102 kann auf einem
Hybridfahrzeug montiert sein. Wie es in der 2 gezeigt
ist, ist der Motor 102 mit einem Kühlmitteltemperatursensor 117 versehen,
welcher angepasst ist zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels.
In dem Beispiel der 2 ist der Kühlmitteltemperatursensor 117 an
einer Kühlmittelauslassseite des Motors 102 vorgesehen.
Ein Kühlmitteltemperatursignal S3 entsprechend zu der erfassten Kühlmitteltemperatur
des Kühlmitteltemperatursensors 117 wird an die
Steuerungseinheit 180 ausgegeben.
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Der
Kühler 113 ist in dem zweiten Kühlmitteldurchlass 111b derart
angeordnet, um das Kühlmittel, welches darin strömt,
unter einem Durchführen eines Wärmeaustauschs
zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft zu kühlen.
Ein elektrischer Lüfter zum Blasen von Luft in Richtung
des Kühlers 113 kann in dem Beispiel der 2 vorgesehen
sein. In diesem Fall kann das Kühlen des Kühlmittels
in dem Kühler 113 erleichtert werden durch ein
Verwenden der durch den elektrischen Lüfter geblasenen
Luft. Eine elektrische Pumpe 114 ist mit einem elektrischen
Motor versehen und ist ausgestaltet, um das Kühlmittel
in dem Kühlmitteldurchlass 111 durch das Antreiben
des elektrischen Motors zirkulieren zu lassen. Ein elektrischer
Strom wird zum Beispiel an die elektrische Pumpe 114 von
einer Batterie (nicht gezeigt) geliefert, und die Drehzahl der elektrischen Pumpe 114 wird
gesteuert auf Basis eines Steuerungssignals von der Steuerungseinheit 180.
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Eine
Ventileinheit 115 ist an einem Verbindungsabschnitt angeordnet,
an welchem der zweite Kühlmitteldurchlass 111b und
ein Bypass-Durchlass 116 verbunden sind. Das Kühlmittel,
welches von dem Motor 102 her strömt, geht durch
den Bypass-Durchlass 116 hindurch, wobei der Kühler 113 umgangen
wird. Die Ventileinheit 115 ist aus einem Thermostat ausgebildet,
welcher automatisch den zweiten Kühlmitteldurchlass 111b öffnet,
wenn die Temperatur des Kühlmittels höher ist
als eine vorherbestimmte Temperatur. Wenn die Ventileinheit 115 den
zweiten Kühlmitteldurchlass 111b in einem Fall, in
welchem die Temperatur des Kühlmittels höher ist als
die vorherbestimmte Temperatur, öffnet, geht das Kühlmittel
durch den Kühler 113 und wird gekühlt, wobei
dadurch ein Überhitzen des Motors 102 verhindert
wird. Im Gegensatz dazu, wenn die Temperatur des Kühlmittels
niedriger ist als die vorherbestimmte Temperatur, schließt
die Ventileinheit 115, welche durch den Thermostat ausgebildet
ist, den zweiten Kühlmitteldurchlass 111b. In
diesem Fall strömt das Kühlmittel, welches aus
dem Motor 102 herausströmt, durch den Bypass-Durchlass 116,
ohne durch den Kühler 113 hindurchzugehen, wobei
dadurch eine Temperaturverminderung des Kühlmittels und ein Überkühlen
des Motors 102 verhindert werden.
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Die
Wärmerückgewinnungseinheit 120 weist darin
einen abgedichteten Behälter auf, in welchem ein Betriebsfluid
eingefüllt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform
kann richtiges Wasser als das Betriebsfluid verwendet werden, das
in den abgedichteten Behälter der Wärmerückgewinnungseinheit 120 eingefüllt
ist. Die Wärmerückgewinnungseinheit 120 umfasst
einen Verdampfungsabschnitt 130 und einen Kondensationsabschnitt 140,
welche luftdicht und in Kreisform verbunden sind durch einen Dampfdurchlass 150 und
einen Flüssigkeitsdurchlass 160, um so den abgedichteten
Behälter zu bilden. Bei dem Beispiel der 3 ist
der Verdampfungsabschnitt 130 in einem Abgasdurchlass 131 angeordnet,
und der Kondensationsabschnitt 140 ist in einem Kühlmitteltank 141 angeordnet.
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Der
Verdampfungsabschnitt 130 ist ein Wärmetauscher,
in welchem das Betriebsfluid einem Wärmeaustausch mit dem
Abgas unterzogen wird, das in dem Abgasdurchlass 131 strömt,
und verdampft wird unter einem Empfangen von Wärme von dem
Abgas. Der Verdampfungsabschnitt 130 umfasst eine Mehrzahl
von Verdampfungsrohren 132, in welchen das Betriebsfluid
strömt, ein Paar von ersten und zweiten Verdampfungssammlern 133a, 133b, die
ausgestaltet sind, um mit den Verdampfungsrohren 132 an zwei
longitudinalen Enden von den Verdampfungsrohren 132 in
Kommunikation zu stehen, und Wärmeübertragungsrippen 134,
welche an den äußeren Wänden der Verdampfungsrohre 132 angebracht
sind.
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Der
Kondensationsabschnitt 140 ist ein Wärmetauscher,
in welchem das Betriebsfluid einem Wärmeaustausch mit dem
Kühlmittel des Motors 102 unterzogen wird, das
in den Kühlmitteltank 141 strömt, und
durch ein Abstrahlen von Wärme an das Kühlmittel
des Motors 102 kondensiert wird. Der Kondensationsabschnitt 140 umfasst
eine Mehrzahl von Kondensationsrohren 142, in welchen das
Betriebsfluid strömt, und ein Paar von ersten und zweiten Kondensationssammlern 143a, 143b,
die ausgestaltet sind, um mit den Kondensationsrohren 142 an zwei
longitudinalen Enden der Kondensationsrohre 142 in Kommunikation
zu stehen. Der Kühlmitteltank 141 ist mit dem
ersten Kühlmitteldurchlass 111a über zwei
Verbindungsrohre 144 verbunden.
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Der
Verdampfungsabschnitt 130 und der Kondensationsabschnitt 140 sind
verbunden unter einem Verwenden der Sammler 133a, 143a, 133b und 143b.
