JP2012107599A - 排熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の低温時にその排熱を利用して潤滑油を迅速に昇温させることによって内燃機関の燃費の向上を図る排熱回収装置を提供することを目的とする。
【解決手段】排熱回収装置１０１は、エンジン本体１の冷却水が流通する冷却水流路１２１と、冷却水流路１２１と間隙を有して設けられ、エンジン本体１の排気ガスが流通可能な第一排気流路１１１ｅと、冷却水流路１２１及び第一排気流路１１１ｅに対して熱交換可能に設けられ、エンジン本体１の潤滑油が流通する潤滑油流路１３１とを備える。冷却水流路１２１及び第一排気流路１１１ｅの間には、潤滑油流路１３１の少なくとも一部が介在する。
【選択図】図２

Description

この発明は、排熱回収装置に係り、特に内燃機関の排熱を利用する排熱回収装置に関する。

近年、内燃機関を備える車両のエネルギーを有効に利用する技術が検討されており、特に、車両の排熱を利用する様々な技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、内燃機関であるエンジンの排気ガスの熱を冷却水及び潤滑油（オイル）の昇温に利用することによって、エンジンの暖気性能を向上させる内燃機関の排気通路構造が記載されている。

特許文献１において、エンジンにはＥＧＲ装置が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気系統に還流させ、吸入空気に混入させることによって、エンジンにおける燃焼温度を下げ、窒素酸化物の発生を抑制するものである。そして、このＥＧＲ装置におけるＥＧＲガスを還流させる再循環通路には、還流させるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラとオイルを冷却するためのオイルクーラとが一体になったクーラ装置が設けられている。さらに、再循環通路には、クーラ装置の下流側で再循環通路から分岐するバイパス通路と、バイパス通路を開放又は閉鎖する開閉弁が設けられており、分岐したバイパス通路は、エンジンの排気系統に接続している。

また、クーラ装置の内部には、ＥＧＲガス、エンジンの冷却水、エンジンのオイルが流通するようになっており、ＥＧＲガスが冷却水及びオイルと熱交換を行うことができるように、それぞれの流路が積層配置されている。
そして、エンジンの低温時にバイパス通路の開閉弁が開放されることによって、排気ガスがバイパス通路に積極的に導かれる。バイパス通路に積極的に導かれる排気ガスは、クーラ装置を通過してバイパス通路に流入するため、クーラ装置の内部の冷却水及びオイルと熱交換を行ってこれらを昇温する。

特開２００７−１００６６５号公報

冷間始動時等のエンジンの低温時、冷却水の温度がエンジンの燃費に与える影響は少ないが、低温では粘度が高くなる潤滑油は、潤滑油が供給されるエンジンの摺動部及び回転部に対してフリクションを増大させるため、エンジンの燃費を悪化させる。このため、エンジンの低温時に潤滑油をより迅速に昇温させることが、エンジンの燃費の向上に対してより効果的となる。しかしながら、特許文献１のクーラ装置は、ＥＧＲガスつまり排気ガスの熱がエンジンの冷却水及び潤滑油に同等に伝達される構成を有しているため、効果的なエンジンの燃費の向上を達成できていないという問題がある。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、内燃機関の低温時にその排熱を利用して潤滑油を迅速に昇温させることによって内燃機関の燃費の向上を図る排熱回収装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る排熱回収装置は、内燃機関の冷却水が流通する冷却水流路と、冷却水流路と間隙を有して設けられ、内燃機関の排気ガスが流通可能な第一排気ガス流路と、冷却水流路及び第一排気ガス流路に対して熱交換可能に設けられ、内燃機関の潤滑油が流通する潤滑油流路とを備え、冷却水流路及び第一排気ガス流路の間には、潤滑油流路の少なくとも一部が介在する。

また、上記排熱回収装置は、冷却水流路、第一排気ガス流路及び潤滑油流路と間隙を有して設けられ、内燃機関の排気ガスが流通可能な第二排気ガス流路と、第一排気ガス流路及び第二排気ガス流路のいずれか一方を選択可能に閉鎖する切換弁とをさらに備えてもよい。
また、上記排熱回収装置には、内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置の下流の排気ガスが流通してもよい。
冷却水流路及び第一排気ガス流路は、潤滑油流路の内部を通過してもよい。
冷却水流路及び第一排気ガス流路は、潤滑油流路を挟んで層状に形成されてもよい。

