(57)【要約】【課題】車両の排熱回収装置を改善する。【解決手段】車両の排熱回収装置１０は、排気管３の中央から外側へずれた位置において、排気管３の延在方向に沿って回転可能に設けられる回転軸１３と、回転軸１３により一端縁が軸支される熱交換器１２と、熱交換器１２を回転軸１３の周囲で回転駆動する回転アクチュエータ１７と、を有する。回転アクチュエータ１７は、排熱を回収しない場合、熱交換器１２を、排気管３の延在方向に沿うように倒姿勢とし、排熱を回収する場合、熱交換器１２を、倒姿勢から回転させて排気管３において立てる。【選択図】  図２
2020204299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のエンジンの排気ガスを排出する排気管の中央から外側へずれた位置において、前記排気管の延在方向に沿って回転可能に設けられる回転軸と、
前記回転軸により一端縁が軸支される熱交換器と、
前記熱交換器を前記回転軸の周囲で回転駆動する回転アクチュエータと、
を有し、
前記回転アクチュエータは、
排熱を回収しない場合、前記熱交換器を、前記排気管の延在方向に沿うように倒姿勢とし、
排熱を回収する場合、前記熱交換器を、前記倒姿勢から回転させて前記排気管において立てる、
車両の排熱回収装置。
【請求項２】
前記排気管には、周面の一部を外へ凸にしてなる収容凹部を形成し、
前記回転軸は、前記収容凹部において前記排気管の周面と接する方向に延在するように設けられ、
前記熱交換器は、倒姿勢において前記収容凹部に収容される、
請求項１記載の車両の排熱回収装置。
【請求項３】
前記回転軸は、前記収容凹部において倒姿勢の前記熱交換器より上流側に位置する、
請求項２記載の車両の排熱回収装置。
【請求項４】
前記収容凹部を覆う断熱カバーと、
前記断熱カバーを前記収容凹部からずらすように駆動する開閉アクチュエータと、
を有し、
前記開閉アクチュエータは、
排熱を回収しない場合、前記断熱カバーにより前記収容凹部を覆い、
排熱を回収する場合、前記断熱カバーを前記収容凹部からずらす、
請求項２または３記載の車両の排熱回収装置。
【請求項５】
前記熱交換器の表面を覆う断熱シャッタと、
前記熱交換器の表面を露出するように前記断熱シャッタを駆動する開閉アクチュエータと、
を有し、
前記開閉アクチュエータは、
排熱を回収しない場合、前記断熱シャッタにより前記熱交換器の表面を覆い、
排熱を回収する場合、前記断熱シャッタの表面を露出する、
請求項２または３記載の車両の排熱回収装置。
【請求項６】
車両のエンジンの排気ガスを排出する排気管に形成される開口と、
前記開口についての前記排気管の延在方向の中央部において、前記排気管の延在方向に沿って回転可能に設けられる回転軸と、
前記開口を塞ぐように前記回転軸により軸支される閉塞材と、
前記閉塞材に対して立設するように、一端部が前記回転軸に軸支される熱交換器と、
前記熱交換器を前記回転軸の周囲で回転駆動する回転アクチュエータと、
を有し、
前記回転アクチュエータは、
排熱を回収しない場合、前記熱交換器が前記開口の外に位置する状態で前記閉塞材が前記開口を塞ぐように回転駆動し、
排熱を回収する場合、前記熱交換器が前記開口の内に位置する状態で前記閉塞材が前記開口を塞ぐように回転駆動する、
車両の排熱回収装置。
【請求項７】
前記熱交換器は、前記開口の内に位置する際に、前記排気管の全体を塞ぐことがないように形成される、
請求項６記載の車両の排熱回収装置。
【請求項８】
前記回転アクチュエータは、
前記熱交換器を流れる熱媒体の温度が高温になると、前記熱交換器を倒すように回転駆動する、
請求項１から７のいずれか一項記載の車両の排熱回収装置。
【請求項９】
前記熱交換器は、前記排気管において触媒装置より下流側に設けられる、
請求項１から８のいずれか一項記載の車両の排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両では、エンジンで空気と燃料との混合気を燃焼して、燃焼後の排気ガスを排気管から排出している。
このような車両では、エンジンでの燃焼により高温高圧となっている排気ガスの排熱を回収する装置が用いられることがある。
特許文献１または特許文献２の車両の排熱回収装置では、車両のエンジンの排気ガスを排出する排気管に分岐管を設け、分岐管に排熱回収用の熱交換器を設ける。熱交換器は、分岐管を流れる排気ガスから熱交換により排熱を回収する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１２８８４号公報
【特許文献２】特開２００８−１３３７８３号公報
【特許文献３】特開２００９−０１３８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、排気管に分岐管を設ける場合、車両には分岐管を設けるための大きなスペースを新たに確保する必要がある。しかも、単に熱交換器を設ける場合とくらべて、少なくとも分岐管により、車両の重量が余分に増加する。
【０００５】
そこで、特許文献３のように、車両のエンジンの排気ガスを排出する排気管に、熱交換器を回転可能に設けることが考えられる。
しかしながら、特許文献３の熱交換器は、排気管の中央に設けられる回転軸により軸支されている。
