JP6164568B2 - 排気系熱交換器の配置構造 - Google Patents

Description

この発明は排気系熱交換器の配置構造に係り、特に、エンジンの排気ガスと冷媒との熱交換を行う排気系熱交換器を排気マニホルドに近づけて配置することができる排気系熱交換器の配置構造に関する。

車両に搭載したエンジンが排出する排気ガスの熱を有効利用するために、排気ガスと冷媒との熱交換を行う排気系熱交換器が知られている。排気系熱交換器は、大気に捨てられていた排気ガスの熱を回収し、エンジンの冷機始動時の早期暖機による燃費向上および暖房性能の向上を図ることができる。
前記排気系熱交換器の配置構造には、例えば、特許文献１に、エンジンの排気マニホルドに接続した触媒コンバータの下流側に排気ガスと冷媒との熱交換を行う排気系熱交換器を接続し、この排気系熱交換器を車体フロアのフロアトンネル内に配置するとともに、車両幅方向に延びる車体フレームの上側に配置した構造が開示されている。

特許第４２３８８９９号公報

排気系熱交換器は、排気管の途中に配置されるが、熱交換する機構の容積分だけ通常の排気管よりも大径な構造になる。従来のエンジン、トランスミッションの構成では、これらパワートレインの下側に排気系熱交換器を配置する空間が無いため、前記特許文献１のように、エンジンから離れた車両後方側のフロアトンネル内に配置せざるを得なかった。
そのため、従来の排気系熱交換器の配置構造では、エンジンと排気系熱交換器との距離が離れてしまい、排気系熱交換器に入る排気ガスの温度低下を招き、熱の回収効率が低下する問題があった。また、従来の排気系熱交換器の配置構造では、冷媒であるエンジンの冷却水を排気系熱交換器に循環させるための冷却水配管が長くなるため、冷却水量が増加して暖機に不利になる問題があった。

この発明は、大きな配置空間が必要となる排気系熱交換器をパワートレイン下方に配置することができ、排気系熱交換器をできるだけ排気マニホルドに近づけて配置することができ、排気ガスをより高温状態で利用することができ、エンジンの早期暖機による燃費向上および暖房性能を向上することを目的とする。

この発明は、ハイブリッド車両に横置きに搭載したエンジンと、前記エンジンの車両幅方向一端部にクランク軸中心線と同軸で取り付けられる発電機と、前記エンジンの排気ガスと冷媒との熱交換を行う排気系熱交換器とを備えた排気系熱交換器の配置構造において、前記排気系熱交換器の少なくとも一部が、車両下面視で前記発電機と重なるように配置されたことを特徴とする。

従来、横置きにエンジンを搭載した車両のパワートレインでは、エンジンの車両幅方向一端部にトランスミッションが配置されている。これに対して、ハイブリッド車両のパワートレインでは、エンジンに対してトランスミッションが配置されている位置に、トランスミッションよりも外径が小さな発電機が配置される。
よって、この発明は、大きな配置空間が必要となる排気系熱交換器を、トランスミッションを廃したことによりパワートレインを構成する発電機下方に創出した空間を有効に活用して、配置することができる。
この発明は、エンジンに隣接した発電機の下に排気系熱交換器を配置することで、排気系熱交換器をできるだけ排気マニホルドの近くに配置することができ、排気ガスをより高温状態で利用することができ、エンジンの早期暖機による燃費向上および暖房性能を向上することができる。

図１はハイブリッド車両の下面図である。（実施例） 図２は図１のＸ−Ｘ線によるハイブリッド車両の断面図である。（実施例） 図３はハイブリッド車両のパワートレインの正面図である。（実施例） 図４はエンジンの冷却水経路を示す図である。（実施例）

