JP2010163899A - Exhaust heat recovery device - Google Patents
Exhaust heat recovery device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010163899A JP2010163899A JP2009005056A JP2009005056A JP2010163899A JP 2010163899 A JP2010163899 A JP 2010163899A JP 2009005056 A JP2009005056 A JP 2009005056A JP 2009005056 A JP2009005056 A JP 2009005056A JP 2010163899 A JP2010163899 A JP 2010163899A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust
- cooling water
- valve body
- heat
- pipe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Exhaust Silencers (AREA)
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
本発明は、排気ガスの熱を利用して始動後の冷却水温を早期に昇温させるようにした排気熱回収装置に関する。 The present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus that uses the heat of exhaust gas to quickly raise the temperature of a cooling water after startup.
従来、排気ガスの熱(以下、「排気熱」と称する)をエンジン冷却水にて回収し、回収した熱をエンジン及び空調システムのヒータに循環させることでエンジンの早期暖機完了、及び車室内の暖房を補う排気熱回収装置が提案されている。 Conventionally, exhaust gas heat (hereinafter referred to as “exhaust heat”) is recovered by engine cooling water, and the recovered heat is circulated to the engine and the heater of the air conditioning system to complete early warm-up of the engine, and the passenger compartment. There has been proposed an exhaust heat recovery device that supplements the heating of the house.
例えば特許文献1(特開2001−30741号公報)には、排気管に分岐管をバイパス接続し、この分岐管に、エンジン冷却水が流通する熱交換器を配設し、更に、この分岐管の上流に開閉弁を設け、熱交換器の温度が所定値よりも高くなった場合、この分岐管を閉じて、熱交換器に対する排気ガスの供給を遮断し、熱交換器の異常過熱を防止する技術が開示されている。
ところで、一般に、車体前部にエンジンが搭載されている車両では、このエンジンから延出する排気管が、車体フロア下面を通り後方へ導かれている。従って、排気管は外気に常時晒されているため、排気熱は排気管から外部に放熱される。特に、走行時おいては、走行風により冷却されるため、熱ロスが生じ、エンジン冷却水による排気熱の回収効率が低下してしまう問題がある。 By the way, in general, in a vehicle in which an engine is mounted on the front portion of the vehicle body, an exhaust pipe extending from the engine is guided rearward through the lower surface of the vehicle body floor. Therefore, since the exhaust pipe is constantly exposed to the outside air, the exhaust heat is radiated from the exhaust pipe to the outside. In particular, during traveling, the vehicle is cooled by the traveling wind, so that heat loss occurs, and there is a problem that exhaust heat recovery efficiency by engine cooling water is reduced.
この対策として、排気管の周囲に断熱空間を形成して熱ロスの発生を抑制することも考えられる。しかし、暖機完了後の排気熱は高温化しており、この排気熱によってエンジン冷却水が却って過熱されてしまう不都合がある。 As a countermeasure, it is conceivable to form a heat insulating space around the exhaust pipe to suppress the generation of heat loss. However, the exhaust heat after the completion of warm-up is high in temperature, and there is a disadvantage that the engine cooling water is overheated by this exhaust heat.
本発明は、上記事情に鑑み、エンジン冷却水温が低い場合は、このエンジン冷却水に排気熱を効率よく回収させて昇温を促進させると共に、排気熱が高温化した場合は、エンジン冷却水の昇温を抑制させることのできる排気熱回収装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention makes it possible to efficiently recover the exhaust heat to the engine cooling water when the engine cooling water temperature is low and promote the temperature rise, and when the exhaust heat becomes high, the engine cooling water An object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery device capable of suppressing the temperature rise.
上記目的を達成するため本発明による排気熱回収装置は、排気ガスが流通する第1管路と、前記第1管路をバイパスする第2管路と、エンジン冷却水の温度が低い場合、前記第1管路を閉塞して前記排気ガスを前記第2管路へ導く第1弁体と、前記第2管路に隣接して配設されていると共にエンジン冷却水が流通する熱交換部と、前記熱交換部の外周を覆う外筒管と、前記外筒管と前記熱交換部との間に形成される断熱空間を、前記第1弁体に連動し、該第1弁体が前記第1管路を閉塞した際に遮断し、該第1弁体が前記第1管路を開放した際に開放する第2弁体とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the exhaust heat recovery apparatus according to the present invention includes a first pipe through which exhaust gas flows, a second pipe that bypasses the first pipe, and a low temperature of engine cooling water. A first valve body that closes the first conduit and guides the exhaust gas to the second conduit; a heat exchanger that is disposed adjacent to the second conduit and through which engine coolant flows; , An outer tube that covers the outer periphery of the heat exchange unit, and a heat insulating space formed between the outer tube and the heat exchange unit, in conjunction with the first valve body, the first valve body is the The first valve body is cut off when the first pipe line is closed, and the first valve body is provided with a second valve body opened when the first pipe line is opened.
本発明によれば、熱交換部の外周を覆う外筒管と熱交換部との間に形成される断熱空間を、第1管路を開閉する第1弁体に連動して動作する第2弁体で開閉させるようにしたので、エンジン冷却水温が低い場合は、第2弁体を遮断することで、断熱空間に対する外気の導入が抑制され、エンジン冷却水に対して排気熱を効率よく回収させることができる。一方、エンジン冷却水温が所定温度以上に達した場合は、第2弁体を開放することで、断熱空間に外気が流入され、エンジン冷却水の昇温を抑制することができる。 According to this invention, the 2nd which operate | moves in conjunction with the 1st valve body which opens and closes the 1st pipe line in the heat insulation space formed between the outer cylinder pipe which covers the outer periphery of a heat exchange part, and a heat exchange part. Since the valve body is opened and closed, when the engine coolant temperature is low, the introduction of outside air to the heat insulation space is suppressed by shutting off the second valve body, and exhaust heat is efficiently recovered from the engine coolant. Can be made. On the other hand, when the engine cooling water temperature reaches a predetermined temperature or higher, by opening the second valve body, outside air flows into the heat insulation space, and the temperature rise of the engine cooling water can be suppressed.