この場合、排熱を利用しない場合でも、熱交換器は、排気管の中央において排気管の延在方向に沿うように倒姿勢となって、排気管での排気ガスの流路の中央に存在する。排気管での排気ガスの流れは、熱交換器により常に妨げられる。排気管は、所定の流量を得るためには、その妨げを考慮して、排気のために本来的に必要とされるサイズより大径に形成しなければならない。排熱回収をするために、排気管を含めた車両の全体的な設計に影響を与える可能性がある。
しかも、特許文献３の熱交換器は、排熱を利用しない場合でも、常に高温の排気ガスにさらされる。常に高温の排気ガスにさらされる熱交換器により、熱交換器を流れる熱媒体が必要以上に高温に加熱されてしまう可能性がある。
【０００６】
このように、車両の排熱回収装置は、改善することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る車両の排熱回収装置は、車両のエンジンの排気ガスを排出する排気管の中央から外側へずれた位置において、前記排気管の延在方向に沿って回転可能に設けられる回転軸と、前記回転軸により一端縁が軸支される熱交換器と、前記熱交換器を前記回転軸の周囲で回転駆動する回転アクチュエータと、を有し、前記回転アクチュエータは、排熱を回収しない場合、前記熱交換器を、前記排気管の延在方向に沿うように倒姿勢とし、排熱を回収する場合、前記熱交換器を、前記倒姿勢から回転させて前記排気管において立てる。
【０００８】
好適には、前記排気管には、周面の一部を外へ凸にしてなる収容凹部を形成し、前記回転軸は、前記収容凹部において前記排気管の周面と接する方向に延在するように設けられ、前記熱交換器は、倒姿勢において前記収容凹部に収容される、とよい。
【０００９】
好適には、前記回転軸は、前記収容凹部において倒姿勢の前記熱交換器より上流側に位置する、とよい。
【００１０】
好適には、前記収容凹部を覆う断熱カバーと、前記断熱カバーを前記収容凹部からずらすように駆動する開閉アクチュエータと、を有し、前記開閉アクチュエータは、排熱を回収しない場合、前記断熱カバーにより前記収容凹部を覆い、排熱を回収する場合、前記断熱カバーを前記収容凹部からずらす、とよい。
【００１１】
好適には、前記熱交換器の表面を覆う断熱シャッタと、前記熱交換器の表面を露出するように前記断熱シャッタを駆動する開閉アクチュエータと、を有し、前記開閉アクチュエータは、排熱を回収しない場合、前記断熱シャッタにより前記熱交換器の表面を覆い、排熱を回収する場合、前記断熱シャッタの表面を露出する、とよい。
【００１２】
本発明に係る他の車両の排熱回収装置は、車両のエンジンの排気ガスを排出する排気管に形成される開口と、前記開口についての前記排気管の延在方向の中央部において、前記排気管の延在方向に沿って回転可能に設けられる回転軸と、前記開口を塞ぐように前記回転軸により軸支される閉塞材と、前記閉塞材に対して立設するように、一端部が前記回転軸に軸支される熱交換器と、前記熱交換器を前記回転軸の周囲で回転駆動する回転アクチュエータと、を有し、前記回転アクチュエータは、排熱を回収しない場合、前記熱交換器が前記開口の外に位置する状態で前記閉塞材が前記開口を塞ぐように回転駆動し、排熱を回収する場合、前記熱交換器が前記開口の内に位置する状態で前記閉塞材が前記開口を塞ぐように回転駆動する。
【００１３】
好適には、前記熱交換器は、前記開口の内に位置する際に、前記排気管の全体を塞ぐことがないように形成される、とよい。
【００１４】
好適には、前記回転アクチュエータは、前記熱交換器を流れる熱媒体の温度が高温になると、前記熱交換器を倒すように回転駆動する、とよい。
【００１５】
好適には、前記熱交換器は、前記排気管において触媒装置より下流側に設けられる、とよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、車両の排熱回収装置の熱交換器は、車両のエンジンの排気ガスを排出する排気管の中央から外側へずれた位置において、前記排気管の延在方向に沿って回転可能に設けられる回転軸により一端縁が軸支される。そして、回転アクチュエータは、前記熱交換器を前記回転軸の周囲で回転駆動する。
たとえば排熱を回収しない場合、回転アクチュエータは、前記熱交換器を、前記排気管の延在方向に沿うように倒姿勢とする。倒姿勢の熱交換器は、熱交換器の全体が排気管の中央から外へずれた位置になる。したがって、倒姿勢の熱交換器は、排気管を流れる排気ガスの流れを分断し難くなる。熱交換器が倒れている状態での排気ガスの流れは、排気管についての熱交換器の上流側の部位および下流側の部位と同様に、１つの流れとなりえる。排気ガスは、熱交換器が配置される部位を含めて、排気管を効率よく流れる。
これに対して、仮にたとえば熱交換器が排気管の中央の位置において回転可能に設けられる回転軸により軸支されている場合、熱交換器が排気管の延在方向に沿うように倒姿勢となったとしても、その全体が排気管の中央に残存する。排気管の中央で倒れている熱交換器により、排気ガスは、２つの流れに分断される。熱交換器の上流側において１つの流れになっている排気ガスは、熱交換器により二分され、熱交換器の下流側において再合流して１つの流れに戻る。この場合、熱交換器の下流側では、熱交換器の下流側へ巻き込まれるように２つの相反する向きの流れが合流する。２つの相反する向きの流れが合流すると、渦流が発生する。排気管において渦流が発生すると、排気管の延在方向に沿った排気ガスの流れが阻害され、排気効率が低下する。しかも、熱交換器により排気効率が定常的に低下するため、所定の流量を得るためには、排気管は、その低下分を補うように、熱交換器が無い場合より大径に形成しなければならない。排熱回収するために、排気管を大径化すると、車両の全体的な設計にも影響が生じえる。本発明では、このように排気管を大径化することなく、排気管に熱交換器を設けて、その排気管での排気ガスの流量を確保することが可能である。
