JP2016176396A - エンジン及び排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に排気ガスの熱エネルギを回収することができると共に車載性に優れた技術を提供すること。
【解決手段】排気装置（１０）は、エンジン（１１）と、エンジン（１１）で発生した排気ガスを浄化する触媒装置（１２）と、触媒装置（１２）に繋がれた熱交換デバイス（２０）と、を備えている。熱交換デバイス（２０）は、排気ガスが流れる熱交換路（３０）と、排気ガスが流れる流路を切り替え可能なバルブ（５０）と、を備えている。熱交換路（３０）には、排気ガス及び媒体が内部に流される熱回収器（３１）が配置されている。熱回収器（３１）とバルブ（５０）とは、車両の側面視において、エンジン部品（１１ａ）を挟むように、熱回収器（３１）がエンジン部品（１１ａ）の後端よりも前方に位置し、バルブ（５０）がエンジン部品（１１ａ）よりも後方に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン、及び、このエンジンにおいて発生した排気ガスの熱を熱交換デバイスにおいて回収可能な排気装置に関する。

エンジンにおいて発生した排気ガスの熱を、熱交換デバイスにおいて回収して、このエネルギを他の用途に利用することが知られている。回収した熱エネルギは、暖房装置に用いられたり、電気エネルギに変換されたり、様々な用途に用いられる。熱交換デバイスに関する従来技術として、特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１に示されるような、車両用の熱交換デバイスは、エンジンにおいて発生した排気ガスが流れる熱交換路と、この熱交換路を迂回させた迂回路と、これらの熱交換路及び迂回路の後部に繋がれ排気ガスが流れる流路を切り替え可能なバルブと、を備えている。熱交換路には、熱回収器が配置されている。熱回収器の内部には、排気ガス及びエンジンの冷却水（媒体）が流される。

このような熱交換デバイスは、一般に、触媒装置を介してエンジンに繋がれていると共に、エンジンよりも後方に配置される。熱交換をより効率的に行うためには、より高温の排気ガスを熱交換デバイスに導くことが望ましい。このため、熱交換デバイスは、触媒装置の直後に配置されることが望ましい。

ところで、エンジン、及び、触媒装置をコンパクトに配置する際に、エンジンの前部に触媒装置が設けられることがある。この場合には、触媒装置の直後には、エンジンが載置されているため触媒装置の直後に熱交換デバイスを配置することが困難である。仮に、エンジンの直後に熱交換デバイスを配置したとしても、エンジンの大きさの分、触媒装置から熱交換デバイスまでの距離が長くなる。これにより、排気ガスが熱交換デバイスに達するまでに、多くの熱エネルギが大気中に放出される。即ち、多くの熱エネルギが失われる。効率的に熱交換を行う観点から、改善の余地がある。

特開２０１２−１８４６８１号公報

本発明は、効率的に排気ガスの熱エネルギを回収することができると共に車載性に優れた技術の提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、車両のエンジンと、このエンジンで発生した排気ガスを浄化する触媒装置と、この触媒装置に繋がれた熱交換デバイスと、を備え、
前記熱交換デバイスは、排気ガスが流れる熱交換路と、この熱交換路を迂回させた迂回路と、これらの熱交換路及び迂回路の後部に繋がれ排気ガスが流れる流路を切り替え可能なバルブと、を備えており、
前記熱交換路には、排気ガス及び媒体が内部に流される熱回収器が配置され、
前記熱回収器と前記バルブとは、前記車両の側面視において、前記エンジン部品を挟むように、前記熱回収器が前記エンジン部品の後端よりも前方に位置し、前記バルブが前記エンジン部品よりも後方に配置されていることを特徴とするエンジン及び排気装置。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記熱回収器は、少なくとも一部が、平面視において前記触媒装置に重なるように、前記触媒装置の下方に配置されている。

請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記熱回収器は、排気ガスが導入される排気ガス導入口が、排気ガスが排出される排気ガス排出口の上方に位置するよう、略鉛直方向に向けて配置されている。

