JP2004293404A - エンジンの凝縮水排出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】排気マニホールドに貯留する凝縮水をドレンを介して排出する場合には、排気熱交換器へ導く排気ガスも一緒に排出してしまう問題がある。
そのため、例えば、該排気マニホールドの熱を回収して水等の流体に熱交換するための排気熱交換器を設けている場合に、ドレンから排気マニホールドの排気ガスが排出されると、その排出された分だけ上記排気熱交換器において回収する熱回収量が減少して、熱交換の効率が下がってしまう問題が生じる。
【解決手段】凝縮水排出弁６０の一例としては、例えば、ＥＣＵ８０によって制御される電磁弁が考えられる。ＥＣＵ８０は、凝縮水排出弁６０の開閉制御や、点火プラグ７６の点火タイミングを制御や、エンジン７０を自動運転させる場合はミキサ７３に設けられるスロットル弁の開度や燃料制御弁等の開度を制御するものである。
【選択図】 図２
そのため、例えば、該排気マニホールドの熱を回収して水等の流体に熱交換するための排気熱交換器を設けている場合に、ドレンから排気マニホールドの排気ガスが排出されると、その排出された分だけ上記排気熱交換器において回収する熱回収量が減少して、熱交換の効率が下がってしまう問題が生じる。
【解決手段】凝縮水排出弁６０の一例としては、例えば、ＥＣＵ８０によって制御される電磁弁が考えられる。ＥＣＵ８０は、凝縮水排出弁６０の開閉制御や、点火プラグ７６の点火タイミングを制御や、エンジン７０を自動運転させる場合はミキサ７３に設けられるスロットル弁の開度や燃料制御弁等の開度を制御するものである。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気マニホールド下部に貯留した凝縮水を排出するためのエンジンの凝縮水排出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジン等より排出される排気ガスの排気経路として、例えば、水冷式の排気マニホールドと排気熱交換器とを具備するものがある。
このような排気経路において、排気ガス中に含まれる水分は、上記排気マニホールドで急激に冷却され、所定温度以下となることによって凝縮され、該凝縮された凝縮水が上記排気マニホールドに貯留する。
上記排気マニホールドで貯留した凝縮水は、排気ガス中の化学成分に直接触れるため酸性を帯びてしまい、排気マニホールドを腐蝕させる問題がある。
そこで、該凝縮水を排出する必要があり、従来より排気マニホールドの下部にドレンを接続することによって、該凝縮水を排出していた。このような技術の一例としては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４０６３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排気マニホールドに貯留する凝縮水をドレンを介して排出する場合には、次のような不具合が生じる。
ドレンを用いて上記凝縮水を排出する場合に、排気マニホールドから排気熱交換器へ導く排気ガスも一緒に排出してしまう。
そのため、例えば、該排気マニホールドの熱を回収して水等の流体に熱交換するための排気熱交換器を設けている場合に、ドレンから排気マニホールドの排気ガスが排出されると、その排出された分だけ上記排気熱交換器において回収する熱回収量が減少して、熱交換の効率が下がってしまう問題が生じる。
また、上記ドレンは、上記排気マニホールドと排気マフラとの間を接続するホース等によって構成されているため、該ドレンを通過する排気ガスの量が多量であったり、高温であると該ホースが破損する等の問題がある。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気マニホールドで貯留する凝縮水をドレンを介して排出できるが、排気マニホールド中の排気ガスの排出量を可能な限り抑制する、若しくは全く排出しないエンジンの凝縮水排出装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、請求項１においては、エンジンの排気マニホールド下部に貯留した凝縮水を排出するエンジンの凝縮水排出装置において、
上記凝縮水を排出するための凝縮水排出弁を排気マニホールドとドレンの間に設け、該凝縮水排出弁をエンジンの運転中は閉、エンジンの停止時は開とすることを特徴とするエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
【０００６】
請求項２においては、前記凝縮水排出弁を制御装置からの発停信号によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
【０００７】
請求項３においては、前記凝縮水排出弁を吸気管の圧力によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
【０００８】
請求項４においては、前記凝縮水排出弁を排気ガスの圧力によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
【０００９】
請求項５においては、前記凝縮水排出弁を排気マニホールド内の排気ガスの圧力によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
図１は本発明の実施の形態に係るエンジンの凝縮水排出装置を含めたの排気装置全体の概略構成図、図２はエンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図、図３はエンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図、図４はエンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図、図５はエンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図である。
【００１１】
