内燃机的CO2分离装置的制作方法

内燃机的co2分离装置
技术领域
1.本发明涉及内燃机的co2分离装置，其设置于内燃机的排气系统，从废气中分离co2。


背景技术：

2.为了减轻地球环境上的不良影响，汽车的废气限制进一步发展。特别是内燃机的废气所含的co2(二氧化碳)被认为是全球变暖的一个原因，要求从废气中对co2进行分离、回收，减少从汽车排出的co2量。
3.以往，作为从废气中分离co2的co2分离装置，已知有例如专利文献1所记载的装置。在该co2分离装置中，在内燃机的排气通路中，设置捕获co2的co2捕获材料，利用co2捕获材料对内燃机的废气中的co2进行捕获，并且使所捕获到的co2从co2捕获材料脱离。作为co2捕获材料，使用沸石等。
4.具体而言，排气通路具备通过切换阀从而能够仅在其中一方流动废气的2个分支通路，在两分支通路中分别设置有co2捕获材料。通过在一方的分支通路中流动废气，从而利用该分支通路的co2捕获材料对废气中的co2进行捕获(捕获工序)，通过利用废气的热对另一方的分支通路的co2捕获材料进行加温，从而使co2捕获材料所捕获的co2脱离(脱离工序)。并且，在各co2捕获材料中，交替地反复进行上述的捕获工序和脱离工序，由此从废气中分离co2。在先技术文献专利文献
5.专利文献1：国际公开第2016/076041号


技术实现要素：

发明所要解决的课题
6.在作为co2吸附材料而使用的材料当中，如上述的沸石等，co2吸附性能根据其温度而变化，示出吸附材料温度越低则co2吸附性能越高，随着吸附材料温度升高而下降这样的温度特性。因此，在通过使co2吸附材料的温度变化来切换co2的吸附/脱离，由此进行废气中的co2的分离
·
回收的co2分离装置中，为了最大限度地有效地利用co2吸附材料的co2吸附性能，需要适当地控制co2吸附材料的温度状态，以使得在co2的吸附时成为适于吸附的低温且在co2的脱离时成为适于脱离的高温。
7.特别是，在为了脱离时的co2吸附材料的升温而使用内燃机的排热(废气的热)的系统的情况下，由于废气的温度可能因内燃机的运转状态、负荷或者外部环境等主要因素而大幅变动，因此期望与这样的废气温度的变动无关地，适当地调整向co2吸附材料供给的废气的温度，使得被供给废气的co2吸附材料维持为适于co2的吸附/脱离的温度。
8.此外，一般地，co2吸附材料通过持续暴露于大大超过co2脱离时的合适温度的高温而产生不可逆的劣化或破损。因此，在废气温度为这样的高温的情况下，较为理想的是通过
限制对co2吸附材料的废气的供给等，使得能够保护co2吸附材料。
9.本发明为了解决这样的课题而作，其目的在于提供一种内燃机的co2分离装置，通过将向co2吸附材料供给的废气的温度维持为适当的温度，能够良好地进行co2吸附材料对co2的吸附/脱离。此外，本发明的目的还在于提供一种内燃机的co2分离装置，在废气的温度过度上升的情况下，能够防止co2吸附材料的过热。用于解决课题的手段
10.为了达成该目的，本发明的技术方案1所涉及的内燃机的co2分离装置是设置于内燃机(实施方式中的(以下与本技术方案中相同)发动机3)的排气系统并从废气中分离co2的内燃机的co2分离装置1，其特征在于，具备：排气通路4，其与内燃机连接，供废气流动；co2吸附材料，其设置于排气通路，在给定的低温时吸附废气中的co2，并且在给定的高温时使所吸附的co2脱离；以及排热控制器(热交换构造61)，其设置于排气通路的co2吸附材料的上游侧，被导入废气，并且通过与废气的热交换来吸收废气的热。
11.在该内燃机的co2分离装置中，由于在排气通路中具备根据其温度状态的变化而反复进行co2的吸附与脱离的co2吸附材料，因此通过因经过排气通路导入co2吸附材料的高温的废气而升温至给定的高温状态的co2吸附材料来吸附废气中的co2，并且在此之前所吸附的co2从失去热而成为给定的低温状态的co2吸附材料脱离。
12.此外，根据该内燃机的co2分离装置，通过设置于排气通路的co2吸附材料的上游侧的排热控制器来进行与废气的热交换，由此在导入到co2吸附材料之前吸收废气的热。由此，能够将向co2吸附材料供给的废气的温度维持为适当的温度，能够良好地进行co2吸附材料对co2的吸附/脱离。
13.本发明的技术方案2所涉及的发明的特征在于，在技术方案1所述的内燃机的co2分离装置中，具备：排气温度检测单元(排气温度传感器15)，其设置于排气通路的排热控制器的下游侧且co2吸附材料的上游侧，检测流入co2吸附材料的废气的温度作为排气温度tgas；第一旁路通路63，其从排气通路的排热控制器的上游侧分支，绕过排热控制器而与排气温度检测单元的上游侧合流；以及第一流量控制单元(第一流量控制阀65、ecu2、图5)，其为了调整排气温度，根据所检测出的排气温度来控制在第一旁路通路中流动的废气的流量。
14.根据该结构，除了排热控制器对废气温度的调整以外，还根据废气温度来控制在绕过排热控制器的第一旁路通路中流动的废气的流量，因此能够将向co2吸附材料供给的废气的温度维持为更适当的温度，能够更良好地进行co2吸附材料对co2的吸附/脱离。
15.本发明的技术方案3所涉及的发明的特征在于，在技术方案2所述的内燃机的co2分离装置中，还具备目标温度设定单元(ecu2)，该目标温度设定单元设定排气温度的目标值作为目标温度(第一目标温度tgascmd1、第二目标温度tgascmd2)，第一流量控制单元基于排气温度与目标温度的差分(第一温度偏差δtgas1，第二温度偏差δtgas2)来控制在第一旁路通路中流动的废气的流量(图5的步骤104～109、步骤112～117、步骤118～123)。
16.根据该结构，由于根据排气温度与目标温度的差分，来控制在绕过排热控制器的第一旁路通路中流动的废气的流量，因此能够将向co2吸附材料供给的废气的温度调整为接近于目标温度。由此，能够将向co2吸附材料供给的废气的温度维持为更适当的温度，能够更良好地进行co2吸附材料对co2的吸附/脱离。