Wie es in der 3 gezeigt ist, erstrecken sich
der erste Verdampfungssammler 133a an einer Endseite von
dem Verdampfungsabschnitt 130 und der erste Kondensationssammler 143a an
einer Endseite von dem Kondensationsabschnitt 140 kontinuierlich
derart, um den Verdampfungsdurchlass 150 zu bilden. Auf ähnliche
Art und Weise erstrecken sich der zweite Verdampfungssammler 133b an
der anderen Endseite von dem Verdampfungsabschnitt 130 und
der zweite Kondensationssammler 143b an der anderen Endseite
von dem Kondensationsabschnitt 140 kontinuierlich derart,
um den Flüssigkeitsdurchlass 160 zu bilden. Das
in einer gasförmigen Phase sich befindende Betriebsfluid,
das zum Sieden gebracht wird durch ein Empfangen von Wärme
von dem Abgas in dem Verdampfungsabschnitt 130, strömt
daher in den ersten Kondensationssammler 143a von dem ersten
Verdampfungssammler 133a und wird kondensiert, während
es durch die Kondensationsrohre 142 hindurchgeht, um ein
Betriebsfluid in einer Flüssigphase zu sein, unter einem
Abstrahlen von Wärme an das Kühlmittel in dem
Kondensationsabschnitt 140. Das kondensierte Betriebsfluid
in der Flüssigphase strömt dann in den zweiten
Verdampfungssammler 133b von dem zweiten Kondensationssammler 143b.
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Die
Wärmerückgewinnungseinheit 120 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform ist weiterhin mit einem Modusschaltventil 170 versehen,
welches ausgebildet ist, um eine Strömungsmenge des Betriebsfluids,
welches von dem Kondensationsabschnitt 140 zu dem Verdampfungsabschnitt 130 strömt,
einzustellen. Bei dem Beispiel der 3 ist das
Modusschaltventil 170 in dem zweiten Kondensationssammler 143b angeordnet
und umfasst einen Ventilkörper 171, welcher ausgestaltet
ist, um den Flüssigkeitsdurchlass 160 basierend
auf einem Strömungsmengeneinstellsignal zu öffnen
und zu schließen, welches von der Steuerungseinheit 180 ausgegeben
wird. Als ein Beispiel ist der Ventilkörper 171 in
dem Modusschaltventil 170 vorgesehen, um den Flüssigkeitsdurchlass 160 durch
eine elektromagnetische Kraft zu öffnen und zu schließen.
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Die
Steuerungseinheit 180 ist mit einem Mikrocomputer und umgebenden
Schaltkreisen versehen. Der Mikrocomputer umfasst eine CPU, ein
ROM und ein RAM und ähnliches, welche im Allgemeinen bekannt
sind. Wie es in der 4 gezeigt ist, werden ein Katalysatortemperatursignal
S2, welches ein Erfassungssignal von einem Katalysatortemperatursensor 106 ist,
und ein Kühlmitteltemperatursignal S3, welches ein Erfassungssignal
von dem Kühlmitteltemperatursensor 117 ist, und ähnliches
in die Steuerungseinheit 180 eingegeben. Die Steuerungseinheit 180 gibt
ein Ventilöffnungsgradsignal S1 an das Modusschaltventil 170 aus
auf der Basis der Eingangssignale S2, S3, um so den Betrieb des
Modusschaltventils 170 zu steuern, wobei dadurch ein Betriebsmodus
eingestellt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Steuerungseinheit 180 fähig zu einem Einstellen
eines Katalysatorheizmodus, eines Katalysatorbeibehaltungsmodus
oder eines Katalysatorkühlmodus, basierend auf den Bedingungen.
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Der
Katalysatorheizmodus wird eingestellt, wenn die erfasste Katalysatortemperatur
des Katalysatortemperatursensors 106 niedriger ist als
ein erster Schwellenwert Tc1 nach dem Start des Betriebs des Motors 102.
Der erste Schwellenwert Tc1 wird eingestellt basierend auf der niedrigsten
Temperatur für ein Aktivieren des Katalysators 105.
In dem Katalysatorheizmodus wird das Modusschaltventil 170 betrieben
und gesteuert, um in einem geschlossenen Zustand zu sein, in welchem
der Ventilöffnungsgrad null ist. In dem geschlossenen Zustand
des Modusschaltventils 170, bei welchem der Ventilöffnungsgrad
null ist, ist die Strömungsmenge des Betriebsfluids, welches
von dem Kondensationsabschnitt 140 zu dem Verdampfungsabschnitt 130 strömt,
null, so dass das Abgas durch den Abgasdurchlass 131 von dem
Verdampfungsabschnitt 130 hindurchgeht ohne ein Ausführen
eines Wärmeaustauschs mit dem Betriebsfluid.
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Der
Katalysatorbeibehaltungsmodus wird eingestellt, wenn die erfasste
Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 gleich
ist oder höher ist als der erste Schwellenwert Tc1 und niedriger
ist als ein zweiter Schwellenwert Tc2 nach dem Start des Betriebs
des Motors 102. Der zweite Schwellenwert Tc2 wird hier
eingestellt auf Basis von einer oberen Grenztemperatur des Heizwiderstands des
Katalysators 105. In dem Katalysatorbeibehaltungsmodus
ist das Modusschaltventil 170 offen um einen Ventilöffnungsgrad
L1, so dass die Wärmerückgewinnungseffizienz verbessert
werden kann, während die erfasste Katalysatortemperatur
des Katalysatortemperatursensors 106 zumindest auf dem ersten
Schwellenwert Tc1 beibehalten werden kann. In dem Katalysatorbeibehaltungsmodus
strömt somit das Betriebsfluid von dem Kondensationsabschnitt 140 zu
dem Verdampfungsabschnitt 130 um eine Strömungsmenge,
welche eingestellt ist durch den Ventilöffnungsgrad L1
von dem Modusschaltventil 170. In dem Katalysatorbeibehaltungsmodus
wird daher die Wärme des Abgases an das Betriebsfluid abgestrahlt,
welches durch den Verdampfungsabschnitt 130 strömt
um die Strömungsmenge entsprechend zu dem Ventilöffnungsgrad
L1. Das Abgas, welches durch den Abgasdurchlass 131 hindurchgeht,
kann somit durch das Betriebsfluid gekühlt werden, welches
durch die Verdampfungsrohre 132 strömt, so dass
die erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 zumindest auf
dem ersten Schwellenwert Tc1 beibehalten werden kann.