先ず、本発明の実施の形態に係るエンジンの凝縮水排出装置と、該装置と関連する周辺装置、周辺機器等とを含めたエンジンの排気装置の概略構成について図１を用いて説明する。
先ず、エンジンの排気装置１の概略構成は、図１に示すように、排気熱交換器２０、排気マニホールド３０、及び排気マフラ４０を具備して概略構成されている。
排気熱交換器２０とは、排気ガスの熱を取得して水等の流体に熱エネルギーを伝達することによって熱交換を行うものである。
排気マニホールド３０とは、原動機や発動機等より排出される排気ガスを１つの排気経路に集約するものである。
排気マフラ４０とは、上記排気ガスに浄化処理や消音処理等を施すものであって、ＮＯｘ吸蔵触媒を具備するものであっても良い。
また、上記排気装置１は、排気ガスの経路となる排気系と、排気ガスの熱を吸収する水等の流体の経路である流体系との２つの経路と、排気マニホールドに貯留する凝縮水を排出するための凝縮水排出装置を具備する。
【００１２】
先ず、排気系は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンやガスエンジン等であるエンジン７０（ここでは、例えば３気筒の場合を想定している）のシリンダの排気弁側に接続される排気管３１、３２、３３から排出された排気ガスを集約する排気マニホールド３０と排気熱交換器２０とを接続する排気路２００と、排気熱交換器２０と排気マフラ４０とを接続する排気路２１０と、を具備して概略構成されている。
即ち、図１に示す実線矢印は上記排気系を通過する排気ガスの一連の経路を示している。
【００１３】
次に、流路系は、水等の流体（冷却媒体等）を外部より流路１００を介して取得して加圧するポンプ１０と、該ポンプ１０と排気熱交換器２０とを接続する流路１１０と、排気熱交換器２０で加熱された水等を外部へ流すための流路１２０と、を具備して概略構成されている。
即ち、図１に示す点線矢印は上記流体系を通過する水の一連の経路を示している。
【００１４】
更に、上記排気装置１は、排気マニホールド３０の下部に貯留する凝縮水を排出するための凝縮水排出装置を具備して構成されている。
該凝縮水排出装置は、排気マニホールドの下部に設けられる排出口５１に設けられる凝縮水排出弁６０と、一端が該凝縮水排出弁６０に接続され他端が排気マフラ４０に接続されるドレン５０と、を具備して概略構成されている。
即ち、換言するならば、凝縮水排出弁６０は、排気マニホールド３０とドレン５０との間に設けられる構成となっている。
このように、排気装置１は、大別すると「排気系」、「流体系」、及び「凝縮水排出装置」を具備して概略構成されている。
【００１５】
以下、上記凝縮水排出装置について以下、図２を用いて詳しく説明する。
先ず、上記凝縮水排出装置と関連するエンジン７０について簡単に説明する。
ここでは、上記エンジン７０は３気筒の場合を想定しており、各気筒は同様の構成を有するものであるので、以下１つの気筒（排気管３１が接続されるシリンダ７４）について説明し、他の気筒（排気管３２、３３が接続されるシリンダ等）の説明に関しては省略する。
シリンダ７４には、燃焼室上部に点火プラグ７６が設けられると共に、ピストン７５が設けられている。
更に、シリンダ７４には、シリンダ７４内部に混合気を送るための吸気管７２の一端と、燃焼後の排気ガスを排出するための排気管３１の一端とが接続されている。
また、シリンダ７４と吸気管７２との接続部には吸気弁７２ａが設けられ、他方、シリンダ７４と排気管３１との接続部には排気弁７１ａが設けられている。
また、上記吸気管７２の他端側には混合気を生成するためにベンチュリ、スロットル弁等で構成されるミキサ７３が設けられている。
【００１６】
＜凝縮水排出弁がＥＣＵ８０によって開閉される場合＞
次に、主に排出口５１、凝縮水排出弁６０、及びドレン５０等により概略構成される凝縮水排出装置の一例は、図２に示すようになる。
ここでは、凝縮水排出弁６０が、ＥＣＵ８０によって制御される電磁弁である場合に説明する。
ところで、ＥＣＵ８０は、エンジン７０の総合的な制御を行うための制御手段の一例あって、例えば、該凝縮水排出弁６０の開閉制御や、点火プラグ７６の点火タイミングを制御や、エンジン７０を自動運転させる場合はミキサ７３に設けられるスロットル弁の開度や燃料制御弁等の開度を制御するものである。
したがって、ＥＣＵ８０に凝縮水排出弁６０の作動条件等のデータ（具体的には動作プログラム）を記憶させておくことで、ＥＣＵ８０は該データに基づいて凝縮水排出弁６０を自動的に開閉することが可能となる。
該凝縮水排出弁６０は電磁弁により構成して、弁を開閉するアクチュエータとしてソレノイドとし、該ソレノイドにＥＣＵ８０からの開閉信号により電流を流すことによりスプールを切換える構成としている。
この場合における上記作動条件の具体例としては、例えば、エンジン７０が作動している場合（即ち運転中）には上記凝縮水排出弁６０を閉じ、他方、エンジン７０が停止している場合には上記凝縮水排出弁６０を開くようにしても良い。
この制御は、ＥＣＵ８０がエンジン７０のスイッチの入切等による発停信号を取得することで上記制御を行っても良い。
また、別の手法としては、ＥＣＵ８０は、エンジン７０の回転数を検出することによって、回転している場合にエンジン７０は作動中、他方回転が停止している場合にエンジン７０は停止していると判断しても良い。
このようにエンジンの作動状態に応じて、ＥＣＵ８０が凝縮水排出弁６０を制御することによって、エンジン７０の運転中において排気ガスが排気マニホールドからドレンへ排出されることを防止することが可能となる。
したがって、従来と比較して排気熱交換器２０における熱回収量の減少を抑制でき、排気装置１全体の熱効率を上昇させることが可能となる。
【００１７】
＜凝縮水排出弁が吸気管の圧力によって開閉される場合＞
次に、上記凝縮水排出弁を吸気管で発生している圧力によって開閉する場合について説明する。
この場合の構成は、図２中の凝縮水排出弁６０に替えて、図３に示すような凝縮水排出弁６０ａを設ける。