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1〜図5に本発明の第1実施形態を示す。図1に排気熱回収装置を備えたエンジン冷却系の概略構成図を示す。
[First Embodiment]
1 to 5 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an engine cooling system provided with an exhaust heat recovery device.
同図の符号1はエンジンであり、図示しない車両の前部に配設されている。又、このエンジン1から延出する排気管2が車体後部側へ車体フロアの底面に沿って延出されている。尚、符号3はマフラである。
又、符号11はエンジン冷却系であり、エンジン冷却水(以下、単に「冷却水」と称する)主通路12とエンジン冷却水通路としての冷却水副通路13とを備えている。冷却水主通路12は、エンジン1に形成されているウォータジャケット1aの上流端と下流端に循環接続されており、ラジエータ14が介装されていると共に、このラジエータ14の下流側にウォータポンプ15が介装されている。尚、本実施形態では、ウォータポンプ15としてエンジン駆動式を採用しているが、このウォータポンプ15はモータ駆動式であっても良い。
Reference numeral 11 denotes an engine cooling system, which includes an engine cooling water (hereinafter simply referred to as “cooling water”)
更に、このウォータポンプ15とラジエータ14との間にサーモスタットバルブ16が介装されている。又、冷却水副通路13は、その下流端が、冷却水主通路12のサーモスタットバルブ16とウォータポンプ15との間に連通され、又、上流端が冷却水主通路12のラジエータ14の上流側に分岐接続されている。サーモスタットバルブ16は、冷却水温度が設定温度以下の場合、閉弁して、冷却水主通路12を循環する冷却水を遮断し、一方、冷却水温度が設定温度以上の場合は開弁して、冷却水を冷却水主通路12側へも循環させる。尚、符号14aはラジエータファンである。
Further, a
この冷却水副通路13に受熱手段としてのヒータコア17が介装されている。このヒータコア17は、冷却水副通路13を流れる冷却水の熱を熱源として、車室内へ供給する空気を暖めるもので、空調装置の空気ダクト内に配設されて、この空気ダクト内を通過して車室内に供給される内気或いは外気を暖めるものである。
A
更に、冷却水副通路13のヒータコア17の下流側に排気熱回収装置21が配設されている。この排気熱回収装置21は、排気管2を流れる排気ガスの熱(排気熱)と冷却水の温度(冷却水温)との温度差を利用して熱交換するものである。例えば冷態始動後の暖機運転において、排気ガスは冷却水よりも早期に温度上昇する。そのため、この排気熱回収装置21にて排気熱を冷却水に回収させることで、冷却水の温度上昇を促進させることができる。
Furthermore, an exhaust
図2〜5に示すように、排気熱回収装置21は、その中央に、第1管路としての排気連通管22を有し、その外周に排気熱交換器23が設けられ、更に、その外周に外筒管24が配設されている。排気連通管22は排気管2の中途に介装されて、その両端が排気管2に気密状体で接合されている。又、排気熱交換器23は、インナ部材25とアウタ部材26とを重ね合わせた二重構造を有しており、両部材25,26は鉄等の伝熱性材料で形成されている。尚、図において、排気ガスは、図の左側から右側へ流れる。従って、図の左側が上流となる。
As shown in FIGS. 2 to 5, the exhaust
インナ部材25は排気連通管22の外周を囲繞する円筒状に形成されており、その両端が絞られて排気連通管22に対し、溶接等の手段により気密を保持した状態で固設されている。又、アウタ部材26はインナ部材25の外周に配設されており、その両端が絞られて、インナ部材25の両端部に対し、溶接等の手段により気密を保持した状態で固設されている。このインナ部材25の内壁と排気管2の外周とで囲まれた空間に、第2管路としての排気バイパス通路27aが円環状に形成され、又、インナ部材25の外壁とアウタ部材26の内壁とで囲まれた空間に熱交換部としての熱交換通路27bが円環状に形成されている。尚、排気熱交換器23は一体成形品であっても良い。
The
又、排気バイパス通路27aの上流側と下流側に位置する排気連通管22に、上流側排気口22aと下流側排気口22bとが形成されている。この両排気口22a,22bは、排気連通管22の外周に沿って帯状に形成された複数のパンチング孔で構成されている。
Further, an
更に、排気連通管22の両排気口22a,22b間にバタフライ状に形成された第1弁体としての排気切換弁28が配設されている。この排気切換弁28は回転軸28aを中心に、この回転軸28aと一体に回転し、この排気切換弁28にて排気連通管22が閉塞されると、図2の矢印Bで示すように、排気連通管22に流入された排気ガスは、上流側排気口22aから排気バイパス通路27aへ流入し、排気切換弁28の下流側排気口22bから排気連通管22側へ流出する。一方、図3に示すように、排気切換弁28が全開状態になると、殆どの排気ガスは矢印Bで示すよう排気連通管22を流れる。
Further, an
更に、この排気連通管22、及び排気熱交換器23を覆う外筒管24は、その両側が車体の前後方向に開口され、前部開口端及び後部開口端から内方へやや入り込んだ位置が排気連通管22に対し、ステー29a,29bを介して支持されて、外筒管24の内壁と排気連通管22及び排気熱交換器23の外壁との間に断熱空間29が形成されている。
Further, the
又、排気熱交換器23の外周の上流側と下流側とに、熱交換通路27bに連通する流入ポート23aと流出ポート23bとが突設されており、この両ポート23a,23bが外筒管24を貫通して、この外筒管24の外周に突出されている。更に、この各ポート23a,23bが、冷却水副通路13の中途に接続されて、熱交換通路27bが冷却水副通路13の一部を構成している。従って、図1、及び図2、図3の矢印Bで示すように、ヒータコア17から流出した冷却水は、流入ポート23aから熱交換通路27b内に流入し、流出ポート23bから下流側の冷却水副通路13に吐出される。
An inflow port 23a and an
この流出ポート23bに接続されている冷却水副通路13に、サーモアクチュエータ30が固設されている。このサーモアクチュエータ30に、冷却水副通路13に連通する冷却水導入通路30aが形成されており、この冷却水導入通路30aを通過する冷却水によって、このサーモアクチュエータ30に内蔵するサーモワックス(例えばパラフィンワックス)30bが熱膨張或いは熱収縮する。そして、このサーモワックス30bの熱膨張或いは熱収縮を利用して、サーモアクチュエータ30に設けられているロッド30c(図5参照)が進退動作する。
A
