JP2006220037A - 排気熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】狭い空間にでも容易に配置可能な排気熱回収装置を得る。
【解決手段】内燃機関１からの排気ガスを下流側に導く排気通路２，４が２つ並べて設けられると共に、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行い排気熱を回収する排気熱回収器１８を排気通路２，４の間に配置した。２つ並べて設けられた排気通路２，４は２つのサブマフラ１２，１４を備え、２つのサブマフラ１２，１４の間に排熱回収器１８を配置した。２つの排気通路２，４は、２つの排気通路２，４からの排気ガスを集合させる集合管１０を備え、集合管１０に２つのサブマフラ１２，１４を接続して排気ガスを分流させると共に、２つのサブマフラ１２，１４が接続された間の集合管１０に排気熱回収器１８を接続して排気熱回収器１８に排気ガスを分流させる。２つのサブマフラ１２，１４は２つのサブマフラ１２，１４の間の間隔が広くなる方向に偏芯して形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行い排気熱を回収する排気熱回収装置に関する。

従来より、特許文献１にあるように、内燃機関からの排気ガスと内燃機関の冷却水等の熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収器を排気通路に介装した排気熱回収装置が知られている。

このような排気熱回収装置では、排気通路の一部に並列通路を形成し、並列通路の一方に排気熱回収器を介装すると共に、他方に排気ガスの流通・遮断可能な制御弁を設けて、内燃機関の運転状態に応じて、並列通路の排気ガスの流れを切り換えるようにしている。
特開２００４−２４５１２８号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、車両に搭載される内燃機関の排気通路は、車両の床下に配置され、排気通路には、更に、触媒コンバータ、サブマフラ、メインマフラ等の機器が介装される。また、床下は、燃料タンク等に応じた凹凸があり、更に、車軸等が配置される場合もある。

このため、床下に機器を設置する空間は限られ、排気通路を並列通路として形成して、排気熱回収器を介装して配置する空間を確保することが困難であるという問題があった。特に、内燃機関がＶ型内燃機関であるような場合、２つの排気通路が独立して設けられる、いわゆるデュアル排気構造を有するので、更に、排気通路の一部を並列通路として形成して、一方に排気熱回収器を介装配置する空間を確保することが更に困難であるという問題があった。

本発明の課題は、狭い空間にでも容易に配置可能な排気熱回収装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
内燃機関からの排気ガスを下流側に導く排気通路からの前記排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行い排気熱を回収する排気熱回収器を有する排気熱回収装置において、
前記排気通路が２つ並べて設けられると共に、２つの前記排気通路の間に前記排気熱回収器を配置したことを特徴とする排気熱回収装置がそれである。

２つ並べて設けられた前記排気通路は２つのサブマフラを備え、２つの該サブマフラの間に前記排熱回収器を配置した構成でもよい。また、２つの前記排気通路は、２つの前記排気通路からの前記排気ガスを集合させる集合管を備え、前記集合管に２つの前記サブマフラを接続して前記排気ガスを分流させると共に、２つの前記サブマフラが接続された間の前記集合管に前記排気熱回収器を接続して前記排気熱回収器に前記排気ガスを分流させる構成としてもよい。更に、前記排気熱回収器の下流側は、２つの前記サブマフラの下流側にそれぞれ接続される構成としてもよい。２つの前記サブマフラは２つの前記サブマフラの間の間隔が広くなる方向に偏芯して形成されている構成としてもよい。

あるいは、２つ並べて設けられた前記排気通路は２本の排気管を備え、２本の排気管の間に前記排熱回収器を配置した構成としてもよい。また、前記排気熱回収器の上流側に前記排気熱回収器への前記排気ガスの流入・遮断可能な切換バルブを配置した構成としてもよい。

本発明の排気熱回収装置は、２つの排気通路の間に排気熱回収器を配置したので、狭い空間にでも容易に配置可能であるという効果を奏する。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は内燃機関で、本実施形態では、Ｖ型の多気筒内燃機関であり、内燃機関１からは２つの排気通路２，４を通して排気ガスが下流側に導かれる。両排気通路２，４は、共に、上流側の排気通路２，４に設けられた図示しない触媒コンバータに接続された排気管６，８を備え、両排気管６，８は集合管１０に接続されている。

また、集合管１０には２つのサブマフラ１２，１４が接続されており、サブマフラ１２，１４を通った排気ガスは下流側の排気通路を通り、図示しないメインマフラ通って大気中に放出される。サブマフラ１２，１４は排気騒音を低減する周知のものである。