図３に示すように、凝縮水排出弁６０ａの内部には弁開閉のアクチュエータとしてダイアフラム６３ａとバネ６４ａが設けられている。
該ダイアフラム６３ａには、バネ６４ａ等の弾性部材の一端が設けられてなり、該バネ６４ａはダイアフラム６３ａを点線矢印方向（弁体６２ａを開く方向）に付勢している。
また、該ダイアフラム６３ａに関し、該バネ６４ａの一端が設けられる面側は、当該ダイアフラム６３ａに空気による圧力の作用を与えるための圧力室となっており、該圧力室には気体を流入若しくは流出させるための圧力口６６ａが設けられて（吸気側と連通されて）いる。
他方、該ダイアフラム６３ａに関し、上記圧力室の反対面側には弁体６２ａが設けられてなり、詳しくは、凝縮水排出弁６０ａとドレン５０ａとの接続部分の端部に設けられている。
また、上記圧力口６６ａには、他端が吸気管７２と接続口６５ａを介して接続される圧力管６１ａの一端が接続されている。
【００１８】
このように凝縮水排出弁６０ａが構成されている状態において、例えば、エンジン７０の運転が開始されると吸気管７２には混合気が流れる。
この混合気の流れは、吸気管７２内において圧力差が生じることによって発生するものである。
即ち、ミキサ７３側から吸気管７２側に向けて圧力（負圧）が掛かる状態となっており、この負圧は吸気管７２に接続される圧力管６１ａにも掛かる状態となる。
このような負圧が圧力管６１ａに掛かることによって、上記圧力室の圧力が低下するので、ダイアフラム６３ａは、点線矢印方向に掛かっているバネ６４ａの付勢力に打ち勝って実線矢印方向（圧力管６１ａ側、弁体６２ａが閉じる方向）に移動する。
このようにダイアフラム６３ａが実線矢印方向に移動することによって、ダイアフラム６３ａと連結される弁体６２ａも実線矢印方向に移動して、ドレン５０ａと凝縮水排出弁６０ａとの接続部が塞がれる。
この結果、排出口５１から凝縮水排出弁６０ａに流れ落ちる凝縮水はドレン５０ａに排出されなくなると共に、排気マニホールド３０を通過する排気ガスもドレン５０ａに排出されることがなくなる。
【００１９】
他方、エンジン７０を停止することによって、混合気は吸気管７２を流れなくなるので、圧力管６１ａに圧力（負圧）が掛からなくなった結果、ダイアフラム６３ａはバネ６４ａの付勢力によって点線矢印方向に移動する。
このようにダイアフラム６３ａが点線矢印方向に移動することによって、弁体６２ａも点線矢印方向に移動して、ドレン５０ａと凝縮水排出弁６０ａとの接続部は開かれる。
これにより、排気マニホールド３０の下部に貯留する凝縮水は、排出口５１→凝縮水排出弁６０ａ→ドレン５０ａを通過して外部若しくは排気マフラ等に排出される。
このように、凝縮水排出弁６０ａにダイアフラム６３ａを設けることにより、凝縮水排出弁６０ａの開閉制御をエンジン７０の作動状態に応じて自動的に行うことが容易に実現できる。
即ち、エンジン７０が作動している場合に凝縮水排出弁６０ａは閉となり、エンジン７０が停止している場合に凝縮水排出弁６０ａは開となるので、エンジン７０が作動している状態においては排気マニホールド３０を通過する排気ガスはドレン５０ａに排出されなくなる。
したがって、従来と比較して排気熱交換器２０における熱回収量の減少を抑制でき、排気装置１全体の熱効率を上昇させることが可能となる。
【００２０】
＜凝縮水排出弁が排気ガス自体の圧力によって開閉される場合１＞
次に、上記凝縮水排出弁を排気ガスの圧力によって開閉する場合について説明する。
この場合の構成は、図２中の凝縮水排出弁６０に替えて、図４に示すような凝縮水排出弁６０ｂを設ける。
図４に示すように、凝縮水排出弁６０ｂの内部にはダイアフラム６３ｂが設けられている。
該ダイアフラム６３ｂには、バネ６４ｂ等の弾性部材の一端が設けられてなり、該バネ６４ｂはダイアフラム６３ｂを点線矢印方向に付勢している。
また、該ダイアフラム６３ｂに関し、該バネ６４ｂの一端が設けられる面側には圧力口６６ｂが設けられており、単に該バネ６４ｂが設けられる側の空気が出入りできるような構成となっている。
他方、該ダイアフラム６３ｂに関し、上記圧力口６６ｂの反対面側には弁体６２ｂが設けられてなり、詳しくは、凝縮水排出弁６０とドレン５０ｂとの接続部分の端部に設けられている。
【００２１】
このように凝縮水排出弁６０ｂが構成されている状態において、例えば、エンジン７０の運転が開始されると、排気マニホールド３０の排気ガスが排出口５１を通過して凝縮水排出弁６０ｂに入って圧力が高まることによって、ダイアフラム６３ｂがバネ６４ｂの付勢力に打ち勝って実線矢印方向（弁体６２ｂが閉じる方向）に移動する。
このようにダイアフラム６３ｂが実線矢印方向に移動することによって、ダイアフラム６３ｂと連結される弁体６２ｂも実線矢印方向に移動して、ドレン５０ｂと凝縮水排出弁６０ｂとの接続部が塞がれる。
この結果、排出口５１から凝縮水排出弁６０ｂに流れ落ちる凝縮水はドレン５０ｂに排出されなくなると共に、排気マニホールド３０を通過する排気ガスもドレン５０ｂに排出されることがなくなる。
【００２２】
他方、エンジン７０を停止することによって、凝縮水排出弁６０ｂに流入する排気ガスがなくなるので、凝縮水排出弁６０ｂ内部の圧力が下がって、ダイアフラム６３ｂはバネ６４ｂの付勢力によって点線矢印方向（弁体６２ｂが開く方向）に移動する。
このようにダイアフラム６３ｂが点線矢印方向に移動することによって、弁体６２ｂも点線矢印方向に移動して、ドレン５０ｂと凝縮水排出弁６０ｂとの接続部は開かれる。
これにより、排気マニホールド３０の下部に貯留する凝縮水は、排出口５１→凝縮水排出弁６０ｂ→ドレン５０ｂを通過して外部若しくは排気マフラ等に排出される。
このように、凝縮水排出弁６０ｂにダイアフラム６３ｂを設けることにより、凝縮水排出弁６０ｂの開閉制御をエンジン７０の作動状態に応じて容易に行うことが可能となる。
この場合、上述した吸気管７２で発生している圧力を利用する場合と同様に、エンジン７０が作動している場合に凝縮水排出弁６０ｂは閉となり、エンジン７０が停止している場合に凝縮水排出弁６０ｂは閉となるので、エンジン７０が作動している状態において排気マニホールド３０を通過する排気ガスはドレン５０ｂに排出されなくなる。