以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。図１・図２において、ハイブリッド車両１は、車両幅方向両側に一対のサイドフレーム２・３を配置し、車両前部のサイドフレーム２・３間をサスペンションフレーム４で連結し、サスペンションフレーム４の上方にダッシュパネル５を配置している。ハイブリッド車両１は、ダッシュパネル５の前側にエンジンフード６で覆われるエンジンルーム７を設け、エンジン８を配置している。エンジン８は、図３に示すように、シリンダブロック９と、シリンダヘッド１０と、シリンダヘッドカバー１１と、オイルパン１２と、チェーンケース１３とを有している。エンジン８は、クランク軸中心線Ｃを車両幅方向に向けてサイドフレーム２・３間に横置きに搭載されている。
図２・図３に示すように、エンジン８には、車両幅方向一端部（左端部）にクランク軸中心線Ｃと同軸に発電機１４をシリンダブロック９に取り付けている。発電機１４は、エンジン８によって駆動され、車両駆動用の電力を発生する。発電された電力は、バッテリに貯められる。ハイブリッド車両１の発電機１４は、通常の車両においてエンジン８に連結されるトランスミッションよりも外径が小さくなっている。これにより、発電機１４の下方には、空間Ｓ１が創出される。
前記発電機１４の車両後方側には、車両駆動用の駆動モータ１５を配置している。駆動モータ１５は、エンジン８によって駆動される発電機１４が発電した電力により駆動される。駆動モータ１５は、駆動力を出力する駆動軸１６を有し、発電機１４とともにハウジング１７で覆われている。エンジン８の車両後方側には、デファレンシャル装置１８を配置している。デファレンシャル装置１８は、デフケース１９をハウジング１７の下側に取り付けている。エンジン８と発電機１４と駆動モータ１５とデファレンシャル装置１８とは、ハイブリッド車両１のパワートレインを構成する。

前記デファレンシャル装置１８は、図１に示すように、駆動モータ１５の駆動軸１６の回転を左右一対のドライブシャフト２０・２１に伝達する。デファレンシャル装置１８は、図２に示すように、ドライブシャフト２０・２１が、発電機１４よりも車両後方側で、且つ駆動モータ１５よりも車両下方側に位置するように、エンジン８の車両後方側に配置されている。また、デファレンシャル装置１８は、図１に示すように、主要部分がエンジン８と発電機１４との接合面Ｐに対して、車両幅方向においてエンジン８側に位置するように配置している。
前記一対のドライブシャフト２０・２１は、図１に示すように、サスペンションフレーム４に左右一対のサスペンションアーム２２・２３で懸架された左右の前車輪２４・２５に駆動力を伝達する。ドライブシャフト２０・２１の軸方向で、駆動モータ１５の下側には、支持部２６を設けている。支持部２６は、デファレンシャル装置１８に対して発電機１４側に配置される一方（左側）のドライブシャフト２０を支持する。

前記ハイブリッド車両１は、図２に示すように、エンジン８の車両前方側に、エンジン８の冷却水を冷却するラジエータ２７を配置している。ラジエータ２７は、後面に冷却ファン２８を備え、エンジン８から昇温した冷却水を導入するラジエータインレット配管２９と、ラジエータ２７で放冷した冷却水をエンジン８に供給するラジエータアウトレット配管３０とを備えている。ラジエータインレット配管２９は、上流側を発電機１４の上方であってシリンダヘッド１０の車両幅方向一端部に設けたサーモスタット３１に接続し、下流側をラジエータ２７の車両幅方向一側（左側）の上部に接続している。ラジエータアウトレット配管３０は、上流側をラジエータ２７の車両幅方向他側（右側）の下部に接続し、下流側をエンジン８の車両幅方向他端部（右端部）のチェーンケース１３に設けたウォータポンプ３２に接続している（図３参照）。
前記エンジン８は、図３に示すように、シリンダヘッド１０の前側に排気マニホルド３３を取り付け、排気マニホルド３３の下側に触媒コンバータ３４を取り付けている。排気マニホルド３３及び触媒コンバータ３４は、排気マニホルドカバー３５で覆われている。触媒コンバータ３４の下側には、排気ガスを車両後方側に導く排気管３６の上流側を接続している。排気管３６は、図１・図３に示すように、車両下方に向かう中間部を車両後方側に湾曲させた後に車両幅方向一側（左側）に湾曲させて、車両幅方向他側からエンジン８と発電機１４との接合面Ｐを越えて車両幅方向一側（右側）に延ばし、発電機１４の下側で下流側が車両後方に向くように湾曲させている。排気管３６は、車両後方に向けた下流側を排気系熱交換器３７に接続している。