17.本发明的技术方案4所涉及的发明的特征在于，在技术方案3所述的内燃机的co2分离装置中，第一流量控制单元进行控制，使得排气温度相对于目标温度越低，则使在第一旁路通路中流动的废气的流量越大(图6)。
18.根据该结构，通过进行控制使得废气的温度越低则使在第一旁路通路中流动的废气的流量越大，从而通过与排热控制器的热交换来冷却的废气的比例减少，因此即使在废气的温度为比较低温的情况下，也能够将向co2吸附材料供给的废气的温度维持为更适当的温度，能够更良好地进行co2吸附材料对co2的吸附/脱离。
19.本发明的技术方案5所涉及的发明的特征在于，在技术方案2所述的内燃机的co2分离装置中，还具备：第二旁路通路64，其从排气通路的排热控制器的上游侧分支，绕过排热控制器以及co2吸附材料而向大气开放；以及第二流量控制单元(第二流量控制阀66、ecu2、图5)，其为了调整排气温度，根据所检测出的排气温度来控制在第二旁路通路中流动的废气的流量，第二流量控制单元进行控制，使得排气温度相对于目标温度越高则使在第二旁路通路中流动的废气的流量越大(图7)。
20.根据该结构，通过进行控制使得废气的温度越高则使在第二旁路通路中流动的废气的流量越大，能够抑制流入排热控制器以及co2吸附材料的高温的废气的流量。由此，在废气的温度过度上升的情况下，能够经由第二旁路通路释放热，能够防止co2吸附材料的过热。
21.本发明的技术方案6所涉及的发明的特征在于，在技术方案1所述的内燃机的co2分离装置中，排热控制器具有水套62，该水套被导入对内燃机进行冷却的冷却水，并通过该冷却水对导入排热控制器的废气进行冷却，内燃机的co2分离装置还具备：冷却水控制单元(第一水泵72、ecu2)，其控制流入水套的冷却水的流入量；以及水温检测单元(第一水温传感器13)，其检测流入水套的冷却水的水温tw1，冷却水控制单元根据所检测出的水温来控制流入水套的冷却水的流入量(图10)。
22.根据该结构，由于根据冷却水的温度来控制流入水套的冷却水的流入量，因此能够进行控制，使得例如排热控制器通过与废气的热交换而成为高温，冷却水的温度越上升则越增大冷却水的流入量而得到更大的冷却效果。由此，能够更高效地进行废气与排热控制器之间的热交换，因此能够将向co2吸附材料供给的废气的温度维持为更适当的温度，能够更良好地进行co2吸附材料对co2的吸附/脱离。
23.本发明的技术方案7所涉及的发明的特征在于，在技术方案6所述的内燃机的co2分离装置中，还具备：旁路通路(第二旁路通路64)，其从排气通路的排热控制器的上游侧分支，绕过排热控制器以及co2吸附材料而向大气开放；以及流量控制单元(第二流量控制阀66、ecu2)，其控制在旁路通路中流动的废气的流量，流量控制单元在所检测出的水温超过给定值(第一阈值水温twref1)的情况下，进行控制，使得增大在旁路通路中流动的废气的流量(图5的步骤110、步骤124～127)。
24.根据该结构，在冷却水的温度由于废气与排热控制器的热交换而过度上升的情况下，通过进行控制使得增大在旁路通路中流动的废气的流量，能够抑制流入排热控制器以及co2吸附材料的高温的废气的流量，因此能够防止co2吸附材料的过热。
附图说明
25.图1是将应用了本发明的co2分离装置与内燃机一起概略性地示出的图。图2是示出co2分离装置的控制系统的结构的框图。图3是示出co2吸附材料的吸附性能的温度特性的图。图4是概略性地示出co2分离装置中的排热控制组件的图。图5是示出排气流量控制处理的流程图。图6是用于设定第一流量控制阀的开度的映射图。图7是用于设定第二流量控制阀的开度的映射图。图8是示出第一流量控制阀以及第二流量控制阀的动作的区域图。图9是示出冷却水通路切换控制处理的流程图。图10是示出冷却水通路的切换动作的概略的区域图。图11是用于设定水泵的转速的映射图。
具体实施方式
26.以下，参照附图对本发明的优选实施方式详细进行说明。图1将本实施方式的co2分离装置1与内燃机3一起概略性地示出。
27.内燃机(以下称为“发动机”)3例如是作为动力源而搭载于车辆(未图示)的汽油发动机。在发动机3，连接有进气通路(未图示)以及排气通路4。在发动机3中，在各气缸(未图示)中，从燃料喷射阀(未图示)喷射的燃料与从进气通路吸入的空气的混合气通过火花塞(未图示)的点火而燃烧，由此产生的高温的燃烧气体作为废气向排气通路4排出。排气通路4在发动机3的下游分支为第一排气通路4a和第二排气通路4b，在各自的下游侧端经由单向阀5向大气开放。
28.co2分离装置1用于从在排气通路4中流动的废气中分离并回收co2(二氧化碳)，具备：排热控制组件6、第一co2吸附装置7a、第二co2吸附装置7b、压缩机8以及储存罐9。
29.第一co2吸附装置7a和第二co2吸附装置7b分别设置于排气通路4，在后述的co2吸附控制中，从所导入的废气中吸附并分离co2，将co2被除去或减少后的废气(脱co2废气)向大气排出。此外，由第一co2吸附装置7a和第二co2吸附装置7b吸附的co2在后述的co2脱离控制中，从co2吸附装置7a、7b脱离后，通过第一分支通路10a或第二分支通路10b，被引导向设置于合流通路10c的压缩机8，在由压缩机8压缩后的状态下储存于储存罐9中。以下，对第一co2吸附装置7a以及第二co2吸附装置7b的结构详细进行说明。
30.第一co2吸附装置7a具有以彼此相邻的方式设置的第一热交换器和第一co2吸附器(均未图示)。此外，第二co2吸附装置7b具有以彼此相邻的方式设置的第二热交换器和第二co2吸附器(均未图示)。第一排气通路4a设置为从上游侧起依次通过第一co2吸附装置7a的第一热交换器和第二co2吸附装置7b的第二co2吸附器，并在第二co2吸附器的下游侧向大气开放。此外，第二排气通路4b设置为从上游侧起依次通过第二co2吸附装置7b的第二热交换器和第一co2吸附装置7a的第一co2吸附器，并在第一co2吸附器的下游侧向大气开放。此外，第一co2吸附器以及第二co2吸附器分别经由第一分支通路10a或第二分支通路10b、以及合流通路10c与压缩机8以及储存罐9连接。