この発明に係る排熱回収装置によれば、内燃機関の低温時にその排熱を利用して潤滑油を迅速に昇温させることによって内燃機関の燃費を向上させることが可能になる。

この発明の実施の形態１に係る排熱回収装置及びその周辺の構成を示す模式図である。 図１の排熱回収装置の構成を示す模式断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す模式断面図である。 この発明の実施の形態２に係る排熱回収装置の構成を示す模式断面図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、図１〜３を用いて、この発明の実施の形態１に係る排熱回収装置１０１及び排熱回収装置１０１を備える内燃機関の構成を説明する。なお、以下の実施形態において、内燃機関として水冷式のディーゼルエンジンを搭載する車両に排熱回収装置１０１を使用した場合の例について説明する。

図１を参照すると、ディーゼルエンジンのエンジン本体１は、複数の気筒１ａを備え、各気筒１ａの図示しない吸気ポートには、車両の外部から吸入された空気である吸入空気を各気筒１ａに分配するための吸気マニフォールド２が接続されている。さらに、各気筒１ａの図示しない排気ポートには、各気筒１ａから排出される排気ガスを１つに集約するための排気マニフォールド３が接続されている。そして、吸気マニフォールド２には、吸入空気を車両の外部から導入するための吸気通路５が接続され、排気マニフォールド３には、排気ガスを車両の外部に導出するための排気通路６が接続されている。

吸気マニフォールド２は、吸気通路５の第三吸気通路部５ｃを介して、第三吸気通路部５ｃを通過してエンジン本体１に流入する吸入空気を冷却するためのインタークーラ７に連通する。さらに、インタークーラ７は、吸気通路５の第二吸気通路部５ｂを介して、ターボチャージャ４のコンプレッサハウジング４ａに連通する。
さらに、ターボチャージャ４のコンプレッサハウジング４ａは、吸気通路５の第一吸気通路部５ａ及び図示しないエアクリーナを介して、外気に連通する。

また、排気マニフォールド３は、ターボチャージャ４のタービンハウジング４ｂを介して、排気通路６の第一排気通路部６ａに接続されている。
なお、ターボチャージャ４は、コンプレッサハウジング４ａ内部の図示しないコンプレッサホイールと、タービンハウジング４ｂ内部の図示しないタービンホイールとが互いにタービンシャフトを介して連結された構造を有している。そして、ターボチャージャ４は、エンジン本体１から排気マニフォールド３を介して供給される排気ガスがタービンホイールを回転させることによって、タービンホイールと共に回転するコンプレッサホイールが吸入空気を加圧してエンジン本体１に供給し、それによって、エンジン本体１の出力を向上させるものである。

さらに、排気通路６の第一排気通路部６ａは、ターボチャージャ４のタービンハウジング４ｂを、排気ガス浄化装置８に連通する。排気ガス浄化装置８は、排気ガスを浄化処理するための一連の装置であり、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕捉するフィルタであるＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）、排気ガス中に含まれる窒素酸化物の含有量を低減する触媒を含む触媒装置等によって構成されている。
また、排気ガス浄化装置８は、排気通路６の第二排気通路部６ｂを介して、排熱回収装置１０１に連通し、排熱回収装置１０１は、排気通路６の第三排気通路部６ｃ及び図示しないマフラー（消音器）を介して、外気に連通する。なお、排熱回収装置１０１の詳細な構成は、後述で示す。

また、排気マニフォールド３の途中から分岐してＥＧＲ通路部１１が延びており、分岐したＥＧＲ通路部１１は、第三吸気通路部５ｃに接続している。さらに、ＥＧＲ通路部１１の途中には、排気マニフォールド３から第三吸気通路部５ｃに向かって、ＥＧＲクーラ１２及びＥＧＲ開閉弁１３がこの順で設けられている。なお、ＥＧＲクーラ１２は、ＥＧＲ通路部１１を流通する排気ガスを冷却するものであり、ＥＧＲ開閉弁１３は、ＥＧＲ通路部１１を開放及び閉鎖するものである。そして、このＥＧＲ通路部１１、ＥＧＲクーラ１２及びＥＧＲ開閉弁１３はＥＧＲシステム１０を構成し、ＥＧＲシステム１０は、不活性ガスである排気ガスの一部をエンジン本体１の吸気系統に還流させて吸入空気に混入させることによって、エンジン本体１における燃焼温度を下げ、排気ガスにおける窒素酸化物の発生量を抑制するものである。

また、水冷式のエンジン本体１では、気筒１ａ内での燃焼による温度上昇を抑えるために、気筒１ａ及び図示しない気筒ヘッドの周りに冷却水が流通するウォータージャケットが形成されている。さらに、エンジン本体１の外部には、ウォータージャケットを流通する冷却水を冷却するための冷却系統が設けられている。そして、上記の冷却系統は、外気及び冷却水の間で熱交換させるラジエータ２２と、ラジエータ２２及びウォータージャケットを連通する冷却水通路２１とによって構成されている。