また、本発明では、排熱回収用の熱交換器が排気管の内部において回転可能に設けられる。したがって、本発明では、排熱回収用の熱交換器を設けるために、排気管に分岐管を接続してその分岐管に熱交換器を設ける必要がない。本発明の排熱回収装置は、既存の排気管の内部空間を好適に使用して排気管の外に必要となるスペースを必要最小限とすることができ、車両において小型に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る自動車の説明図である。
【図２】図２は、本発明の第一実施形態に係る自動車の排気管に設けられる排熱回収装置の機械的な構成の説明図である。
【図３】図３は、図２の排熱回収装置の制御系の説明図である。
【図４】図４は、図３の排熱回収ＥＣＵによる排熱回収制御のフローチャートである。
【図５】図５は、第一実施形態に係る排熱回収装置の第一変形例の説明図である。
【図６】図６は、第一実施形態に係る排熱回収装置の第二変形例の説明図である。
【図７】図７は、本発明の第二実施形態に係る自動車の排気管に設けられる排熱回収装置の機械的な構成の説明図である。
【図８】図８は、第二実施形態に係る排熱回収装置の変形例の説明図である。
【図９】図９は、本発明の第三実施形態に係る自動車の排気管に設けられる排熱回収装置の機械的な構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１９】
［第一実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る自動車１の説明図である。
図１の自動車１は、車両の一例である。自動車１は、車体の前部に配置されるエンジン２、排気管３、を有する。排気管３は、車体の前部から後縁までに延在する。自動車１は、エンジン２で空気と燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを排気管３から外へ排出する。排気管３の途中には、触媒装置４が設けられる。触媒装置４は、排気ガスに含まれる窒素酸化物などを吸着または無害化する。エンジン２が多気筒である場合、排気管３として集合管を用いてよい。この場合、排気ガスは、エンジン２の複数の気筒からの排気に応じた脈動をしながら排気管３を上流側から下流へ移動し、排気管３から排気されることになる。
【００２０】
ところで、このような自動車１では、エンジン２での燃焼により高温高圧となっている排気ガスから排熱を回収する装置が用いることがある。従来の自動車１の排熱回収装置１０では、自動車１のエンジン２の排気ガスを排出する排気管３に分岐管を設け、分岐管に排熱回収用の熱交換器１２を設けている。熱交換器１２は、分岐管を流れる排気ガスから熱交換により排熱を回収する。しかしながら、排気管３に分岐管を設ける場合、自動車１には分岐管を設けるための大きなスペースを新たに確保する必要がある。しかも、単に熱交換器１２を設ける場合とくらべて、少なくとも分岐管により、自動車１の重量が余分に増加する。自動車１に排熱回収装置１０を設けるために、自動車１の設計を変更することは、排熱回収装置１０の利用の妨げになる。
このように、自動車１の排熱回収装置１０は、改善することが求められている。
【００２１】
図２は、本発明の第一実施形態に係る自動車１の排気管３に設けられる排熱回収装置１０の機械的な構成の説明図である。
図２には、自動車１の排気管３に設けられる排熱回収装置１０の機械的な構成として、収容凹部１１、熱交換器１２、回転軸１３、断熱カバー１４、が図示されている。
図２（Ａ）は、熱交換器１２を排気管３の延在方向に沿う倒姿勢にして収容凹部１１に収容し、断熱カバー１４により収容凹部１１を塞いだ状態である。
図２（Ｂ）は、断熱カバー１４を移動させて収容凹部１１を開き、熱交換器１２を倒姿勢から回転させて排気管３の内で立てた状態である。
【００２２】
熱交換器１２は、たとえば熱媒体が流れる細管を互いに隙間を開けて折り重ね、全体として略薄板の外形形状に形成される。熱交換器１２は、排気管３の内に設けられる。排気管３の内に設けられる熱交換器１２は、排気管３の延在方向に沿って上流側から下流側へ流れる高温高圧の排気ガスの排熱を、熱交換器１２を流れる冷却水などの熱媒体へ伝える。熱交換器１２は、排気ガスの排熱を熱媒体へ伝える熱交換を実行する。
熱媒体は、たとえば図示外の自動車１の空調装置の熱媒体の循環サイクルと連結される。この場合、熱交換器１２において排気ガスの排熱により温められた熱媒体は、循環サイクルを通じて空調装置のヒータコアへ供給される。ヒータコアは、排気ガスから回収された排熱により、自動車１の室内へ供給される空気を温める。排気ガスから回収された排熱は、自動車１の車室の暖房に利用できる。排気ガスから回収された排熱は、この他にもたとえば、自動車１のバッテリの周囲に張り巡らされた熱媒体の循環サイクルと連結されて、バッテリを加温するために用いられてよい。また、排気ガスから回収された排熱は、熱交換器１２と発電タービンとの間で熱媒体を循環ざせる循環サイクルにより、発電タービンを回転駆動して発電に用いられてよい。
【００２３】
収容凹部１１は、たとえば略円筒形状の排気管３の周面の一部を外へ凸にすることにより排気管３に形成される。
