(57)【要約】【課題】  本発明は、回収熱量を高め、暖機時間を短縮することができ、さらにキャビンスペースを拡張することができる排気熱回収器を提供する。【解決手段】  少なくともオイルパン２を有するエンジン１と、エンジン１から排出される排ガスが通る排気管５１，５２と、一部もしくは全部がエンジン１の車両前方に設けられ、排ガスを浄化する触媒６と、熱交換媒体を備え、前記熱交換媒体と排ガスとの間で熱交換を行う排気熱回収器７とを有する排気熱回収装置であって、前記排気熱回収器７は、触媒６の下流側における排気管５２の途中に設けられ、かつ、前記排気熱回収器７の一部が、少なくとも前記オイルパン２底部の下方に設けられている排気熱回収装置。【選択図】        図２
2018119414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともオイルパンを有するエンジンと、エンジンから排出される排ガスが通る排気管と、一部もしくは全部がエンジンの車両前方に設けられ、排ガスを浄化する触媒と、熱交換媒体を備え、前記熱交換媒体と排ガスとの間で熱交換を行う排気熱回収器とを有する排気熱回収装置であって、
前記排気熱回収器は、触媒の下流側における排気管の途中に設けられ、かつ、前記排気熱回収器の一部が、少なくとも前記オイルパン底部の下方に設けられていることを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項２】
前記排気熱回収器の一部が、少なくとも前記オイルパン底部の下面と、サスペンションフレーム下端位置を含む平面との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
【請求項３】
前記排気熱回収器には、熱交換媒体の入力管と出力管が設けられ、前記入力管と出力管はいずれも前記サスペンションフレーム下端位置を含む平面よりも上方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
【請求項４】
前記出力管は、前記エンジンのラジエータとウォータポンプの間に配置される排出水配管に管体を介して連結されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の排気熱回収装置。
【請求項５】
前記管体は、前記排出水配管と前記触媒との間に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の排気熱回収装置。
【請求項６】
前記入力管にはヒータコアの排出水が入力されることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の排気熱回収装置。
【請求項７】
前記排気熱回収器は、熱交換媒体が通る第一の流路と、該第一の流路の外周部に備えられている排ガスが通る第二の流路とを備え、第二の流路は第一の流路とオイルパンとの間に配置されていることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載の排気熱回収装置。
【請求項８】
前記排気管は、オイルパン底部の下方からドライブシャフトの上方に向けて屈曲する屈曲部を備え、第一の流路の車両後端は、前記屈曲部より車両前側に位置していることを特徴とする請求項７に記載の排気熱回収装置。
【請求項９】
前記第一の流路の車両後端は、前記エンジンのエンジントルクロッドの車両前端よりも車両前側に位置していることを特徴とする請求項７または８に記載の排気熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両エンジン排ガス中の熱をエンジン熱交換媒体に伝える排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排熱回収器がフロアトンネルの内部に配設された構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１２１５５７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、特許文献１に記載の排熱回収器は、フロアトンネルの内部に配設されているため、フロントエンジンの車両では、排気ガス流路が長くなり、排熱回収器に流入する排ガス温度が低下するため、回収熱量が減少し、暖機時間の短縮が不十分になりやすい。