又、外筒管24の上流端に形成した開口部24aが拡径されており、この開口部24aに位置する排気連通管22の外周に、第2弁体としての外気遮断弁31のハブ31aが進退自在に支持されている。更に、外筒管24の拡径された開口部24aの基部側内周にストッパ32が固設されている。このストッパ32は、外気遮断弁31の下流方向への移動を規制すると共に、このストッパ32に外気遮断弁31の外縁を当接させることで、断熱空間29への外気の流入が遮断される。又、この外気遮断弁31とステー29aとの間にリターンスプリング33が介装されており、図3に示すように、外気遮断弁31はリターンスプリング33にて開放方向へ常時付勢されている。
An
又、図5に示すように、排気切換弁28の回転軸28aに固設されている動作レバー34がリンク機構35aを介してサーモアクチュエータ30のロッド30cに連設されている。更に、外気遮断弁31のハブ31aがリンク機構35bを介してサーモアクチュエータ30に設けられてるロッド30cに連設されている。従って、この動作レバー34と外気遮断弁31とは互いに連動して開閉動作される。
Further, as shown in FIG. 5, an
上述したように、サーモアクチュエータ30のロッド30cは内蔵するサーモワックス30bの熱膨張或いは熱収縮によって進退動作するもので、冷却水温が低く、サーモワックス30bが熱収縮すると、ロッド30cが後退する。すると、このロッド30cに連設するリンク機構35a,35bを介して動作レバー34、外気遮断弁31が各々引かれ、排気切換弁28、外気遮断弁31が互いに閉弁動作される。一方、冷却水温が高くなり、サーモワックス30bが熱膨張すると、リンク機構35aを介して動作レバー34が押され、又、外気遮断弁31に対する引き力が解除されて、排気切換弁28、外気遮断弁31が互いに開弁動作される。
As described above, the
次に、このような構成による本実施形態の作用について説明する。長時間放置した後の始動時等、エンジン1が冷えた状態では、当然冷却水も冷えているため、排気熱回収装置21の下流側に設けられているサーモアクチュエータ30のサーモワックス30bは熱収縮し、このサーモワックス30bの動作に連動するロッド30cが後退している。
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described. When the
従って、このロッド30cにリンク機構35aを介して連設されている動作レバー34が、排気切換弁28を図5の時計回り方向へ回転させているため、この排気切換弁28によって排気連通管22が閉塞されている。更に、このロッド30cにリンク機構35bを介して連設されている外気遮断弁31がリターンスプリング33の付勢力に抗して引かれているため、その外周縁がストッパ32に当接されて、断熱空間29が遮断されている(図2参照)。
Accordingly, the
そして、運転者がスタータスイッチ(図示せず)をONして、エンジン1を起動させると、ウォータポンプ15が駆動し冷却水が循環する。その際、冷却水が冷えているため、サーモスタットバルブ16は閉弁しており、従って、冷却水の大部分は冷却水副通路13側を循環する。冷却水副通路13の中途には排気熱回収装置21の熱交換通路27bが介装されており、冷却水副通路13を循環する冷却水は、図2に矢印Aで示すように熱交換通路27bを通過して循環される。
Then, when the driver turns on the starter switch (not shown) and starts the
エンジン1から排出される排気ガスは、排気管2を通り、マフラ3を経て放出される。排気管2の中途には、排気熱回収装置21に設けられている排気連通管22が一体化された状態で介装されており、この排気連通管22が、上述したように排気切換弁28によって閉塞されているため、エンジン1から排出された排気ガスは、図2に矢印Bで示すように、排気切換弁28の手前に開口されている上流側排気口22aから排気連通管22の外周に形成されている排気バイパス通路27aに流入し、この排気バイパス通路27aを通り、排気切換弁28の下流側に開口されている下流側排気口22bを経て排気連通管22に戻される。
Exhaust gas discharged from the
エンジン1を始動した後の排気ガスの温度は、冷却水の温度よりも早く上昇するため、差温が発生し、排気バイパス通路27aを流れる排気ガスの熱により、この排気バイパス通路27aに対してインナ部材25を介して隔絶されている熱交換通路27bを流れる冷却水が加温される。その結果、冷却水が早期に昇温され、暖機時間が短縮されると共に、ヒータコア17の発熱が促進されて車室内の暖房に供することができる。
Since the temperature of the exhaust gas after starting the
更に、排気熱交換器23と、その外周に配設されている外筒管24との間に形成されている断熱空間29の上流が外気遮断弁31にて閉塞されているため、例えば、暖機運転中に車両が走行しても、この断熱空間29を外気が流通しないので断熱状態が保持され、排気熱を冷却水に効率よく回収させることができ、冷却水の昇温を一層促進させることができる。
Furthermore, since the upstream of the
その後、冷却水温が更に上昇してサーモアクチュエータ30のサーモワックス30bが熱膨張すると、このサーモワックス30bに連動するロッド30cが次第に突出し、このロッド30cに各リンク機構35a,35bを介して連設する排気切換弁28、外気遮断弁31が次第に開弁される。そして、冷却水温が所定温度(例えば75〜85[℃])に達すると、図3に示すように、排気切換弁28及び外気遮断弁31が全開となる。
Thereafter, when the cooling water temperature further rises and the
その結果、図3に矢印Bで示すように、大部分の排気ガスは、排気連通管22を通り外部へ排出される。又、外気遮断弁31が開弁しているので、矢印Cで示すように、外気が外筒管24に形成した開口部24aと外気遮断弁31との間を抜けて、断熱空間29に導入される。そのため、排気熱が高温化しても、その熱が断熱空間29にこもることが無く、冷却水の高温化を抑制することができる。従って、走行中においては、断熱空間29を流れる外気によって冷却水、及び排気ガスをより効率的に冷却することができる。
As a result, as shown by an arrow B in FIG. 3, most of the exhaust gas is discharged to the outside through the
このように、本実施形態では、冷態始動及び始動後の暖機運転において、サーモアクチュエータ30のサーモワックス30bが熱収縮している状態では、排気熱回収装置21の排気切換弁28が排気連通管22を遮断して、排気ガスを排気バイパス通路27a側へ導くと共に、外気遮断弁31を閉弁させて断熱空間29を遮断するようにしたので、排気バイパス通路27aを流れる排気ガスにより冷却水を効率よく昇温させることができる。