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Der
Katalysatorkühlmodus wird eingestellt, wenn die erfasste
Katalysatortemperatur von dem Katalysatortemperatursensor 106 gleich
ist oder höher ist als der zweite Schwellenwert Tc2 nach
dem Betriebsstart des Motors 102. In dem Katalysatorkühlmodus
ist das Modusschaltventil 170 offen um einen Ventilöffnungsgrad
L2, welcher größer ist als der Ventilöffnungsgrad
L1. Der Ventilöffnungsgrad L2 ist ein Ventilöff nungsgrad
zum Halten der erfassten Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 117,
um niedriger zu sein als ein dritter Schwellenwert Tw3. Bei der
vorliegenden Ausführungsform wird der dritte Schwellenwert
Tw3 auf Basis einer eine Strahlung bzw. Abstrahlung erlaubenden
Temperatur des Kühlers 113 derart eingestellt,
dass die erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 niedriger
ist als der zweite Schwellenwert Tc2. Der zweite Schwellenwert Tc2 wird
des Weiteren eingestellt auf Basis der oberen Grenztemperatur der
Wärmewiderstandsfähigkeit des Katalysators 105.
Der Ventilöffnungsgrad L2 des Modusschaltventils 170 wird
eingestellt, um vorzugsweise zu berücksichtigen, dass die
erfasste Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 117 niedriger
ist als der dritte Schwellenwert Tw3 im Vergleich dazu, dass die
erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 niedriger
ist als der zweite Schwellenwert Tc2.
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Im
Katalysatorkühlmodus wird somit die Strömungsmenge
von dem Betriebsfluid, welches vor dem Kondensationsabschnitt 140 zu
dem Verdampfungsabschnitt 130 strömt, eingestellt
auf Basis der Strömungsmenge, welche durch das Modusschaltventil 170 mit
dem Ventilöffnungsgrad L2 strömt, und die Wärme
des Abgases wird über das Betriebsfluid wiedergewonnen,
welches durch den Verdampfungsabschnitt 130 strömt,
durch die Strömungsmenge entsprechend zu dem Ventilöffnungsgrad
L2, wobei dadurch das Abgas gekühlt wird. Das Abgas wird
gekühlt, während es durch den Abgasdurchlass 131 in
dem Verdampfungsabschnitt 130 hindurchgeht, so dass die
erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 niedriger
ist als der zweite Schwellenwert Tc2. Das Kühlmittel wird
des Weiteren auf eine Temperatur in dem Kondensationsabschnitt 140 erwärmt
unter einem Empfangen von Wärme von dem Betriebsfluid,
derart, dass die erfasste Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 117 niedriger
ist als der dritte Schwellenwert Tw3.
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Als
nächstes wird der Betrieb der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden. Die 5A bis 5E sind
Zeitdiagramme, welche die Motorlast, den Ventilöffnungsgrad
des Modusschaltventils 170, die Wärmerückgewinnungsmenge der
Wärmerückgewinnungseinheit 120, die erfasste Katalysatortemperatur
des Katalysatortemperatursensors 106 und die erfasste Kühlmitteltemperatur des
Kühlmitteltemperatursensors 117 zeigen. Der Startpunkt
der horizontalen Achse in den 5A bis 5E gibt
einen Startzeitpunkt des Betriebs des Motors 102 an. In
den 5A bis 5E gibt „a” eine
Katalysatorheizperiode, „b” eine Motorheizperiode, „c” eine
Katalysatorbeibehaltungsperiode und „d” eine Katalysatorkühlperiode
an. Als nächstes wird der Betrieb der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 für
die jeweiligen Perioden „a” bis „d” beschrieben
werden.
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(1) Katalysatorheizperiode „a”:
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Die
Katalysatorheizperiode „a” ist eine Zeitperiode
von dem Startzeitpunkt des Betriebs des Motors 102 zu einem
Zeitpunkt, in welchem die erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 den
ersten Schwellenwert Tc1 erreicht. Das bedeutet, die Katalysatorheizperiode „a” ist
eine Zeitperiode, für welche der Katalysatorheizmodus durch
die Steuerungseinheit 180 eingestellt ist.
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Unmittelbar
nach dem Start des Betriebs des Motors 102 steigt die Motorlast
an, wie es in der 5A gezeigt ist. Dann wird die
Motorlast P1 auf eine Motorlast P1 in einem allgemeinen Betrieb
eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt ist, da die erfasste Katalysatortemperatur
des Katalysatortemperatursensors 106 niedriger ist als
der erste Schwellenwert Tc1, der Katalysatorheizmodus eingestellt.
In dem Katalysatorheizmodus wird der Ventilöffnungsgrad des
Modusschaltventils 170 auf null gestellt, wie es in der 5B gezeigt
ist, und das Betriebsfluid strömt nicht von dem Kondensationsabschnitt 140 zu
dem Verdampfungsabschnitt 130. Die Menge an rückgewonnener
Wärme von der Wärmerückgewinnungseinheit 120 ist
daher im Wesentlichen null, wie es durch die durchgezogene Linie
der 5C gezeigt ist.
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Da
die Menge an rückgewonnener Wärme von der Wärmerückgewinnungseinheit 120 null
ist, geht das Abgas durch den Abgasdurchlass 131 von dem
Verdampfungsabschnitt 130 hindurch, ohne einer Wärmerückgewinnung
unterzogen zu werden, und strömt zu dem Katalysator 105 mit
einem Zustand hoher Temperatur. Ein Zunahmeverhältnis (Gradient)
der erfassten Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 während
der Katalysatorheizperiode „a” wird daher größer
werden im Vergleich zu einem Vergleichsbeispiel, in welchem die
Strömungsmenge des Betriebsfluids reduziert wird auf niedriger
als ein vorherbestimmter Wert. In den 5C und 5D gibt
die punktgestrichelte Linie das Vergleichsbeispiel an.
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In
der Katalysatorheizperiode „a” der vorliegenden
Ausführungsform wird des Weiteren die erfasste Kühlmitteltemperatur
graduell bzw. nach und nach erhöht durch die Wärme,
welche von dem Motor 102 abgestrahlt wird, wie es in der 5E gezeigt
ist.