したがって、従来と比較して排気熱交換器２０における熱回収量の減少を抑制でき、排気装置１全体の熱効率を上昇させることが可能となる。
但し、上述した構成において、バネ６４ａ・６４ｂを用いずにダイアフラム６３ａ・６３ｂ自体の弾性力で弁を開く方向に付勢する構成であっても良い。
また、凝縮水排出弁６０ａ・６０ｂの取り付け方向は上下方向に取り付けることもできる。
【００２３】
＜凝縮水排出弁が排気ガス自体の圧力によって開閉される場合２＞
次に、上記凝縮水排出弁を排気ガスの圧力によって開閉する別の構造について、図５を用いて説明する。
この場合の構成は、図２中の凝縮水排出弁６０に替えて、図５に示すような凝縮水排出弁６０ｃを設ける。
図５に示すように、凝縮水排出弁６０ｃの内部には弁体６２ｃが設けられている。
この弁体６２ｃには、弁体を開く方向に付勢するアクチュエータとしてバネ６４ｃ等の弾性部材の一端が設けられてなり、該バネ６４ｃは点線矢印方向（弁体６２ｃが開く方向）に付勢しており、弁体６２ｃが凝縮水排出弁６０ｃの内部で浮いている状態となっている。
このような状態において、エンジン７０の運転が開始されると、排気マニホールド３０の排気ガスが排出口５１を通過して凝縮水排出弁６０ｃに入って圧力が高まることによって、弁体６２ｃ自体がバネ６４ｃの付勢力に打ち勝って下方（図５中における実線矢印方向）に移動する。
このように弁体６２ｃ自体が実線矢印方向（弁体６２ｃが閉じる方向）に移動することによって、ドレン５０ｃと凝縮水排出弁６０ｃとの接続部が塞がれる。
この結果、排出口５１から凝縮水排出弁６０ｃに流れ落ちる凝縮水はドレン５０ｃに排出されなくなると共に、排気マニホールド３０を通過する排気ガスもドレン５０ｃに排出されることがなくなる。
【００２４】
他方、エンジン７０を停止することによって、凝縮水排出弁６０ｃに流入する排気ガスがなくなるので、凝縮水排出弁６０ｃ内部の圧力が下がって、弁体６２ｃはバネ６４ｃの付勢力によって点線矢印方向に移動するので、ドレン５０ｃと凝縮水排出弁６０ｃとの接続部は開かれる。
これにより、排気マニホールド３０の下部に貯留する凝縮水は、排出口５１→凝縮水排出弁６０ｃ→ドレン５０ｃを通過して外部若しくは排気マフラ等に排出される。
このように、凝縮水排出弁６０ｃに弁体６２ｃを設けることにより、凝縮水排出弁６０ｃの開閉制御をエンジン７０の作動状態に応じて容易に行うことが可能となると共に、凝縮水排出弁６０ｃの構成を簡素化できるので弁体６２ｃの開閉動作を確実にし、その応答速度を早くすることが可能となる。
また、この場合、エンジン７０が作動している場合に凝縮水排出弁６０ｃは閉となり、エンジン７０が停止している場合に凝縮水排出弁６０ｃは閉となるので、エンジン７０が作動している状態において排気マニホールド３０を通過する排気ガスはドレン５０ｃに排出されなくなる。
したがって、従来と比較して排気熱交換器２０における熱回収量の減少を抑制でき、排気装置１全体の熱効率を上昇させることが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００２６】
即ち、請求項１においては、エンジンの排気マニホールド下部に貯留した凝縮水を排出するエンジンの凝縮水排出装置において、
上記凝縮水を排出するための凝縮水排出弁を排気マニホールドとドレンの間に設け、該凝縮水排出弁をエンジンの運転中は閉、エンジンの停止時は開とすることを特徴とするエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
このように構成することによって、エンジンの運転中において排気ガスが排気マニホールドからドレンへ排出されることを防止することが可能となる。したがって、従来と比較して排気熱交換器における熱回収量の減少を抑制でき、排気装置全体の熱効率を上昇させることが可能となる。
【００２７】
請求項２においては、前記凝縮水排出弁を制御装置からの発停信号によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
この場合例えば、ＥＣＵ等の制御手段が、エンジンの作動状態に応じて、凝縮水排出弁を容易に作動させることが可能となる。そして、エンジンの始動時や停止時等で正確に凝縮水排出弁を開閉できる。
【００２８】
請求項３においては、前記凝縮水排出弁を吸気管の圧力によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
この場合、エンジンの作動状態に応じて、凝縮水排出弁の開閉制御を自動的に行うことが容易に実現できる。制御装置を不要として安価に構成できる。
【００２９】
請求項４においては、前記凝縮水排出弁を排気ガスの圧力によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
この場合、吸気管の場合と同様に、エンジンの作動状態に応じて、凝縮水排出弁の開閉制御を自動的に行うことが容易に実現できる。制御装置を不要として安価に構成できる。
【００３０】
請求項５においては、前記凝縮水排出弁を排気マニホールド内の排気ガスの圧力によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
この場合、エンジンの作動状態に応じて、凝縮水排出弁の開閉制御を自動的に行うことが容易に実現できる凝縮水排出弁の構成を簡素化できるので弁体の開閉動作を確実にし、その応答速度を早くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジンの凝縮水排出装置を含めたの排気装置全体の概略構成図。
【図２】エンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図。
【図３】エンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図。
【図４】エンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図。