収容凹部１１は、略薄板状の熱交換器１２より一回り大きいサイズの略立方体の内形状を有する。これにより、図２（Ａ）に示すように、略薄板状の熱交換器１２は、排気管３の延在方向に沿って倒した倒姿勢において、その全体を収容凹部１１に収容できる。
収容凹部１１は、図１に示すように、排気管３において触媒装置４より下流側となる位置に形成される。これにより、熱交換器１２は、排気管３において触媒装置４より下流側に設けられる。熱交換器１２には、触媒装置４より温度および圧力の脈動が緩和された排気ガスが供給される。熱交換器１２には、エンジン２から排気される非常に高温高圧の脈動する排気ガスに直接的にさらされなくなる。
【００２４】
回転軸１３は、後述する回転アクチュエータ１７により回転駆動される軸部材である。回転軸１３は、収容凹部１１に回転可能に設けられる。回転軸１３は、略円筒形状の排気管３の中心から外周側へずれた位置に設けられる。
回転軸１３は、収容凹部１１において、略円筒形状の排気管３の周面と接する接線方向に沿って延在するように設けられる。この場合、回転軸１３は、排気管３の延在方向に沿って回転可能に設けられる。
回転軸１３は、収容凹部１１についての上流側の部位に設けられる。
略薄板状の熱交換器１２は、収容凹部１１に収容される倒姿勢における上流側の一端縁において、回転軸１３により軸支される。回転軸１３は、収容凹部１１において倒姿勢にある熱交換器１２のり上流側に位置する。この場合、図２（Ａ）の倒姿勢にある略薄板状の熱交換器１２は、排気管３の延在方向に沿って回転する回転軸１３の回転にしたがって倒姿勢から回転して排気管３の内へ向かって立ち上がる。排気管３の内に立ち上がった略薄板状の熱交換器１２は、図２（Ｂ）に示すように、排気管３の内部の略全体に位置する。排気管３を流れる排気ガスは、ほぼ熱交換器１２を通過することになる。
【００２５】
断熱カバー１４は、収容凹部１１についての排気管３への開口より一回り大きい板形状を有する。断熱カバー１４は、排気管３と同様の材料で形成されたベース材と、ベース材の表面に貼着された断熱材との積層構造でよい。断熱カバー１４は、収容凹部１１を覆う位置と、収容凹部１１から外れるようにずらした位置との間で移動できるように、排気管３の内に設けられる。断熱カバー１４は、たとえば排気管３の延在方向へ移動可能である場合、排気管３の周面に沿って湾曲してよい。図２（Ａ）の閉位置にある断熱カバー１４は、排気管３の延在方向に沿って移動して、図２（Ｂ）に示すように収容凹部１１から外れる。断熱カバー１４が図２（Ｂ）の開位置にある場合、収容凹部１１について倒姿勢に収容されていた略薄板状の熱交換器１２は、排気管３の内へ向かって立ち上がる立姿勢に回転駆動可能になる。
【００２６】
図３は、図２の排熱回収装置１０の制御系の説明図である。
図３の排熱回収装置１０の制御系は、熱媒体温度センサ１５、タイマ１６、回転アクチュエータ１７、開閉アクチュエータ１８、およびこれらが接続される排熱回収ＥＣＵ１９、を有する。
【００２７】
熱媒体温度センサ１５は、熱交換器１２に循環する熱媒体の温度を検出する。熱媒体温度センサ１５は、たとえば図２に示すように熱交換器１２から排出される熱媒体の流路に設けられる。
タイマ１６は、経過時間や時刻を計測する。
回転アクチュエータ１７は、回転軸１３を回転駆動する。これにより、熱交換器１２は、回転軸１３の周囲で回転駆動されて、倒姿勢と立姿勢との間で切り替わる。回転アクチュエータ１７は、たとえばモータでよい。回転アクチュエータ１７は、回転軸１３を回転駆動するとともに、回転軸１３を任意の回転量で保持可能でよい。回転軸１３を任意の回転量で保持するために、任意のラチェット機構などを用いてよい。
開閉アクチュエータ１８は、断熱カバー１４を収容凹部１１からずらすように移動駆動する。開閉アクチュエータ１８は、たとえば断熱カバー１４を閉位置に維持する付勢力に抗して開位置まで移動駆動するモータでよい。
【００２８】
排熱回収ＥＣＵ１９は、排熱回収装置１０のセンサの検出信号などに基づいて、排熱回収装置１０の各部の作動または停止を制御する。
排熱回収ＥＣＵ１９は、自動車１を制御するために自動車１に設けられる複数のＥＣＵの一種である。図３には、この他にもエンジンＥＣＵ２１、空調ＥＣＵ２２、バッテリ管理ＥＣＵ２３、充電ＥＣＵ２４、が例示されている。これら複数のＥＣＵは、自動車１に設けられる車載ネットワーク２０により双方向通信可能に接続される。
たとえばエンジンＥＣＵ２１は、寒い冬季においてエンジン２を始動すると、エンジン２始動を空調ＥＣＵ２２へ通知する。空調ＥＣＵ２２は、エンジン２始動の通知を受けた際に車室へ供給する空気をヒータコアにより加熱する必要がある場合、エンジン２に循環させていた熱媒体を排熱回収装置１０に循環して加熱するために、排熱回収開始要求を排熱回収ＥＣＵ１９へ送信する。排熱回収ＥＣＵ１９は、開閉アクチュエータ１８および回転アクチュエータ１７を制御し、断熱カバー１４を開位置に制御するとともに熱交換器１２を立姿勢に制御する。これにより、空調ＥＣＵ２２は、始動直後であるために温まっていないエンジン２へ熱媒体を循環させるのではなく、エンジン２で燃焼された高温の排気ガスから排熱を回収する排熱回収装置１０へ熱媒体を循環させて、エンジン２が温まる前に排気ガスで温めた暖気を車室へ供給することができる。