請求項４に記載のごとく、好ましくは、前記迂回路は、排気ガスの熱により前記迂回路の軸線方向への延びを抑制する熱延び吸収機構を有している。

請求項５に記載のごとく、好ましくは、前記熱交換路は、前記熱回収器を通過した排気ガスが流れる後部熱交換路を有し、
前記後部熱交換路は、前記熱回収器から前記バルブまで延び、
前記熱回収器の下端、前記後部熱交換路の下端、及び前記バルブの下端が地面から略同じ高さに位置している。

請求項６に記載のごとく、好ましくは、前記熱回収器には、サーモアクチュエータが繋がれ、
このサーモアクチュエータは、前記媒体の温度によって進退するロッドを備えていると共に、前記後部熱交換路の上方に沿って配置され、
前記ロッドの先端は、前記バルブに繋がれ、
前記熱回収器の上端、及び、前記サーモアクチュエータの上端は、地面から略同じ高さに位置している。

請求項１に係る発明では、熱回収器は、熱回収器とバルブとは、車両の側面視において、エンジン部品を挟むように配置されている。エンジンの周縁には、多くの部品が搭載されている。このため、触媒装置が前部に設けられたエンジンにおいて、熱交換デバイスの全てをエンジン部品の後端よりも前方に配置することは、困難である。このため、熱エネルギの回収に必要な熱回収器を触媒装置に近付け、熱エネルギの回収には不要なバルブをエンジン部品よりも後方に配置した。これにより、触媒装置から排出される高温の排気ガスを高温のまま熱回収器に導入することができる。限られたスペースにおいて、効率的に排気ガスの熱エネルギを回収することができると共に車載性に優れたエンジン及び排気装置が提供される。

請求項２に係る発明では、熱回収器は、少なくとも一部が、平面視において触媒装置に重なるように、触媒装置の下方に配置されている。より触媒装置に近づけて熱回収器を配置することができる。

請求項３に係る発明では、熱回収器は、排気ガス導入口が、排気ガス排出口の上方に位置するよう、略鉛直方向に向けて配置されている。より触媒装置に近づけて熱回収器を配置することができる。

請求項４に係る発明では、迂回路は、排気ガスの熱により迂回路の軸線方向への延びを抑制する熱延び吸収機構を有している。これにより、排気ガスの熱による熱延びの影響を抑制することができる。

請求項５に係る発明では、熱回収器の下端、後部熱交換路の下端、及びバルブの下端が地面から略同じ高さに位置している。それぞれの部品の下端の高さを合わせることにより、熱交換デバイスを高さ方向においてコンパクトに配置する。小さな搭載スペースであっても、熱交換デバイスを搭載することができる。

請求項６に係る発明では、サーモアクチュエータは、後部熱交換路の上方に沿って配置され、熱回収器の上端、及び、サーモアクチュエータの上端は、地面から略同じ高さに位置している。サーモアクチュエータと、後部熱交換路を上下に配置して、サーモアクチュエータの上端を熱回収器の上端に略一致させる。サーモアクチュエータを有しながらも、熱交換デバイスをコンパクトに配置することができる。

加えて、サーモアクチュエータが後部熱交換路の上方に沿って配置されていることにより、地面からの飛び石等からサーモアクチュエータを保護することができる。

本発明の実施例１によるエンジン及び排気装置の側面図である。 図１の２−２線断面図である。 図２の３矢視図である。 本発明の実施例２によるエンジン及び排気装置の側面図である。 図４に示された熱交換デバイスを後方から見た状態の斜視図である。 本発明の実施例３によるエンジン及び排気装置の側面図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。本発明によるエンジン及び排気装置は、車両に搭載された排熱回収装置を例に説明する。

説明中、左右とは車両の乗員を基準として左右、前後とは車両の進行方向を基準として前後を指す。また、単に「上流」と言った場合には、排気ガスの流れ方向を基準として上流を言う。単に「下流」と言った場合には、排気ガスの流れ方向を基準として下流を言う。また、図中Ｆｒは前、Ｒｒは後、Ｌｅは乗員から見て左、Ｒｉは乗員から見て右、Ｕｐは上、Ｄｎは下を示している。
＜実施例１＞