【図５】エンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図。
【符号の説明】
１０ ポンプ
２０ 排気熱交換器
３０ 排気マニホールド
４０ 排気マフラ
５０ ドレン
６０ 凝縮水排出弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気マニホールド下部に貯留した凝縮水を排出するためのエンジンの凝縮水排出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジン等より排出される排気ガスの排気経路として、例えば、水冷式の排気マニホールドと排気熱交換器とを具備するものがある。
このような排気経路において、排気ガス中に含まれる水分は、上記排気マニホールドで急激に冷却され、所定温度以下となることによって凝縮され、該凝縮された凝縮水が上記排気マニホールドに貯留する。
上記排気マニホールドで貯留した凝縮水は、排気ガス中の化学成分に直接触れるため酸性を帯びてしまい、排気マニホールドを腐蝕させる問題がある。
そこで、該凝縮水を排出する必要があり、従来より排気マニホールドの下部にドレンを接続することによって、該凝縮水を排出していた。このような技術の一例としては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４０６３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排気マニホールドに貯留する凝縮水をドレンを介して排出する場合には、次のような不具合が生じる。
ドレンを用いて上記凝縮水を排出する場合に、排気マニホールドから排気熱交換器へ導く排気ガスも一緒に排出してしまう。
そのため、例えば、該排気マニホールドの熱を回収して水等の流体に熱交換するための排気熱交換器を設けている場合に、ドレンから排気マニホールドの排気ガスが排出されると、その排出された分だけ上記排気熱交換器において回収する熱回収量が減少して、熱交換の効率が下がってしまう問題が生じる。
また、上記ドレンは、上記排気マニホールドと排気マフラとの間を接続するホース等によって構成されているため、該ドレンを通過する排気ガスの量が多量であったり、高温であると該ホースが破損する等の問題がある。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気マニホールドで貯留する凝縮水をドレンを介して排出できるが、排気マニホールド中の排気ガスの排出量を可能な限り抑制する、若しくは全く排出しないエンジンの凝縮水排出装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、請求項１においては、エンジンの排気マニホールド下部に貯留した凝縮水を排出するエンジンの凝縮水排出装置において、
上記凝縮水を排出するための凝縮水排出弁を排気マニホールドとドレンの間に設け、該凝縮水排出弁をエンジンの運転中は閉、エンジンの停止時は開とすることを特徴とするエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
【０００６】
請求項２においては、前記凝縮水排出弁を制御装置からの発停信号によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
【０００７】
請求項３においては、前記凝縮水排出弁を吸気管の圧力によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
【０００８】
請求項４においては、前記凝縮水排出弁を排気ガスの圧力によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
【０００９】
請求項５においては、前記凝縮水排出弁を排気マニホールド内の排気ガスの圧力によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
図１は本発明の実施の形態に係るエンジンの凝縮水排出装置を含めたの排気装置全体の概略構成図、図２はエンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図、図３はエンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図、図４はエンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図、図５はエンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図である。
【００１１】
先ず、本発明の実施の形態に係るエンジンの凝縮水排出装置と、該装置と関連する周辺装置、周辺機器等とを含めたエンジンの排気装置の概略構成について図１を用いて説明する。
先ず、エンジンの排気装置１の概略構成は、図１に示すように、排気熱交換器２０、排気マニホールド３０、及び排気マフラ４０を具備して概略構成されている。
排気熱交換器２０とは、排気ガスの熱を取得して水等の流体に熱エネルギーを伝達することによって熱交換を行うものである。
排気マニホールド３０とは、原動機や発動機等より排出される排気ガスを１つの排気経路に集約するものである。
排気マフラ４０とは、上記排気ガスに浄化処理や消音処理等を施すものであって、ＮＯｘ吸蔵触媒を具備するものであっても良い。
また、上記排気装置１は、排気ガスの経路となる排気系と、排気ガスの熱を吸収する水等の流体の経路である流体系との２つの経路と、排気マニホールドに貯留する凝縮水を排出するための凝縮水排出装置を具備する。
【００１２】
先ず、排気系は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンやガスエンジン等であるエンジン７０（ここでは、例えば３気筒の場合を想定している）のシリンダの排気弁側に接続される排気管３１、３２、３３から排出された排気ガスを集約する排気マニホールド３０と排気熱交換器２０とを接続する排気路２００と、排気熱交換器２０と排気マフラ４０とを接続する排気路２１０と、を具備して概略構成されている。