また、熱交換媒体流路が長くなるため、熱交換媒体の重量が多くなり、冷却水の温度上昇に遅延が生じやすく、暖機時間の短縮が不十分になりやすい。
また、冷却水流路の放熱面積が大きいため、冷却水が回収した熱量が暖機に使われる前に大気に放出されやすく、暖機時間の短縮が不十分になりやすい。
また、排熱回収器は、フロアトンネルの内部に配設されているため、キャビンスペースが圧迫されてしまう。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決し、暖機時間を短縮しつつ、キャビンスペースを拡張することができる排気熱回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、少なくともオイルパンを有するエンジンと、エンジンから排出される排ガスが通る排気管と、一部もしくは全部がエンジンの車両前方に設けられ、排ガスを浄化する触媒と、熱交換媒体を備え、前記熱交換媒体と排ガスとの間で熱交換を行う排気熱回収器とを有する排気熱回収装置であって、前記排気熱回収器は、触媒の下流側における排気管の途中に設けられ、かつ、前記排気熱回収器の一部が、少なくとも前記オイルパン底部の下方に設けられていることにある。
【発明の効果】
【０００７】
排ガス温度が高くなり、熱交換媒体保有量が少なくなり、熱交換媒体流路の放熱面積が小さくなるため、暖機時間を短縮することができ、さらにキャビンスペースを拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】車両のエンジン下方を斜め下側から見た斜視図である。
【図２】排気熱回収器及びラジエータを車両前方から見た斜視図である。
【図３】排気熱回収器を車両右側から見た概念図である。
【図４】排気熱回収装置をエンジン側面から見た概念図である。
【図５】排気熱回収器をエンジン下面側から見た底面図である。
【図６】排気熱回収器を車両の前方から見た概念図である。
【図７】排気熱回収器を上面から見た拡大平面図である。
【図８】排気熱回収器を側面から見た概念断面図である。
【図９】（ａ）は図８のＡ−Ａ線概念断面図である。（ｂ）は（ａ）の変形例である。（ｃ）は（ａ）の別の変形例である。
【図１０】排気熱回収器を設けたエンジンと熱交換媒体の流れを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図１ないし図１０に示す図面を参照しながら詳細に説明する。
図１ないし図６はエンジンとその周囲に設けられた排気熱回収装置を示したものである。図１はエンジン１下部を側方から見上げたもので、最下面にはオイルパン２が設けられている。３はエンジン１側面に設けられているフライホイールである。エンジン１の前方にはエンジン１に熱交換媒体を送るラジエータ４が設けられ、ラジエータ４の後方にはエンジン１の排気ガスが送られる排気管５１が設けられ、この排気管５１の途中には触媒が入ったケース６が設けられている。触媒ケース６の下流には管状の排気熱回収器７が車両の前方から後方に向けて設けられ、この排気熱回収器７の下流には排気管５２が接続され、この排気管５２の下流には、更に図示しないマフラーが連結されている。前記排気管５２は、サスペンションフレーム８の上方を通過して配設され、該サスペンションフレーム８の上方では逆Ｕ字状に湾曲して形成されている。
【００１０】
前記サスペンションフレーム８はエンジン１の後方に配置されており、このサスペンションフレーム８の左右の両側には、図示しない懸架装置を介して左右の車輪が設けられている。
前記排気熱回収器７は、前記オイルパン２の底部２ａを車体の前後方向に通過するように、前記オイルパン２の下方側に近接して配置されており、前記オイルパン２へ排気ガスの熱を効率よく輻射するように配置されている。前記オイルパン２は、底面側の左右の一側が凹部２ｂに形成されており、この凹部２ｂの位置を通過するように前記排気熱回収器７が配置されている。前記排気熱回収器７は、サスペンションフレーム８の下端位置を含む平面、すなわちサスペンションフレーム８の下面を延長した水平面Ｈよりも上方位置に配置されている（図４参照）。