図１を参照する。図１に示されるエンジン及び排気装置１０は、車室前方に構成されたエンジンルームから、車両の床下を通過して、車両後部まで配置されている。

エンジン１１（エンジン１１の下部に配置されたオイルパン１１ａのみが示されている。）において発生した排気ガスは、エンジン１１の前部に設けられた触媒装置１２によって浄化され、熱交換デバイス２０に導かれる。熱交換デバイス２０を通過した排気ガスは、排気管１４に導かれ、車両後方から車外へ排出される。

熱交換デバイス２０は、触媒装置１２の下端に繋がれている接続管２１と、この接続管２１の下流側に接続された分岐部２２と、この分岐部２２の下流に接続されている熱交換路３０と、分岐部２２に接続され熱交換路３０を迂回している迂回路２４と、これらの熱交換路３０及び迂回路２４が共に接続されているバルブ５０と、このバルブ５０を作動させるサーモアクチュエータ２６と、からなる。

迂回路２４は、蛇腹形状に形成された蛇腹形状部２４ａを有している。この蛇腹形状部２４ａは、排気ガスの熱により迂回路２４の軸線方向への延びを抑制する熱延び吸収機構ということができる。

接続管２１は、フランジ部２１ａを介して触媒装置１２に接続されている。接続管２１は、フランジ部２１ａから下方に延びるとともに、下方に延びた部位の下端から後方に向かって延びる。接続管２１の下流側の端部２１ｂは、分岐部２２に直接差し込まれて、溶接されている。

図２を参照する。分岐部２２は、オイルパン１１ａよりも前方に位置し、車幅方向に延びる箱状の部材である。分岐部２２には、接続管２１が接続されている入口２２ａと、熱交換路３０が接続されている第１の出口２２ｂと、迂回路２４が接続されている第２の出口２２ｃと、が形成されている。

接続管２１によって分岐部２２に導かれた排気ガスは、熱交換路３０若しくは迂回路２４のどちらか一方、又は、熱交換路３０及び迂回路２４の両方に流される。即ち、入口２２ａから導入された排気ガスは、第１の出口２２ｂ、及び／又は、第２の出口２２ｃから排出される。

図３を参照する。熱交換路３０は、分岐部２２の第１の出口２２ｂに接続された熱回収器３１と、この熱回収器３１の後部に接続され後方に向かって延びる後部熱交換路３２と、からなる。

熱回収器３１は、オイルパン１１ａの後端よりも前方に位置すると共に、前端がオイルパン１１ａの前端よりも前方に位置する。熱回収器３１の上端は、オイルパン１１ａの下端よりも上方に位置している。

図２を参照する。熱回収器３１は、平面視においてオイルパン１１ａの左側方に配置されている。

熱回収器３１は、コアケース３１ａの内部に複数の熱交換チューブが積層され、熱交換チューブの内部に排気ガスを流すと共に、熱交換チューブの外部に冷却水を流す、周知の装置である。熱交換チューブを介して、排気ガスの熱が冷却水に伝わる。

熱回収器３１には、分岐部２２から導かれた排気ガスが内部に流れると共に、冷却水導入管４１から導かれた冷却水が流れる。

冷却水は、コアケース３１ａの側面に接続された冷却水導入管４１によって熱回収器３１の内部に導かれる。コアケース３１ａの内部において温められた冷却水は、コアケース３１ａの上面に接続された第１の冷却水排出管４２からサーモアクチュエータ２６に導かれる。サーモアクチュエータ２６に流れた冷却水は、サーモアクチュエータ２６に接続された第２の冷却水排出管４３から、例えば、暖房装置に流される。

図３を参照する。後部熱交換路３２は、熱回収器３１の後端の下部から後方に延びている、扁平状の部材である。後部熱交換路３２の後端は、バルブ５０の側面に繋がれている。

図２に戻る。迂回路２４は、接続管２１の略同軸上において、後方に延びている。迂回路２４の直径は、接続管２１の直径と略同一である。迂回路２４の上流側の端部は、分岐部２２の第２の出口２２ｃに差し込まれて溶接されている。迂回路２４の下流側の端部は、バルブ５０に差し込まれて溶接されている。