即ち、図１に示す実線矢印は上記排気系を通過する排気ガスの一連の経路を示している。
【００１３】
次に、流路系は、水等の流体（冷却媒体等）を外部より流路１００を介して取得して加圧するポンプ１０と、該ポンプ１０と排気熱交換器２０とを接続する流路１１０と、排気熱交換器２０で加熱された水等を外部へ流すための流路１２０と、を具備して概略構成されている。
即ち、図１に示す点線矢印は上記流体系を通過する水の一連の経路を示している。
【００１４】
更に、上記排気装置１は、排気マニホールド３０の下部に貯留する凝縮水を排出するための凝縮水排出装置を具備して構成されている。
該凝縮水排出装置は、排気マニホールドの下部に設けられる排出口５１に設けられる凝縮水排出弁６０と、一端が該凝縮水排出弁６０に接続され他端が排気マフラ４０に接続されるドレン５０と、を具備して概略構成されている。
即ち、換言するならば、凝縮水排出弁６０は、排気マニホールド３０とドレン５０との間に設けられる構成となっている。
このように、排気装置１は、大別すると「排気系」、「流体系」、及び「凝縮水排出装置」を具備して概略構成されている。
【００１５】
以下、上記凝縮水排出装置について以下、図２を用いて詳しく説明する。
先ず、上記凝縮水排出装置と関連するエンジン７０について簡単に説明する。
ここでは、上記エンジン７０は３気筒の場合を想定しており、各気筒は同様の構成を有するものであるので、以下１つの気筒（排気管３１が接続されるシリンダ７４）について説明し、他の気筒（排気管３２、３３が接続されるシリンダ等）の説明に関しては省略する。
シリンダ７４には、燃焼室上部に点火プラグ７６が設けられると共に、ピストン７５が設けられている。
更に、シリンダ７４には、シリンダ７４内部に混合気を送るための吸気管７２の一端と、燃焼後の排気ガスを排出するための排気管３１の一端とが接続されている。
また、シリンダ７４と吸気管７２との接続部には吸気弁７２ａが設けられ、他方、シリンダ７４と排気管３１との接続部には排気弁７１ａが設けられている。
また、上記吸気管７２の他端側には混合気を生成するためにベンチュリ、スロットル弁等で構成されるミキサ７３が設けられている。
【００１６】
＜凝縮水排出弁がＥＣＵ８０によって開閉される場合＞
次に、主に排出口５１、凝縮水排出弁６０、及びドレン５０等により概略構成される凝縮水排出装置の一例は、図２に示すようになる。
ここでは、凝縮水排出弁６０が、ＥＣＵ８０によって制御される電磁弁である場合に説明する。
ところで、ＥＣＵ８０は、エンジン７０の総合的な制御を行うための制御手段の一例あって、例えば、該凝縮水排出弁６０の開閉制御や、点火プラグ７６の点火タイミングを制御や、エンジン７０を自動運転させる場合はミキサ７３に設けられるスロットル弁の開度や燃料制御弁等の開度を制御するものである。
したがって、ＥＣＵ８０に凝縮水排出弁６０の作動条件等のデータ（具体的には動作プログラム）を記憶させておくことで、ＥＣＵ８０は該データに基づいて凝縮水排出弁６０を自動的に開閉することが可能となる。
該凝縮水排出弁６０は電磁弁により構成して、弁を開閉するアクチュエータとしてソレノイドとし、該ソレノイドにＥＣＵ８０からの開閉信号により電流を流すことによりスプールを切換える構成としている。
この場合における上記作動条件の具体例としては、例えば、エンジン７０が作動している場合（即ち運転中）には上記凝縮水排出弁６０を閉じ、他方、エンジン７０が停止している場合には上記凝縮水排出弁６０を開くようにしても良い。
この制御は、ＥＣＵ８０がエンジン７０のスイッチの入切等による発停信号を取得することで上記制御を行っても良い。
また、別の手法としては、ＥＣＵ８０は、エンジン７０の回転数を検出することによって、回転している場合にエンジン７０は作動中、他方回転が停止している場合にエンジン７０は停止していると判断しても良い。
このようにエンジンの作動状態に応じて、ＥＣＵ８０が凝縮水排出弁６０を制御することによって、エンジン７０の運転中において排気ガスが排気マニホールドからドレンへ排出されることを防止することが可能となる。
したがって、従来と比較して排気熱交換器２０における熱回収量の減少を抑制でき、排気装置１全体の熱効率を上昇させることが可能となる。
【００１７】
＜凝縮水排出弁が吸気管の圧力によって開閉される場合＞
次に、上記凝縮水排出弁を吸気管で発生している圧力によって開閉する場合について説明する。
この場合の構成は、図２中の凝縮水排出弁６０に替えて、図３に示すような凝縮水排出弁６０ａを設ける。
図３に示すように、凝縮水排出弁６０ａの内部には弁開閉のアクチュエータとしてダイアフラム６３ａとバネ６４ａが設けられている。
該ダイアフラム６３ａには、バネ６４ａ等の弾性部材の一端が設けられてなり、該バネ６４ａはダイアフラム６３ａを点線矢印方向（弁体６２ａを開く方向）に付勢している。
また、該ダイアフラム６３ａに関し、該バネ６４ａの一端が設けられる面側は、当該ダイアフラム６３ａに空気による圧力の作用を与えるための圧力室となっており、該圧力室には気体を流入若しくは流出させるための圧力口６６ａが設けられて（吸気側と連通されて）いる。
他方、該ダイアフラム６３ａに関し、上記圧力室の反対面側には弁体６２ａが設けられてなり、詳しくは、凝縮水排出弁６０ａとドレン５０ａとの接続部分の端部に設けられている。
また、上記圧力口６６ａには、他端が吸気管７２と接続口６５ａを介して接続される圧力管６１ａの一端が接続されている。
【００１８】
このように凝縮水排出弁６０ａが構成されている状態において、例えば、エンジン７０の運転が開始されると吸気管７２には混合気が流れる。
この混合気の流れは、吸気管７２内において圧力差が生じることによって発生するものである。
即ち、ミキサ７３側から吸気管７２側に向けて圧力（負圧）が掛かる状態となっており、この負圧は吸気管７２に接続される圧力管６１ａにも掛かる状態となる。