【００１１】
前記排気熱回収器７は、図８に示すように管状の回収器本体７０からなる外筒７ａと、この外筒７ａの内部に同心状に配設された内筒７ｂで構成されている。回収器本体７０は、側面視で、車体の前後方向に略水平に配置され、かつ触媒ケース６側を一部斜め上方に傾斜させて形成されている。また、平面視で、図７に示すように、サスペンションフレーム８側の一部を斜め左側に向くように配置されている。
前記排気熱回収器７は、外筒７ａの内部に構成される排ガス流路７１と、この外筒７ａの内部に図９（ａ）に示すように、同心状に配設された内筒７ｂからなる一定長さの熱交換媒体（クーラント）通路７２とで構成されている。前記外筒７ａと内筒７ｂの間には、内筒７ｂの周面に伝熱フィン７３が放射状に設けられている。この伝熱フィン７３は、排ガス流路７１と熱交換媒体通路７２との間に軸方向に一定長さＬに亘って設けられている。
熱交換媒体通路７２の前後側面には、熱交換媒体が導入される入力管７４と、熱交換媒体が排出される出力管７５が連結されており、これら入力管７４と、出力管７５は回収器本体７０の側面を貫通して外部に導出されている。入力管７４は、回収器本体７０の下流側に設けられ、出力管７５は、回収器本体７０の上流側に設けられている。
入力管７４は排気熱回収器７と後述するヒータコアを連結するもので、出力管７５は排気熱回収器７と後述するウォータインレットパイプまたはラジエータアウトレットパイプを連結するものである。
また、図７に示すように出力管７５は、車両上面視における排気熱回収器７の中心線に対して、オルタネータ側（車両右側）に設けられている方が好ましい。これにより、出力管７５とラジエータ４からの排出水配管７６との距離を近づけることができるため、エンジン１と排気熱回収器７との間で往復する冷却水経路をより短くできる。
入力管７４と出力管７５は、車両前後方向においてどちらが車両前側に配置されていても構わない。
なお、排ガス流路７１と熱交換媒体通路７２は、図９（ｂ）に示すように回収器本体７０である外筒７ａの偏心位置に熱交換媒体通路７２である内筒７ｂを配置してもよい。また、図９（ｃ）に示すように熱交換媒体通路７２２は多角形に形成したものを用いてもよい。
【００１２】
前記排気熱回収器７は、図８に示すように回収器本体７０の排ガス通路７１の排気ガスの流れＸと熱交換媒体通路７２の熱交換媒体の流れＹを逆方向になるように構成されており、伝熱フィン７３によって効率的に排気ガスを冷却できるようにしている。
【００１３】
図１０は、エンジン１を冷却する熱交換媒体の流れを示したもので、エンジン１を冷却することによって加熱された熱交換媒体はヒータ（ヒ―タコア）１０に送られ、ヒータ１０を加熱するとともに、前記排気熱回収器７に供給される。排気熱回収器７からの排ガスによって加熱された熱交換媒体は、ラジエータ４によって冷却された熱交換媒体と合流してウォータポンプ１１によってエンジン１に供給される。前記排気熱回収器７は出力管７５に連結された排出水配管（ラジエータアウトレットパイプ４１またはウォータインレットパイプ４２）７６を介してウォータポンプ１１に連結されている。
エンジン１からの熱交換媒体はサーモバルブ１２にも送られ、ＣＶＴ（無段変速機）クーラ１３に供給されてからウォータポンプ１１によってエンジン１に供給される。
【００１４】
上記実施の形態によれば、触媒が入った触媒ケース６に近いオイルパン２底部の下方における排気管内の排ガスの温度の方が、フロアトンネル下の排気管内の排ガスの温度よりも１５０〜２００℃程度高温である。そのため、フロアトンネル下に排気熱回収器７を配置するよりも、オイルパン２の底部の下に配置する方が熱交換媒体との温度差が大きく、排熱回収量が大きい。さらに、排気熱回収器７をサスペンションフレーム８の下端位置を含む平面、すなわちサスペンションフレーム８の下面を延長した水平面よりも上方位置に配置することで、排気熱回収器７をよりオイルパン２に近づけることができ、排気ガスからオイルパンへの熱輻射量を増やすことができる。よって、熱交換媒体への回収熱量を向上することができ、暖機にかかる時間を短縮することができる。