冷却水通路２１は、エンジン本体１の図示しないウォータージャケットに接続されてウォータージャケットから冷却水が流入する第一冷却水通路部２１ａを含み、さらに、第一冷却水通路部２１ａから２つに分岐する第二冷却水通路部２１ｂ及び第三冷却水通路部２１ｃを含んでいる。そして、第二冷却水通路部２１ｂは、ラジエータ２２の入口に接続され、第三冷却水通路部２１ｃは、排熱回収装置１０１の冷却水流入口１２２ｃ（図２参照）に接続されている。

さらに、冷却水通路２１は、ラジエータ２２の出口に接続される第四冷却水通路部２１ｄと、排熱回収装置１０１の冷却水流出口１２２ｄ（図２参照）に接続される第五冷却水通路部２１ｅと、第四冷却水通路部２１ｄ及び第五冷却水通路部２１ｅを１つに集約してエンジン本体１のウォータージャケットに図示しないウォーターポンプを介して接続する第六冷却水通路部２１ｆを含む。なお、ウォーターポンプは、第六冷却水通路部２１ｆの冷却水をエンジン本体１のウォータージャケットに圧送するものである。

よって、冷却水通路２１は、冷却水がエンジン本体１からラジエータ２２を経由してエンジン本体１に戻る循環経路と、冷却水がエンジン本体１から排熱回収装置１０１を経由してエンジン本体１に戻る循環経路との二系統の循環経路によって構成されている。

また、エンジン本体１は、その内部の摺動部や回転部に潤滑油を供給する図示しない潤滑装置を有しており、それによって、摺動部や回転部における焼き付きを防ぐと共に摩擦抵抗を減らし、エンジン本体１の機能を十分に発揮させている。なお、潤滑装置は、オイルポンプによって潤滑油を圧送する一般的な既知のものである。
そして、エンジン本体１には、潤滑油を外部に流出させて再びエンジン本体１に戻す循環経路を構成する潤滑油通路３１が設けられている。

潤滑油通路３１は、上記の潤滑装置に連通し潤滑装置によって潤滑油が供給される第一潤滑油通路部３１ａを含み、第一潤滑油通路部３１ａは、排熱回収装置１０１の潤滑油流入口１３２ｃ（図２参照）に接続されている。さらに、潤滑油通路３１は、排熱回収装置１０１の潤滑油流出口１３２ｄ（図２参照）に接続されてエンジン本体１の内部に連通する第二潤滑油通路部３１ｂを含んでいる。
よって、潤滑油通路３１は、潤滑油がエンジン本体１から排熱回収装置１０１を経由してエンジン本体１に戻る循環経路によって構成されている。

また、図２を参照すると、排熱回収装置１０１の詳細な構成が示されている。
排熱回収装置１０１は、排気ガス流路１１１を形成する筐体１１２を有している。
筐体１１２は、その上流側に第二排気通路部６ｂが接続される排気流入口１１２ａと、その下流側に第三排気通路部６ｃが接続される排気流出口１１２ｂを有している。さらに、筐体１１２は、その内部に、排気流入口１１２ａに連通する空間である上流チャンバ１１１ｃを形成し、そして、上流チャンバ１１１ｃより下流側に、排気流出口１１２ｂに連通する空間である下流チャンバ１１１ｄを上流チャンバ１１１ｃと別個に形成している。

また、筐体１１２は、上流チャンバ１１１ｃを下流チャンバ１１１ｄに連通する２つの排気流路、すなわち第一排気流路１１１ｅ及び第二排気流路１１１ｆを形成している。なお、第一排気流路１１１ｅ及び第二排気流路１１１ｆはそれぞれ、いずれも筒状をした第一排気流路壁部１１２ｅ及び第二排気流路壁部１１２ｆによってそれぞれの内部に形成されており、第一排気流路壁部１１２ｅ及び第二排気流路壁部１１２ｆは互いに間隔をあけて形成されている。（図３参照）
よって、上流チャンバ１１１ｃ、第一排気流路１１１ｅ、第二排気流路１１１ｆ及び下流チャンバ１１１ｄは、排気ガス流路１１１を形成している。
ここで、第一排気流路１１１ｅ及び第二排気流路１１１ｆはそれぞれ、第一排気ガス流路及び第二排気ガス流路を構成している。

さらに、図３を合わせて参照すると、排熱回収装置１０１は、筐体１１２の上流チャンバ１１１ｃと下流チャンバ１１１ｄとの間に、筒状をした潤滑油流路壁部１３２を有している。潤滑油流路壁部１３２は、第一排気流路１１１ｅを形成する第一排気流路壁部１１２ｅの周囲を取り囲むようにして、上流チャンバ１１１ｃの下流側壁部を形成する筐体１１２の壁部１１２ｃから下流チャンバ１１１ｄの上流側壁部を形成する筐体１１２の壁部１１２ｄにわたって、形成されている。そして、潤滑油流路壁部１３２は、その外側で、第二排気流路１１１ｆを形成する第二排気流路壁部１１２ｆとの間に間隙を有している。