このような負圧が圧力管６１ａに掛かることによって、上記圧力室の圧力が低下するので、ダイアフラム６３ａは、点線矢印方向に掛かっているバネ６４ａの付勢力に打ち勝って実線矢印方向（圧力管６１ａ側、弁体６２ａが閉じる方向）に移動する。
このようにダイアフラム６３ａが実線矢印方向に移動することによって、ダイアフラム６３ａと連結される弁体６２ａも実線矢印方向に移動して、ドレン５０ａと凝縮水排出弁６０ａとの接続部が塞がれる。
この結果、排出口５１から凝縮水排出弁６０ａに流れ落ちる凝縮水はドレン５０ａに排出されなくなると共に、排気マニホールド３０を通過する排気ガスもドレン５０ａに排出されることがなくなる。
【００１９】
他方、エンジン７０を停止することによって、混合気は吸気管７２を流れなくなるので、圧力管６１ａに圧力（負圧）が掛からなくなった結果、ダイアフラム６３ａはバネ６４ａの付勢力によって点線矢印方向に移動する。
このようにダイアフラム６３ａが点線矢印方向に移動することによって、弁体６２ａも点線矢印方向に移動して、ドレン５０ａと凝縮水排出弁６０ａとの接続部は開かれる。
これにより、排気マニホールド３０の下部に貯留する凝縮水は、排出口５１→凝縮水排出弁６０ａ→ドレン５０ａを通過して外部若しくは排気マフラ等に排出される。
このように、凝縮水排出弁６０ａにダイアフラム６３ａを設けることにより、凝縮水排出弁６０ａの開閉制御をエンジン７０の作動状態に応じて自動的に行うことが容易に実現できる。
即ち、エンジン７０が作動している場合に凝縮水排出弁６０ａは閉となり、エンジン７０が停止している場合に凝縮水排出弁６０ａは開となるので、エンジン７０が作動している状態においては排気マニホールド３０を通過する排気ガスはドレン５０ａに排出されなくなる。
したがって、従来と比較して排気熱交換器２０における熱回収量の減少を抑制でき、排気装置１全体の熱効率を上昇させることが可能となる。
【００２０】
＜凝縮水排出弁が排気ガス自体の圧力によって開閉される場合１＞
次に、上記凝縮水排出弁を排気ガスの圧力によって開閉する場合について説明する。
この場合の構成は、図２中の凝縮水排出弁６０に替えて、図４に示すような凝縮水排出弁６０ｂを設ける。
図４に示すように、凝縮水排出弁６０ｂの内部にはダイアフラム６３ｂが設けられている。
該ダイアフラム６３ｂには、バネ６４ｂ等の弾性部材の一端が設けられてなり、該バネ６４ｂはダイアフラム６３ｂを点線矢印方向に付勢している。
また、該ダイアフラム６３ｂに関し、該バネ６４ｂの一端が設けられる面側には圧力口６６ｂが設けられており、単に該バネ６４ｂが設けられる側の空気が出入りできるような構成となっている。
他方、該ダイアフラム６３ｂに関し、上記圧力口６６ｂの反対面側には弁体６２ｂが設けられてなり、詳しくは、凝縮水排出弁６０とドレン５０ｂとの接続部分の端部に設けられている。
【００２１】
このように凝縮水排出弁６０ｂが構成されている状態において、例えば、エンジン７０の運転が開始されると、排気マニホールド３０の排気ガスが排出口５１を通過して凝縮水排出弁６０ｂに入って圧力が高まることによって、ダイアフラム６３ｂがバネ６４ｂの付勢力に打ち勝って実線矢印方向（弁体６２ｂが閉じる方向）に移動する。
このようにダイアフラム６３ｂが実線矢印方向に移動することによって、ダイアフラム６３ｂと連結される弁体６２ｂも実線矢印方向に移動して、ドレン５０ｂと凝縮水排出弁６０ｂとの接続部が塞がれる。
この結果、排出口５１から凝縮水排出弁６０ｂに流れ落ちる凝縮水はドレン５０ｂに排出されなくなると共に、排気マニホールド３０を通過する排気ガスもドレン５０ｂに排出されることがなくなる。
【００２２】
他方、エンジン７０を停止することによって、凝縮水排出弁６０ｂに流入する排気ガスがなくなるので、凝縮水排出弁６０ｂ内部の圧力が下がって、ダイアフラム６３ｂはバネ６４ｂの付勢力によって点線矢印方向（弁体６２ｂが開く方向）に移動する。
このようにダイアフラム６３ｂが点線矢印方向に移動することによって、弁体６２ｂも点線矢印方向に移動して、ドレン５０ｂと凝縮水排出弁６０ｂとの接続部は開かれる。
これにより、排気マニホールド３０の下部に貯留する凝縮水は、排出口５１→凝縮水排出弁６０ｂ→ドレン５０ｂを通過して外部若しくは排気マフラ等に排出される。
このように、凝縮水排出弁６０ｂにダイアフラム６３ｂを設けることにより、凝縮水排出弁６０ｂの開閉制御をエンジン７０の作動状態に応じて容易に行うことが可能となる。
この場合、上述した吸気管７２で発生している圧力を利用する場合と同様に、エンジン７０が作動している場合に凝縮水排出弁６０ｂは閉となり、エンジン７０が停止している場合に凝縮水排出弁６０ｂは閉となるので、エンジン７０が作動している状態において排気マニホールド３０を通過する排気ガスはドレン５０ｂに排出されなくなる。
したがって、従来と比較して排気熱交換器２０における熱回収量の減少を抑制でき、排気装置１全体の熱効率を上昇させることが可能となる。
但し、上述した構成において、バネ６４ａ・６４ｂを用いずにダイアフラム６３ａ・６３ｂ自体の弾性力で弁を開く方向に付勢する構成であっても良い。
また、凝縮水排出弁６０ａ・６０ｂの取り付け方向は上下方向に取り付けることもできる。
【００２３】
＜凝縮水排出弁が排気ガス自体の圧力によって開閉される場合２＞
次に、上記凝縮水排出弁を排気ガスの圧力によって開閉する別の構造について、図５を用いて説明する。
この場合の構成は、図２中の凝縮水排出弁６０に替えて、図５に示すような凝縮水排出弁６０ｃを設ける。
図５に示すように、凝縮水排出弁６０ｃの内部には弁体６２ｃが設けられている。
この弁体６２ｃには、弁体を開く方向に付勢するアクチュエータとしてバネ６４ｃ等の弾性部材の一端が設けられてなり、該バネ６４ｃは点線矢印方向（弁体６２ｃが開く方向）に付勢しており、弁体６２ｃが凝縮水排出弁６０ｃの内部で浮いている状態となっている。
このような状態において、エンジン７０の運転が開始されると、排気マニホールド３０の排気ガスが排出口５１を通過して凝縮水排出弁６０ｃに入って圧力が高まることによって、弁体６２ｃ自体がバネ６４ｃの付勢力に打ち勝って下方（図５中における実線矢印方向）に移動する。