また、エンジン２が温まると、排熱回収ＥＣＵ１９は、空調ＥＣＵ２２からの排熱回収終了要求に基づいて開閉アクチュエータ１８および回転アクチュエータ１７を制御し、熱交換器１２を倒姿勢に制御するとともに断熱カバー１４を閉位置に制御する。これにより、熱媒体は、排熱回収装置１０において加熱され難くなる。空調ＥＣＵ２２は、温まったエンジン２に熱媒体を循環させて、暖気を車室へ供給することができる。
【００２９】
図４は、図３の排熱回収ＥＣＵ１９による排熱回収制御のフローチャートである。
排熱回収ＥＣＵ１９は、たとえば自動車１が起動されている期間において、または自動車１に乗員が乗車している期間において、図４の排熱回収制御を繰り返し実行する。
排熱回収装置１０において、排熱回収ＥＣＵ１９は、起動時の初期状態において図２（Ａ）に示すように熱交換器１２を倒姿勢に制御して収容凹部１１に収容し、断熱カバー１４により収容凹部１１を覆う。これにより、熱交換器１２は、排気管３の内の排気ガスの流路から分離された状態に格納される。排気管３の内の排気ガスの排熱は、熱交換器１２に略伝わらない。排熱回収装置１０の熱交換器１２は、排熱を回収しない。
【００３０】
図４のステップＳＴ１において、排熱回収ＥＣＵ１９は、熱交換器１２による排熱回収開始要求の有無を判断する。たとえば空調ＥＣＵ２２は、排熱回収が必要になると、車載ネットワーク２０を通じて排熱回収開始要求を排熱回収ＥＣＵ１９へ送信する。排熱回収開始要求がない場合、排熱回収ＥＣＵ１９は、図４の排熱回収制御を終了する。排熱回収開始要求がある場合、排熱回収ＥＣＵ１９は、処理をステップＳＴ２へ進める。
【００３１】
ステップＳＴ２において、排熱回収ＥＣＵ１９は、排熱回収開始要求に基づいて、開閉アクチュエータ１８により断熱カバー１４を移動駆動する。開閉アクチュエータ１８は、断熱カバー１４を、収容凹部１１を塞ぐ閉位置から図２（Ｂ）に示す開位置へずらす。
【００３２】
ステップＳＴ３において、排熱回収ＥＣＵ１９は、回転アクチュエータ１７により熱交換器１２を回転駆動する。回転アクチュエータ１７は、熱交換器１２を、倒姿勢から回転させて、図２（Ｂ）に示す立姿勢に回動する。これにより、熱交換器１２は、最大に回転して排気管３において立ち、排気管３を流れる排気ガスの排熱を効率よく熱媒体へ伝達する。熱媒体は、高温高圧の排気ガスにより加熱される。
【００３３】
ステップＳＴ４において、排熱回収ＥＣＵ１９は、熱媒体温度センサ１５から熱媒体の検出温度を取得し、検出温度が上限温度と比較する。上限温度は、たとえば熱媒体の使用温度範囲の上限温度でよい。また、上限温度は、熱媒体の上限の耐熱温度でもよい。検出温度が上限温度以上である場合、排熱回収ＥＣＵ１９は、処理をステップＳＴ５へ進める。検出温度が上限温度より低い場合、排熱回収ＥＣＵ１９は、処理をステップＳＴ７へ進める。
【００３４】
ステップＳＴ５において、排熱回収ＥＣＵ１９は、後述するステップＳＴ６での前回の調整の後に所定の調整後期間が経過したか否かを判断する。排熱回収ＥＣＵ１９は、タイマ１６の計測時間に基づいて、前回の調整から調整後期間が経過したか否かを判断してよい。調整後期間は、たとえば後述するステップＳＴ６での熱交換器１２の角度調整の後に、その調整後の状態において排気ガスから熱媒体への熱交換が平衡状態となり得る時間に相当する期間とすればよい。調整後期間が経過している場合、再調整のために、排熱回収ＥＣＵ１９は、処理をステップＳＴ６へ進める。調整後期間が経過していない場合、排熱回収ＥＣＵ１９は、処理をステップＳＴ７へ進める。
【００３５】
ステップＳＴ６において、排熱回収ＥＣＵ１９は、熱媒体の加熱を抑制するための制御を実行する。
たとえば、排熱回収ＥＣＵ１９は、熱媒体を排気管３において倒すように、回転アクチュエータ１７により熱交換器１２を所定量で回転駆動する。回転アクチュエータ１７は、熱交換器１２を流れる熱媒体の温度が高温になると、熱交換器１２を倒すように回転駆動する。これにより、熱交換器１２についての排気管３での立角度が小さくなり、熱交換器１２を通過する排気ガスの量が減り、熱媒体へ伝達される熱量が減る。
また、熱交換器１２を複数回にわたって倒した場合、熱交換器１２は、最終的には収容凹部１１に収容されるまで倒れる。熱交換器１２は、断熱カバー１４を開いた収容凹部１１に倒姿勢で収容され得る。この状態でも熱媒体が加熱されている場合、排熱回収ＥＣＵ１９は、開閉アクチュエータ１８により断熱カバー１４を移動駆動する。これにより、倒姿勢の熱交換器１２を収容している収容凹部１１は、断熱カバー１４により塞がれる。なお、排熱回収ＥＣＵ１９は、断熱カバー１４を開位置から閉位置までの移動を複数回の制御に分けてもよい。
【００３６】
ステップＳＴ７において、排熱回収ＥＣＵ１９は、排熱回収終了要求の有無を判断する。たとえば空調ＥＣＵ２２は、排熱回収が不要になると、車載ネットワーク２０を通じて排熱回収終了要求を排熱回収ＥＣＵ１９へ送信する。排熱回収終了要求がない場合、排熱回収ＥＣＵ１９は、処理をステップＳＴ４へ戻す。排熱回収ＥＣＵ１９は、排熱回収終了要求があるまで、ステップＳＴ４からステップＳＴ７までの処理を繰り返す。この間、熱交換器１２は、排気ガスの排熱を熱媒体へ伝え続ける。排熱回収終了要求がある場合、排熱回収ＥＣＵ１９は、処理をステップＳＴ８へ進める。
【００３７】
ステップＳＴ８において、排熱回収ＥＣＵ１９は、排熱を回収しないように、回転アクチュエータ１７により熱交換器１２を倒姿勢に回転駆動する。回転アクチュエータ１７は、熱交換器１２を、排気管３の延在方向に沿うように倒姿勢に回転駆動する。