31.第一以及第二热交换器以如下方式发挥功能，即：通过与在第一以及第二排气通
路4a、4b中流动的高温的废气的热交换，对废气进行冷却，并且通过从废气吸收的热，使与各自相邻的第一以及第二co2吸附器升温。另外，所谓相邻，并不限定于直接接触，也可以是在其间夹着例如热传导性高的物质的构造。第一以及第二热交换器只要是能够进行与废气的热交换的构造即可，作为简单的方式，可以采用剖面为凹凸的使散热面积增大的槽形状的构造(例如散热片构造)。
32.第一以及第二co2吸附器用于对废气中的co2进行吸附以及脱离，内置有为此的co2吸附材料(未图示)。co2吸附材料设置为暴露于在各个co2吸附器中流动的废气。此外，co2吸附材料例如由锂复合氧化物、沸石等构成，具有如图3所示那样的与温度相应的co2吸附性能。
33.具体而言，如图3所示，co2吸附材料能够吸附的co2吸附量根据co2吸附材料的温度而变化，温度越低则co2吸附量越大，随着温度升高而下降。在本实施方式的co2分离装置1中，利用这样的co2吸附材料的温度特性，如后所述，在co2吸附控制时通过降低co2吸附器的温度，设为适于co2的吸附的低温(例如50℃)来使其吸附废气中的co2，并且在co2脱离控制时通过升高co2吸附器的温度，设为适于co2的脱离的高温(例如200℃)来使所吸附的co2脱离，由此控制co2的吸附/脱离。
34.压缩机8例如由电动的泵构成，在将从第一以及第二co2吸附材料脱离并流出的co2进行了压缩的状态下使其储存于储存罐10中。压缩机8的驱动/停止由ecu2控制。
35.在排气通路4的第一排气通路4a与第二排气通路4b的分支部中，设置有第一排气通路切换阀11。第一排气通路切换阀11将来自发动机3的废气的流动切换为第一排气通路4a与第二排气通路4b中的任意一者。第一排气通路切换阀11的动作由ecu2控制。即，ecu2作为排气通路切换单元而发挥功能。
36.此外，在第一分支通路10a以及第二分支通路10b与合流通路10c的合流部中，设置有第二排气通路切换阀12。第二排气通路切换阀12通过选择性地将第一分支通路10a以及第二分支通路10b中的任意一者向合流通路10c侧开放，从而在后述的co2的脱离控制时，使从第一co2吸附器以及第二co2吸附器中的任意一者脱离的co2流入压缩机8以及储存罐9。第二排气通路切换阀12的动作由ecu2控制。
37.在第一排气通路4a的第二co2吸附器的下游侧，设置有第一co2浓度传感器13，在第二排气通路4b的第一co2吸附器的下游侧，设置有第二co2浓度传感器14。第一以及第二co2浓度传感器13、14分别检测它们的设置位置处的废气的co2浓度作为第一co2浓度cco2a以及第二co2浓度cco2b。它们的检测信号输出到ecu2。
38.接着，说明本实施方式的co2分离装置1中的排热控制组件6的结构。排热控制组件6设置于排气通路4的第一co2吸附装置7a、第二co2吸附装置7b、以及第一排气通路切换阀11的上游侧，通过与所导入的废气进行热交换来冷却废气。由此，将向第一co2吸附装置7a以及第二co2吸附装置7b供给的废气的温度调整为成为适于执行后述的co2吸附控制以及co2脱离控制的温度。
39.图4概略性地示出排热控制组件6的结构。排热控制组件6包括热交换构造61、水套62、第一旁路通路63、第二旁路通路64、第一流量控制阀65、第二流量控制阀66。
40.热交换构造61设置于排气通路4，通过与在排气通路4中流动的高温的废气进行热交换来吸收废气的热。热交换构造61只要是能够进行与废气的热交换的构造即可，作为简
单的方式，可以采用剖面为凹凸的使散热面积增大的槽形状的构造(例如散热片构造)。水套62例如设置为包围热交换构造61，通过在其内部充满的冷却水与热交换构造61进行热交换。即，通过在废气、热交换构造61、以及水套62的冷却水之间进行热交换，从而废气的热向冷却水移动，由此冷却水的温度上升，并且废气的温度下降。
41.水套62与水路71在至少两处连接，在与水路71之间构成冷却水的循环路。水路71的内部由冷却水充满，在水路71中设置有用于送出冷却水并使其循环的第一水泵72、以及用于将冷却水的热向外部释放而对冷却水进行冷却的第一散热器73。冷却水在通过由第一水泵72送出而在水路71与水套62之间循环的过程中，通过与废气的热交换而被加热，并且通过经过第一散热器73而被冷却。
42.此外，水路71经由分支通路77与发动机3的冷却回路74连接。冷却回路74是通过发动机3、第二散热器76、加热器芯80的回路，在其内部充满有冷却水。冷却回路74内的冷却水如下发挥功能：通过由第二水泵78送出而在冷却回路74内循环，通过与发动机3、第二散热器76、加热器芯80进行热交换而对发动机3进行冷却。此外，在冷却回路74设置有恒温器79，通过根据冷却水的温度等切换通路，来切换冷却水是否通过第二散热器76。由此，构成为将冷却回路74内的冷却水的温度稳定地保持于给定的温度范围(例如80～90℃)。
43.在水路71的与分支通路77的分支点，设置有水路切换阀75。水路切换阀75将通过水套62向水路71流动的冷却水的流动切换为第一散热器73侧和发动机3的冷却回路74侧中的任意一者。水路切换阀75的动作由ecu2控制。即，ecu2作为水路切换单元而发挥功能。
44.在水路切换阀75向第一散热器73侧开放时，冷却水在水路71与水套62之间循环，通过经过设置于水路71的第一散热器73而被冷却。另一方面，在水路切换阀75向发动机3的冷却回路74侧开放时，冷却水在水路71、冷却回路74以及水套62之间循环。此时，可能是不同温度的水路71的冷却水和冷却回路74内的冷却水通过相互混合而使水温均衡化，并且通过经过设置于冷却回路74的第二散热器76而被冷却。