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(2) Motorheizperiode „b”:
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Die
Motorheizperiode „b” ist eine Zeitperiode von
einem ersten Zeitpunkt, in welchem die erfasste Katalysatortemperatur
des Katalysatortemperatursensors 106 den ersten Schwellenwert
Tc1 erreicht hat, bis zu einem zweiten Zeitpunkt, in welchem die erfasste
Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 117 eine
geeignete Temperatur für das Heizen des Motors 102 ist
und einen vierten Schwellenwert Tw4 erreicht hat. Der vierte Schwellenwert Tw4
entspricht einer Temperatur zum Starten der Abstrahlung an dem Kühler 113.
Die Motorheizperiode „b” ist eine Zeitperiode,
für welche der Katalysatorbeibehaltungsmodus eingestellt
ist.
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In
der Motorheizperiode „b” wird die Motorlast in
dem Zustand der Motorlast P1 in dem allgemeinen Betrieb gehalten,
wie es in der 5A gezeigt ist. In diesem Fall
ist, da die erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 gleich
ist oder höher ist als der erste Schwellenwert Tc1 und
niedriger ist als der zweite Schwellenwert Tc2, der Katalysatorbeibehaltungsmodus
eingestellt, so dass die erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 bei
dem ersten Schwellenwert Tc1 gehalten wird, wie es durch die durchgezogene
Linie in der 5D gezeigt ist. Das heißt,
um die erfasste Kapazitätstemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 auf
dem ersten Schwellenwert Tc1 zu halten, wird der Ventilöffnungsgrad
des Modusschaltventils 170 von dem geschlossenen Zustand
(d. h. null Öffnungsgrad) auf den Ventilöffnungsgrad
L1 erhöht. Da das Modusschaltventil 170 von dem
geschlossenen Zustand geöffnet wird, wird die Rückgewinnungsmenge
an Wärme von der Wärme rückgewinnungseinheit 120 erhöht
auf die Wärmerückgewinnungsmenge Q1 aufgrund des Ventilöffnungsgrads
L1, wie es in der 5C gezeigt ist. In der Motorheizperiode „b” wird
somit, wie es in der 5E gezeigt ist, das Zunahmeverhältnis
(Gradient) der erfassten Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 117 größer
aufgrund der Menge an rückgewonnener Wärme, welche
durch den Verdampfungsabschnitt 130 zurückgewonnen wird,
im Vergleich zu derjenigen in der Katalysatorheizperiode „a”.
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Dementsprechend
wird in der Motorheizperiode „b” das Zunahmeverhältnis
der erfassten Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 117 größer,
wobei dadurch das Heizen des Motors 102 erleichtert wird.
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(3) Katalysatortemperaturbeibehaltungsperiode „c”:
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Die
Katalysatortemperaturbeibehaltungsperiode „c” ist
eine Zeitperiode von einem Zustand, in welchem die erfasste Kühlmitteltemperatur
des Kühlmitteltemperatursensors 117 den vierten
Schwellenwert Tw4 erreicht, bis zu einem Zustand, in welchem die
erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 den
zweiten Schwellenwert Tc2 erreicht. Die Katalysatortemperaturbeibehaltungsperiode „c” ist
auch in der Zeitperiode enthalten, für welche der Katalysatorbeibehaltungsmodus durch
die Steuerungseinheit 180 eingestellt ist, ähnlich
zu der Motorheizperiode „b”.
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In
der Katalysatortemperaturbeibehaltungsperiode „c” wird
die Motorlast bei der Motorlast P1 in dem allgemeinen Betrieb beibehalten,
wie es in der 5A gezeigt ist, und der Katalysatorbeibehaltungsmodus
wird eingestellt, so dass die erfasste Katalysatortemperatur des
Katalysatortemperatursensors 106 zumindest auf dem ersten
Schwellenwert Tc1 gehalten wird, wie es in der 5D gezeigt
ist. Daher wird der Ventilöffnungsgrad auf dem Ventilöffnungsgrad
L1 gehalten, und die Menge an zurückgewonnener Wärme
wird aufrechterhalten auf der Wärmerückgewinnungsmenge
Q1. In der Katalysatortemperaturbeibehaltungsperiode „c” wird,
wenn die erfasste Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 117 höher
wird als der vierte Schwellenwert Tw4, die Ventileinheit 115,
welche aus einem Thermostat hergestellt ist, geöffnet,
so dass eine Wärmestrahlung bei dem Kühler 113 gestartet
wird, und dadurch kann die er fasste Kühlmitteltemperatur des
Kühlmitteltemperatursensors 117 im Wesentlichen
auf dem vierten Schwellenwert Tw4 gehalten werden.
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(4) Katalysatorkühlperiode „d”:
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Die
Katalysatorkühlperiode „d” ist eine Zeitperiode
von einem Zustand, in welchem die erfasste Katalysatortemperatur
des Katalysatortemperatursensors 106 erhöht wird
auf den zweiten Schwellenwert Tc2, bis zu einem Zustand, in welchem
die erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 reduziert
wird auf und gehalten wird bei einer Temperatur niedriger als der
zweite Schwellenwert Tc2, während die erfasste Kühlmitteltemperatur
des Kühlmitteltemperatursensors 117 auf einer Temperatur
niedriger als der dritte Schwellenwert Tw3 gehalten wird. Das heißt,
die Katalysatorkühlperiode „d” ist eine
Zeitperiode, für welche der Katalysatorkühlmodus
durch die Steuerungseinheit 180 eingestellt ist.