潤滑油流路壁部１３２には、第一潤滑油通路部３１ａに接続される潤滑油流入口１３２ｃを有する潤滑油流入管部１３２ａと、第二潤滑油通路部３１ｂに接続される潤滑油流出口１３２ｄを有する潤滑油流出管部１３２ｂとが外側に向かって突出形成されている。なお、潤滑油流入管部１３２ａは、潤滑油流出管部１３２ｂより下流側、すなわち下流チャンバ１１１ｄ側に設けられている。
従って、潤滑油流路壁部１３２、潤滑油流入管部１３２ａ、潤滑油流出管部１３２ｂ、並びに筐体１１２の壁部１１２ｃ及び１１２ｄがそれらの内部に形成する空間によって、第一排気流路１１１ｅの周囲を取り囲んで隣接する潤滑油流路１３１が形成されている。つまり、第一排気流路１１１ｅは、潤滑油流路１３１の内部を通過するようにして設けられている。

これにより、潤滑油流路１３１を流通する潤滑油は、取り囲んでいる第一排気流路１１１ｅを流通する排気ガスと熱交換を行うことができる。一方、上流チャンバ１１１ｃ及び下流チャンバ１１１ｄと潤滑油流路１３１との間は、筐体１１２の壁部１１２ｃ及び１１２ｄに設けられた図示しない断熱材によって熱的に遮断されており、潤滑油流路１３１を流通する潤滑油は、上流チャンバ１１１ｃ及び下流チャンバ１１１ｄを流通する排気ガスと熱交換を行うことができないようになっている。また、潤滑油流路壁部１３２との間に間隙を有する第二排気流路壁部１１２ｆの第二排気流路１１１ｆを流通する排気ガスとも、潤滑油流路１３１を流通する潤滑油は熱交換を行うことができない。

さらに、排熱回収装置１０１は、潤滑油流路１３１の内部を通過し且つ冷却水流路１２１をその内部に形成する筒状の冷却水流路管１２２を有している。冷却水流路管１２２は、潤滑油流路１３１内では第一排気流路１１１ｅに並行するようにして延びており、第三冷却水通路部２１ｃに接続される冷却水流入口１２２ｃを有する冷却水流入管部１２２ａと、第五冷却水通路部２１ｅに接続される冷却水流出口１２２ｄを有する冷却水流出管部１２２ｂとを潤滑油流路壁部１３２の外側に突出させている。なお、冷却水流路管１２２は、第一排気流路１１１ｅの第一排気流路壁部１１２ｅに対して間隙を有するようにして形成されており、冷却水流入管部１２２ａは、冷却水流出管部１２２ｂより下流側、すなわち下流チャンバ１１１ｄ側に設けられている。よって、冷却水流路管１２２は、第一排気流路１１１ｅと間隔をあけて潤滑油流路１３１の内部を通過する冷却水流路１２１を形成している。

これにより、冷却水流路１２１を流通する冷却水は、周囲の潤滑油と熱交換を行うことができる。一方、第一排気流路壁部１１２ｅとの間に間隙を有し且つこの間隙に潤滑油が介在する冷却水流路管１２２の冷却水流路１２１を流通する冷却水は、第一排気流路１１１ｅを流通する排気ガスと直接的に熱交換を行うことができない。

また、筐体１１２の上流チャンバ１１１ｃの内部には、上流チャンバ１１１ｃとの連結部に位置する第一排気流路１１１ｅの第一流入口１１２ｅ１及び上流チャンバ１１１ｃとの連結部に位置する第二排気流路１１１ｆの第二流入口１１２ｆ１のいずれか一方を閉鎖すると共に他方を開放するように選択可能に動作するバタフライ型の電磁弁である切換弁１４１が設けられている。

切換弁１４１は、弁体１４１ａと、弁体１４１ａに一体形成された回転軸部１４１ｂによって構成されている。弁体１４１ａは、図示しないアクチュエータによって回転駆動される回転軸部１４１ｂを中心として、回転軸部１４１ｂと共に旋回することができ、弁体１４１ａの旋回動作は図示しない車両のＥＣＵによって制御される。
そして、切換弁１４１は、回転軸部１４１ｂが紙面上で反時計回りの方向Ｐに回転された場合、弁体１４１ａが回転軸部１４１ｂを中心に方向Ｐに旋回して第二排気流路１１１ｆの第二流入口１１２ｆ１を閉鎖すると共に、第一排気流路１１１ｅの第一流入口１１２ｅ１を開放する。反対に、切換弁１４１は、回転軸部１４１ｂが紙面上で時計回りの方向Ｑに回転された場合、弁体１４１ａが回転軸部１４１ｂを中心に方向Ｑに旋回して第一排気流路１１１ｅの第一流入口１１２ｅ１を閉鎖すると共に、第二排気流路１１１ｆの第二流入口１１２ｆ１を開放する。