45.在水路71设置有检测在水路71中流动的冷却水的温度作为第一水温tw1的第一水温传感器81。此外，在发动机3的冷却回路74，设置有检测在冷却回路74中流动的冷却水的温度作为第二水温tw2的第二水温传感器82。第一水温tw1以及第二水温tw2的检测信号输出到ecu2。
46.接着，对排热控制组件6的第一旁路通路63、第二旁路通路64、第一流量控制阀65、第二流量控制阀66的结构进行说明。第一旁路通路63从排气通路4的比热交换构造61靠上游侧处分支，绕过热交换构造61而与排气通路4的热交换构造61的下游侧即第一排气通路切换阀11的上游侧合流。在第一旁路通路63的中途设置有第一流量控制阀65，第一流量控制阀65通过变更其开度(以下称为v1开度。)来调整在第一旁路通路63中流动的废气的流量，由此，调整向排热控制组件6侧以及第二旁路通路64侧流动的废气的流量。即，随着v1开度变大，向第一旁路通路63侧流动的废气流量增大，相应地，向排热控制组件6侧以及第二旁路通路64侧流动的废气流量减少。由此，调整通过与排热控制组件6的热交换而被冷却的废气的流量。
47.第二旁路通路64与第一旁路通路63同样地从排气通路4的比热交换构造61靠上游侧处分支，绕过排热控制组件6和2个co2吸附装置7a以及7b，在其下游侧端经由单向阀向大气开放。在第二旁路通路64的中途，设置有第二流量控制阀66，第二流量控制阀66通过变更
其开度(以下称为v2开度。)来调整在第二旁路通路64中流动的废气的流量，由此，调整向排热控制组件6侧以及第一旁路通路63侧流动的废气的流量。即，随着v2开度变大，向第二旁路通路64侧流动的废气的流量增大，相应地，向排热控制组件6侧以及第一旁路通路63侧流动的废气流量减少。由此，调整向2个co2吸附装置7a以及7b供给的废气的流量。
48.在本说明书中，所谓将v1开度或v2开度设为全闭(v1开度＝0％、v2开度＝0％)，是指将第一流量控制阀65或第二流量控制阀66完全关闭，在该情况下，废气不向全闭的第一旁路通路63或第二旁路通路64侧流动。此外，所谓将v1开度或v2开度设为全开(v1开度＝100％、v2开度＝100％)，是指将第一流量控制阀65或第二流量控制阀66最大限度地打开。在使v1开度全开时向第一旁路通路63侧流动的废气的流量、或在使v2开度全开时向第二旁路通路64侧流动的废气的流量由另一方的旁路通路的开度、排热控制组件6以及co2吸附装置7a、7b的流路阻力等决定。v1开度以及v2开度的变更由ecu2控制。即，ecu2作为流量控制单元而发挥功能。
49.此外，在排气通路4的排热控制组件6的下游侧且第一排气通路切换阀11的上游侧，设置有排气温度传感器15。排气温度传感器15检测其设置位置处的废气的温度、即流入第一以及第二co2吸附装置7a、7b的废气的温度作为排气温度tgas。
50.图2示出co2分离装置1的控制系统的结构。ecu2由cpu、ram、rom以及i/o接口(均未图示)等所构成的微型计算机构成。ecu2根据上述的co2浓度传感器13、14的检测信号等，执行对基于co2吸附装置7a、7b的co2的吸附以及脱离进行控制的co2吸附脱离控制。此外，ecu2根据上述的排气温度传感器15的检测信号等，执行用于使用排热控制组件6来调整导入到co2分离装置的废气的温度的排气流量控制。进而，ecu2根据上述的第一水温传感器81以及第二水温传感器82的检测信号等，执行用于切换冷却水通路并且调整冷却水的流量的冷却水通路切换控制。关于各控制的详情在后面叙述。
51.接着，对本实施方式的co2分离装置1中的co2吸附装置7a、7b对co2的吸附以及脱离的流程和co2吸附脱离控制的概略进行说明。如上所述，在本实施方式的co2分离装置1中，第一co2吸附装置7a具有以彼此相邻的方式设置的第一热交换器和第一co2吸附器，第二co2吸附装置7b具有以彼此相邻的方式设置的第二热交换器和第二co2吸附器。
52.废气通过由第一排气通路切换阀11选择性地开放的第一以及第二排气通路4a、4b中的任意一者而流动，并通过第一以及第二热交换器中的任意一者。通过与热交换器的热交换而被冷却后的低温的废气在接着通过第一以及第二co2吸附器中的任意一者时被吸附co2，之后，作为脱co2废气(包含n2、水等。)向大气排出。另一方面，从高温的废气被热交换器吸收的热向与热交换器相邻的未导入废气的一方的co2吸附器传递。由此，此前所吸附的co2从被加热的co2吸附器脱离。脱离后的co2通过由第二排气通路切换阀12选择性地开放的第一分支通路10a以及第二分支通路10b中的任意一者而流向合流通路10c侧，在由压缩机8压缩后的状态下储存于储存罐9中。
53.在本实施方式的co2分离装置1中，如上所述，在导入废气的一方的co2吸附器进行co2的吸附时，未导入废气的一方的co2吸附器以使此前吸附的co2脱离的方式进行动作。进而，在给定的条件下，控制为通过第一排气通路切换阀11来切换第一排气通路4a和第二排气通路4b，并且控制为通过第二排气通路切换阀12来切换第一分支通路10a和第二分支通路10b，由此切换废气通过的热交换器以及co2吸附器，并且切换向压缩机8以及储存罐9侧
开放的co2吸附器。由此，此前吸附了co2的co2吸附器开始所吸附的co2的脱离，此前使co2脱离的co2吸附器开始来自新导入的废气的co2的吸附。