ステップＳＴ９において、排熱回収ＥＣＵ１９は、開閉アクチュエータ１８により断熱カバー１４を移動駆動する。開閉アクチュエータ１８は、断熱カバー１４を、収容凹部１１を覆う閉位置まで移動駆動する。熱交換器１２は、断熱カバー１４に覆われた収容凹部１１に収容され、排気ガスの排熱から分離される。
【００３８】
以上のように、本実施形態では、自動車１の排熱回収装置１０の熱交換器１２は、自動車１のエンジン２の排気ガスを排出する排気管３の中央から外側へずれた位置において、ここでは排気管３の周面と接するようになる位置において、排気管３の延在方向に沿って回転可能に設けられる回転軸１３により一端縁が軸支される。そして、回転アクチュエータ１７は、熱交換器１２を回転軸１３の周囲で回転駆動する。
【００３９】
たとえば排熱を回収しない場合、回転アクチュエータ１７は、熱交換器１２を、排気管３の延在方向に沿うように倒姿勢とする。倒姿勢の熱交換器１２は、熱交換器１２の全体が排気管３の中央から外へずれた位置になる。したがって、倒姿勢の熱交換器１２は、排気管３を流れる排気ガスの流れを分断し難くなる。熱交換器１２が倒れている状態での排気ガスの流れは、排気管３についての熱交換器１２の上流側の部位および下流側の部位と同様に、１つの流れとなりえる。排気ガスは、熱交換器１２が配置される部位を含めて、排気管３を効率よく流れる。
これに対して、仮にたとえば熱交換器１２が排気管３の中央の位置において回転可能に設けられる回転軸１３により軸支されている場合、熱交換器１２が排気管３の延在方向に沿うように倒姿勢となったとしても、その全体が排気管３の中央に残存する。排気管３の中央で倒れている熱交換器１２により、排気ガスは、２つの流れに分断される。熱交換器１２の上流側において１つの流れになっている排気ガスは、熱交換器１２により二分され、熱交換器１２の下流側において再合流して１つの流れに戻る。この場合、熱交換器１２の下流側では、熱交換器１２の下流側へ巻き込まれるように２つの相反する向きの流れが合流する。２つの相反する向きの流れが合流すると、渦流が発生する。排気管３において渦流が発生すると、排気管３の延在方向に沿った排気ガスの流れが阻害され、排気効率が低下する。しかも、熱交換器１２により排気効率が定常的に低下するため、所定の流量を得るためには、排気管３は、その低下分を補うように、熱交換器１２が無い場合より大径に形成しなければならない。排熱回収するために、排気管３を大径化すると、自動車１の全体的な設計にも影響が生じえる。本実施形態では、このように排気管３を大径化することなく、排気管３に熱交換器１２を設けて、その排気管３での排気ガスの流量を確保することが可能である。
【００４０】
しかも、本実施形態では、排熱を回収する場合、回転アクチュエータ１７は、熱交換器１２を、倒姿勢から回転させて排気管３に立てる。これにより、熱交換器１２にあたって通過する排気ガスの量を増やして、熱交換器１２は、排気ガスの排熱を効率よく回収することができる。しかも、この立てた状態においても、熱交換器１２は、排気管３の外周の近くから中央へ向けて立っているので、立っている熱交換器１２についての回転軸１３の側の一端縁と排気管３との間へ向かうような排気ガスの流れは生じ難い。したがって、排気管３において熱交換器１２が立っている状態においても、排気ガスの流れは、熱交換器１２により二分されにくい。排気ガスの流れは、立っている熱交換器１２を通過する際に大きな２つの流れに二分されにくくなり、熱交換器１２の上流側から下流側にかけて１つの流れを維持し得る。
【００４１】
また、本実施形態では、排熱回収用の熱交換器１２が排気管３の内部において回転可能に設けられる。したがって、本実施形態では、排熱回収用の熱交換器１２を設けるために、排気管３に分岐管を接続してその分岐管に熱交換器１２を設ける必要がない。本実施形態の排熱回収装置１０は、既存の排気管３の内部空間を好適に使用して、排気管３の外側に必要となるスペースを必要最小限とすることができ、自動車１において小型に設けることができる。自動車１の全体的な設計を、排熱回収装置１０を設けるために変更する必要はない。
【００４２】
本実施形態では、倒姿勢の熱交換器１２は、回転軸１３とともに、排気管３の周面の一部を外へ凸にしてなる収容凹部１１に収容される。熱交換器１２が倒姿勢にある状態での排気管３の断面は、熱交換器１２の上流側の部位での断面や、下流側の部位での断面と同等のものになる。本実施形態では、熱交換器１２が倒れている状態において、熱交換器１２による排気ガスの圧損をほぼ無くすことができる。
【００４３】
本実施形態では、回転軸１３は、収容凹部１１において倒姿勢の熱交換器１２より上流側に位置する。これにより、倒位置から回転駆動されて排気管３の内側で立ち上がる熱交換器１２は、排気ガスの流れの下流側から上流側へ向かうように回転して立ち上がる。
これに対して、仮にたとえば回転軸１３が倒姿勢の熱交換器１２より下流側に位置する場合、熱交換器１２は、排気ガスの流れの上流側から下流側へ向かうように回転して立ち上がる。斜めの姿勢にある熱交換器１２は、排気管３での排気ガスの流れの一部を直接的に巻き込んで、二分する。斜め状態にある熱交換器１２によって、高い圧損が生じやすい。本実施形態では、このように高い圧損を生じ難くできる。
【００４４】