次に、図１〜３を用いて、この発明の実施の形態１に係る排熱回収装置１０１及び排熱回収装置１０１を備えるディーゼルエンジンの動作を説明する。
図１を参照すると、エンジン本体１が稼動することによって、図示しないエアクリーナ及び第一吸気通路部５ａを介して、ターボチャージャ４のコンプレッサハウジング４ａに外気が吸入空気として吸入される。そして、吸入空気は、コンプレッサハウジング４ａ内の図示しないコンプレッサホイールにより過給されて第二吸気通路部５ｂに送られ、さらにインタークーラ７を通過する際に外気との熱交換によって冷却された後、第三吸気通路部５ｃを経由して、エンジン本体１の気筒１ａの内部に流入する。そして、気筒１ａの内部の吸入空気は、気筒１ａの内部に供給された燃料（軽油）と混合されて、自己着火により燃焼する。

燃焼した吸入空気及び燃料は、排気ガスとして気筒１ａから排気マニフォールド３に排出され、さらに、排気マニフォールド３内の流通過程で１つに集約されて、ターボチャージャ４のタービンハウジング４ｂに流入する。流入した排気ガスは、タービンハウジング４ｂ内の図示しないタービンホイール及びタービンホイールに連結されたコンプレッサホイールの回転を上昇させつつ、第一排気通路部６ａに排出される。さらに、排気ガスは、第一排気通路部６ａから排気ガス浄化装置８に流入し、排気ガス浄化装置８において、粒子状物質の除去及び窒素酸化物の含有量の低減をなされた後、第二排気通路部６ｂを経由して排熱回収装置１０１に流入する。そして、排気ガスは、排熱回収装置１０１を通過した後、第三排気通路部６ｃ及び図示しないマフラーを経由して車両の外部に排出される。なお、図１及び２において、実線矢印は、排気ガスの流通方向を示している。

エンジン本体１では、エンジン本体１が稼動することによって、図示しないウォーターポンプが稼働され、それにより、冷却水が圧送されて、エンジン本体１の内部、冷却水通路２１及び排熱回収装置１０１を冷却水が循環する。なお、図１及び２において、一点鎖線矢印は、冷却水の流通方向を示している。
同時に、エンジン本体１では、図示しないオイルポンプが稼働され、それにより、潤滑油通路３１に潤滑油が圧送されて潤滑油通路３１及び排熱回収装置１０１を潤滑油が循環する。なお、図１及び２において、二点鎖線矢印は、潤滑油の流通方向を示している。

また、ＥＧＲ開閉弁１３は、エンジン本体１の回転数及び負荷に応じて開放及び閉鎖が制御される。そして、ＥＧＲ開閉弁１３が開放されると、排気マニフォールド３の排気ガスの一部がＥＧＲ通路部１１を通過して吸入空気に混入され、エンジン本体１の気筒１ａに流入する。このとき、酸素濃度が低い排気ガスが混入した吸入空気の酸素濃度が低くなるため、エンジン本体１での燃焼温度が低くなり、燃焼により生成される窒素酸化物の量が低減する。

また、エンジン本体１の冷間始動時における暖気運転状態時のようにエンジン本体１が低温である時では、潤滑油の温度が低くて粘度が高くなるため、潤滑油は、エンジン本体１の摺動部及び回転部に与えるフリクションを増大させる。
このため、潤滑油の温度を迅速に上昇させるために、図示しない車両のＥＣＵは、冷間始動時に、排熱回収装置１０１の切換弁１４１に第二排気流路１１１ｆの第二流入口１１２ｆ１を閉鎖するように動作させる（図２参照）。

図２及び図３を合わせて参照すると、このとき、第二排気通路部６ｂから排熱回収装置１０１に流入した排気ガスは、上流チャンバ１１１ｃに流入した後、第一排気流路１１１ｅを通過して下流チャンバ１１１ｄに流入し、そして、第三排気通路部６ｃに流出する。
暖気運転状態時のようなエンジン本体１（図１参照）の低温時でも、排気ガスの温度は潤滑油の温度と比べて大幅に高いため、第一排気流路１１１ｅを流通する排気ガスは、第一排気流路１１１ｅの周囲を取り囲んで排気ガスの流通方向と対向する方向に流通している潤滑油流路１３１の潤滑油と熱交換を行い、潤滑油を昇温する。
また、冷却水は、ウォータージャケットにおける熱交換により、潤滑油より温度の上昇が早く、暖気運転状態時のようなエンジン本体１（図１参照）の低温時でも、例えば、潤滑油より５〜１０℃程度、その温度が高くなっている。このため、冷却水流路１２１を流通する冷却水は、冷却水流路１２１の周囲を取り囲んで冷却水の流通方向と並行する方向に流通している潤滑油流路１３１の潤滑油と熱交換を行い、潤滑油を昇温する。