54.在本实施方式中，第一排气通路切换阀11对第一排气通路4a与第二排气通路4b的切换、以及第二排气通路切换阀12对第一分支通路10a与第二分支通路10b的切换在脱co2废气中的co2浓度超过给定值、判定为正在进行co2吸附的co2吸附器已经达到饱和状态的情况下进行。脱co2废气中的co2浓度的检测使用第一以及第二co2浓度传感器13、14来进行。另外，也可以构成为，在压缩机8的上游侧设置co2浓度传感器，在导入到压缩机8的co2气体中的co2浓度低于给定值、判定为正在进行co2脱离的co2吸附器的co2脱离大致完成的情况下切换第一排气通路切换阀11以及第二排气通路切换阀12。
55.对按照以上那样的流程进行的co2吸附装置7a、7b对co2的吸附以及脱离进行控制的co2吸附脱离控制如下进行。首先，确认当前正在进行co2的吸附的是第一co2吸附器和第二co2吸附器中的哪一个。然后，从设置于正在进行吸附的co2吸附器的下游侧的第一co2浓度传感器13或第二co2浓度传感器14取得第一co2浓度cco2a或第二co2浓度cco2b，通过参照该值，来判定正在进行吸附的co2吸附器是否达到饱和状态。在判定为正在进行吸附的co2吸附器未达到饱和状态的情况下，继续当前的co2吸附器所进行的co2吸附。另一方面，在判定为正在进行吸附的co2吸附器已达到饱和状态的情况下，通过进行第一排气通路切换阀11以及第二排气通路切换阀12的切换，来切换各个co2吸附器所进行的co2的吸附/脱离。
56.接着，对本实施方式的co2分离装置1中的、使用了排热控制组件6的排气流量控制进行说明。图5是示出排气流量控制处理的流程图。本处理在发动机3的通常运转状态下每隔给定时间来执行。在本处理中，首先在步骤101(图示为“s101”。以下相同)中，判别co2分离装置1对co2的分离
·
回收是否在执行中。在步骤101的判别结果为“是”的情况下，前进至步骤102。另一方面，在步骤101的判别结果为“否”、不是co2分离装置1对co2的分离
·
回收的执行中的情况下，结束本处理。
57.在步骤102中，从设置于排热控制组件6的下游侧且第一排气通路切换阀11的上游侧的排气温度传感器15，取得当前的排气温度tgas。接着，在步骤103中，判别所取得的排气温度tgas是否低于给定的第一目标温度tgascmd1。
58.第一目标温度tgascmd1设定为适合于进行co2吸附装置7a、7b的co2吸附器所吸附的co2的脱离的温度，例如设定为200℃。在步骤103的判别结果为“是”、且所取得的排气温度tgas比给定的第一目标温度tgascmd1低的情况下，判断为通过排热控制组件6来冷却废气的必要性小，在步骤104～109中进行与此相应的v1开度以及v2开度的控制。在步骤104中，计算出排气温度tgas与给定的第二目标温度tgascmd2之差(＝tgas-tgascmd2)作为第一温度偏差δtgas1，前进至步骤105。
59.第二目标温度tgascmd2是比第一目标温度tgascmd1高的温度，设定为当该温度的废气被长时间导入co2吸附装置7a、7b的co2吸附器时可能产生co2吸附器内置的co2吸附材料的劣化或破损的温度，例如设定为220℃。
60.在步骤105中，基于所计算出的第一温度偏差δtgas1，使用例如图6那样的映射图来检索v1开度的目标值。接着，在步骤106中，控制v1开度使得成为所检索到的目标值。
61.在图6的映射图中，在第一温度偏差δtgas1为负值的区域中，设定为第一温度偏差δtgas1越成为负侧的大值则v1开度越大，在第一温度偏差δtgas1为0以上的区域中，设
定为v1开度＝0％。即，排气温度tgas越低，则判断为将废气导入排热控制组件6进行冷却的必要性越小，通过增大v1开度来增加导入第一旁路通路63的废气的流量。通过这样控制，保持温度不变向co2吸附装置7a或7b供给的废气的比例增大。
62.另一方面，随着排气温度tgas成为高温，将v1开度设为更小，由此导入排热控制组件6的废气的流量增大，成为向co2吸附装置7a或7b供给由排热控制组件6冷却后的废气。此外，在排气温度tgas为第二目标温度tgascmd2以上的高温的情况下，通过使第一流量控制阀65全闭，来防止废气未被冷却就被供给到co2吸附装置7a或7b的情况。
63.在后续的步骤107中，计算出排气温度tgas与给定的第一目标温度tgascmd1之差(＝tgas-tgascmd1)作为第二温度偏差δtgas2，并前进至步骤108。在步骤108中，基于所计算出的第二温度偏差δtgas2，使用例如图7那样的映射图来检索v2开度的目标值。接着，在步骤109中，控制v2开度使得成为所检索到的目标值，结束本处理。
64.在图7的映射图中，在第二温度偏差δtgas2为0以下的区域中，设定为v2开度＝0％，在第二温度偏差δtgas2为大于0的值的区域中，设定为排气温度tgas越高则v2开度越大。即，在排气温度tgas为第一目标温度tgascmd1以下的情况下，判断为不需要保护排热控制组件6以及co2吸附装置7a、7b免受高温的废气影响，通过使第二流量控制阀66全闭，能够将废气的全部量供给到co2吸附装置7a或7b，最大限度地进行co2的吸附/脱离。
65.另一方面，在排气温度tgas比第一目标温度tgascmd1高的情况下，排气温度tgas越高，则判断为保护排热控制组件6以及co2吸附装置7a、7b免受高温的废气影响的必要性越高，通过将v2开度设为更大来增大导入第二旁路通路64的废气的流量。通过这样控制，来防止排热控制组件6以及co2吸附装置7a、7b成为过度的高温的情况。
66.另外，在步骤105～106以及步骤108～步骤109中，由于在步骤103中判别了排气温度tgas低于第一目标温度tgascmd1的情况，因此将v1开度控制为较大地打开侧，另一方面，将v2开度控制为全闭。通过这样的控制，将废气的大部分导入第一旁路通路63，绕过排热控制组件6而导入co2吸附装置7a、7b，由此能够将保持热的状态的废气供给到co2吸附装置7a、7b，能够良好地进行co2的吸附/脱离。