排気系熱交換器３７は、熱交換を行う略円筒形状の交換器本体３８を備えている。交換器本体３８の車両前端部には、前記排気管３６の下流側を接続している。排気系熱交換器３７は、図１に示すように、エンジン８と発電機１４との接合面Ｐに対して交換器本体３８を発電機１４側に配置し、交換器本体３８の長手方向を車両前後方向に向けるとともに、発電機１４と駆動モータ１５とに跨るように配置している。交換器本体３８には、エンジン８から交換器本体３８に冷却水を導入する冷却水導入配管３９を接続し、交換器本体３８で昇温した冷却水をエンジン８に供給する冷却水供給配管４０を接続している。
前記冷却水導入配管３９は、図３に示すように、上流側をラジエータインレット配管２９が接続されるサーモスタット３１に接続し、下流側を交換器本体３８の入口部４１に接続している。前記冷却水供給配管４０は、上流側を交換器本体３８の出口部４２に接続し、下流側をラジエータアウトレット配管３０に接続している。排気系熱交換器３７は、冷却水導入配管３９の入口部４１の近くに、交換器本体３８に導入される冷却水の流量を調整する制御バルブ４３を備えている。制御バルブ４３は、交換器本体３８に取り付けられている。
排気系熱交換器３７には、交換器本体３８の車両後端部に排気管４４の上流側を接続している。排気管４４は、図１に示すように、エンジン８と発電機１４との接合面Ｐに対して発電機１４側に配置されている。排気管４４は、図２に示すように、一方のドライブシャフト２０の下方からサスペンションフレーム４の上方を越えるように湾曲した後に、下流側を車両後方側に延ばしている。この排気管４４の下流側は、車両後方側においてマフラ４５に接続している。マフラ４５は、エンジン８と発電機１４との接合面Ｐに対して発電機１４側に配置されている。マフラ４５には、車両後方側に延びるテールパイプ４６を接続している。

次に、エンジン８の冷却水の流れについて説明する。
図４に示すように、エンジン８のウォータジャケット４７で暖められた冷却水は、サーモスタット３１を介してラジエータインレット配管２９によりラジエータ２７に導かれる。ラジエータ２７で冷却された冷却水は、ラジエータアウトレット配管３０によりウォータポンプ３２を介してウォータジャケット４７に戻され、エンジン８を冷却する。
このエンジン８は、暖房用のヒータコア４８を備えている。ヒータコア４８は、ヒータ導入配管４９をサーモスタット３１に接続し、ヒータ戻し配管５０をラジエータアウトレット配管３０に接続している。ヒータコア４８は、エンジン８のウォータジャケット４７で暖められた冷却水を、サーモスタット３１を介してヒータ導入配管４９で導入し、車室の空気を暖める。ヒータコア４８で空気との熱交換で冷却された冷却水は、ヒータ戻し配管５０でラジエータアウトレット配管３０に排出され、ラジエータ２７からの冷却水とともにウォータポンプ３２を介してウォータジャケット４７に戻される。
前記ヒータコア４８には、並列に流量調整弁５１を接続している。流量調整弁５１は、調整弁導入配管５２をサーモスタット３１に接続し、調整弁戻し配管５３をヒータ戻し配管５０に接続している。流量調整弁５１は、エンジン８が冷機状態でサーモスタット３１がラジエータインレット配管２９を閉じているときに、調整弁導入配管５２および調整弁戻し配管５３によってサーモスタット３１からヒータ戻し配管５０に流れる冷却水の流量を調整することで、ヒータコア４８に流れる冷却水の流量を調整する。これにより、流量調整弁５１は、エンジン８の冷機時に、ヒータコア４８により冷却水が過冷却されることを防止する。
前記排気系熱交換器３７は、エンジン８のウォータジャケット４７で昇温された冷却水を、サーモスタット３１を介して冷却水導入配管３９により交換器本体３８に導入する。交換機本体３８は、排気ガスと冷媒である冷却水との熱交換を行う。排気ガスの熱により昇温された冷却水は、冷却水供給配管４０によりラジエータアウトレット配管３０に供給され、ラジエータ２７からの冷却水とともにウォータポンプ３２を介してウォータジャケット４７に供給される。
前記冷却水導入配管３９に設けた制御バルブ４３は、エンジン８の始動後の冷機時に、排気管３６に排気ガスが流れると同時に開き、排気ガスの熱により排気系熱交換器３７で熱せられた冷却水（冷媒）をエンジン８に供給することにより、エンジン８の早期暖機を実現する。制御バルブ４３は、エンジン８が必要以上に加熱されることを防ぐために、エンジン８の暖機が完了した後は閉じられる。

