JP2015229978A - 排気熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を改善した排気熱回収装置を提供することを課題とする。
【解決手段】エンジンからの排気が流れる第１配管１４から分岐する第２配管２２に熱回収器２４が設けられる。第２配管２２に流れる排気量を決定する第１配管１４の弁部材１８は、第１アクチュエータ４０および第２アクチュエータ７０によって駆動される。これにより第１アクチュエータ４０および第２アクチュエータ７０のそれぞれの駆動回数を抑制して、耐久性を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気熱回収装置に関する。

自動車のエンジンからの排気の熱を用いて、エンジン冷却水等を昇温させる技術がある。例えば、特許文献１には、エンジンの排気の一部を吸気側に戻す排気構造において、エンジンの低温時にも、バイパス通路の開閉弁を開放することによって、吸気通路に排気を循環することなく、冷却水と排気の熱交換を可能にする構成が開示されている。

また、特許文献２には、熱交換器を備えた熱交換経路と、熱交換器をバイパスするバイパス経路を備え、バイパス経路に設けた弁体の制御で、排気の流路を切り替える排気熱回収装置が記載されている。

特開２００７−１００６６５号公報 特開２００６−３１２８８４号公報

特許文献１、２に示すように、弁体（開閉弁）の制御で排気の流路を切り換える場合には、弁体の駆動の繰り返しにより弁体を駆動させるアクチュエータ等の耐久性、ひいては排気熱回収装置の耐久性に十分配慮する必要がある。

本発明は上記事実を考慮し、耐久性を改善した排気熱回収装置を提供することを課題とする。

本発明の請求項１記載の発明は、エンジンからの排気が流れる第１配管と、前記第１配管から分岐し、前記排気との間で熱交換して排気熱を回収する熱回収器が配設された第２配管と、前記第１配管から前記第２配管へ流れ込む前記排気の流量を調整する弁部材と、前記弁部材を駆動させる複数の駆動部材と、を備える。

この排気熱回収装置では、駆動部材が弁部材を駆動させることにより、第１配管から第２配管に流れ込むエンジンからの排気の流量が調整される。第２配管には、排気熱との間で熱交換する熱回収器が配設されており、第２配管への排気の流量を増減することで熱回収器の熱交換量を増減させることができる。

この排気熱回収装置では、複数の駆動部材で弁部材を駆動しているため、一つの駆動部材で弁部材を駆動する場合と比較して個々の駆動部材の負担（例えば、駆動回数や駆動負荷）が軽減され、排気熱回収装置の耐久性を向上させることができる。

本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の駆動部材は、前記熱回収器の熱媒の温度変化に基づいて前記弁部材を駆動させる第１駆動部材を含む。

この排気熱回収装置では、複数の駆動部材が熱媒（例えば、エンジン冷却水）の温度変化に基づいて弁部材を駆動可能な第１駆動部材を含むため、熱媒の温度に基づいて熱媒の昇温効果を増減することができる。また、当該弁部材の駆動に通電を不要とする又は抑制することができる。すなわち、弁部材の駆動に必要とされる電力消費量を抑制する（車両の燃費を向上させる）ことができる。

本発明の請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の駆動部材は、前記第１配管の雰囲気温度の変化に基づいて前記弁部材を駆動させる第２駆動部材を含む。

この排気熱回収装置では、複数の駆動部材が第１配管の雰囲気温度の変化に基づいて前記弁部材を駆動させる第２駆動部材を含む。したがって、例えば、外気温の低下により第１配管下流域で排気中の水分が凍結する可能性がある場合には、第２駆動部材が弁部材を駆動させて第２配管への排気の流量を減少させることにより、第１配管の下流側に高温の排気ガスを流し、第１配管内部における排気中の水分の凍結を防止又は抑制することができる。

本発明の請求項４記載の発明は、前記複数の駆動部材は、請求項２記載の第１駆動部材と請求項３記載の第２駆動部材を含み、前記第２駆動部材は、前記第１駆動部材の駆動状態に拘らず、前記第１配管の雰囲気温度の変化に基づいて前記弁部材を駆動させて前記第２配管に対する前記排気の流量を減少させる。