67.另一方面，在步骤103的判别结果为“否”、所取得的排气温度tgas为给定的第一目标温度tgascmd1以上的情况下，前进至步骤110。在步骤110中，判别第一水温传感器81所取得的第一水温tw1是否超过给定的第一阈值水温twref1。第一阈值水温twref1设定为在水路71以及水套62中循环的冷却水的水温超过该温度的情况下视为过热的水温，例如设定为95℃。
68.在步骤110的判别结果为“是”的情况下，即在第一水温tw1超过给定的第一阈值水温twref1的情况下，判定为冷却水处于过热的状态，在后续的步骤124～127中，进行用于中止废气向排热控制组件6以及co2吸附装置7a、7b的导入的控制。首先，在步骤124中，将v1开度的目标值设定为0％，在下一步骤125中，将实际的v1开度控制为0％。接着，在步骤126中，将v2开度的目标值设定为100％，在下一步骤127中，将实际的v2开度控制为100％，结束本处理。通过这样的控制，能够将废气的大部分导入第二旁路通路64，绕过排热控制组件6以及co2吸附装置7a、7b而向大气开放。由此，防止排热控制组件6以及co2吸附装置7a、7b成为过度的高温的情况。
69.另一方面，在步骤110的判别结果为“否”的情况下，即在第一水温tw1为给定的第
一阈值水温twref1以下的情况下，判断为冷却水不处于过热的状态，前进至步骤111。在步骤111中，判别所取得的排气温度tgas是否比给定的第二目标温度tgascmd2高。
70.在步骤111的判别结果为“否”的情况下，即在排气温度tgas处于给定的第一目标温度tgascmd1以上且给定的第二目标温度tgascmd2以下的温度范围(例如200℃≤tgas≤220℃的温度范围)、并且判定为冷却水不处于过热的状态时，判断为通过排热控制组件6来冷却废气的必要性高，在步骤112～117中进行与此相应的v1开度以及v2开度的控制。
71.在步骤112中，与步骤104同样地，计算出排气温度tgas与给定的第二目标温度tgascmd2之差(＝tgas-tgascmd2)作为第一温度偏差δtgas1，前进至步骤113。在步骤113中，与步骤105同样地，基于所计算出的第一温度偏差δtgas1，使用例如图6那样的映射图来检索v1开度的目标值。接着，在步骤114中，控制v1开度使得成为所检索到的目标值。
72.接着，在步骤115中，与步骤107同样地，计算出排气温度tgas与给定的第一目标温度tgascmd1之差(＝tgas－tgascmd1)作为第二温度偏差δtgas2，前进至步骤116。在步骤116中，与步骤108同样地，基于所计算出的第二温度偏差δtgas2，使用例如图7那样的映射图来检索v2开度的目标值。接着，在步骤117中，控制v2开度使得成为所检索到的目标值，结束本处理。
73.另外，在步骤113～114以及步骤116～117中，由于在步骤103以及步骤111中判别了排气温度tgas处于给定的第一目标温度tgascmd1以上且给定的第二目标温度tgascmd2以下的温度范围的情况，因此通过分别按照图6以及图7的映射图对v1开度以及v2开度进行控制，来进行控制使得排气温度tgas不超过第二目标温度tgascmd2，更优选地，使得排气温度tgas成为接近第一目标温度tgascmd1的值。
74.另一方面，在步骤111的判别结果为“是”的情况下，即在排气温度tgas比给定的第二目标温度tgascmd2高的情况下，判断为通过排热控制组件6来冷却废气的必要性高，此外，保护排热控制组件6以及co2吸附装置7a、7b免受高温的废气影响的必要性也高，在步骤118～123中进行与此相应的v1开度以及v2开度的控制。
75.在步骤118中，与步骤104以及步骤112同样地，计算出排气温度tgas与给定的第二目标温度tgascmd2之差(＝tgas-tgascmd2)作为第一温度偏差δtgas1，前进至步骤119。在步骤119中，与步骤105以及步骤113同样地，基于所计算出的第一温度偏差δtgas1，使用例如图6那样的映射图来检索v1开度的目标值。接着，在步骤120中，控制v1开度使得成为所检索到的目标值。
76.接着，在步骤121中，与步骤107以及步骤115同样地，计算出排气温度tgas与给定的第一目标温度tgascmd1之差(＝tgas-tgascmd1)作为第二温度偏差δtgas2，前进至步骤122。在步骤122中，与步骤108以及步骤116同样地，基于所计算出的第二温度偏差δtgas2，使用例如图7那样的映射图来检索v2开度的目标值。接着，在步骤123中，控制v2开度使得成为所检索到的目标值，结束本处理。
77.另外，在步骤119～120以及步骤122～123中，由于在步骤111中判别了排气温度tgas为比给定的第二目标温度tgascmd2高的高温的情况，因此通过分别按照图6以及图7的映射图对v1开度以及v2开度进行控制，从而将v1开度控制为全闭，另一方面，将v2开度控制为较大地打开侧。通过这样的控制，在通过排热控制组件6将废气的一部分进行冷却后供给至co2吸附装置7a、7b，同时将废气的大部分导入第二旁路通路64，绕过排热控制组件6以及
co2吸附装置7a、7b而向大气开放，由此保护排热控制组件6以及co2吸附装置7a、7b免受成为过度的高温的废气影响。
78.图8是将此前说明的与排气温度相应的第一流量控制阀65以及第二流量控制阀66的动作进行了汇总的区域图。如该图所示，在排气温度tgas比第一目标温度tgascmd1低的区域中，v1开度按照图6的映射图进行控制，另一方面，v2开度按照图7的映射图被控制为全闭。此外，在排气温度tgas为第一目标温度tgascmd1以上且第二目标温度tgascmd2以下的区域中，v1开度按照图6的映射图进行控制，v2开度按照图7的映射图进行控制。此外，在排气温度tgas比第二目标温度tgascmd2高的区域中，v1开度按照图6的映射图被控制为全闭，另一方面，v2开度按照图7的映射图进行控制。