よって、排熱回収装置１０１は、車両の外部に排出される排気ガスに含まれる熱、及び冷却水に含まれる熱を利用して、潤滑油を加熱するオイルウォーマとして作用する。そして、潤滑油は、排気ガス及び冷却水により昇温されることによって、その粘度を低下させ、エンジン本体１（図１参照）の摺動部及び回転部に与えるフリクションを低下させる。

また、暖気運転状態が終了した後のエンジン本体１（図１参照）が十分に昇温された状態になると、冷却水の温度より潤滑油の温度の方が高くなる。このため、図示しない車両のＥＣＵは、排熱回収装置１０１の切換弁１４１に第一排気流路１１１ｅの第一流入口１１２ｅ１を閉鎖するように切り換え動作させる。
このとき、第二排気通路部６ｂから排熱回収装置１０１の上流チャンバ１１１ｃに流入した排気ガスは、紙面上の破線矢印に示す方向に流通し、第二排気流路１１１ｆを通過して下流チャンバ１１１ｄに流入し、そして、第三排気通路部６ｃに流出する。
また、第一排気流路１１１ｅに排気ガスが流通しない潤滑油流路１３１では、潤滑油と排気ガスとの間の熱交換はなく、冷却水流路１２１を流通する潤滑油より温度が低い冷却水が、周囲の潤滑油流路１３１の潤滑油と熱交換を行い、潤滑油を冷却する。よって、排熱回収装置１０１は、潤滑油を冷却するオイルクーラとして作用する。

なお、車両のＥＣＵによる切換弁１４１を切り換え動作させる時期の決定は、潤滑油の温度と冷却水の温度との比較に基づいて行われてよい、すなわち、潤滑油の温度が冷却水の温度以上であるか否かに基づいて行われてよい。又は、車両のＥＣＵによる切換弁１４１を切り換え動作させる時期の決定は、潤滑油の温度のみに基づいて行われてもよい。つまり、切換弁１４１に第一排気流路１１１ｅの第一流入口１１２ｅ１を閉鎖させる時の潤滑油の温度は、エンジン本体１（図１参照）の摺動部及び回転部へ与える潤滑油のフリクションが許容レベルを満足するような潤滑油温度に設定することができ、車両及びエンジン本体１の種類によって異なるが、例えば、８０℃等とすることができる。

上述の説明から、この発明に係る排熱回収装置１０１は、エンジン本体１の冷却水が流通する冷却水流路１２１と、冷却水流路１２１と間隙を有して設けられ、エンジン本体１の排気ガスが流通可能な第一排気流路１１１ｅと、冷却水流路１２１及び第一排気流路１１１ｅに対して熱交換可能に設けられ、エンジン本体１の潤滑油が流通する潤滑油流路１３１とを備える。そして、冷却水流路１２１及び第一排気流路１１１ｅの間には、潤滑油流路１３１の少なくとも一部が介在する。

これによって、暖気運転時のようなエンジン本体１の低温時すなわち潤滑油の低温時、第一排気流路１１１ｅ及び冷却水流路１２１の間に介在する潤滑油流路１３１の潤滑油は、より高い温度を有する第一排気流路１１１ｅの排気ガスの熱及び冷却水流路１２１の冷却水の熱の両方によって加熱されるため、迅速に昇温される。このため、エンジン本体１では、その摺動部及び回転部への潤滑油によるフリクションが早期に低い状態とすることができる。さらに、潤滑油の昇温に利用される排気ガスの熱は、車両の外部にそのまま廃棄される熱であり、すなわちエンジン本体１の排熱であるため、潤滑油の昇温に新たな熱エネルギーの生成を必要としない。従って、排熱回収装置１０１は、エンジン本体１の低温時にエンジン本体１の排熱を利用して潤滑油を迅速に昇温させることによってエンジン本体１の燃費を向上させることが可能になる。

さらに、冷却水流路１２１及び第一排気流路１１１ｅの間に潤滑油流路１３１が介在するため、ウォータージャケットにおける熱交換により加熱される必要が低い冷却水流路１２１の冷却水を必要以上に加熱することなく、排気ガスの熱は潤滑油の昇温に、有効に利用することが出来る。