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Wie
es in der 5A gezeigt ist, wird unmittelbar
vor dem Start der Katalysatorkühlperiode „d” die
Motorlast auf eine Motorlast P2 erhöht, welche eine höhere
Motorlast ist als die Motorlast P1 in dem allgemeinen Betrieb. Während
der Katalysatorkühlperiode „d” wird dann
der Motorbetrieb mit der hohen Motorlast fortgesetzt. Unmittelbar
vor dem Start der Katalysatorkühlperiode „d” wird
dementsprechend die erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 von
dem ersten Schwellenwert Tc1 auf den zweiten Schwellenwert Tc2 erhöht. Da
die erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 erhöht
wird auf den zweiten Schwellenwert Tc2 in einem Startzeitpunkt der
Katalysatorkühlperiode „d”, wird der
Katalysatorkühlmodus eingestellt, und der Ventilöffnungsgrad des
Modusschaltventils 170 wird von dem Ventilöffnungsgrad
L1 auf den Ventilöffnungsgrad L2 erhöht, und dadurch
wird die Menge an rückgewonnener Wärme von der
ersten Wärmerückgewinnungsmenge Q1 auf die zweite
Wärmerückgewinnungsmenge Q2 erhöht. Die
zweite Wärmerückgewinnungsmenge Q2 ist eine Wärmemenge,
welche durch die Wärmerückgewinnungseinheit 120 zurückgewonnen
wird, wenn das Modusschaltventil 170 um den Ventilöffnungsgrad
L2 geöffnet wird, und wird derart eingestellt, dass die
erfasste Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 117 niedriger
ist als der dritte Schwellenwert Tw3.
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Als
ein Ergebnis wird in einem frühen Zeitpunkt von dem Start
der Katalysatorkühlperiode „d” der Ventilöffnungsgrad
des Modusschaltventils 170 von dem Ventilöffnungsgrad
L1 zu dem Ventilöffnungsgrad L2 erhöht, und die
Menge an rückgewonnener Wärme von der Wärmerückgewinnungseinheit 120 wird
von der ersten Wärmerückgewinnungsmenge Q1 auf
die zweite Wärmerückgewinnungsmenge Q2 erhöht,
wobei dadurch die erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 auf
eine Temperatur reduziert wird, die niedriger ist als der zweite
Schwellenwert Tc2, jedoch höher ist als der erste Schwellenwert
Tc1. In diesem Zeitpunkt wird die erfasste Kühlmitteltemperatur
des Kühlmitteltemperatursensors 117 erhöht
auf eine Temperatur niedriger als der dritte Schwellenwert Tw3,
um auf einer Temperatur niedriger als der dritte Schwellenwert Tw3
und höher als der vierte Schwellenwert Tw4 gehalten zu
werden.
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In
der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform kann, da der Verdampfungsabschnitt 130 angeordnet ist,
um fähig zu sein zu einem Kühlen des Katalysators 105,
sie den Katalysator 105 daran hindern, übermäßig
erwärmt bzw. erhitzt zu werden. In dem Katalysatorheizmodus
strömt des Weiteren, da die Wärmeaustauschmenge
zwischen dem Betriebsfluid und dem Abgas in dem Verdampfungsabschnitt 130 der
Wärmerückgewinnungseinheit 120 im Wesentlichen
null ist, das Abgas zu dem Katalysator 105, ohne in dem
Verdampfungsabschnitt 130 mit Wärme bestrahlt
zu werden. Es ist daher möglich, ein frühes Aufheizen
des Katalysators 105 auszuführen. Da die Strömungsmenge
des Betriebsfluids in dem Verdampfungsabschnitt 130 während
des Katalysatorheizmodus im Wesentlichen null ist, kann des Weiteren
die Menge an Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel
und dem Abgas, welche einem Wärmeaustausch unterzogen werden über
das Betriebsfluid, im Wesentlichen auf null gebracht werden, wobei dadurch
ein Sieden des Kühlmittels verhindert wird. Als ein Ergebnis
kann die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 sowohl
ein frühzeitiges Heizen des Katalysators 105 als
auch die Verhinderung eines Siedens des Kühlmittels in
dem Katalysatorheizmodus verwirklichen. Das heißt, in dem
Katalysatorheizmodus der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 kann
das Heizen des Katalysators 105 erleichtert werden, während
das Kühlmittel am Sieden gehindert werden kann.
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Gemäß der
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 der
vorliegenden Ausführungsform strömt in dem Katalysatorkühlmodus,
da die Strömungsmenge des Betriebsfluids, welches von dem Kondensationsabschnitt 140 zu
dem Verdampfungsabschnitt 130 strömt, erhöht
wird, so dass eine Wärmeaustauschmenge zwischen dem Betriebsfluid
und dem Abgas in dem Verdampfungsabschnitt 130 erhöht
wird, das Abgas, nachdem es um einen großen Betrag in dem
Verdampfungsabschnitt 130 einem Wärmeaustausch
unterzogen wurde, zu dem Katalysator 105. Es ist somit
möglich, ein Überhitzen des Katalysators 105 zu
verhindern. Des Weiteren wird die Strömungsmenge des Betriebsfluids
derart erhöht, dass die Temperatur des Kühlmittels
gesteuert wird, um niedriger zu sein als der dritte Schwellenwert
Tw3, wobei dadurch ein übermäßiges Erhitzen des
Kühlmittels verhindert wird. Als ein Ergebnis ist es möglich,
sowohl die übermäßige Erwärmung
bzw. Erhitzung des Katalysators 105 als auch die übermäßige
Erwärmung des Kühlmittels zu verhindern.
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Gemäß der
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 der
vorliegenden Ausführungsform wird in dem Katalysatorbeibehaltungsmodus
die Strömungsmenge des Betriebsfluids, welches von dem
Kondensationsabschnitt 140 zu dem Verdampfungsabschnitt 130 strömt,
eingestellt, wobei dadurch die Wärmeaustauschmenge zwischen
dem Betriebsfluid und der Abgaswärme in dem Verdampfungsabschnitt 130 eingestellt
wird, so dass die erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 auf
der ersten Schwellenwerttemperatur Tc1 gehalten wird. Die Wärmerückgewinnungsmenge
des Abgases in dem Verdampfungsabschnitt 130 kann daher
beliebig gesteuert werden, und die erfasste Katalysatortemperatur
des Katalysatortemperatursensors 106 kann auf eine Temperatur
gleich zu oder höher als der erste Schwellenwert Tc1 und
niedriger als der zweite Schwellenwert Tc2 eingestellt werden, wobei
dadurch eine Verschlechterung des Katalysators 105 reduziert
wird.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform kann, weil der Verdampfungsabschnitt 130 in
dem Abgasrohr 103 stromabwärts von dem Auspuffkrümmer 104 in
einer Strömungsrichtung des Abgases angeordnet ist, das
Betriebsfluid in dem Verdampfungsabschnitt 130 in wirksamer
Weise einem Wärmeaustausch mit dem Abgas unterzogen werden,
welches von dem Auspuffkrümmer 104 in dem Abgasrohr 103 strömt.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 gemäß einem
Beispiel einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird mit Bezugnahme auf die 6 beschrieben
werden. In der 6 sind die Teile, welche ähnlich
sind oder entsprechend sind zu denjenigen der ersten Ausführungsform,
durch die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform
bezeichnet, und die detaillierte Erläuterung von ihnen
wird weggelassen.