この排気熱回収装置では、複数の駆動部材に、第１駆動部材の駆動状態に拘らず、第１配管の雰囲気温度の変化に基づいて前記弁部材を駆動させて第２配管に対する排気流量を減少させる第２駆動部材が含まれる。したがって、例えば、雰囲気温度（外気温）の低下によって第１配管下流域における排気中の水分が凍結する可能性がある場合に、熱媒の温度に拘らず弁部材を駆動させて第２配管に対する排気流量を減少させる。この結果、第１配管の下流域に対して、第２配管の熱回収器で熱交換されていない高温の排気の流量が増加する。これによって、第１配管における排気中の水分の凍結を防止又は抑制することができる。

本発明の請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の発明において、複数の駆動部材は、通電により前記弁部材を駆動させる第３駆動部材を含み、前記第３駆動部材は、他の前記駆動部材の駆動状態に拘らず、通電により前記弁部材を駆動させて前記第２配管に対する前記排気の流量を減少させる。

この排気熱回収装置では、第３駆動部材が他の駆動部材の駆動状態に拘らず通電に基づいて弁部材を駆動させるため、任意のタイミングで弁部材を駆動（開閉）させて熱媒の熱回収量を変化させることができる。

例えば、請求項２〜４のいずれか１項記載の発明の第１駆動部材、第２駆動部材と請求項５記載の発明の第３駆動部材とを組み合わせることによって、通常制御時には第１駆動部材、第２駆動部材によって熱媒や雰囲気温度の温度変化に基づいて弁部材の開閉制御を行い、任意のタイミングで弁部材を開閉したい時のみ第３駆動部材で弁部材の開閉制御を行うことができる。これにより、電力消費量を抑制しつつ任意タイミングにおける弁部材の開閉を行うことができる。

本発明の請求項６記載の発明では、請求項１〜５のいずれか１項記載の発明において、前記複数の駆動部材のうちの一部の前記駆動部材は、他の前記駆動部材と異なるタイミングで駆動される。

この排気熱回収装置では、例えば、同種の駆動部材が複数使用されている場合であっても、その一部の駆動部材と他の駆動部材の駆動タイミングが異なるので、同一タイミングで駆動している場合と異なり、個々の駆動部材の負担（駆動回数）が低減され、耐久性が向上する。

請求項１、６記載の発明は、排気熱回収装置の耐久性を向上することができる。請求項２記載の発明は、車両の電力消費量を抑制し、燃費を向上させることができる。請求項３、４記載の発明は、第１配管内部の水分の凍結を防止又は抑制することができる。請求項５記載の発明は、任意のタイミングで熱回収量を変化させることができる。

本発明の第１実施形態の排気熱回収装置を示す全体概略構成図である。 本発明の第１実施形態の排気熱回収装置の駆動装置を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の排気熱回収装置の駆動装置を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の排気熱回収装置の排気系の下流側を示す断面図である。

[第１実施形態]

本発明の第１実施形態に係る排気熱回収装置について、図１および図２を参照して説明する。

図１を参照して排気熱回収装置１０の全体構成を説明する。

先ず、エンジン１２からの排気系統を説明する。図１に示すように、エンジン１２の下流側に設けられた第１配管１４には、下流側に向かって排気中の特定成分を除去する触媒コンバータ１６と、後述する第２配管２２に流れる排気量を調整する弁部材１８とが設けられている。

また、第１配管１４の触媒コンバータ１６の下流側である分岐点２０で第１配管１４から分岐された第２配管２２には、排気の熱を回収してエンジン冷却水を昇温させる熱回収器２４が設けられている。第２配管２２は、熱回収器２４の下流側の合流点２６で再び第１配管１４に合流する。

したがって、第１配管１４のうち、分岐点２０から合流点２６までの間は、熱回収器２４が設けられている第２配管２２をバイパスするバイパス流路２８となっている。

以下において、単に「上流」及び「下流」というときは、この排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）における「上流」及び「下流」を意味する。

次に、エンジン１２の冷却水の循環回路３０について説明する。

循環回路３０は、エンジン１２とラジエータ３２の間を冷却水を循環させる循環配管３４と、循環配管３４の途中から冷却水の一部を熱回収器２４に導いて循環配管３４に戻す回収配管３６とを備える。

回収配管３６は、循環配管３４のエンジン下流側から分岐して冷却水の一部を流入させ、循環配管３４の上流側に冷却水を戻す構成である。なお、本実施形態では、回収配管３６には、必要に応じて冷却水を加熱するヒータ３７が設けられている。

また、回収配管３６は、熱回収器２４の上流側で分岐して後述する第１アクチュエータ４０に冷却水の一部を供給し、熱回収器２４の上流側に戻す供給配管３８が設けられている。