79.进而，在排气温度tgas为第一目标温度tgascmd1以上、并且第一水温tw比第一阈值水温teref1高的情况下，作为例外的控制，将v1开度控制为全闭，将v2开度控制为全开。
80.通过这样控制v1开度以及v2开度，即使在流入排热控制组件6的废气的温度发生了变化的情况下，也能够将供给至co2吸附装置7a、7b的废气的温度维持为适当的温度，因此能够良好地进行co2吸附装置7a、7b对co2的吸附/脱离。此外，在废气的温度过度上升的情况下，能够防止co2吸附装置7a、7b的过热。
81.接着，对本实施方式的co2分离装置1中的冷却水通路切换控制进行说明。在该控制中，根据冷却水的水温，将冷却水通路切换为第一散热器73侧与发动机3的冷却回路74侧中的任意一者，并且调整流入水套62的冷却水的流量。
82.图9是示出冷却水通路切换控制处理的流程图。本处理在发动机3的通常运转状态下每隔给定时间来执行。首先，在步骤201中，判别是否处于上述的排气流量控制的执行中。在该判别结果为“是”情况下，前进至下一步骤202。另一方面，在该判别结果为“否”、并未执行排气流量控制的情况下，结束本处理。
83.在步骤202中，分别取得在水路71中流动的冷却水的温度即第一水温tw1、和在发动机3的冷却回路74中流动的冷却水的温度即第二水温tw2，并计算出第一水温tw1与第二水温tw2之差(＝tw1-tw2)作为水温偏差δtw。
84.在后续的步骤203中，判断所计算出的水温偏差δtw是否大于0。在步骤203的判别结果为“是”的情况下，即在水温偏差δtw大于0(第一水温tw1高于第二水温tw2)的情况下，前进至步骤204。另一方面，在步骤203的判别结果为“否”的情况下，即在第一水温tw1为第二水温tw2以下的情况下，前进至步骤208。
85.在步骤204中，判别在发动机3的冷却回路74中流动的冷却水的温度即第二水温tw2是否比给定的第二阈值水温twref2低。第二阈值水温twref2设定为在第二水温tw2比该温度低的情况下能够判断为发动机3的暖机未完成的温度，例如设定为80℃。
86.在步骤204的判别结果为“是”的情况下，即，在第二水温tw2比第二阈值水温twref2低的情况下，前进至步骤205。另一方面，在步骤204的判别结果为“否”的情况下，即，在第二水温tw2为第二阈值水温twref2以上的情况下，前进至步骤208。
87.在步骤205中，将水路切换阀75控制为切换至发动机3的冷却回路74侧，前进至步骤206。在此，在步骤204的判别结果为“是”的情况下，能够判断为发动机3的暖机未完成，因此通过使水温更高的水路71侧的冷却水流入发动机3的冷却回路74，能够判断为能促进发动机3的暖机。因此，通过进行步骤205的控制，能够利用水路71侧的冷却水的热来促进发动
机3的暖机。
88.另一方面在步骤204的判别结果为“否”、第二水温tw2为第二阈值水温twref2以上的情况下，前进至步骤208。
89.在步骤208中，将水路切换阀75控制为切换至水路71的第一散热器73侧，前进至步骤209。在此，在步骤203的判别结果为“否”的情况下，由于水路71侧的第一水温tw1为冷却回路74侧的第二水温tw2以下，因此能够判断为即便使水路71侧的冷却水流入冷却回路74，也无法促进发动机3的暖机。此外，在步骤204的判别结果为“否”的情况下，能够判断为发动机3的暖机已经完成，因此能够判断为不需要进一步促进暖机。在这样的情况下通过进行步骤208的控制，将冷却水通路切换至第一散热器73侧，能够高效地进行排热控制组件6中的废气的冷却。
90.图10是将上述的水路切换阀75所进行的与第一水温tw1以及第二水温tw2相应的冷却水通路的切换动作进行了汇总的区域图。如该图所示，在水温偏差δtw为0以下的区域中，通过水路切换阀75将冷却水通路切换至水路71的第一散热器73侧，从而通过第一散热器73将冷却水迅速地冷却，由此能够高效地进行排热控制组件6中的废气的冷却。另一方面，在水温偏差δtw大于0的区域中，水路切换阀75将冷却水通路切换至发动机3的冷却回路74侧，由此能够利用水路71侧的冷却水的热来促进发动机3的暖机。但是，在第二水温tw为第二阈值水温twref2以上的情况下，由于发动机3的暖机已经完成，因此判断为不需要进一步促进暖机，冷却水通路被切换至第一散热器73侧。
91.返回到图9，接着在步骤206以及步骤209中，基于水路71侧的第一水温tw1，使用例如图11那样的映射图来检索第一水泵72的转速的目标值。接着，在步骤207以及步骤210中，控制第一水泵72的转速使得成为所检索到的目标值，结束本处理。
92.在图11的映射图中，在第一水温tw1比第二阈值水温twref2低时，将第一水泵72的转速设定为维持在接近最小的值。此外，在第一水温tw1为第二阈值水温twref2以上时，随着第一水温tw1成为高温而将第一水泵72的转速设定得更大。进而，在第一水温tw1比第一阈值水温twref1高时，将第一水泵72的转速设定为维持为最大。
93.即，在第一水温tw1较低时，意味着冷却水经由排热控制组件6从废气接收的热较小，即废气的温度不那么高，判断为排热控制组件6所要求的冷却性能也不高，所以将第一水泵72的转速抑制得较低，减少流入水套62的冷却水的流量。
94.另一方面，在第一水温tw1成为第二阈值水温twref2以上的情况下，判断为废气的温度较高，排热控制组件6所要求的冷却性能也变高，所以随着第一水温tw1成为高温，进一步提升第一水泵72的转速，增大流入水套62的冷却水的流量。
95.像这样，通过根据第一水温tw1来控制流入水套62的冷却水的流量，能够根据废气的温度得到适当的冷却性能。由此，通过将向co2吸附装置7a、7b供给的废气的温度维持为适当的温度范围，能够良好地进行co2吸附材料对co2的吸附/脱离。