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Die
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 umfasst
eine Wärmerückgewinnungseinheit 220,
welche einen Verdampfungsabschnitt 230 umfasst, in welchem
ein Betriebsfluid fähig ist, durch ein Absorbieren von
Wärme von dem Abgas verdampft zu werden, und den Kondensationsabschnitt 140. Der
Verdampfungsabschnitt 230 ist auf einer Oberfläche
von dem Abgasrohr 103 an einer Position zwischen dem Auspuffkrümmer 104,
welcher an einer Endseite von dem Abgasrohr 103 angeordnet
ist, und dem Katalysator 105 in dem Abgasrohr 103 angeordnet.
Der Verdampfungsabschnitt 230 ist angeordnet, um eine äußere
Wandoberfläche von dem Abgasrohr 103 an einem
Abschnitt zu bedecken, so dass das Abgas, welches in dem Abgasrohr 103 strömt,
und das Betriebsfluid des Verdampfungsabschnitts 230 einem
Wärmeaustausch unterzogen werden. Das verdampfte Betriebsfluid
strömt von dem Verdampfungsabschnitt 230 zu dem
Kondensationsabschnitt 140, um in dem Kondensationsabschnitt 140 kondensiert
zu werden, und das kondensierte Betriebsfluid strömt zu
dem Verdampfungsabschnitt 230 von dem Kondensationsabschnitt 140 über
das Modusschaltventil 170.
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Sogar
bei der Struktur der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 gemäß der
zweiten Ausführungsform können der Katalysatorheizmodus,
der Katalysatorbeibehal tungsmodus und der Katalysatorkühlmodus
selektiv ähnlich zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
eingestellt werden. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 kann
daher sowohl das frühe Heizen des Katalysators 105 als
auch die Verhinderung eines Siedens des Kühlmittels in
dem Katalysatorheizmodus realisieren. Das heißt, in dem
Katalysatorheizmodus der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 kann das
Heizen des Katalysators 105 erleichtert werden, während
das Kühlmittel am Sieden gehindert werden kann.
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Da
der Verdampfungsabschnitt 230 an der äußeren
Wandoberfläche des Abgasrohres 103 angeordnet
ist, ist der Verdampfungsabschnitt 230 als ein Wärmeisolationsabschnitt
des Abgasrohres 103 in Bezug auf die äußere
Luft angepasst. Wenn die äußere Lufttemperatur
in der Wintersaison oder ähnlichem niedrig ist, kann er
das Abgas somit darin beschränken, an dem Abschnitt gekühlt
zu werden, wo der Verdampfungsabschnitt 230 angeordnet
ist. Da der Verdampfungsabschnitt 230 ausgestaltet werden kann
ohne ein Verwenden der Verdampfungsrohre 132 der ersten
Ausführungsform, kann er des Weiteren die Abgaswärme
von dem Abgas daran hindern, durch die Verdampfungsrohre 132 absorbiert
zu werden.
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Bei
dem Beispiel der 6 durchdringt das Abgasrohr 103 den
Verdampfungsabschnitt 230, so dass das Betriebsfluid, welches
in dem Verdampfungsabschnitt 230 außerhalb von
dem Abgasrohr 103 strömt, einem Wärmeaustausch
mit dem Abgas unterzogen wird, das in dem Abgasrohr 103 strömt. Die
Strömungsrichtung des Abgases, welches durch das Abgasrohr 103 im
Inneren des Verdampfungsabschnitts 230 geht, wird entgegengesetzt
zu der Strömungsrichtung des Verdampfungsabschnitts 230 gemacht,
der außerhalb von dem Abgasrohr 103 in dem Verdampfungsabschnitt 230 strömt.
Der Verdampfungsabschnitt 230 und der Kondensationsabschnitt 140 können
unter Verwenden eines Verdampfungsrohres und eines Kondensationsrohres
derart verbunden werden, dass das verdampfte Betriebsfluid von dem
Verdampfungsabschnitt 230 zu dem Kondensationsabschnitt 140 strömt
unter Verwenden des Verdampfungsrohres und das kondensierte Betriebsfluid
von dem Kondensationsabschnitt 140 zu dem Verdamp fungsabschnitt 130 unter
Verwenden des Kondensationsrohres über das Modusschaltventil 170 strömt.
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Bei
der zweiten Ausführungsform sind die anderen Teile der
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 ähnlich
zu denjenigen der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 der
oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
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(Dritte Ausführungsform)
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Eine
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300 gemäß einem
Beispiel einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird mit Bezugnahme auf die 7 beschrieben
werden. In der 7 sind die ähnlichen
oder entsprechenden Teile zu denjenigen der ersten Ausführungsform
durch die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform
bezeichnet, und die detaillierte Erläuterung von diesen
wird weggelassen.
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Die
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300 umfasst
eine Wärmerückgewinnungseinheit 320,
die einen Verdampfungsabschnitt 330 umfasst, in welchem
ein Betriebsfluid fähig ist, durch ein Absorbieren von
Wärme von dem Abgas verdampft zu werden, und den Kondensationsabschnitt 140.
Bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist
der Verdampfungsabschnitt 230 an der Oberfläche
des Abgasrohres 103 an einer Position zwischen dem Auspuffkrümmer 104 und
dem Katalysator 105 angeordnet. Bei der dritten Ausführungsform
ist jedoch die Wärmerückgewinnungseinheit 320 an
der Oberfläche des Auspuffkrümmers 104 angeordnet, welcher
ein Endabschnitt von dem Abgasrohr 103 ist. Der Verdampfungsabschnitt 330 ist
angeordnet, um den Auspuffkrümmer 104 zu bedecken,
so dass das Abgas in dem Auspuffkrümmer 104 und
das Betriebsfluid in dem Verdampfungsabschnitt 330 einem Wärmeaustausch
unterzogen werden. Das verdampfte Betriebsfluid strömt
von dem Verdampfungsabschnitt 330 zu dem Kondensationsabschnitt 140,
um in dem Kondensationsabschnitt 140 kondensiert zu werden,
und das kondensierte Betriebsfluid strömt zu dem Verdampfungsabschnitt 330 von
dem Kondensationsabschnitt 140 über das Modusschaltventil 170.