続いて、弁部材１８について説明する。

第１配管１４におけるバイパス流路２８には、弁部材１８が設けられる。弁部材１８は、後述する第１アクチュエータ４０と第２アクチュエータ７０によって制御され、図１及び図２に実線で示す閉位置と、二点鎖線で示す開位置との間を移動する。弁部材１８は、閉位置では、バイパス流路２８の流路断面積を小さくする（但し完全に閉塞している必要はない）ので、第２配管２２に流れる排気の流量が増加する。これに対し、弁部材１８は、開位置では、閉位置よりもバイパス流路２８の流路断面積を増加させるので、第２配管２２に流れる排気の流量が減少する。

次に、第１アクチュエータ４０の構造について図２を参照して説明する。

第１アクチュエータ４０は、第１ハウジング４２と第２ハウジング４４と備えたハウジング本体４６を有している。第１ハウジング４２は、筒部４２Ａ及び底部４２Ｂを有する円筒状である。第２ハウジング４４も、筒部４４Ａ及び底部４４Ｂを有する円筒状である。第１ハウジング４２と第２ハウジング４４のフランジ部４２Ｆ、４４Ｆを接合することで、全体として略円筒状の外形を成すハウジング本体４６が構成されている。

なお、第１ハウジング４２の底部４２Ｂには、後述するロッド５２を進退させるための挿通孔４３が形成されている。

第２ハウジング４４の底部４４Ｂ側は、冷却水の供給配管３８の一部を構成する管路４５の内部に突出配置されている。なお、管路４５は、図２上で下側から上側に冷却水が流れる構成である。

ハウジング本体４６の内部は、弾性隔壁４７によって、第１ハウジング４２側の第１空間４８と第２ハウジング４４側の第２空間５０とに区画されている。第１空間４８には、挿通孔４３から進退可能となるロッド５２が収容されている。

ロッド５２の先端には支軸５５回りに回転する変換円板５６が配置されている。ロッド５２の一端に保持部５４が設けられ、保持部５４に設けられた凹部５７内に変換円板５６の保持ピン５８が収容されている。したがって、ロッド５２が前後に移動することにより、変換円板５６が支軸５５回りに回転することになる。

変換円板５６には弁部材１８の一端１８Ａ側（図２では上側）が固定されている。ロッド５２が矢印Ｍ１方向に移動（進出）すると、変換円板５６が矢印Ｒ１方向に回転し、弁部材１８が矢印Ｂ１方向に回転して開位置へ移動する。これに対し、ロッド５２が矢印Ｍ２方向に移動（後退）すると、変換円板５６が矢印Ｒ２方向に回転し、弁部材１８が矢印Ｂ２方向に回転して閉位置へ移動する。すなわち、変換円板５６は、ロッド５２の直線運動を、弁部材１８の回転運動（回転）に変換するものである。

ロッド５２の他端はブラケット６０に取り付けられている。ブラケット６０と第１ハウジング４２の底部４２Ｂの間にはバネ６２が収容されている。バネ６２は、ブラケット６０を介して、ロッド５２を矢印Ｍ２方向（第１ハウジング４２内に後退する方向）に付勢している。

第１アクチュエータ４０の第２空間５０には、移動ピン６４が収容されると共に、ワックス６６が充填されている。移動ピン６４の一端は、弾性隔壁４７に固定されている。ワックス６６は、所定の粘性を有する液状の部材であり、加熱による温度上昇で体積が増大する。弾性隔壁４７は、このようなワックス６６の体積変化を許容し、且つ、第２空間５０からのワックス６６の漏出を抑制している。

そして、ワックス６６の体積が増大すると、弾性隔壁４７がわずかに伸びて第２空間５０の容積が増大し、移動ピン６４が矢印Ｍ１方向に移動する。この結果、移動ピン６４が弾性隔壁４７を介してロッド５２を矢印Ｍ１方向に付勢する。

これに対し、ワックス６６の体積が減少すると、弾性隔壁４７がわずかに縮んで第２空間５０の容積が縮小し、移動ピン６４が矢印Ｍ２方向に移動する。移動ピン６４がロッド５２を付勢しなくなるので、ロッド５２は、バネ６２の付勢力によって矢印Ｍ２方向に移動する。

第２ハウジング４４の底部４４Ｂ側が冷却水の供給配管３８の一部を構成する管路４５に露出しているため、冷却水の温度変化に応じてワックス６６の体積が増減して弁部材１８を開閉する構成である。