また、排熱回収装置１０１は、冷却水流路１２１、第一排気流路１１１ｅ及び潤滑油流路１３１と間隙を有して設けられ、エンジン本体１の排気ガスが流通可能な第二排気流路１１１ｆと、第一排気流路１１１ｅ及び第二排気流路１１１ｆのいずれか一方を選択可能に閉鎖する切換弁１４１とをさらに備えている。これによって、潤滑油の温度が低い状態では、第一排気流路１１１ｅに排気ガスを流通させて潤滑油流路１３１の潤滑油を昇温し、潤滑油の温度が十分に昇温された状態では、第二排気流路１１１ｆに排気ガスを流通させて潤滑油流路１３１の潤滑油の過度な加熱を防ぎ、潤滑油のオイルコーキング（炭化）を防ぐことができる。さらに、潤滑油の温度が十分に昇温された状態では、冷却水の方が潤滑油より温度が低くなるため、潤滑油流路１３１の潤滑油は冷却水流路１２１の冷却水によって冷却され、排熱回収装置１０１はオイルクーラとして機能することもできる。

また、排熱回収装置１０１は、エンジン本体１の排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置８の下流の排気ガスが流通するようにして設けられている。排気ガス浄化装置８では、触媒の活性化のための昇温、ＤＰＦに堆積した粒子状物質の燃焼除去等のために、排気ガスの熱が利用される。排熱回収装置１０１は、排気ガス浄化装置８の下流の排気ガスを流通させることによって、排気ガス浄化装置８における排気ガスの熱の利用を妨げることなく、本来、車両の外部に廃棄されるだけである排気ガスの熱を利用して潤滑油を昇温させる。よって、排熱回収装置１０１は、車両の外部に廃棄される排熱を有効に利用することが可能になる。

また、排熱回収装置１０１では、冷却水流路１２１及び第一排気流路１１１ｅは、潤滑油流路１３１の内部を通過するように形成されている。これによって、潤滑油流路１３１の潤滑油との熱交換過程では、冷却水流路１２１の冷却水の熱及び第一排気流路１１１ｅの排気ガスの熱はすべて、潤滑油流路１３１の内部以外に放出されることなく潤滑油との熱交換に利用される。よって、冷却水流路１２１の冷却水及び第一排気流路１１１ｅの排気ガスと潤滑油流路１３１の潤滑油との熱交換効率を向上させることが可能になる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る排熱回収装置２０１は、実施の形態１における排熱回収装置１０１の第一排気流路１１１ｅ、冷却水流路１２１及び潤滑油流路１３１を互いに隣接する層状の形状に形成したものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。

図４を参照すると、実施の形態１の排熱回収装置１０１を示す図３と同様にして排熱回収装置２０１における上流から下流に向かう方向と垂直な方向に沿った断面図が示されている。
排熱回収装置２０１は、内部に冷却水流路２２１を形成する筒状の冷却水流路壁部２２２と、冷却水流路壁部２２２との間に間隙を有しつつ冷却水流路壁部２２２の外側周囲を取り囲むようにして形成された筒状の潤滑油流路壁部２３２とを有している。そして、冷却水流路壁部２２２と潤滑油流路壁部２３２との間の間隙は、筒状の潤滑油流路２３１を形成している。
さらに、排熱回収装置２０１は、潤滑油流路壁部２３２との間に間隙を有しつつ潤滑油流路壁部２３２の外側周囲を取り囲むようにして形成された筒状の第一排気流路壁部２１２ｅを有している。そして、潤滑油流路壁部２３２と第一排気流路壁部２１２ｅとの間の間隙は、筒状の第一排気流路２１１ｅを形成している。

よって、排熱回収装置２０１は、冷却水流路２２１の外側に冷却水流路２２１の周囲を取り囲んで隣接する層状の潤滑油流路２３１が形成され、さらに、潤滑油流路２３１の外側に潤滑油流路２３１の周囲を取り込んで隣接する層状の第一排気流路２１１ｅが形成された構成を有している。そして、冷却水流路２２１の冷却水と潤滑油流路２３１の潤滑油とが熱交換可能であり、潤滑油流路２３１の潤滑油と第一排気流路２１１ｅの排気ガスとが熱交換可能となっている。
また、第二排気流路１１１ｆを形成する第二排気流路壁部１１２ｆは、第一排気流路壁部２１２ｅの外側で第二排気流路壁部１１２ｆと間隙を有して配置されている。
また、この発明の実施の形態２に係る排熱回収装置２０１のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

このように、実施の形態２における排熱回収装置２０１によれば、上記実施の形態１の排熱回収装置１０１と同様な効果が得られる。
また、実施の形態２における排熱回収装置２０１では、冷却水流路２２１及び第一排気流路２１１ｅは、潤滑油流路２３１を挟んで層状に形成されている。そして、第一排気流路２１１ｅ及び潤滑油流路２３１は、筒状の形状に形成されている。これによって、外側の層を形成する第一排気流路２１１ｅとその内側に隣接する層を形成する潤滑油流路２３１との間では、実施の形態１の排熱回収装置１０１より熱交換面積が増大するため、第一排気流路２１１ｅ及び潤滑油流路２３１の間の交換熱量を増大させることが可能になる。