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Selbst
bei der Struktur der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300 gemäß der
dritten Ausführungsform können der Katalysatorheizmodus,
der Katalysatorbeibehaltungsmodus oder der Katalysatorkühlmodus
selektiv ähnlich zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
eingestellt werden. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300 kann
daher sowohl das frühzeitige Heizen des Katalysators 105 als
auch die Verhinderung eines Siedens des Kühlmittels in
dem Katalysatorheizmodus realisieren. Das heißt, in dem
Katalysatorheizmodus der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300 kann
das Heizen des Katalysators 105 erleichtert werden, während
das Kühlmittel am Sieden gehindert werden kann.
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Da
der Verdampfungsabschnitt 330 an der äußeren
Wandoberfläche des Auspuffkrümmers 104 angeordnet
ist, ist der Verdampfungsabschnitt 330 als ein Wärmeisolationsabschnitt
des Auspuffkrümmers 104 mit Bezug auf die Außenluft
angepasst. Bei der vorliegenden Ausführungsform strömt
das Abgas, welches die höchste Temperatur aufweist, durch den
Auspuffkrümmer 104, und die äußere
Wandoberfläche des Auspuffkrümmers 104 wird
durch den Verdampfungsabschnitt 330 bedeckt. Sogar wenn die
Außenlufttemperatur in der Wintersaison oder ähnlichem
niedrig ist, kann er somit das Abgas darin beschränken,
an dem Auspuffkrümmer 104 gekühlt zu
werden.
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Da
der Verdampfungsabschnitt 330 ausgestaltet werden kann
ohne ein Verwenden der Verdampfungsrohre 132 der ersten
Ausführungsform, kann er des Weiteren die Abgaswärme
des Abgases daran hindern, von den Verdampfungsrohren 132 absorbiert
zu werden.
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Bei
dem Beispiel der 7 wird der Verdampfungsabschnitt 330 mit
einem Verdampfungsdurchlass versehen, welcher den Auspuffkrümmer 104 bedeckt.
Des Weiteren sind der Verdampfungsabschnitt 330 und der
Kondensationsabschnitt 140 unter einem Verwenden eines
Verdampfungsrohres und eines Kondensationsrohres derart verbunden, dass
das verdampfte gasförmige Kältemittel von dem Verdampfungsabschnitt 330 zu
dem Kondensationsabschnitt 140 strömt unter Verwenden
des Verdampfungsrohres und das kondensierte Betriebsfluid von dem
Kondensationsabschnitt 140 zu dem Verdamp fungsabschnitt 330 unter
einem Verwenden des Kondensationsrohres über das Modusschaltventil 170 strömt.
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Bei
der dritten Ausführungsform sind die anderen Teile der
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300 ähnlich
zu denjenigen der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 der
oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
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(Vierte Ausführungsform)
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Eine
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 400 gemäß einem
Beispiel einer vierten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird mit Bezugnahme auf die 8 beschrieben
werden. In der 8 sind die ähnlichen
oder entsprechenden Teile zu denjenigen der ersten Ausführungsform
durch die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform
bezeichnet, und die detaillierte Erläuterung von diesen
wird weggelassen.
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Die
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 400 umfasst
eine Wärmerückgewinnungseinheit 420,
die mit einem Verdampfungsabschnitt 430 versehen ist, in
welchem ein Betriebsfluid fähig ist, unter einem Absorbieren
von Wärme von dem Abgas verdampft zu werden, und dem Kondensationsabschnitt 140.
Der Verdampfungsabschnitt 430 ist an einer Oberfläche
des Abgasrohres 103 an einer Position angeordnet, an welcher
der Katalysator 105 in dem Abgasrohr 103 gehalten
ist. Der Verdampfungsabschnitt 430 ist angeordnet, um eine äußere
Wandoberfläche des Abgasrohres 103 an dem Abschnitt
zu bedecken, wo der Katalysator 105 in dem Abgasrohr 103 gehalten
ist, so dass das Abgas, welches durch den Katalysator 105 in
dem Abgasrohr 103 strömt, und das Betriebsfluid
des Verdampfungsabschnitts 430 einem Wärmeaustausch
unterzogen werden. Das verdampfte Betriebsfluid strömt
von dem Verdampfungsabschnitt 430 zu dem Kondensationsabschnitt 140,
um in dem Kondensationsabschnitt 140 kondensiert zu werden,
und das kondensierte Betriebsfluid strömt zu dem Verdampfungsabschnitt 430 von
dem Kondensationsabschnitt 140 über das Modusschaltventil 170.
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Selbst
bei der Struktur der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 400 gemäß der
vierten Ausführungsform können der Katalysatorheizmodus,
der Katalysatorbeibehaltungsmodus oder der Katalysatorkühlmodus
selektiv ähnlich zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
eingestellt werden. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 400 kann
daher sowohl das frühe Heizen des Katalysators 105 als
auch die Verhinderung eines Siedens des Kühlmittels in
dem Katalysatorheizmodus realisieren. Das heißt, in dem
Katalysatorheizmodus der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 400 kann das
Heizen des Katalysators 105 erleichtert werden, während
das Kühlmittel am Sieden gehindert werden kann.
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Der
Verdampfungsabschnitt 430 ist stromabwärts von
dem Auspuffkrümmer 104 an der äußeren Wandoberfläche
des Abgasrohres 103 an der Halteposition angeordnet, wo
der Katalysator 105 in dem Abgasrohr 103 gehalten
wird. Der Verdampfungsabschnitt 430 kann daher nahe an
dem Katalysator 105 angeordnet werden, wobei dadurch in
geeigneter und unmittelbarer Art und Weise die Katalysatortemperatur
gesteuert wird, selbst wenn sich die Temperatur des Katalysators 105 stark ändert.