すなわち、冷却水の温度が目標冷却水温度よりも高い場合には、ワックス６６が膨張して弾性隔壁４７に押圧されたロッド５２が矢印Ｍ１方向に付勢され、変換円板５６を矢印Ｒ１方向に付勢する。一方、目標冷却水温度よりも低い場合には、ワックス６６が膨張せず、あるいは膨張していたワックス６６が縮小して弾性隔壁４７がロッド５２を押圧せず、バネ６２の付勢力によってロッド５２が矢印Ｍ２方向に付勢され、変換円板５６を矢印Ｒ２方向に付勢する。冷却水の温度によって、このように作用するワックス６６が選択されている。

続いて、第２アクチュエータ７０の構成について説明する。第１アクチュエータと同様の構成要素については同一の参照符号を付してその説明を省略する。したがって、第１アクチュエータ４０と異なる部分についてのみ説明する。

図２に示すように、第２アクチュエータ７０の第２空間５０には、移動ピン６４が収容されると共に、通電による加熱によって膨張するワックス７８が充填されている。また、第２空間５０には、通電用リード線７２により通電されると発熱する発熱体７４が収容されている。

また、第２ハウジング４４の筒部４４Ａ及び底部４４Ｂの外側には、断熱部材７６が配置されている。断熱部材７６は、筒部４４Ａの略全範囲と、底部４４Ｂの全範囲を覆っている。断熱部材７６は、たとえば、多孔性の樹脂材料で形成されており、第２空間５０の内部（ワックス７８）と外部とを断熱する。

次に、本実施形態の作用を説明する。

供給配管３８に流れる冷却水の温度が目標冷却水温度よりも高い場合には、供給配管３８の一部を構成する管路４５に突出配置されている第１アクチュエータ４０の第２ハウジング４４内に収容されたワックス６６の体積が増大する。この結果、移動ピン６４が矢印Ｍ１方向に移動し、弾性隔壁４７を介してロッド５２を矢印Ｍ１方向に付勢する。この付勢力は、バネ６２の付勢力よりも大きいため、ロッド５２から変換円板５６に矢印Ｒ１方向の付勢力が作用する。

この際、第２アクチュエータ７０は通常、通電されていないので、バネ６２の付勢力によってロッド５２が矢印Ｍ２方向に付勢され、変換円板５６を矢印Ｒ２方向に付勢する。

ここで、第１アクチュエータ４０から変換円板５６に作用する付勢力が第２アクチュエータ７０から変換円板５６に作用する付勢力よりも大きい。したがって、第１アクチュエータ４０、第２アクチュエータ７０のロッド５２がそれぞれバネ６２の付勢力に抗して矢印Ｍ１方向に移動し、変換円板５６を矢印Ｒ１方向に回転させる。この結果、弁部材１８は矢印Ｂ１方向に回転して、開位置になる。

弁部材１８が開位置にある状態では、第１配管１４のバイパス流路２８の流路断面積が増大するので、バイパス流路２８に流れる排気の流量が増加し、第２配管２２を流れる排気の流量が減少する。したがって、熱回収器２４よるエンジン冷却水の昇温効果を抑制することができる。

一方、供給配管３８に流れる冷却水の温度が目標冷却水温度よりも低い場合には、管路４５に突出配置されている第１アクチュエータ４０の第２ハウジング４４内に収容されたワックス６６の体積が減少する（膨張しない）ので、移動ピン６４はロッド５２を矢印Ｍ１方向に付勢することはない。この結果、ロッド５２は、バネ６２の付勢力を受けて矢印Ｍ２方向に付勢され、変換円板５６を矢印Ｒ２方向に付勢する。

この際も、第２アクチュエータ７０は駆動されていないが、第２アクチュエータ７０のバネ６２の付勢力によってロッド５２が矢印Ｍ２方向に付勢され、変換円板５６を矢印Ｒ２方向に付勢する。

したがって、変換円板５６が矢印Ｒ２方向に回転し、弁部材１８が矢印Ｂ２方向に回転して閉位置になる。

弁部材１８が閉位置にある状態では、第１配管１４のバイパス流路２８の流路断面積が減少するので、第２配管２２を流れる排気の流量が増加する。この結果、熱回収器２４におけるエンジン冷却水を昇温する効果が増大する。

一方、任意のタイミングで冷却水を昇温させない（熱回収させない）場合には、第２アクチュエータ７０に通電することによって、対応することができる。

すなわち、車両の運転者が手動で通電スイッチ等を操作することにより、第２アクチュエータ７０の発熱体７４に通電され、発熱体７４が発熱する。この結果、ワックス７８が膨張し、ロッド５２を矢印Ｍ１方向に付勢する。