96.另外，本发明并不限定于所说明的实施方式，能够以各种方式来实施。例如，在实施方式中，设为热交换器和co2吸附器各具备2个，交替地切换来执行co2的吸附/脱离的动作的结构，但也可以设为热交换器和co2吸附器各仅具备一个的结构、或者各具备3个以上的结构。
97.此外，在实施方式的排热控制组件中，设为了利用热交换构造以及co2吸附装置与
第一以及第二旁路通路的流路阻力之差，根据第一以及第二流量控制阀的开度使废气向第一以及第二旁路通路侧流入那样的结构，但也可以设为在排气通路的与各旁路通路的分支部设置切换阀，通过切换阀的开度调整来控制流量的结构。
98.此外，实施方式是将本发明应用于车辆所搭载的汽油发动机的例子，但本发明并不限于此，也可以应用于柴油发动机等其他种类的发动机，此外，也能够应用于车辆用以外的发动机。另外，在本发明的主旨的范围内，能够适当变更细微部分的结构。符号说明
99.1co2分离装置2ecu(电子控制组件)(第一流量控制单元、目标温度设定单元、第二流量控制单元、冷却水控制单元、流量控制单元)3发动机(内燃机)4排气通路6排热控制组件(排热控制器、第一旁路通路、第二旁路通路、旁路通路)7a第一co2吸附装置(co2吸附材料)7b第二co2吸附装置(co2吸附材料)15排气温度传感器(排气温度检测单元)61热交换构造(排热控制器)62水套63第一旁路通路64第二旁路通路(旁路通路)65第一流量控制阀(第一流量控制单元)66第二流量控制阀(第二流量控制单元、流量控制单元)72第一水泵(冷却水控制单元)81第一水温传感器(水温检测单元)82第二水温传感器(水温检测单元)tgas排气温度tgascmd1第一目标温度(目标温度)tgascmd2第二目标温度(目标温度)δtgas1第一温度偏差(排气温度与目标温度的差分)δtgas2第二温度偏差(排气温度与目标温度的差分)tw1第一水温tw2第二水温。

技术特征：
1.一种内燃机的co2分离装置，是设置于内燃机的排气系统并从废气中分离co2的内燃机的co2分离装置，其特征在于，具备：排气通路，其与所述内燃机连接，供废气流动；co2吸附材料，其设置于所述排气通路，在给定的低温时吸附废气中的co2，并且在给定的高温时使所吸附的co2脱离；以及排热控制器，其设置于所述排气通路的所述co2吸附材料的上游侧，被导入废气，并且通过与废气的热交换来吸收废气的热。2.根据权利要求1所述的内燃机的co2分离装置，其特征在于，所述内燃机的co2分离装置具备：排气温度检测单元，其设置于所述排气通路的所述排热控制器的下游侧且所述co2吸附材料的上游侧，检测流入所述co2吸附材料的废气的温度作为排气温度；第一旁路通路，其从所述排气通路的所述排热控制器的上游侧分支，绕过所述排热控制器而与所述排气温度检测单元的上游侧合流；以及第一流量控制单元，其为了调整所述排气温度，根据所检测出的所述排气温度来控制在所述第一旁路通路中流动的废气的流量。3.根据权利要求2所述的内燃机的co2分离装置，其特征在于，所述内燃机的co2分离装置还具备目标温度设定单元，该目标温度设定单元设定所述排气温度的目标值作为目标温度，所述第一流量控制单元基于所述排气温度与所述目标温度的差分来控制在所述第一旁路通路中流动的废气的流量。4.根据权利要求3所述的内燃机的co2分离装置，其特征在于，所述第一流量控制单元进行控制，使得所述排气温度相对于所述目标温度越低，则使在所述第一旁路通路中流动的废气的流量越大。5.根据权利要求2所述的内燃机的co2分离装置，其特征在于，所述内燃机的co2分离装置还具备：第二旁路通路，其从所述排气通路的所述排热控制器的上游侧分支，绕过所述排热控制器以及所述co2吸附材料而向大气开放；以及第二流量控制单元，其为了调整所述排气温度，根据所检测出的所述排气温度来控制在所述第二旁路通路中流动的废气的流量，所述第二流量控制单元进行控制，使得所述排气温度相对于所述目标温度越高，则使在所述第二旁路通路中流动的废气的流量越大。6.根据权利要求1所述的内燃机的co2分离装置，其特征在于，所述排热控制器具有水套，该水套被导入对所述内燃机进行冷却的冷却水，并通过该冷却水对导入所述排热控制器的废气进行冷却，所述内燃机的co2分离装置还具备：冷却水控制单元，其控制流入所述水套的所述冷却水的流入量；以及水温检测单元，其检测流入所述水套的所述冷却水的水温，所述冷却水控制单元根据所检测出的所述水温来控制流入所述水套的所述冷却水的流入量。
7.根据权利要求6所述的内燃机的co2分离装置，其特征在于，所述内燃机的co2分离装置还具备：旁路通路，其从所述排气通路的所述排热控制器的上游侧分支，绕过所述排热控制器以及所述co2吸附材料而向大气开放；以及流量控制单元，其控制在所述旁路通路中流动的废气的流量，所述流量控制单元在所检测出的所述水温超过给定值的情况下，进行控制，使得增大在所述旁路通路中流动的废气的流量。

技术总结
本发明的课题在于提供一种内燃机的CO2分离装置，通过将向CO2吸附材料供给的废气的温度维持为适当的温度，能够良好地进行CO2吸附材料对CO2的吸附/脱离。此外，提供一种内燃机的CO2分离装置，即使在废气的温度过度上升的情况下也能够防止CO2吸附材料的过热。为此，本发明的内燃机的CO2分离装置是设置于内燃机的排气系统并从废气中分离CO2的内燃机的CO2分离装置，其具备：排气通路，与内燃机连接，供废气流动；CO2吸附材料，设置于排气通路，在给定的低温时吸附废气中的CO2，并且在给定的高温时使所吸附的CO2脱离；以及排热控制器，设置于排气通路的CO2吸附材料的上游侧，被导入废气，并且通过与废气的热交换而吸收废气的热。并且通过与废气的热交换而吸收废气的热。并且通过与废气的热交换而吸收废气的热。


技术研发人员：宇土肇 星野守门 水户卓也 冈崎昌彦 牧美里
受保护的技术使用者：本田技研工业株式会社
技术研发日：2023.01.04
技术公布日：2023/7/22