この排気系熱交換器３７の配置構造においては、図１に示すように、排気系熱交換器３７の少なくとも一部が、車両下面視で発電機１４と重なるように配置されている。
従来、横置きにエンジンを搭載した車両のパワートレインでは、エンジンの車両幅方向一端部にトランスミッションが配置されている。これに対して、このハイブリッド車両１のパワートレインでは、図２に示すように、エンジン８に対してトランスミッションが配置されている位置に、トランスミッションよりも外径が小さな発電機１４が配置されている。
よって、この排気系熱交換器３７の配置構造は、大きな配置空間が必要となる排気系熱交換器３７を、トランスミッションを廃したことによりパワートレインを構成する発電機１４下方に創出した空間Ｓ１を有効に活用して、配置することができる。
このように、この排気系熱交換器３７の配置構造は、エンジン８に隣接した発電機１４の下に排気系熱交換器３７を配置することで、排気系熱交換器３７をできるだけ排気マニホルド３３の近くに配置することができ、排気ガスをより高温状態で排気系熱交換器３７に導入して熱を有効利用することができ、エンジン８の早期暖機による燃費向上および暖房性能を向上することができる。

この排気系熱交換器３７の配置構造においては、図１に示すように、エンジン８によって駆動される駆動軸１６の回転を左右一対のドライブシャフト２０・２１に伝達するデファレンシャル装置１８をエンジン８の車両後方側に配置するとともに、デファレンシャル装置１８の主要部分をエンジン８と発電機１４との接合面Ｐに対してエンジン８側に配置している。そして、排気系熱交換器３７は、図２に示すように、車両側面視でデファレンシャル装置１８と少なくとも一部が重なるように配置している。
従来のトランスミッションを連結した横置きのエンジンは、一般的には車両幅方向でデファレンシャル装置のデフケースのエンジン側端部が、エンジンとトランスミッションとの接合面に一致することになる。このため、デフケースは、エンジンとトランスミッションとの接合面に対してトランスミッション側に配置されるため、エンジン及びトランスミッションからなるパワートレインの下方に排気系熱交換器を配置可能な空間を確保することが困難である。
この排気系熱交換器３７の配置構造においては、デファレンシャル装置１８の大部分をエンジン８と発電機１４との接合面Ｐよりもエンジン８側に配置したので、発電機１４の下に創出した空間Ｓ１と合わせて、駆動モータ１５の下方の空間Ｓ２を含み、発電機１４及び駆動モータ１５の下方に車両前後方向に伸びる大きな空間（Ｓ１＋Ｓ２）を創出することができる。
その結果、この排気系熱交換器３７の配置構造は、長手方向に長い排気系熱交換器３７を、創出した大きな空間（Ｓ１＋Ｓ２）に車両前後方向に向けて配置することができることにより、熱交換の効率を上げることができる。

この排気系熱交換器３７の配置構造においては、図１に示すように、一対のドライブシャフト２０・２１の軸方向で、デファレンシャル装置１８に対して発電機１４側に配置される一方のドライブシャフト２０を支持する支持部２６を、駆動モータ１５の下側に設けている。排気系熱交換器３７から車両後方側に延びる排気管４４は、一方のドライブシャフト２０の下方の空間に導出している。
この排気系熱交換器３７の配置構造は、デファレンシャル装置１８に対して発電機１４側に配置される一方のドライブシャフト２０の下方の空間に排気系熱交換器３７からの排気管４４を導出させることにより、ドライブシャフト２０を回避するために排気管４４を無理な迂回形状とする必要がなく、排気ガスの流路抵抗を低減させることができる。