なお、第２アクチュエータ７０のワックス７８の膨張力は、第１アクチュエータ４０、第２アクチュエータ７０のバネ６２による付勢力よりも大きい。したがって、第２アクチュエータ７０に通電すると、第１アクチュエータ４０のロッド５２が矢印Ｍ２方向に付勢された状態になっていても、第１アクチュエータ４０のロッド５２は第２アクチュエータ７０のロッド５２に従動することになる。すなわち、第２アクチュエータ７０に通電すると、変換円板５６が矢印Ｒ１方向に回転する。

この結果、弁部材１８が矢印Ｂ１方向に回転して開状態になる。したがって、バイパス流路２８を流れる排気の流量が増加すると共に、第２配管２２の流量が減少する。この結果、熱回収器２４による冷却水の昇温が抑制される。

一方、第１アクチュエータ４０のロッド５２が矢印Ｍ１方向に付勢されている場合には、第２アクチュエータ７０のロッド５２が矢印Ｍ１方向に既に移動（突出）している。この状態で第２アクチュエータ７０に通電した場合には、第２アクチュエータ７０のワックス７８の膨張による移動ピン６４の移動により、弾性隔壁４７がロッド５２に当接し、ロッド５２が矢印Ｍ１方向に付勢される（第２アクチュエータ７０のロッド５２は移動しない）。すなわち、弁部材１８は、開状態が維持される。

このように、第２アクチュエータ７０に通電すると、第１アクチュエータ４０の駆動状態に拘らず、弁部材１８が開状態にされ、第２配管２２を流れる排気流量を減少させた状態になる。

なお、本実施形態において、第２配管２２の排気流量を「減少させる」とは、弁部材１８を開位置から閉位置に変化させることにより、第２配管２２の排気流量を減少させる場合のみならず、第２アクチュエータ７０に通電した場合に、弁部材１８の閉位置を維持することにより、第２配管２２の排気流量を減少させた状態を維持する場合を含む。

また、第２配管２２の排気流量を「減少させる」には、第２配管２２の排気流量を０にする場合を含む。

一方、第２アクチュエータ７０に対する通電を停止すると、発熱体７４の発熱が停止し、ワックス７８が収縮する。この結果、第１アクチュエータ４０のワックス６６が膨張していなければ、バネ６２の付勢力によってロッド５２が矢印Ｍ２方向に移動し、変換円板５６が矢印Ｒ２方向に回転して弁部材１８が閉位置になる。

なお、第１アクチュエータ４０、第２アクチュエータ７０の各ワックス６６、７８の膨張力は、第１アクチュエータ４０と第２アクチュエータ７０のバネ６２の付勢力の和よりも大きい。したがって、いずれかのアクチュエータが駆動されれば弁部材１８は開位置になる。逆に言うと、第１アクチュエータ４０及び第２アクチュエータ７０が駆動されない場合のみ弁部材１８は閉位置となる。

このように本実施形態に係る排気熱回収装置１０では、第１アクチュエータ４０と第２アクチュエータ７０で変換円板５６を回転させて弁部材１８を開閉制御する構成としている。したがって、一つのアクチュエータで変換円板５６を回転させて弁部材１８を開閉制御していた場合と比較して、第１アクチュエータ４０と第２アクチュエータ７０との駆動回数が抑制される。この結果、例えば、第１アクチュエータ４０及び第２アクチュエータ７０の弾性隔壁４７の変位回数等が抑制され、第１アクチュエータ４０と第２アクチュエータ７０の耐久性が向上する。すなわち、排気熱回収装置１０の耐久性を向上させることができる。

また、通常の弁部材１８の開閉制御は第１アクチュエータ４０で行うため、すなわち冷却水の温度に基づくワックス６６の膨張・収縮で駆動するため、弁部材１８の通常の開閉制御に通電が不要となり、消費電力を抑制して車両の燃費を向上させることができる。

一方、第２アクチュエータ７０は、通電によって駆動可能なため、任意のタイミングで通電することにより、冷却水の温度に拘らず弁部材１８を開位置とすることができる。すなわち、任意のタイミングでバイパス流路２８を開放して熱交換せずに下流側に高温の排気を流すことが可能である。

このように、第１アクチュエータ４０と第２アクチュエータ７０によって弁部材１８の開閉制御が行われるため、消費電力を抑制しつつ、任意のタイミングで弁部材１８を開位置とする制御を行うことができる。