Der Verdampfungsabschnitt 430 kann des Weiteren angepasst
werden als ein Wärmeisolationsabschnitt des Abgasrohres 103 mit
Bezug auf die Außenluft. Da der Verdampfungsabschnitt 430 ohne
ein Verwenden der Verdampfungsrohre 132 der ersten Ausführungsform ausgestaltet
werden kann, kann er zusätzlich die Abgaswärme
des Abgases daran hindern, von den Verdampfungsrohren 132 absorbiert
zu werden, ähnlich zu der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform.
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Bei
der vierten Ausführungsform sind die anderen Teile der
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 400 ähnlich
zu denjenigen der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 der
oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung vollständig im Zusammenhang mit
ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist, sei
es angemerkt, dass dem Fachmann des Gebiets verschiedene Änderungen
und Modifikationen deutlich werden.
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Bei
der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sind zum
Beispiel der Katalysator 105 und der Verdampfungsabschnitt 130 angeordnet,
um separat voneinander zu sein. Der Katalysator 105 kann jedoch
integral mit dem Verdampfungsabschnitt 130 angeordnet bzw.
ausgebildet sein. Der Katalysator 105 kann zum Beispiel
an den Rippen 134 gehalten werden, welche in dem Verdampfungsabschnitt 130 vorgesehen
sind. In diesem Fall können, da der Katalysator 105 in
dem Verdampfungsabschnitt 130 integral mit dem Verdampfungsabschnitt 130 angeordnet
ist, die Wärmerückgewinnungseinheit 120 und der
Katalysator 105 leicht an dem Abgasrohr 103 montiert
werden.
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Bei
der oben beschriebenen vierten Ausführungsform kann der
Katalysator 105 integral mit dem Verdampfungsabschnitt 430 an
dem Halteabschnitt der Abgasrohre 103 angeordnet werden,
wo der Katalysator 105 gehalten wird.
-
Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Katalysatortemperatursensor 106 in dem
Katalysator 105 als ein Katalysatortemperatursensor angeordnet.
Als der Katalysatortemperatursensor können jedoch andere
Mittel oder Vorrichtungen zum Erfassen der Temperatur des Katalysators 105 verwendet
werden. Ein Abgastemperatursensor kann zum Beispiel angeordnet werden,
um die Temperatur des Abgases an einer Position unmittelbar stromaufwärts
von dem Katalysator 105 zu erfassen, wobei dadurch die
Temperatur des Katalysators 105 bestimmt wird. Alternativ
ist ein stromaufwärtiger Abgastemperatursensor angeordnet,
um eine erste Temperatur des Abgases an einer Position unmittelbar
stromaufwärts von dem Katalysator 105 zu erfassen,
und ein stromabwärtiger Abgastemperatursensor ist angeordnet,
um eine zweite Temperatur des Abgases an einer Position unmittelbar
stromabwärts von dem Katalysator 105 zu erfassen,
und der Mittelwert der erfassten ersten und zweiten Temperatur kann
verwendet werden als das Katalysatortemperatursignal S2, welches
in die Steuerungseinheit 180 einzugeben ist.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Kühlmitteltemperatursensor 117 an dem
Kühlmittelauslassabschnitt des Motors 102 angeordnet.
Jedoch kann ein allgemein bekannter Kühlmitteltemperatursensor
verwendet werden, um zu einem Erfassen der Temperatur des Kühlmittels
in dem Kühlmitteldurchlass 111 fähig
zu sein.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Ventilöffnungsgrad
L2 des Modusschaltventils 170 derart eingestellt, dass
die erfasste Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 117 niedriger
wird als der dritte Schwellenwert Tw3 vorzugsweise, im Vergleich
dazu, dass die erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 niedriger
wird als der zweite Schwellenwert Tc2. Jedoch ist das Einstellen
des Ventilöffnungsgrads L2 des Modusschaltventils 170 nicht
auf das Obige beschränkt. Der Ventilöffnungsgrad
L2 des Modusschaltventils 170 kann zum Beispiel derart
eingestellt werden, dass die erfasste Katalysatortemperatur des
Katalysatortemperatursensors 106 niedriger wird als der
zweite Schwellenwert Tc2 vorzugsweise, im Vergleich dazu, dass die
erfasste Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 117 niedriger
wird als der dritte Schwellenwert Tw3. Alternativ kann der Ventilöffnungsgrad L2
des Modusschaltventils 170 derart eingestellt werden, dass
die erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 niedriger
wird als der zweite Schwellenwert Tc2, ohne Rücksicht auf die
erfasste Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 117.
Der zweite Schwellenwert Tc2 wird hier eingestellt auf Basis der
oberen Grenztemperatur der Wärmewiderstandsfähigkeit
des Katalysators 105, und der dritte Schwellenwert Tw3
wird auf Basis der zulässigen Strahlungstemperatur des
Kühlers 113 derart eingestellt, dass die erfasste
Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 niedriger
ist als der zweite Schwellenwert Tc2.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Ventilöffnungsgrad
L2 größer eingestellt als der Ventilöffnungsgrad
L1, wie es in der 5B gezeigt ist. Der Ventilöffnungsgrad
L2 für das Modusschaltventil 170 kann jedoch geringer
eingestellt werden als der Ventilöffnungsgrad L1, derart, dass
die erfasste Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 117 niedriger
wird als der dritte Schwellenwert Tw3. Der Ventilöffnungsgrad
L2 für das Modusschaltventil 170 kann alternativ
geringer eingestellt werden als der Ventilöffnungsgrad
L1, derart, dass die erfasste Katalysatortemperatur des Katalysatortemperatursensors 106 niedriger
wird als der zweite Schwellenwert Tc2. Alternativ kann der Ventilöffnungsgrad
L2 des Modusschaltventils 170 kleiner eingestellt werden
als der Ventilöffnungsgrad L1, derart, dass die erfasste
Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 117 niedriger
wird als der dritte Schwellenwert Tw3 und die erfasste Katalysatortemperatur
des Katalysatortemperatursensors 106 niedriger wird als
der zweite Schwellenwert Tc2.
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Derartige Änderungen
und Modifikationen sollen als innerhalb der Reichweite der vorliegenden Erfindung
liegend verstanden werden, wie sie durch die angehängten
Ansprüche definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2008-190437
A [0002, 0003]