As described above, in the present embodiment, in the cold start and the warm-up operation after the start, when the
又、冷却水が所定温度まで昇温した後は、排気切換弁28が排気連通管22を連通させ、且つ外気遮断弁31が開弁して、断熱空間29に外気が導入されるため、冷却水の昇温を抑制することができる。
In addition, after the cooling water is heated to a predetermined temperature, the
更に、本実施形態では、排気切換弁28、外気遮断弁31の動作を、熱交換通路27bの下流側に配設したサーモアクチュエータ30の動作により機械的に制御しているため、これらをユニット化することで、既存の車両に対しても比較的簡単に取付けることができ、高い汎用性を得ることができる。
Furthermore, in the present embodiment, the operations of the
[第2実施形態]
図6、図7に本発明の第2実施形態を示す。上述した第1実施形態では、排気熱回収装置21に設けられている外気遮断弁31を、外筒管24の上流側に配設したが、本実施形態では外気遮断弁31を断熱空間29の下流側に配設したものである。
[Second Embodiment]
6 and 7 show a second embodiment of the present invention. In the first embodiment described above, the outside
すなわち、本実施形態による外筒管24は、第1実施形態の外筒管24を、排気連通管22に対し、上流側と下流側とを逆にして配設したものであり、作用効果は、上述した第1実施形態と同一である。
That is, the
[第3実施形態]
図8、図9に本発明の第3実施形態を示す。上述した第1、第2実施形態では、排気熱回収装置21の排気切換弁28と外気遮断弁31との開閉動作をサーモアクチュエータ30を用いて機械的に開閉動作させているが、本実施形態では、この両弁28,31を電子的に制御するようにしたものである。尚、排気熱回収装置21の構成は、第1、第2実施形態のサーモアクチュエータ30に代えて水温センサ42を配設し、又、各リンク機構35a,35bを省略し、更に、各弁28,31に排気用電動アクチュエータ43と外気用電動アクチュエータ44とを連設して、各弁28,31を電動アクチュエータ43,44により動作させるようにしたものである。
[Third Embodiment]
8 and 9 show a third embodiment of the present invention. In the first and second embodiments described above, the open / close operation of the exhaust
電子制御装置(ECU)41は、図示しないCPU、ROM、RAM、入出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを主体に構成されており、ROMには、制御プログラムや固定データ等が記憶されている。ECU41では、水温センサ42で検出した、熱交換通路27bに連通する流出ポート23b側から吐出する冷却水温に基づき、両電動アクチュエータ43,44に動作信号を出力する。
The electronic control unit (ECU) 41 is mainly composed of a microcomputer having a CPU, ROM, RAM, input / output interface, etc. (not shown), and a control program, fixed data, and the like are stored in the ROM. The
このECU41で実行される各電動アクチュエータ43,44の制御は、具体的には、図9に示すフローチャートに従って実行される。
Specifically, the control of the
このフローチャートは、予め設定した演算周期毎に実行され、先ず、ステップS1で水温センサ42で検出した冷却水温と予め設定した暖機完了温度とを比較し、暖機完了か否かを調べる。そして、冷却水温が暖機完了温度以下の暖機中と判定したときは、ステップS2へ進み、排気切換弁28を閉弁させる閉信号を出力した後、ステップS3へ進み、外気遮断弁31を閉弁させる閉信号を出力した後、ルーチンを抜ける。
This flowchart is executed for each preset calculation cycle. First, the cooling water temperature detected by the
尚、本実施形態で採用する排気切換弁28は、図示しないリターンスプリングにより開弁方向へ常時付勢されており、一方、外気遮断弁31はリターンスプリング33の付勢力で開弁方向へ常時付勢されている。従って、この排気切換弁28は、排気用電動アクチュエータ43がOFFで全開となり、ONで全閉となる。又、外気遮断弁31は外気用電動アクチュエータ44がOFFで全開となり、ONで全閉となる。
The exhaust
ECU41から出力される閉信号(ON信号)は、排気用電動アクチュエータ43と外気用電動アクチュエータ44とに通電され、この各電動アクチュエータ43,44が動作して、排気切換弁28と外気遮断弁31とが閉弁動作される(図2、図6の状態)。
The close signal (ON signal) output from the
一方、ステップS1で、冷却水温が暖機完了温度を超過した暖機完了と判定したときは、ステップS4へ進み、排気切換弁28を開弁させる開信号を出力した後、ステップS5へ進み、外気遮断弁31を開弁させる開信号を出力して、ルーチンを抜ける。
On the other hand, when it is determined in step S1 that the cooling water temperature has exceeded the warm-up completion temperature, the process proceeds to step S4, and after outputting an opening signal for opening the
ECU41から排気用電動アクチュエータ43と外気用電動アクチュエータ44とに開信号(OFF信号)が出力されると、この両電動アクチュエータ43,44に対する通電が遮断され、排気切換弁28がリターンスプリング(図示せず)の付勢力で全開状態となり、更に外気遮断弁31がリターンスプリング33の付勢力で開放状態となる(図3、図7の状態)。尚、各弁28,31の全閉状態、或いは全開状態における排気ガス、及び断熱空間29の外気の流れ、及び冷却水の温度変化は、上述した第1、第2実施形態と同様であるため説明を省略する。
When an open signal (OFF signal) is output from the