本実施形態では、収容凹部１１に対して、それを覆う断熱カバー１４を設ける。そして、開閉アクチュエータ１８は、断熱カバー１４を収容凹部１１からずらすように駆動する。たとえば排熱を回収しない場合、開閉アクチュエータ１８は、断熱カバー１４により収容凹部１１を覆う。断熱カバー１４により覆われる収容凹部１１の内部には、排気管３を流れる排気ガスの熱が伝わり難くなる。収容凹部１１に収容される倒姿勢の熱交換器１２には、排気ガスの熱が伝わり難くなる。
しかも、排熱を回収する場合には、開閉アクチュエータ１８は、断熱カバー１４を収容凹部１１からずらす。したがって、熱交換器１２には、収容凹部１１に収容される倒姿勢であっても、排気ガスの熱が伝わるようになる。また、回転アクチュエータ１７が、熱交換器１２を倒姿勢から回転駆動することで、熱交換器１２は、排気ガスの排熱を効率よく回収できる。
【００４５】
本実施形態では、回転アクチュエータ１７は、熱交換器１２を流れる熱媒体の温度が高温になると、熱交換器１２を倒すように回転駆動する。これにより、熱交換器１２を流れる熱媒体の温度が、異常に高温となることが起きないようにできる。
【００４６】
本実施形態では、熱交換器１２は、排気管３において触媒装置４より下流側に設けられる。よって、排熱回収装置１０は、エンジン２から排気される非常に高温高圧の排気ガスではなく、触媒装置４において温度および圧力が低下した排気ガスから、排気ガスの排熱を回収することができる。排熱回収装置１０の熱交換器１２などには、エンジン２から排気される非常に高温高圧の排気ガスに耐えられるように高性能な材料を使用しないでよい。
【００４７】
図５は、第一実施形態に係る自動車１の排熱回収装置１０の第一変形例の説明図である。
図５（Ａ）は、熱交換器１２を排気管３の延在方向に沿う倒姿勢にして収容凹部１１に収容した状態である。
図５（Ｂ）は、熱交換器１２を倒姿勢から回転させて排気管３の内で立てた状態である。
図５の排熱回収装置１０は、断熱カバー１４を有さない。この場合でも、熱交換器１２を、収容凹部１１に収まるように倒姿勢と、排気管３において立つ立姿勢との間で切り替えるように回転駆動することにより、排気ガスの排熱を熱交換器１２により効率よく回収したり、熱交換器１２により回収し難くしたりできる。
【００４８】
図６は、第一実施形態に係る自動車１の排熱回収装置１０の第二変形例の説明図である。
図６（Ａ）は、熱交換器１２を排気管３の延在方向に沿う倒姿勢にした状態である。
図６（Ｂ）は、熱交換器１２を倒姿勢から回転させて排気管３の内で立てた状態である。
図６の排熱回収装置１０は、収容凹部１１を有さない。この場合、回転軸１３は、排気管３の中に設けられる。ただし、図６では、回転軸１３は、排気管３の中央から外側へずれた位置に、ここでは排気管３の周面と接する程度に外側へずれた位置に設けられる。この場合、倒姿勢に制御される熱交換器１２は、排気管３の外周に沿うように、排気管３の中央から外側へずれた位置において倒れる。排気管３の中央において倒姿勢にする場合と比べて、排気ガスの流れは、熱交換器１２により二分され難い。
【００４９】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る自動車１の排熱回収装置１０について説明する。以下の説明では、主に、上述した実施形態との相違点について説明する。上述した実施形態と同様の構成要素については、上述した実施形態と同じ符号を使用し、その説明を省略する。
【００５０】
図７は、本発明の第二実施形態に係る自動車１の排気管３に設けられる排熱回収装置１０の機械的な構成の説明図である。
図７（Ａ）は、熱交換器１２を排気管３の延在方向に沿う倒姿勢にして収容凹部１１に収容した状態である。
図７（Ｂ）は、熱交換器１２を倒姿勢から回転させて排気管３の内側で立てた状態である。
【００５１】
図７の排熱回収装置１０は、収容凹部１１に対して設けられる断熱カバー１４の替わりに、熱交換器１２の表面を覆う断熱シャッタ３１、を有する。
断熱シャッタ３１は、熱交換器１２の表面において上下方向に配列される複数の短冊形状の板で構成される。各短冊形状の板は、その下縁において熱交換器１２の表面に取り付けられる。
この場合、たとえば図７（Ｂ）に示すように熱交換器１２が立姿勢にあるとき、各短冊形状の板は、その上縁が熱交換器１２の表面から離れるように開く。
また、たとえば図７（Ａ）に示すように熱交換器１２が倒姿勢にあるとき、各短冊形状の板は、熱交換器１２の表面に沿って閉じる。
【００５２】
そして、排熱回収ＥＣＵ１９は、図４と同様の制御により、熱交換器１２による排熱の回収を制御する。
ただし、開閉アクチュエータ１８は、図４のステップＳＴ２の替わりにステップＳＴ３に続く処理により、複数の短冊形状の板で構成される断熱シャッタ３１を、熱交換器１２の表面を露出するように駆動する。排熱を回収する場合、開閉アクチュエータ１８は、熱交換器１２の表面に対して断熱シャッタ３１を開くように、断熱シャッタ３１を開く。これにより、熱交換器１２の表面が露出し、排気ガスは効率よく熱交換器１２を通過できる。
また、開閉アクチュエータ１８は、図４のステップＳＴ９の替わりにステップＳＴ８に先んじる処理により、複数の短冊形状の板で構成される断熱シャッタ３１を、熱交換器１２の表面を覆うように駆動する。排熱を回収しない場合、開閉アクチュエータ１８は、断熱シャッタ３１により熱交換器１２の表面を覆うように、断熱シャッタ３１を閉じる。
【００５３】
以上のように、本実施形態では、熱交換器１２の表面を覆う断熱シャッタ３１を設ける。そして、開閉アクチュエータ１８は、熱交換器１２の表面を露出するように断熱シャッタ３１を駆動する。たとえば排熱を回収しない場合、開閉アクチュエータ１８は、断熱シャッタ３１により熱交換器１２の表面を覆う。断熱シャッタ３１により表面が覆われる熱交換器１２には、排気ガスの熱が伝わり難くなる。