【００１５】
上記実施の形態では、排気熱回収器７をエンジン１に近い、オイルパン２の底部の下方に設置したため、エンジン１と排気熱回収器７との間の熱交換媒体流路７２が短くなる。よって、内部に保有する熱交換媒体の容量を低減できる。そのため、熱交換媒体の温度上昇の遅延を抑制できるため、熱交換媒体が温まり易いことから、暖機にかかる時間を短縮することができ、さらに、軽量化を図ることもできる。
さらに、熱交換媒体流路７２からの放熱面積を小さくできることから、放熱量を低減できるため、熱交換媒体が回収した熱量が暖機に使われる前に大気に放出されることを抑制することができる。よって、暖機にかかる時間を短縮することができ、ウォータポンプ１１の負担を抑制でき、エンジン１の出力の低下を抑制することができる。
【００１６】
フロアトンネル下に排気熱回収器７を配置するとキャビンスペースを圧迫してしまうが、本発明ではフロアトンネル下に排気熱回収器７を配置しないため、キャビンスペースを圧迫することがない。よって、キャビンスペースを拡張でき、乗員の快適性が向上する。また、フロアトンネル周辺の設計自由度が向上する。
サスペンションフレーム８下端位置を含む水平面Ｈよりも上方に排気熱回収器７を配置するため、不測の事態においても、排気熱回収器７の近傍にあるサスペンションフレーム８が先に地面と接触し、排気熱回収器７が地面に接触することを抑制できる。よって、排気熱回収器７の破損を抑制することができる。
【００１７】
前記排気熱回収器７には、熱交換媒体の入力管７４と出力管７５が設けられ、前記入力管７４と出力管７５はいずれも前記サスペンションフレーム８下端位置を含む平面よりも上方に設けられているので、サスペンションフレーム８が先に地面と接触し、排気熱回収器７に備えられた入力管７４と出力管７５が地面に接触することを抑制することができる。よって、排気熱回収器７の破損を抑制することができる。
【００１８】
前記出力管７５は、前記エンジン１のラジエータ４とウォータポンプ１１の間に配置される排出水配管７６に図示しない管体を介して連結されているので、暖機運転時においては、出力管７５からの熱交換媒体（冷却水）はラジエータ４を通らないので、ラジエータ４による冷却がなされることがない。また、出力管７５とウォータポンプ１１の距離が近いため、熱交換媒体（冷却水）は回収した熱量を保持したまま、ウォータポンプ１１に即座に到達させることができる。よって、暖機にかかる時間を短縮することができる。
【００１９】
前記管体は、前記排出水配管７６と前記触媒ケース６との間に配置されているので、前記排出水配管７６と前記触媒ケース６との間に前記管体が配置されていない場合に対して、排出水配管７６は触媒からの輻射熱を受けにくくなるため、排出水配管７６を通る冷却水の温度は上がりにくくなる。よって、暖機運転の終了後においては、前記排出水配管７６と前記触媒ケース６との間に前記管体が配置されていない場合に対して、ラジエータ４からの排出水は触媒による温度上昇を抑制することができる。したがって、ラジエータ４の体積を減少でき、エンジン１を充分に保護することができる。
【００２０】
前記入力管７４にはヒータ（ヒータコア）１０の排出水が入力されるので、ヒータ（ヒータコア）１０で冷却されない場合に対して冷却水への回収熱量を抑制できる。
したがって、熱遮断性能（暖機運転の終了後に求められる、熱を回収しない性能）が向上する。
【００２１】
前記排気熱回収器７は、前記入力管７４と出力管７５との間に連結されており、内筒７ｂに設けられた熱交換媒体が通る熱交換媒体通路７２としての第一の流路７２Ａと、内筒７ｂと排気熱回収器７の外筒７ａとの間に備えられている排ガス流路７１としての第二の流路７１Ａとを備え、少なくともオイルパン２側は第二の流路７１Ａと近接して設けられているので、次のような効果を奏することができる。
従来の特許文献１のような排熱回収器は、熱交換部の外周側に冷却水流路が配された構造であるため、約９０℃の冷却水の温度に由来した輻射熱がオイルパン２に伝わる。本発明の排気熱回収器７の構造の場合は、第一の流路７２Ａである熱交換部としての冷却水通路７２の外周側に第二の流路７１Ａである外筒７ａ側の排ガス流路７１が配された構造であるため、約３００〜５００℃と高温の排ガスの温度に由来した輻射熱がオイルパン２に伝わる。