本実施形態によれば、排気切換弁28と外気遮断弁31との開閉を、水温センサ42で検出した冷却水温に応じて開閉動作させるようにしたので、この両弁28,31の開閉を冷却水温に応じて正確に制御することができる。更に、両弁28,31の開閉時期を車種毎に微調整することができる。
According to the present embodiment, the
尚、本実施形態では、排気切換弁28と外気遮断弁31とを異なる電動アクチュエータ43,44で開閉動作させているが、1つのアクチュエータで両弁28,31を開閉動作させるようにしても良い。
In this embodiment, the
[第4実施形態]
図10、図11に本発明の第4実施形態を示す。上述した第1〜第3実施形態では、排気管2に一体化されている排気連通管22の外周に排気熱交換器23を円環状に形成したが、本実施形態では、排気管2の中途に一体化されている排気連通管51を、第1管路としての排気本通路51aと、第2管路としての排気副通路51bとに分岐し、この排気副通路51bに、熱交換部としての熱交換器52を内装したものである。更に、この排気連通管22の外周に、第1、第2実施形態と同様、外筒管24が配設され、この外筒管24と排気連通管22との間に断熱空間29が形成されて、この断熱空間29が外気遮断弁31によって開閉自在にされている。尚、この外気遮断弁31の構成は上述した第1実施形態と同一である。
[Fourth Embodiment]
10 and 11 show a fourth embodiment of the present invention. In the first to third embodiments described above, the
又、熱交換器52の流入ポート52aと流出ポート52bとが、冷却水副通路13の中途に接続され、冷却水は熱交換器52を通り、冷却水副通路13を循環する。更に、この排気連通管22の排気本通路51aと排気副通路51bとの上流側の分岐部に、第1弁体としての排気切換弁53が配設されている。この排気切換弁53の基部に設けた回転軸53aに固設されているレバー(図示せず)及び外気遮断弁31が、第1実施形態と同様、リンク機構35a,35b(図5参照)を介してサーモアクチュエータ30のロッド30cに連設されている。
The
エンジン1(図1参照)が冷えた状態では、サーモアクチュエータ30のサーモワックス30bが熱収縮しているため、このサーモワックス30bに連動するロッド30cがリンク機構35a,35bを介して、排気切換弁53の回転軸53aに固設されているレバー及び外気遮断弁31を引いている。その結果、図10に示すように、排気切換弁53が、排気本通路51aの流入口を閉塞していると共に排気副通路51bの流入口を開口している。
When the engine 1 (see FIG. 1) is cold, the
そして、運転者がスタータスイッチ(図示せず)をONして、エンジン1を起動させると、ウォータポンプ15の駆動により冷却水の大部分が冷却水副通路13(図1参照)を循環する。
When the driver turns on the starter switch (not shown) and starts the
一方、エンジン1の排気ガスは排気連通管22の排気本通路51aが閉塞されているため、矢印Bで示すように、排気副通路51bを経てマフラ3(図1参照)の方向へ流出される。冷却水副通路13を循環する冷却水は、熱交換器52に対し、矢印Aで示すように、熱交換器52の流入ポート52aから入り、流出ポート52bから吐出される。排気ガスの温度上昇は冷却水よりも早いため、熱交換器52を通過する冷却水は排気熱を回収して昇温されて、暖機時間の短縮が図れる。
On the other hand, the exhaust gas of the
尚、この場合、外気遮断弁31が断熱空間29を閉塞しているため、排気副通路51bを流れる排気ガスの熱の大気への不必要な放熱が抑制され、冷却水を効率よく昇温させることができる。
In this case, since the outside air shut-off
その後、冷却水温が更に上昇して、サーモアクチュエータ30のサーモワックス30bが熱膨張し、ロッド30cが突出すると、リンク機構35aを介して排気切換弁53が、図の一点鎖線で示すように、排気副通路51bを閉塞すると共に、排気本通路51aを開放する。その結果、排気ガスは排気本通路51aを通過して外部へ排出される。同時に、リンク機構35bを介して外気遮断弁31が開弁し、外気が断熱空間29に導入される。従って、断熱空間29に熱がこもることが無く、冷却水が不必要に加熱されることがない。
Thereafter, when the cooling water temperature further rises, the
このように、本実施形態では、排気副通路51bに熱交換器52を内装して、排気ガスを直接通過させるようにしたので、冷却水に排気熱をより効率よく回収させることができる。尚、この熱交換器52として既存のものを採用すれば、コスト低減を実現することができる。
As described above, in this embodiment, the
又、本実施形態では、1つのリンク機構で排気切換弁53と外気遮断弁31とを開閉動作させるようにしても良い。更に、排気切換弁53を、排気連通管22の下流側の排気本通路51aと排気副通路51bとの合流部分に配設するようにしても良い。同様に、外気遮断弁31を外筒管24の下流側に配設するようにしても良い。
In the present embodiment, the
[第5実施形態]
図12〜図14に本発明の第5実施形態を示す。本実施形態は上述した第2実施形態の変形例である。尚、第2実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
12 to 14 show a fifth embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the second embodiment described above. In addition, about the structure same as 2nd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
第2実施形態では、排気熱交換器23の外周から外部に突出されている流入ポート23aと流出ポート23bとに対して冷却水副通路13の中途を接続しただけの構造であるが、本実施形態では、この流入ポート23aと流出ポート23bとに接続するエンジン冷却水通路としての冷却水副通路13の一部、具体的には、排気熱交換器23の流入ポート23aに接続されている冷却水副通路13の直上流と流出ポート23bに接続されている冷却水副通路13の直下流とを、外筒管24と排気連通管22との間に形成されている断熱空間29に挿通して排気管2の上流方向へ導くようにしたものである。
In the second embodiment, the structure is such that the middle of the cooling