弁部材１８が開位置にある状態では、閉位置にある場合と比較して、第１配管１４のバイパス流路２８の流路断面積が拡大されるので、第２配管２２に排気の流量が減少する。このため、熱回収器２４では、エンジン冷却水に対する昇温効果が抑制される。すなわち、第２アクチュエータ７０に通電することで、エンジン冷却水の昇温を抑制することができる。

このように本実施形態では、第２アクチュエータ７０は、エンジン冷却水の温度に拘らず、任意の条件で第２アクチュエータ７０への通電・非通電を切り替え、エンジン冷却水に対する昇温効果の増大・または抑制を切り換えることができる。

また、本実施形態では、第２アクチュエータ７０は、断熱部材７６を有する。断熱部材７６により、ワックス７８が外部から断熱されるので、ワックス７８の体積変化に対し、外部の熱の影響が少なくなる。例えば、第１配管１４、第２配管２２及び熱回収器２４等からの熱の影響が少なくなる。

さらに、第２アクチュエータ７０では、ワックス７８が断熱部材７６によって保温されるので、第２アクチュエータ７０に通電してワックス７８の体積を増大させるときの消費電力を抑制できる。

熱媒としては、エンジン冷却水に限定されず、熱交換に用いられる液体や気体等の流体を広く適用できる。そして、この熱媒に対し、本実施形態の排気熱回収装置１０で排気熱を作用させ、温度上昇させることができる。

第１アクチュエータ４０、第２アクチュエータ７０は、ハウジング本体４６内の密閉空間（第２空間５０）にワックス６６、７８を密封し、加熱によるワックス６６、７８の膨張で移動ピン６４を移動させる構造である。このようにワックス６６、７８（液体）の体積変化を弁部材１８の駆動力に用いているので、たとえば、モータを用いる構造や、密閉空間内での気体の体積変化で駆動力を得る構造（いわゆる負圧アクチュエータ）と比較して、大きな駆動力が得られる。

そして、弁部材１８に開弁方向（図２の矢印Ｂ１方向）の大きな力が排気から作用しても、この力に抗して、弁部材１８を閉弁方向（図２の矢印Ｂ２方向）へ回転させたり、閉位置に保持したりすることが可能であり、弁部材１８の形状や配置の自由度が高い。弁部材１８の構造としても、図２に示したような、回転中心が弁部材１８の端部（支軸５５）に設定されたいわゆるスイング弁を採用できる。もちろん、本実施形態において、回転中心が弁部材１８の中央に設定された、いわゆるバタフライ弁を採用することも可能である。

なお、本実施形態の排気熱回収装置１０では、冷却水の温度によってワックス６６が膨張・収縮する非制御型の第１アクチュエータ４０と、通電によりワックス７８を膨張・収縮させることができる制御型の第２アクチュエータ７０を組み合わせて用いたが、この組み合わせに限定されるものではない。

例えば、通電により駆動される制御型の第２アクチュエータ７０を２つ組み合わせたものでも良いし、第１アクチュエータ４０のような非制御型のアクチュエータを２つ組み合わせたものでも良い。

このように、全く同一のアクチュエータを複数組み合わせた排気熱回収装置であっても、複数のアクチュエータで弁部材を駆動することにより、個々のアクチュエータの駆動負荷が低減して排気熱回収装置の耐久性を向上させることができる。また、一部のアクチュエータと他のアクチュエータを異なるタイミングで駆動することにより、個々のアクチュエータの駆動回数を低減させて排気熱回収装置の耐久性を向上させることができる。

ここで、「異なるタイミング」とは、一部のアクチュエータと他のアクチュエータの駆動タイミングが全く同一でないことをいう。また、この「異なるタイミング」には、一部のアクチュエータで通常駆動し、当該アクチュエータに故障が生じた場合に他のアクチュエータで駆動する場合、すなわち他のアクチュエータをバックアップとして配設する場合を含む。

また、本実施形態の排気熱回収装置１０は、２つのアクチュエータの組み合わせで説明したが、３以上のアクチュエータの組み合わせでも良い。

[第２実施形態]

本発明の第２実施形態に係る排気熱回収装置について説明する。第１実施形態と同様の構成要素には第１実施形態の参照符号に１００を足した参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、本実施形態の排気熱回収装置１００は、２つの非制御型のアクチュエータを組み合わせたものに該当する。