両排気管６，８は、集合管１０に同じ方向から並べられた状態で接続されており、両サブマフラ１２，１４は両排気管６，８と反対側の集合管１０に並べられた状態で接続されている。サブマフラ１２，１４は集合管１０への接続箇所では両サブマフラ１２，１４の間隔が狭く、下流側に向かって間隔が僅かに開くように、「ハ」字状に配置されている。

本実施形態では、両サブマフラ１２，１４は偏芯して形成されている。即ち、サブマフラ１２，１４の大径部１２ａ，１４ａの軸方向中心に対して集合管１０に接続される上流側接続管部１２ｂ，１４ｂの軸方向中心とが偏芯した状態に形成されている。この偏芯方向は、２つのサブマフラ１２，１４の間隔が広くなるように、大径部１２ａ，１４ａが互いに外側に偏芯されている。

また、下流側接続管部１２ｃ，１４ｂも、大径部１２ａ，１４ａの軸方向中心に対して偏芯されており、上流側接続管部１２ｂ，１４ｂの軸方向中心と、下流側接続管部１２ｃ，１４ｃの軸方向中心とが同心上になるように形成されている。尚、下流側接続管部１２ｃ，１４ｃの軸方向中心は、大径部１２ａ，１４ａの軸方向中心と同心上になるように形成してもよい。

図２に示すように、集合管１０の内部には一つの集合室１６が形成されており、両排気管６，８を通った排気ガスが集合室１６に集合されるように形成されている。集合室１６に集合された排気ガスは、集合室１６から２つのサブマフラ１２，１４に分流されるように接続されている。

２つのサブマフラ１２，１４の間には、排気熱回収器１８が配置されており、排気熱回収器１８は、図３に示すように、外周を覆うシェル２０を備え、シェル２０はパイプ状で、シェル２０内には、一対の仕切板２２，２４が所定の間隔をあけて取り付けられて、熱交換室２６が形成されている。尚、本実施形態では、シェル２０の外径は、サブマフラ１２，１４の外径よりも小さい。

一対の仕切板２２，２４には、多数の小径パイプ２８が貫通して設けられており、多数の小径パイプ２８が、熱交換室２６内を通るように配置されている。小径パイプ２８の両端は、それぞれ熱交換室２６の外部で、シェル２０の両端側に開口されている。

シェル２０の外周には、熱交換室２６に接続される一対の継手部材３０，３２が取り付けられている。一対の継手部材３０，３２を介して、熱交換室２６と熱交換媒体の給排ができるように構成されており、本実施形態では、内燃機関１の冷却水を熱交換媒体として用いている。シェル２０の両端は、縮径されると共に、シェル２０の上流側には、接続管３４が同軸上に配置されている。シェル２０と接続管３４とは、切換バルブ３６を介して接続されている。

切換バルブ３６は本実施形態ではバタフライバルブで、弁体３８を揺動させて、接続管３４とシェル２０とを連通・遮断できるように構成されている。切換バルブ３６は、弁体３８の駆動を、内燃機関１の給気負圧を利用して駆動するものでもよく、あるいは、電動モータを用いて駆動するものでもよい。

接続管３４の上流側は、集合管１０に接続されて、集合室１６から排気ガスが接続管３４内に導入されるように形成されている。接続管３４は、２つのサブマフラ１２，１４の上流側接続管部１２ｂ，１４ｂの間で、集合管１０に接続されている。

シェル２０の下流側には、二股管４０が接続されており、二股管４０はシェル２０の下流側で二方向に分岐されて、それぞれ２つのサブマフラ１２，１４の下流側接続管部１２ｃ，１４ｂに接続しされている。

次に、本実施形態の排気熱回収装置の作動について説明する。
まず、切換バルブ３６の弁体３８を駆動して、接続管３４とシェル２０との間を遮断すると、排気ガスは両排気管６，８から集合管１０の集合室１６内に流入して、両排気管６，８からの排気ガスが集合室１６で集合される。そして、集合室１６から両サブマフラ１２，１４の上流側接続管部１２ｂ，１４ｂに分流され、両サブマフラ１２，１４をそれぞれ通る間に排気騒音が低減される。両サブマフラ１２，１４の下流側接続管部１２ｃ，１４ｂから下流側の排気通路に流入し、図示しないメインマフラ等を通って大気中に排出される。

一方、切換バルブ３６の弁体３８を駆動して、接続管３４とシェル２０との間を連通すると、排気ガスは集合室１６内から両サブマフラ１２，１４に分流されると共に、接続管３４に分流され、排気ガスは接続管３４から切換バルブ３６を介してシェル２０内に流入する。