すなわち、排気熱交換器23の外筒管24の車体前部方向の開口端29c(図12参照)側がエンジン1側へ排気管2に沿って延出されている。又、両ポート23a,23bに接続されている冷却水副通路13は、両ポート23a,23bに接続されている直近の部分が断熱空間29に挿通されている。そして、この断熱空間29に挿通された冷却水副通路13が、排気管2に沿ってエンジン1側へ延出され、開口端29cから外部に露呈されている。
That is, the opening end 29c (see FIG. 12) side of the
外筒管24は、断熱空間29に2本の冷却水副通路13が収容可能な断面形状に形成されており、図14に示すように、本実施形態では、断面舟形形状に形成され、その船尾側に2本の冷却水副通路13が、排気管2に沿って収容されている。
The
尚、排気切換弁28と外気遮断弁31との開閉動作は、第2実施形態と同一であるため説明を省略する。
The opening / closing operations of the exhaust
本実施形態では、排気熱交換器23に形成されている断熱空間29に冷却水副通路13を挿通したので、暖機運転時における冷却水副通路13を流れる冷却水の放熱が抑制されると共に、排気管を流れる排気ガスからの熱を冷却水にて受熱されるので、冷却水温をより早期に昇温させることができる。又、冷却水温が所定温度(例えば75〜85[℃])に達すると、外気遮断弁31が全開となり、断熱空間29に外気が導入されるため、冷却水が必要以上に昇温されてしまうことはない。
In the present embodiment, since the cooling
その結果、本実施形態によれば、上述した第2実施形態に比し、暖機運転時においては冷却水をより効率よく昇温させることができる。尚、排気熱交換部23は、第4実施形態に示すような排気管2の中途に一体化されている排気連通管51を排気本通路51aと、第2管路としての排気副通路51bとに分岐し、この排気副通路51bに熱交換器52を内装したものであっても良い。
As a result, according to the present embodiment, the temperature of the cooling water can be raised more efficiently during the warm-up operation than in the second embodiment described above. The
1…エンジン、
2…排気管、
11…エンジン冷却系、
13…冷却水副通路、
17…ヒータコア、
21…排気熱回収装置、
22,51…排気連通管、
22a…上流側排気口、
22b…下流側排気口、
23…排気熱交換部、
23a…流入ポート、
23b…流出ポート、
24…外筒管、
24a…開口部、
25…インナ部材、
26…アウタ部材、
27a…排気バイパス通路、
27b…熱交換通路、
28,53…排気切換弁、
29…断熱空間、
30…サーモアクチュエータ、
30b…サーモワックス、
30c…ロッド、
31…外気遮断弁、
35a,35b…リンク機構、
42…水温センサ、
43…排気用アクチュエータ、
44…外気用アクチュエータ、
51a…排気本通路、
51b…排気副通路、
52…熱交換器
1 ... Engine,
2 ... exhaust pipe,
11 ... Engine cooling system,
13 ... cooling water sub-passage,
17 ... Heater core,
21. Exhaust heat recovery device,
22, 51 ... exhaust communication pipe,
22a: upstream exhaust port,
22b: downstream exhaust port,
23. Exhaust heat exchange part,
23a ... Inflow port,
23b ... Outflow port,
24 ... outer tube,
24a ... opening,
25. Inner member,
26: outer member,
27a ... exhaust bypass passage,
27b ... heat exchange passage,
28, 53 ... exhaust switching valve,
29 ... Insulated space,
30 ... Thermo actuator,
30b ... Thermo wax,
30c ... Rod,
31 ... Outside air shutoff valve,
35a, 35b ... link mechanism,
42 ... Water temperature sensor,
43 ... Exhaust actuator,
44 ... Actuator for outside air,
51a ... exhaust main passage,
51b ... exhaust sub-passage,
52 ... Heat exchanger
Claims (7)
前記第1管路をバイパスする第2管路と、
エンジン冷却水の温度が低い場合、前記第1管路を閉塞して前記排気ガスを前記第2管路へ導く第1弁体と、
前記第2管路に隣接して配設されていると共にエンジン冷却水が流通する熱交換部と、
前記熱交換部の外周を覆う外筒管と、
前記外筒管と前記熱交換部との間に形成される断熱空間を、前記第1弁体に連動し、該第1弁体が前記第1管路を閉塞した際に遮断し、該第1弁体が前記第1管路を開放した際に開放する第2弁体と
を備えることを特徴とする排気熱回収装置。 A first conduit through which exhaust gas flows;
A second pipeline bypassing the first pipeline;
A first valve body that closes the first pipe and guides the exhaust gas to the second pipe when the temperature of the engine coolant is low;
A heat exchanging portion that is disposed adjacent to the second pipe and through which engine coolant flows;
An outer tube covering the outer periphery of the heat exchange part;
The heat insulation space formed between the outer tube and the heat exchanging portion is interlocked with the first valve body, and is shut off when the first valve body closes the first conduit, An exhaust heat recovery apparatus comprising: a second valve body that opens when the one valve body opens the first conduit.