しかも、排熱を回収する場合には、開閉アクチュエータ１８は、断熱シャッタ３１の表面を露出するように断熱シャッタ３１を駆動する。したがって、熱交換器１２には、排気ガスの熱が伝わるようになる。また、回転アクチュエータ１７が、熱交換器１２を倒姿勢から回転駆動することで、熱交換器１２は、排気ガスの排熱を効率よく回収できる。
【００５４】
本実施形態では、断熱シャッタ３１は、開閉アクチュエータ１８により駆動されることにより、熱交換器１２の表面に対して開閉する。
この他にもたとえば、断熱シャッタ３１は、熱交換器１２が立姿勢となる場合に侍従により熱交換器１２の表面に対して開くようにしてもよい。この場合でも、熱交換器１２を倒姿勢とした場合には、断熱シャッタ３１は、自重により熱交換器１２の表面に対して閉じることができる。断熱シャッタ３１は、自重により熱交換器１２の表面に対して開閉できる。
【００５５】
図８は、第二実施形態に係る自動車１の排熱回収装置１０の変形例の説明図である。
図８（Ａ）は、熱交換器１２を排気管３の延在方向に沿う倒姿勢にした状態である。
図８（Ｂ）は、熱交換器１２を倒姿勢から回転させて排気管３の内で立てた状態である。
図８の排熱回収装置１０は、収容凹部１１を有さない。熱交換器１２は、排気管３の中において回転駆動される。このような場合でも、熱交換器１２の表面に対して断熱シャッタ３１を開閉することにより、排気ガスの排熱が熱交換器１２に伝わり難くすることができる。
【００５６】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る自動車１の排熱回収装置１０について説明する。以下の説明では、主に、上述した実施形態との相違点について説明する。上述した実施形態と同様の構成要素については、上述した実施形態と同じ符号を使用し、その説明を省略する。
【００５７】
図９は、本発明の第三実施形態に係る自動車１の排気管３に設けられる排熱回収装置１０の機械的な構成の説明図である。
図９（Ａ）は、熱交換器１２を収容凹部１１に収容させた状態である。
図９（Ｂ）は、熱交換器１２を排気管３の内に立てた状態である。
図９の排熱回収装置１０において、回転軸１３は、収容凹部１１によって排気管３の周面に形成される開口についての排気管３の延在方向の中央部に設けられる。回転軸１３は、排気管３の延在方向に沿って回転可能に設けられる。
【００５８】
開口は、回転軸１３により軸支される閉塞材３２により閉塞される。
熱交換器１２は、閉塞材３２に対して立設するように、一端部が回転軸１３に軸支される。
【００５９】
そして、排熱回収ＥＣＵ１９は、図４と同様の排熱回収制御により、熱交換器１２による排熱の回収を制御する。ただし、開閉アクチュエータ１８を用いた処理であるステップＳＴ２、ステップＳＴ９は不要である。回転アクチュエータ１７は、熱交換器１２を回転軸１３の周囲で回転駆動する。
たとえば、排熱を回収しない場合、回転アクチュエータ１７は、図９（Ａ）に示すように熱交換器１２が開口の外側の収容凹部１１に位置するように、熱交換器１２を回転駆動する。回転アクチュエータ１７は、開口が閉塞材３２により塞がれる位置において、熱交換器１２の回転駆動を停止する。
排熱を回収する場合、回転アクチュエータ１７は、図９（Ｂ）に示すように熱交換器１２が排気管３の内に位置するように、熱交換器１２を回転駆動する。回転アクチュエータ１７は、開口が閉塞材３２により塞がれる位置において、熱交換器１２の回転駆動を停止する。
また、本実施形態の熱交換器１２は、図９（Ｂ）のように排気管３の内に位置する場合でも、排気管３の全体を塞ぐことがないサイズに形成されている。これにより、排気管３の全体を略塞ぐサイズに熱交換器１２を形成した場合より熱交換の効率が低下するが、その分、熱媒体が異常に高温となり難くできる。
【００６０】
以上のように、本実施形態では、上述した実施形態と同様に、排熱回収用の熱交換器１２を、排気管３において回転可能に設けているため、排熱回収用の熱交換器１２を設けるために排気管３に対して分岐管を設けたりする必要がない。本発明の排熱回収装置１０は、既存の排気管３の内部を好適に利用して、小型で、かつ追加のスペースを最小限とするように、自動車１に設けることができる。
【００６１】
なお、本実施形態の熱交換器１２の表面に、断熱シャッタ３１を設けてもよい。
【００６２】
以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明は、これに限定されるのもではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１…自動車（車両）、２…エンジン、３…排気管、４…触媒装置、１０…排熱回収装置、１１…収容凹部、１２…熱交換器、１３…回転軸、１４…断熱カバー、１５…熱媒体温度センサ、１６…タイマ、１７…回転アクチュエータ、１８…開閉アクチュエータ、１９…排熱回収ＥＣＵ、３１…断熱シャッタ、３２…閉塞材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020204299.tif 000008
【図７】
2020204299.tif 000009
【図８】
2020204299.tif 000010
【図９】
2020204299.tif 000011