迂回路２４の一部は、オイルパン１１ａの下方に位置している。パイプ状の迂回路２４は、オイルパン１１ａの下方の狭いスペースであっても、配置することができる。

バルブ５０は、オイルパン１１ａの後方に配置されている。バルブ５０は、後部熱交換路３２及び迂回路２４が差し込まれているハウジング５１と、このハウジング５１によって支持されている回転軸５２と、この回転軸５２に固定され迂回路２４の下流側の端部を塞いでいる弁体５３と、からなる。

図に示される状態において、迂回路２４は、閉じられている。このため、排気ガスは、分岐部２２から熱交換路３０に導かれる。熱回収器３１において冷却水を温めた排気ガスは、後部熱交換路３２からハウジング５１の内部に導かれる。排気ガスは、ハウジング５１から排気管１４に流される。

図に示された状態から回転軸５２が回転すると、迂回路２４が開放される。開放量が大きくなるにつれて、迂回路２４に流される排気ガスの流量が徐々に増加する。迂回路２４は、接続管２１に対して略同軸上に設けられている。また、熱回収器３１の内部の流路は、狭い。これらの理由により、迂回路２４を全開にすると、殆どの排気ガスが迂回路２４に流れる。なお、迂回路２４を開放するのと同時に、後部熱交換路３２の下流側の端部を閉じる構成としてもよい。

サーモアクチュエータ２６は、後部熱交換路３２の上方に重なるように配置されている。サーモアクチュエータ２６は、車両前後方向に進退可能なロッド２６ａを有している。ロッド２６ａの先端には、リンク部材２６ｂが接続され、リンク部材２６ｂを介して回転軸５２に接続されている。

サーモアクチュエータ２６には、温度によって膨張及び収縮するワックス、及び、ロッド２６ａを後退させる方向に付勢する戻しばねが内蔵されている。ワックスが膨張すると、ロッド２６ａが車両後方に向かって押し出される。ワックスが収縮すると、ロッド２６ａは、戻しばねの付勢力によって、車両前方に向かって押し戻される。

サーモアクチュエータ２６には、第１の冷却水排出管４２を通過した冷却水が導入される。この冷却水の温度によって、ワックスは、膨張又は収縮する。

冷却水の温度が所定の温度以下の場合には、ロッド２６ａは、後退している。この状態において、弁体５３は、迂回路２４の後端部を閉じている。これにより、排気ガスは、熱回収器３１に流され、冷却水が温められる。

一方、冷却水の温度が所定の温度を超えると、ロッド２６ａは、前進する。ロッド２６ａは、リンク部材２６ｂ及び回転軸５２を介して、弁体５３を回転させる。弁体５３が回転することにより、迂回路２４の後端部が開放され、徐々に迂回路２４に排気ガスが流れる。

図３を参照する。サーモアクチュエータ２６は、ステー４４を介して、後部熱交換路３２によって支持されている。

熱回収器３１の下端、後部熱交換路３２の下端、及び、バルブ５０の下端が地面から略同じ高さに位置している。

熱回収器３１の上端、及び、サーモアクチュエータ２６の上端は、地面から略同じ高さに位置している。

以上に説明した、エンジン及び排気装置１０によれば、以下の効果を得ることができる。

図１を参照する。熱回収器３１とバルブ５０とは、車両の側面視において、オイルパン１１ａ（エンジン部品１１ａ）を挟むように配置されている。エンジンの周縁には、多くの部品が搭載されている。このため、触媒装置が前部に設けられたエンジンにおいて、熱交換デバイス２０の全てをオイルパン１１ａの後端よりも前方に配置することは、困難である。このため、熱エネルギの回収に必要な熱回収器を触媒装置に近付け、熱エネルギの回収には不要なバルブをオイルパン１１ａよりも後方に配置した。これにより、触媒装置から排出される高温の排気ガスを高温のまま熱回収器に導入することができる。限られたスペースにおいて、効率的に排気ガスの熱エネルギを回収することができると共に車載性に優れたエンジン及び排気装置が提供される。