前記第2管路の外周に前記熱交換部が配設されている
ことを特徴とする請求項1記載の排気熱回収装置。 The second pipe is formed on an outer periphery of the first pipe;
The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the heat exchange unit is disposed on an outer periphery of the second pipe line.
前記第2管路内に前記熱交換部が配設されている
ことを特徴とする請求項1記載の排気熱回収装置。 The second conduit is provided adjacent to the first conduit;
The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the heat exchange unit is disposed in the second pipe line.
前記第2弁体が前記外筒管の前部開口端と後部開口端との一方に配設されている
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の排気熱回収装置。 Both ends of the outer tube are opened in the front-rear direction of the vehicle body,
The exhaust heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the second valve body is disposed on one of a front opening end and a rear opening end of the outer tube. .
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の排気熱回収装置。 The first valve body and the second valve body are driven by a thermoactuator having a thermowax that thermally expands or contracts at a temperature of the engine cooling water. The exhaust heat recovery device according to claim 1.
前記電動アクチュエータを動作させる制御手段と、
前記エンジン冷却水の温度を検知する水温センサと
を備え、
前記制御手段は前記水温センサで検出した前記エンジン冷却水温が設定温度以下の低温と判定した場合、前記電動アクチュエータに前記第1弁体と第2弁体とを閉弁させる信号を出力する
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の排気熱回収装置。 An electric actuator for opening and closing the first valve body and the second valve body;
Control means for operating the electric actuator;
A water temperature sensor for detecting the temperature of the engine cooling water,
The control means outputs a signal for closing the first valve body and the second valve body to the electric actuator when it is determined that the engine cooling water temperature detected by the water temperature sensor is a low temperature below a set temperature. The exhaust heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the exhaust heat recovery apparatus is any one of claims 1 to 4.
ことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の排気熱回収装置。 The at least one part of the engine-cooling-water path | route which is connected to the said heat exchange part and distribute | circulates the said engine-cooling water is penetrated by the said heat insulation space, The any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. Exhaust heat recovery device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009005056A JP2010163899A (en) | 2009-01-13 | 2009-01-13 | Exhaust heat recovery device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009005056A JP2010163899A (en) | 2009-01-13 | 2009-01-13 | Exhaust heat recovery device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010163899A true JP2010163899A (en) | 2010-07-29 |
Family
ID=42580260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009005056A Pending JP2010163899A (en) | 2009-01-13 | 2009-01-13 | Exhaust heat recovery device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010163899A (en) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2478650A (en) * | 2010-03-09 | 2011-09-14 | Gm Global Tech Operations Inc | Coaxial heat exchanger for a motor vehicle exhaust gas system |
JP2012031796A (en) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Yutaka Giken Co Ltd | Waste heat recovery system |
JP2012087763A (en) * | 2010-10-22 | 2012-05-10 | Mitsubishi Motors Corp | Exhaust heat recovery system |
WO2013005541A1 (en) * | 2011-07-04 | 2013-01-10 | カルソニックカンセイ株式会社 | Waste heat recovery device |
JP2013170508A (en) * | 2012-02-21 | 2013-09-02 | Toyota Motor Corp | Cooling device for vehicle |
EP2697486A2 (en) | 2011-04-13 | 2014-02-19 | Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH | Device having a heat exchanger for a thermoelectric generator of a motor vehicle |
EP2697485A2 (en) | 2011-04-13 | 2014-02-19 | Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH | Device having a heat exchanger for a thermoelectric generator of a motor vehicle |
CN104612802A (en) * | 2014-12-18 | 2015-05-13 | 成都格瑞思文化传播有限公司 | Exhaust pipe structure for recycling heat of tail gas of automobile |
US9074506B2 (en) | 2013-09-16 | 2015-07-07 | Hyundai Motor Company | Structure for operating system for utilizing exhaust heat of vehicle |
JP2016113978A (en) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | フタバ産業株式会社 | Exhaust heat recovery device |
CN108194181A (en) * | 2018-01-18 | 2018-06-22 | 盛化伟 | A kind of fireproof environmental energy-saving cistern chimney |
CN108661749A (en) * | 2017-03-31 | 2018-10-16 | 上海汽车集团股份有限公司 | Transverse engine, oil sump and automobile |
JP2020020330A (en) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | フタバ産業株式会社 | Exhaust heat recovery device |
JP2020190258A (en) * | 2019-05-20 | 2020-11-26 | 富士精工株式会社 | Thermo-actuator |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0861056A (en) * | 1994-08-19 | 1996-03-05 | Toyota Motor Corp | Exhaust pipe |
JP2005525505A (en) * | 2002-05-15 | 2005-08-25 | ベール ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー | Switchable exhaust heat exchanger |
JP2006057586A (en) * | 2004-08-23 | 2006-03-02 | Nissan Motor Co Ltd | Catalyst temperature control case |
JP2006291721A (en) * | 2005-04-05 | 2006-10-26 | Calsonic Kansei Corp | Heat exchanger for cooling exhaust gas |
JP2007032561A (en) * | 2005-06-20 | 2007-02-08 | Sango Co Ltd | Exhaust gas heat recovery device |
JP2008133783A (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-12 | Calsonic Kansei Corp | Exhaust heat recovery device |