図３に示すように、第１アクチュエータ１４０の構造は、第１実施形態の第１アクチュエータ４０と全く同一なので説明を省略する。

第３アクチュエータ１７０の構造は、第１アクチュエータ１４０と同一の構造であるが、第２ハウジング１４４が大気（雰囲気）に露出されている点と、第２ハウジング１４４内に収容されているワックス１７８は、雰囲気温度が０℃以上高くなると、膨張するものである。

また、ロッド１５２は、車両側面視で略Ｕ字構造とされている。したがって、ワックス１７８が膨張してロッド１５２が矢印Ｍ１方向に付勢されると、変換円板１５６には矢印Ｒ２方向の付勢力として作用する。一方、ワックス１７８の膨張が終了すると、バネ１６２の付勢力によって変換円板１５６を矢印Ｒ１方向に付勢する。

次に、排気熱回収装置１００の第１配管１４の合流点２６よりも下流側の構造を説明する。

図４に示すように、第１配管１４の合流点２６よりも下流側には、車両のフロアパネルの下方に配置され第１配管１４の最低位置に配設される最低部１８０と、最低部１８０の車両後方側でリアサスペンションを回避するために上方に屈曲されたキックアップ部１８２と、キックアップ部１８２の後方に配設されたマフラー１８４とを備える。

このように構成された排気熱回収装置１００の作用について説明する。

雰囲気（大気）温度が０℃以上の場合には、第３アクチュエータ１７０のワックス１７８が膨張する。したがって、第３アクチュエータ１７０のロッド１５２は、矢印Ｍ１方向に付勢され、変換円板１５６を矢印Ｒ２方向に付勢する。

この際、冷却水が目標冷却温度に到達しているか否かに応じて、第１アクチュエータ１４０から異なる方向の付勢力が変換円板１５６に作用している。

ここで、冷却水の温度が目標冷却温度よりも高い場合には、第１アクチュエータ１４０のワックス１６６が膨張してロッド１５２を矢印Ｍ１方向に付勢させ、変換円板１５６を矢印Ｒ１方向に付勢する。この際、第１アクチュエータ１４０からの付勢力が第３アクチュエータ１７０からの付勢力よりも大きいので、変換円板１５６は矢印Ｒ１方向に回転し、弁部材１１８が矢印Ｂ１方向に回転して開位置になる。この結果、バイパス流路２８の流路断面積が増加して第２配管２２に流れる排気の流量を低減する。この結果、熱回収器２４によるエンジン冷却水の昇温効果が抑制される。

これに対して、冷却水の温度が目標冷却温度よりも低い場合には、第１アクチュエータ１４０のワックス１６６が収縮し、矢印Ｍ２方向のバネ１６２の付勢力が矢印Ｒ２方向の付勢力として変換円板１５６に作用する。この場合には、第１アクチュエータ１４０、第３アクチュエータ１７０の付勢力により変換円板１５６が矢印Ｒ２方向に回転し、弁部材１８を矢印Ｂ２方向に回転させて閉位置とする。この結果、バイパス流路２８の流路断面積が減少し、第２配管２２に流れる排気の流量が増加して、熱回収器２４による冷却水の温度の昇温効果が増加する。

一方、雰囲気温度が０℃以下になると、大気（雰囲気）に露出されている第３アクチュエータ１７０の第２ハウジング１４４内に収容されているワックス１７８が収縮する。この結果、第３アクチュエータ１７０のバネ１６２の付勢力によってロッド１５２が矢印Ｍ２方向へ付勢され、変換円板１５６を矢印Ｒ１方向に付勢する。

この付勢力は、第１アクチュエータ１４０のバネ１６２の付勢力が変換円板１５６に作用する矢印Ｒ２方向の付勢力よりも大きいため、第１アクチュエータ１４０のロッド１５２は第３アクチュエータ１７０のロッド１５２の駆動に従動することになる。

この結果、変換円板１５６が矢印Ｒ１方向に回転し、弁部材１１８を矢印Ｂ１方向に回転させて弁部材１１８を開位置とする。この結果、バイパス流路２８の流路断面積が増加してバイパス流路２８の排気の流量が増加することになる。この結果、第１配管１４の合流点よりも下流側へ、高温の排気の流量が増加することになる。