迂回路２４は、排気ガスの熱により迂回路２４の軸線方向への延びを抑制する蛇腹形状部２４ａを有している。これにより、排気ガスの熱による熱延びの影響を抑制することができる。

図３を参照する。熱回収器３１の下端、後部熱交換路３２の下端、及びバルブ５０の下端が地面から略同じ高さに位置している。それぞれの部品の下端の高さを合わせることにより、熱交換デバイス２０を高さ方向においてコンパクトに配置する。小さな搭載スペースであっても、熱交換デバイス２０を搭載することができる。

さらに、サーモアクチュエータ２６は、後部熱交換路３２の上方に沿って配置され、熱回収器３１の上端、及び、サーモアクチュエータ２６の上端は、地面から略同じ高さに位置している。サーモアクチュエータ２６と、後部熱交換路３２を上下に配置して、サーモアクチュエータ２６の上端を熱回収器３１の上端に略一致させる。サーモアクチュエータ２６を有しながらも、熱交換デバイス２０をコンパクトに配置することができる。

さらに、サーモアクチュエータ２６が後部熱交換路３２の上方に沿って配置されていることにより、地面からの飛び石等からサーモアクチュエータ２６を保護することができる。

図２を参照する。迂回路２４の一部は、オイルパン１１ａの下方に位置している。オイルパン１１ａの下方のデッドスペースに迂回路２４を配置する。これにより、スペースを有効に活用することができる。さらに、オイルパン１１ａの下方に迂回路２４を通すことにより、熱回収器３１を、オイルパン１１ａに近付けて配置することができる。エンジン及び排気装置１０の全体としてコンパクト化を図ることができる。
＜実施例２＞

次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。図４には、実施例２のエンジン及び排気装置の側面図が示され、上記図３に対応させて表されている。

図４及び図５を参照する。実施例２によるエンジン及び排気装置１０Ａの熱交換デバイス２０Ａは、触媒装置１２の下端に直接、迂回路２４Ａが接続されている。さらに、迂回路２４Ａに対して、熱交換路３０Ａの上流側端部が直接、接続されている。その他の基本的な構成については、実施例１によるエンジン及び排気装置と共通する。実施例１と共通する部分については、符号を流用すると共に、詳細な説明を省略する。

熱交換路３０Ａは、迂回路２４Ａに差し込まれている分岐管３３Ａに、熱回収器３１Ａが接続されてなる。車両を側方から見た状態において、熱回収器３１Ａの少なくとも一部は、触媒装置１２の下方に位置する。このような、エンジン及び排気装置１０Ａにおいても、本発明所定の効果を得ることができる。

加えて、触媒装置１２の下端に迂回路２４Ａが繋げられると共に、この迂回路２４Ａに対して熱交換路３０Ａが繋げられることにより、熱回収器３１Ａの少なくとも一部は、触媒装置１２の下方に位置する。即ち、より触媒装置１２に近づけて熱回収器３１Ａを配置することができる。

なお、車両を側面から見た場合に、熱回収器３１Ａの少なくとも一部が触媒装置１２の下方に位置すればよく、車幅方向まで一致していなくとも良い。即ち、触媒装置１２の真下でない場合も含まれる。
＜実施例３＞

次に、本発明の実施例３を図面に基づいて説明する。図６には、実施例３のエンジン及び排気装置の斜視図が示されている。

図６を参照する。実施例３によるエンジン及び排気装置１０Ｂの熱交換デバイス２０Ｂは、触媒装置１２の下端に直接、迂回路２４Ｂが接続されている。さらに、迂回路２４Ｂに対して、熱交換路３０Ｂの上流側端部が直接、接続されている。加えて、熱回収器３１Ｂは、排気ガスが上方から下方に向かって流れるよう、鉛直方向に沿って配置されている。即ち、排気ガス導入口が、排気ガス排出口の上方に位置している。さらに、その他の基本的な構成については、実施例１によるエンジン及び排気装置と共通する。実施例１と共通する部分については、符号を流用すると共に、詳細な説明を省略する。