そして、シェル２０内では、小径パイプ２８内を通り、再びシェル２０内から二股管４０に流入する。二股管４０からそれぞれ両サブマフラ１２，１４側に分流して、両サブマフラ１２，１４の下流側接続管部１２ｃ，１４ｂに流入し、サブマフラ１２，１４を通った排気ガスと合流して、下流側の排気通路に流出する。

また、内燃機関１からの冷却水を用いた熱交換媒体は、一方の継手部材３２から熱交換室２６内に供給され、他方の継手部材３０から排出される。その際、熱交換室２６内の熱交換媒体は、小径パイプ２８を介して、排気ガスとの間で熱交換が行われる。熱交換媒体の温度よりも排気ガスの温度が高いので、熱交換媒体の温度が上昇し、排気ガスの温度が下がる。よって、排気熱回収器１８により、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行い、排気熱の回収が行われる。

切換バルブ３６の駆動を、図示しない制御回路により、内燃機関の運転状態に応じて制御、例えば、内燃機関の始動直後のように、冷却水温が低いときに、切換バルブ３６により接続管３４と排気熱回収器１８とを連通して、排気熱回収器１８により、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行なうと、熱交換媒体としての冷却水の温度が速やかに上昇し、内燃機関１の燃費が向上する。

このように、２つのサブマフラ１２，１４の間に排気熱回収器１８を配置したので、排気熱回収器１８を容易に配置できる。即ち、サブマフラ１２，１４の外径は、排気管６，８の外径よりも大きく、車両の床下に配置された２つのサブマフラ１２，１４の周囲には空き空間がある。

特に、車両の床下に配置された２つのサブマフラ１２，１４の間の空間は、利用されることなく空いており、この空間を有効に利用して、排気熱回収器１８を２つのサブマフラ１２，１４の間に配置することにより、排気熱回収器１８を容易に配置できる。しかも、２つの排気管６，８を集合管１０に接続し、この集合管１０に２つのサブマフラ１２，１４を接続すると共に、排気熱回収器１８をこれらの間で接続しているので、排気ガスを容易に分流できる。また、サブマフラ１２，１４を偏芯した形状に形成することにより、排気熱回収器１８の配置空間を更に容易に確保できる。

本実施形態では、２つのサブマフラ１２，１４の間に排気熱回収器１８を配置したが、これに限らず、２つのサブマフラ１２，１４に代えて単なる排気管からなる排気通路の間に排気熱回収器１８を位置した構成であっても同様に実施可能である。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

本発明の一実施形態としての排気熱回収装置の概略構成図である。 図１のＡＡ拡大断面図である。 図１のＢＢ拡大断面図である。

符号の説明

１…内燃機関 ２，４…排気通路
６，８…排気管 １０…集合管
１２，１４…サブマフラ
１２ａ，１４ａ…大径部
１２ｂ，１２ｂ…上流側接続管部
１２ｃ，１２ｃ…下流側接続管部
１６…集合室 １８…排気熱回収器
２０…シェル ２６…熱交換室
２８…小径パイプ ３４…接続管
３６…切換バルブ ３８…弁体
４０…二股管

Claims (7)

1. 内燃機関からの排気ガスを下流側に導く排気通路からの前記排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行い排気熱を回収する排気熱回収器を有する排気熱回収装置において、
   前記排気通路が２つ並べて設けられると共に、２つの前記排気通路の間に前記排気熱回収器を配置したことを特徴とする排気熱回収装置。
2. ２つ並べて設けられた前記排気通路は２つのサブマフラを備え、２つの該サブマフラの間に前記排熱回収器を配置したことを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
3. ２つの前記排気通路は、２つの前記排気通路からの前記排気ガスを集合させる集合管を備え、前記集合管に２つの前記サブマフラを接続して前記排気ガスを分流させると共に、２つの前記サブマフラが接続された間の前記集合管に前記排気熱回収器を接続して前記排気熱回収器に前記排気ガスを分流させることを特徴とする請求項２に記載の排気熱回収装置。
4. 前記排気熱回収器の下流側は、２つの前記サブマフラの下流側にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の排気熱回収装置。
5. ２つの前記サブマフラは２つの前記サブマフラの間の間隔が広くなる方向に偏芯して形成されていることを特徴とする請求項２ないし請求項４に記載の排気熱回収装置。
6. ２つ並べて設けられた前記排気通路は２本の排気管を備え、２本の排気管の間に前記排熱回収器を配置したことを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
7. 前記排気熱回収器の上流側に前記排気熱回収器への前記排気ガスの流入・遮断可能な切換バルブを配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項６に記載の排気熱回収装置。

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