この排気系熱交換器３７の配置構造においては、図２に示すように、車両駆動用の駆動モータ１５を発電機１４の車両後方側に配置するとともに、図１に示すように、排気系熱交換器３７の少なくとも一部が、車両下面視で駆動モータ１５とも重なるように配置されている。
この排気系熱交換器３７の配置構造は、発電機１４の車両後方側に駆動モータ１５を配置したことで、発電機１４下方の空間Ｓ１に加えて駆動モータ１５下方に空間Ｓ２を創出することができ、より大きな排気系熱交換器３７を配置する空間（Ｓ１＋Ｓ２）を創出することができる。
このため、この排気系熱交換器３７の配置構造は、排気系熱交換器３７を車両下面視で発電機１４だけでなく駆動モータ１５とも重なるように配置させたことで、より大きな排気系熱交換器３７を配置することが可能になる。

この排気系熱交換器３７の配置構造においては、図１に示すように、排気系熱交換器３７から車両後方側に延びる排気管４４を、一対のドライブシャフト２０・２１の軸方向で、デファレンシャル装置１８に対して発電機１４側に配置されたマフラ４５と接続している。
この排気系熱交換器３７の配置構造は、排気系熱交換器３７およびマフラ４５を、デファレンシャル装置１８に対して車両幅方向で一方側に偏って配置したので、排気管４４を他部品から迂回させることなく短い長さで形成することができる。

この発明は、排気系熱交換器をできるだけ排気マニホルドに近づけて配置することができ、排気ガスをより高温状態で利用することができ、暖房性能を向上することができるものであり、車両にかぎらず、エンジンと発電機と駆動モータとデファレンシャル装置からなるパワートレインを搭載する移動機器に適用可能である。

１ ハイブリッド車両
７ エンジンルーム
８ エンジン
１４ 発電機
１５ 駆動モータ
１６ 駆動軸
１８ デファレンシャル装置
２０・２１ ドライブシャフト
２７ ラジエータ
２９ ラジエータインレット配管
３０ ラジエータアウトレット配管
３１ サーモスタット
３２ ウォータポンプ
３３ 排気マニホルド
３４ 触媒コンバータ
３６ 排気管
３７ 排気系熱交換器
３８ 交換器本体
３９ 冷却水導入配管
４０ 冷却水供給配管
４３ 制御バルブ
４４ 排気管
４５ マフラ

Claims (5)

1. ハイブリッド車両に横置きに搭載したエンジンと、前記エンジンの車両幅方向一端部にクランク軸中心線と同軸で取り付けられる発電機と、前記エンジンの排気ガスと冷媒との熱交換を行う排気系熱交換器とを備えた排気系熱交換器の配置構造において、前記排気系熱交換器の少なくとも一部が、車両下面視で前記発電機と重なるように配置されたことを特徴とする排気系熱交換器の配置構造。
2. 前記発電機によって駆動される駆動モータの駆動軸の回転を左右一対のドライブシャフトに伝達するデファレンシャル装置を前記エンジンの車両後方側に配置するとともに、前記デファレンシャル装置の主要部分を前記エンジンと前記発電機との接合面に対して前記エンジン側に配置し、前記排気系熱交換器は、車両側面視で前記デファレンシャル装置と少なくとも一部が重なるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の排気系熱交換器の配置構造。
3. 前記排気系熱交換器から車両後方側に延びる排気管を、前記一対のドライブシャフトの軸方向で、前記デファレンシャル装置に対して前記発電機側に配置される一方のドライブシャフトの下方に導出したことを特徴とする請求項２に記載の排気系熱交換器の配置構造。
4. 前記駆動モータを前記発電機の車両後方側に配置するとともに、前記排気系熱交換器の少なくとも一部が、車両下面視で前記駆動モータとも重なるように配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の排気系熱交換器の配置構造。
5. 前記排気系熱交換器から車両後方側に延びる排気管は、前記一対のドライブシャフトの軸方向で、前記デファレンシャル装置に対して前記発電機側に配置されたマフラと接続したことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の排気系熱交換器の配置構造。
   

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