熱交換路３０Ｂは、迂回路２４Ｂに差し込まれている分岐管３３Ｂに、熱回収器３１Ｂが接続されてなる。車両を側方から見た状態において、熱回収器３１Ｂの少なくとも一部は、触媒装置１２の下方に位置する。このような、エンジン及び排気装置１０Ｂにおいても、本発明所定の効果を得ることができる。

加えて、触媒装置１２の下端に迂回路２４Ｂが繋げられると共に、この迂回路２４Ｂに対して熱交換路３０Ｂが繋げられることにより、熱回収器３１Ｂの少なくとも一部は、平面視において触媒装置１２の下方に位置する。即ち、より触媒装置１２に近づけて熱回収器３１Ｂを配置することができる。

尚、本発明のエンジン及び排気装置は、実施の形態では車両の排熱回収装置に適用したが、熱電デバイスやオイルウォーマー等、その他の用途にも適用可能である。

本発明は、作用及び効果を奏する限りにおいて、実施例に限定されるものではない。

本発明のエンジン及び排気装置は、小型の乗用自動車に好適である。

１０，１０Ａ，１０Ｂ…エンジン及び排気装置
１１…エンジン
１１ａ…オイルパン（エンジン部品）
１２…触媒装置
２０，２０Ａ，２０Ｂ…熱交換デバイス
２４，２４Ａ，２４Ｂ…迂回路
２４ａ…蛇腹形状部（熱延び吸収機構）
２６…サーモアクチュエータ
２６ａ…ロッド
３０，３０Ａ，３０Ｂ…熱交換路
３１，３１Ａ，３１Ｂ…熱回収器
３２…後部熱交換路
５０…バルブ

Claims (6)

1. 車両のエンジンと、このエンジンで発生した排気ガスを浄化する触媒装置と、この触媒装置に繋がれた熱交換デバイスと、を備え、
   前記熱交換デバイスは、排気ガスが流れる熱交換路と、この熱交換路を迂回させた迂回路と、これらの熱交換路及び迂回路の後部に繋がれ排気ガスが流れる流路を切り替え可能なバルブと、を備えており、
   前記熱交換路には、排気ガス及び媒体が内部に流される熱回収器が配置され、
   前記熱回収器と前記バルブとは、前記車両の側面視において、前記エンジン部品を挟むように、前記熱回収器が前記エンジン部品の後端よりも前方に位置し、前記バルブが前記エンジン部品よりも後方に配置されていることを特徴とするエンジン及び排気装置。
2. 前記熱回収器は、少なくとも一部が、平面視において前記触媒装置に重なるように、前記触媒装置の下方に配置されていることを特徴とする請求項１記載のエンジン及び排気装置。
3. 前記熱回収器は、排気ガスが導入される排気ガス導入口が、排気ガスが排出される排気ガス排出口の上方に位置するよう、略鉛直方向に向けて配置されていることを特徴とする請求項２記載のエンジン及び排気装置。
4. 前記迂回路は、排気ガスの熱により前記迂回路の軸線方向への延びを抑制する熱延び吸収機構を有していることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のエンジン及び排気装置。
5. 前記熱交換路は、前記熱回収器を通過した排気ガスが流れる後部熱交換路を有し、
   前記後部熱交換路は、前記熱回収器から前記バルブまで延び、
   前記熱回収器の下端、前記後部熱交換路の下端、及び前記バルブの下端が地面から略同じ高さに位置していることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のエンジン及び排気装置。
6. 前記熱回収器には、サーモアクチュエータが繋がれ、
   このサーモアクチュエータは、前記媒体の温度によって進退するロッドを備えていると共に、前記後部熱交換路の上方に沿って配置され、
   前記ロッドの先端は、前記バルブに繋がれ、
   前記熱回収器の上端、及び、前記サーモアクチュエータの上端は、地面から略同じ高さに位置していることを特徴とする請求項５記載のエンジン及び排気装置。

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