-
2009
- 2009-01-13 JP JP2009005056A patent/JP2010163899A/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0861056A (en) * | 1994-08-19 | 1996-03-05 | Toyota Motor Corp | Exhaust pipe |
JP2005525505A (en) * | 2002-05-15 | 2005-08-25 | ベール ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー | Switchable exhaust heat exchanger |
JP2006057586A (en) * | 2004-08-23 | 2006-03-02 | Nissan Motor Co Ltd | Catalyst temperature control case |
JP2006291721A (en) * | 2005-04-05 | 2006-10-26 | Calsonic Kansei Corp | Heat exchanger for cooling exhaust gas |
JP2007032561A (en) * | 2005-06-20 | 2007-02-08 | Sango Co Ltd | Exhaust gas heat recovery device |
JP2008133783A (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-12 | Calsonic Kansei Corp | Exhaust heat recovery device |
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2478650A (en) * | 2010-03-09 | 2011-09-14 | Gm Global Tech Operations Inc | Coaxial heat exchanger for a motor vehicle exhaust gas system |
GB2478650B (en) * | 2010-03-09 | 2017-06-14 | Gm Global Tech Operations Llc | Coaxial heat exchanger for a motor vehicle exhaust gas system |
JP2012031796A (en) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Yutaka Giken Co Ltd | Waste heat recovery system |
JP2012087763A (en) * | 2010-10-22 | 2012-05-10 | Mitsubishi Motors Corp | Exhaust heat recovery system |
US9127894B2 (en) | 2011-04-13 | 2015-09-08 | Emitec Gesellschaft Fuer Emissiontechnologie Mbh | Device having a heat exchanger for a thermoelectric generator of a motor vehicle and motor vehicle having the device |
EP2697486A2 (en) | 2011-04-13 | 2014-02-19 | Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH | Device having a heat exchanger for a thermoelectric generator of a motor vehicle |
EP2697485A2 (en) | 2011-04-13 | 2014-02-19 | Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH | Device having a heat exchanger for a thermoelectric generator of a motor vehicle |
US9279623B2 (en) | 2011-04-13 | 2016-03-08 | Emitec Gesellschaft Fuer Emissionstechnologie Mbh | Device having a heat exchanger for a thermoelectric generator of a motor vehicle and motor vehicle having the device |
WO2013005541A1 (en) * | 2011-07-04 | 2013-01-10 | カルソニックカンセイ株式会社 | Waste heat recovery device |
JP2013015068A (en) * | 2011-07-04 | 2013-01-24 | Calsonic Kansei Corp | Exhaust heat recovery apparatus |
JP2013170508A (en) * | 2012-02-21 | 2013-09-02 | Toyota Motor Corp | Cooling device for vehicle |
US9074506B2 (en) | 2013-09-16 | 2015-07-07 | Hyundai Motor Company | Structure for operating system for utilizing exhaust heat of vehicle |
JP2016113978A (en) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | フタバ産業株式会社 | Exhaust heat recovery device |
CN104612802A (en) * | 2014-12-18 | 2015-05-13 | 成都格瑞思文化传播有限公司 | Exhaust pipe structure for recycling heat of tail gas of automobile |
CN108661749A (en) * | 2017-03-31 | 2018-10-16 | 上海汽车集团股份有限公司 | Transverse engine, oil sump and automobile |
CN108194181A (en) * | 2018-01-18 | 2018-06-22 | 盛化伟 | A kind of fireproof environmental energy-saving cistern chimney |
CN108194181B (en) * | 2018-01-18 | 2024-05-28 | 盛化伟 | Fireproof environment-friendly energy-saving water tank chimney |
JP2020020330A (en) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | フタバ産業株式会社 | Exhaust heat recovery device |
JP7021026B2 (en) | 2018-08-03 | 2022-02-16 | フタバ産業株式会社 | Exhaust heat recovery device |
JP2020190258A (en) * | 2019-05-20 | 2020-11-26 | 富士精工株式会社 | Thermo-actuator |
JP7078270B2 (en) | 2019-05-20 | 2022-05-31 | 富士精工株式会社 | Thermo actuator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010163899A (en) | Exhaust heat recovery device | |
US20110239634A1 (en) | Exhaust bypass flow control for exhaust heat recovery | |
WO2011046058A1 (en) | Thermostat and cooling device for vehicle | |
JP2002019456A (en) | Internal combustion engine provided with exhaust gas conduit and exhaust gas heat exchanger | |
JP2008038827A (en) | Method of controlling rapid heating system for engine | |
US10054026B2 (en) | Exhaust heat recovery structure | |
JP6449077B2 (en) | Intake air temperature control device for vehicle engine | |
JP4923832B2 (en) | Vehicle cooling system | |
JP5772652B2 (en) | Vehicle cooling device | |
JP2008291690A (en) | Cooling system | |
JP4840408B2 (en) | Cooling water circulation device | |
JP2010065544A (en) | Hydraulic fluid temperature control system | |
JP6254822B2 (en) | Engine exhaust heat recovery device | |
JP4998394B2 (en) | Exhaust heat recovery unit | |
JP2006299850A (en) | Waste heat recovery system for internal combustion engine for vehicle | |
JP2009013838A (en) | Exhaust heat recovery device | |
JP5801593B2 (en) | Thermal storage heating system for vehicles | |
JP2007126046A (en) | Heating device | |
JP2010144566A (en) | Switching valve structure | |
JP2016193671A (en) | Vehicular air conditioner | |
JP2007137184A (en) | Heater | |
CN109296427B (en) | Heat recovery structure | |
JP2010169010A (en) | Cooling device for internal combustion engine | |
JP4034010B2 (en) | Vehicle heat storage system | |
JP2006200512A (en) | Temperature regulating device of internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111026 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120521 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120619 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120807 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130205 |