ところで、例えば寒冷地等、外気温度が低い地域を短い距離のみ走行すると、排気が十分に温まる前に走行を停止することになり、また、熱回収器２４で排気が熱交換されることにより、排気温度が一層低下した状態で第１配管１４の合流点２６よりも下流側に排気が流れる。この結果、エンジン１２の排気内に包含されている水分が、第１配管１４の最低部１８０辺りに水として溜まり、氷結することがある（図４、凍結部分１８６参照）。この場合には、第１配管１４の最低部１８０のキックアップ部１８２前等に凍結部分１８６が生じ、第１配管１４の流路断面積を局部的に減少させる場合がある。この場合には、エンジン１２の性能を低下させるおそれがあった。

これに対して排気熱回収装置１００では、外気温が０℃以下の場合には、冷却水の温度（第１アクチュエータ１４０の駆動状態）に拘らず、第３アクチュエータ１７０のワックス１７８が収縮することにより、バネ１６２の付勢力によってロッド１５２を矢印Ｍ２方向に移動させ、弁部材１８を開位置とする。これにより、エンジン１２駆動時の排気が熱回収器２４による熱交換によって温度低下することなく、第１配管１４の下流側（最低部１８０、キックアップ部１８２等）に流される。この結果、第１配管１４の下流側では、凍結部分１８６を溶かす、または凍結部分１８６の増加・発生を抑制することができる。

このように、本実施形態に係る排気熱回収装置１００では、冷却水の温度に基づいて弁部材１８を開閉させるだけではなく、第１配管１４内で氷結のおそれがある外気温が０℃以下の場合には、冷却水の温度に拘らず、第３アクチュエータ１７０によって弁部材１８を開放することによって、第１配管１４の下流側に熱回収器２４で熱交換しなかった高温の排気の流量を増加させることができる。これによって、第１配管１４の最低部１８０やキックアップ部１８２で生ずる凍結の防止や、凍結部分の増加を抑制することができる。

また、排気熱回収装置１００は、非制御型の第１アクチュエータ１４０と第３アクチュエータ１７０の組み合わせとしたため、弁部材１８の開閉制御するために通電する必要がなく、消費電力を抑制することができる。この結果、車両の燃費を向上させることができる。

なお、非制御型のアクチュエータとしては、エンジン１２の供気側の負圧により弁部材１８の開閉制御を行う吸気負圧型のアクチュエータも考えられる。

また、第１、第２実施形態では、弁部材１８をバイパス流路２８に設けたが、第２配管２２の排気流量を増減させることができる場所であれば、これに限定されるものではない。例えば、弁部材１８を第２配管２２に設けても良い。

１０ 排気熱回収装置
１２ エンジン
１４ 第１配管
１８ 弁部材
２２ 第２配管
２４ 熱回収器
４０ 第１アクチュエータ（第１駆動部材）
７０ 第２アクチュエータ（第３駆動部材）
１４０ 第１アクチュエータ（第１駆動部材）
１７０ 第３アクチュエータ（第２駆動部材）

Claims (6)

1. エンジンからの排気が流れる第１配管と、
   前記第１配管から分岐し、前記排気との間で熱交換して排気熱を回収する熱回収器が配設された第２配管と、
   前記第１配管から前記第２配管へ流れ込む前記排気の流量を調整する弁部材と、
   前記弁部材を駆動させる複数の駆動部材と、
   を備える排気熱回収装置。
2. 前記複数の駆動部材は、前記熱回収器の熱媒の温度変化に基づいて前記弁部材を駆動させる第１駆動部材を含む請求項１記載の排気熱回収装置。
3. 前記複数の駆動部材は、前記第１配管の雰囲気温度の変化に基づいて前記弁部材を駆動させる第２駆動部材を含む請求項１記載の排気熱回収装置。
4. 前記複数の駆動部材は、請求項２記載の第１駆動部材と請求項３記載の第２駆動部材を含み、前記第２駆動部材は、前記第１駆動部材の駆動状態に拘らず、前記第１配管の雰囲気温度の変化に基づいて前記弁部材を駆動させて前記第２配管に対する前記排気の流量を減少させる排気熱回収装置。
5. 複数の駆動部材は、通電により前記弁部材を駆動させる第３駆動部材を含み、前記第３駆動部材は、他の前記駆動部材の駆動状態に拘らず、通電により前記弁部材を駆動させて前記第２配管に対する前記排気の流量を減少させる請求項１〜４のいずれか１項記載の排気熱回収装置。
6. 前記複数の駆動部材のうちの一部の前記駆動部材は、他の前記駆動部材と異なるタイミングで駆動される請求項１〜５のいずれか１項記載の排気熱回収装置。

Images