そのため、フロアトンネル下に排気熱回収器７を配置するよりも、本発明のオイルパン底部２ａの下方に配置する方が、より高温の熱がエンジンオイルへと回収される。
よって、エンジンオイルへの回収熱量を高めることができる。
【００２２】
前記排気管５２は、オイルパン底部２ａの下方からドライブシャフトの上方に向けて屈曲する屈曲部５ａを備え、第一の流路７２の車両後端は、前記屈曲部より車両前側に位置しているので、以下の効果を奏する。
オイルパン底部２ａの下方の排気管の内部は、凝縮水が溜まりやすい形状となる。ここで、本発明の内筒７ｂ側の第一の流路７２Ａが冷却水の熱交換媒体の流路であり、外筒７ａ側の第二の流路７１Ａが排ガス流路７１であれば、第一の流路７２Ａと第二の流路７１Ａとの熱交換は、凝縮水や、凝縮水が凝固した氷の影響を受けない。そのため、高効率な熱交換を維持できる。
【００２３】
前記第一の流路７２Ａの車両後端は、前記エンジンのエンジントルクロッドの車両前端よりも車両前側に位置しているので、エンジントルクロッドの熱変形の問題を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
上記実施の形態では、熱交換媒体として冷却水を用いているが、水以外の液体でもよく、あるいは気体でも良い。また、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンにも適用することができる。
入力管７４は、図７に示すように車両上面視における排気熱回収器７の中心線に対して、トランスミッション側（車両左側）に設けられている方が好ましい。
入力管７４とヒータコア１０との距離を近づけることができるため、エンジン１と排気熱回収器７との間で往復する冷却水経路を、より短くできる。
出力管７５は、図７に示すように車両上面視における排気熱回収器７の中心線に対して、オルタネータ側（車両右側）に設けられている方が好ましい。
出力管７５とラジエータ４からの排出水配管７６との距離を近づけることができるため、エンジン１と排気熱回収器７との間で往復する冷却水経路をより短くできる。
入力管７４と出力管７５は、車両前後方向においてどちらが車両前側に配置されていても構わない。
なお、出力管７５が車両前側に配置されている方が、エンジン１と排気熱回収器７との間で往復する冷却水経路をより短くできるため、好ましい。
さらに熱電素子を設けてもよい。熱電素子を介して排熱により電気を発生させることができる。
なお、熱電素子は伝熱部である排気熱回収器７、若しくは受熱部であるオイルパン２のどちらでも良い。等、その他、本発明の技術的範囲を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることができるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２５】
１  エンジン
２  オイルパン
３  フライホイール
４  ラジエータ
４１  ラジエータアウトレットパイプ
４２  ウォータインレットパイプ
５１，５２  排気管
６  触媒ケース
７  排気熱回収器
７ａ  外筒
７ｂ  内筒
８  サスペンションフレーム
１０  ヒータ
１１  ウォータポンプ
７０  回収器本体
７１  排ガス流路
７１Ａ  第二の流路
７２、７２２  熱交換媒体通路
７２Ａ  第一の流路
７３  伝熱フィン
７４  入力管
７５  出力管
７６  排出水配管
【図１】
2018119414.tif 000003
【図２】
2018119414.tif 000004
【図３】
2018119414.tif 000005
【図４】
2018119414.tif 000006
【図５】
2018119414.tif 000007
【図６】
2018119414.tif 000008
【図７】
2018119414.tif 000009
【図８】
2018119414.tif 000010
【図９】
2018119414.tif 000011
【図１０】
2018119414.tif 000012