このように弁体６２ｃ自体が実線矢印方向（弁体６２ｃが閉じる方向）に移動することによって、ドレン５０ｃと凝縮水排出弁６０ｃとの接続部が塞がれる。
この結果、排出口５１から凝縮水排出弁６０ｃに流れ落ちる凝縮水はドレン５０ｃに排出されなくなると共に、排気マニホールド３０を通過する排気ガスもドレン５０ｃに排出されることがなくなる。
【００２４】
他方、エンジン７０を停止することによって、凝縮水排出弁６０ｃに流入する排気ガスがなくなるので、凝縮水排出弁６０ｃ内部の圧力が下がって、弁体６２ｃはバネ６４ｃの付勢力によって点線矢印方向に移動するので、ドレン５０ｃと凝縮水排出弁６０ｃとの接続部は開かれる。
これにより、排気マニホールド３０の下部に貯留する凝縮水は、排出口５１→凝縮水排出弁６０ｃ→ドレン５０ｃを通過して外部若しくは排気マフラ等に排出される。
このように、凝縮水排出弁６０ｃに弁体６２ｃを設けることにより、凝縮水排出弁６０ｃの開閉制御をエンジン７０の作動状態に応じて容易に行うことが可能となると共に、凝縮水排出弁６０ｃの構成を簡素化できるので弁体６２ｃの開閉動作を確実にし、その応答速度を早くすることが可能となる。
また、この場合、エンジン７０が作動している場合に凝縮水排出弁６０ｃは閉となり、エンジン７０が停止している場合に凝縮水排出弁６０ｃは閉となるので、エンジン７０が作動している状態において排気マニホールド３０を通過する排気ガスはドレン５０ｃに排出されなくなる。
したがって、従来と比較して排気熱交換器２０における熱回収量の減少を抑制でき、排気装置１全体の熱効率を上昇させることが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００２６】
即ち、請求項１においては、エンジンの排気マニホールド下部に貯留した凝縮水を排出するエンジンの凝縮水排出装置において、
上記凝縮水を排出するための凝縮水排出弁を排気マニホールドとドレンの間に設け、該凝縮水排出弁をエンジンの運転中は閉、エンジンの停止時は開とすることを特徴とするエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
このように構成することによって、エンジンの運転中において排気ガスが排気マニホールドからドレンへ排出されることを防止することが可能となる。したがって、従来と比較して排気熱交換器における熱回収量の減少を抑制でき、排気装置全体の熱効率を上昇させることが可能となる。
【００２７】
請求項２においては、前記凝縮水排出弁を制御装置からの発停信号によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
この場合例えば、ＥＣＵ等の制御手段が、エンジンの作動状態に応じて、凝縮水排出弁を容易に作動させることが可能となる。そして、エンジンの始動時や停止時等で正確に凝縮水排出弁を開閉できる。
【００２８】
請求項３においては、前記凝縮水排出弁を吸気管の圧力によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
この場合、エンジンの作動状態に応じて、凝縮水排出弁の開閉制御を自動的に行うことが容易に実現できる。制御装置を不要として安価に構成できる。
【００２９】
請求項４においては、前記凝縮水排出弁を排気ガスの圧力によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
この場合、吸気管の場合と同様に、エンジンの作動状態に応じて、凝縮水排出弁の開閉制御を自動的に行うことが容易に実現できる。制御装置を不要として安価に構成できる。
【００３０】
請求項５においては、前記凝縮水排出弁を排気マニホールド内の排気ガスの圧力によって開閉してなるエンジンの凝縮水排出装置として構成されている。
この場合、エンジンの作動状態に応じて、凝縮水排出弁の開閉制御を自動的に行うことが容易に実現できる凝縮水排出弁の構成を簡素化できるので弁体の開閉動作を確実にし、その応答速度を早くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジンの凝縮水排出装置を含めたの排気装置全体の概略構成図。
【図２】エンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図。
【図３】エンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図。
【図４】エンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図。
【図５】エンジンの凝縮水排出装置とその関連機器を含めた概略構成図。
【符号の説明】
１０ ポンプ
２０ 排気熱交換器
３０ 排気マニホールド
４０ 排気マフラ
５０ ドレン
６０ 凝縮水排出弁
Claims (5)
- エンジンの排気マニホールド下部に貯留した凝縮水を排出するエンジンの凝縮水排出装置において、
上記凝縮水を排出するための凝縮水排出弁を排気マニホールドとドレンの間に設け、該凝縮水排出弁をエンジンの運転中は閉、エンジンの停止時は開とすることを特徴とするエンジンの凝縮水排出装置。 - 前記凝縮水排出弁を制御装置からの発停信号によって開閉してなる請求項１記載のエンジンの凝縮水排出装置。
- 前記凝縮水排出弁を吸気管の圧力によって開閉してなる請求項１記載のエンジンの凝縮水排出装置。
- 前記凝縮水排出弁を排気ガスの圧力によって開閉してなる請求項１記載のエンジンの凝縮水排出装置。
- 前記凝縮水排出弁を排気マニホールド内の排気ガスの圧力によって開閉してなる請求項４記載のエンジンの凝縮水排出装置。
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Legal Events
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| A02 | Decision of refusal |
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