また、実施の形態１の排熱回収装置１０１における第一排気流路壁部１１２ｅ及び冷却水流路管１２２、並びに、実施の形態２の排熱回収装置２０１における潤滑油流路壁部２３２及び冷却水流路壁部２２２は、内側及び外側の壁面が平坦であったがこれに限定されるものでない。内外の壁面に凹凸を形成してもよく、内外の壁面に複数のフィンを設けてもよい。これにより、第一排気流路壁部１１２ｅ、冷却水流路管１２２、潤滑油流路壁部２３２及び冷却水流路壁部２２２と、潤滑油、冷却水及び排気ガスの各流体との接触面積を増大させることができるため、流体間の熱交換効率を向上させることが可能になる。

また、実施の形態１の排熱回収装置１０１では、潤滑油流路１３１の内部に、１つの第一排気流路１１１ｅと１つの冷却水流路１２１が形成されていたが、これに限定されるものでなく、第一排気流路１１１ｅ及び冷却水流路１２１は複数形成されてもよい。複数の第一排気流路１１１ｅ及び冷却水流路１２１を形成することによって、第一排気流路１１１ｅの排気ガス及び冷却水流路１２１の冷却水と潤滑油流路１３１の潤滑油との間の熱交換面積を増大させることができるため、熱交換効率を向上させることが可能になる。

また、実施の形態２の排熱回収装置２０１において、冷却水流路２２１、潤滑油流路２３１及び第一排気流路２１１ｅは、環状の断面形状を有して形成されていたがこれに限定されるものでない。矩形状断面を有する直線状をした冷却水流路２２１、潤滑油流路２３１及び第一排気流路２１１ｅを、この順序で並列に隣接させて配置してもよい。そして、並列に配置した冷却水流路２２１、潤滑油流路２３１及び第一排気流路２１１ｅの組み合わせが、複数設けられていてもよい。このとき、例えば、冷却水流路２２１、潤滑油流路２３１、第一排気流路２１１ｅ、潤滑油流路２３１、冷却水流路２２１、潤滑油流路２３１、及び第一排気流路２１１ｅをこの順序で並列に配置する構成のように、冷却水流路２２１と第一排気流路２１１ｅとの間に潤滑油流路２３１を配置する組み合わせを複数設けることができる。

また、実施の形態１及び２において、排熱回収装置１０１及び２０１をディーゼルエンジンに使用した場合について説明したが、これに限定されるものでない。排熱回収装置１０１及び２０１は、ガソリンエンジン、ＬＮＧエンジン、エタノールエンジン等の排気ガスと共に熱を車両の外部に放出する内燃機関に使用することができる。さらに、排熱回収装置１０１及び２０１は、車両に限定されず、発電機、船舶等の内燃機関を備えるものに使用することができる。

１ エンジン本体（内燃機関）、８ 排気ガス浄化装置、１１１ｅ，２１１ｅ 第一排気流路（第一排気ガス流路）、１１１ｆ 第二排気流路（第二排気ガス流路）、１２１，２２１ 冷却水流路、１３１，２３１ 潤滑油流路、１４１ 切換弁、１０１，２０１ 排熱回収装置。

Claims (5)

1. 内燃機関の冷却水が流通する冷却水流路と、
   前記冷却水流路と間隙を有して設けられ、前記内燃機関の排気ガスが流通可能な第一排気ガス流路と、
   前記冷却水流路及び前記第一排気ガス流路に対して熱交換可能に設けられ、前記内燃機関の潤滑油が流通する潤滑油流路と
   を備え、
   前記冷却水流路及び前記第一排気ガス流路の間には、前記潤滑油流路の少なくとも一部が介在する排熱回収装置。
2. 前記冷却水流路、前記第一排気ガス流路及び前記潤滑油流路と間隙を有して設けられ、前記内燃機関の排気ガスが流通可能な第二排気ガス流路と、
   前記第一排気ガス流路及び前記第二排気ガス流路のいずれか一方を選択可能に閉鎖する切換弁と
   をさらに備える請求項１に記載の排熱回収装置。
3. 前記内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置の下流の排気ガスが流通する請求項１または２に記載の排熱回収装置。
4. 前記冷却水流路及び前記第一排気ガス流路は、前記潤滑油流路の内部を通過する請求項１〜３のいずれか一項に記載の排熱回収装置。
5. 前記冷却水流路及び前記第一排気ガス流路は、前記潤滑油流路を挟んで層状に形成される請求項１〜３のいずれか一項に記載の排熱回収装置。

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