(57)【要約】【課題】自動車等の排気ガスの温度を低減させてヒートアイランド現象を抑制する。【解決手段】車両の内燃機関に接続した排気ガス通路１０の上流に、高温雰囲気下で排気ガスＧを浄化する触媒１３を介設し、触媒１３より下流に水供給手段１４を設け、水供給手段から排気ガスＧに供給される水Ｗを排気ガス圧により気液混合噴霧とすると共に該噴霧を排気ガス熱により気化させて排気ガスＧを低温化させ、該水供給手段１４の下流にフィルターを介在させずに消音マフラー１５を接続し、低温化した排気ガスＧを消音して車外に排出する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の内燃機関の排気ポートに接続した排気ガス通路の上流に、高温雰囲気下で排気ガスを浄化する触媒を介設し、該触媒より下流に水供給手段を設け、該水供給手段から排気ガスに供給される水を排気ガス圧により気液混合噴霧とすると共に該噴霧を排気ガス熱により気化させて排気ガスを低温化させ、該水供給手段の下流にフィルターを介在させずに消音マフラーを接続し、低温化した排気ガスを消音して車外に排出する構成としていることを特徴とする排気ガスの冷却装置。
【請求項２】
上記水供給手段は、車両に搭載する貯水タンクと、該貯水タンクに接続した水供給管と、該水供給管の先端に接続されると共に上記排気ガス通路内に配置される水噴射用のノズルと、上記水供給管に介設するポンプとを備え、該ポンプの駆動制御は乗員の手動操作あるいは／および自動操作される構成としている請求項１に記載の排気ガスの冷却装置。
【請求項３】
上記ポンプの自動の駆動制御手段には、エンジン動作・停止信号が入力され、エンジン動作時のみ上記ポンプを駆動して排気ガス中に水を供給し、かつ、外気温度センサからの信号あるいは／およびＧＰＳからの位置情報信号が入力され、外気温度が設定温度以上のヒートアイランド現象が生じている地域の走行時に、上記ポンプを駆動して排気ガスに水を供給する構成としている請求項２に記載の排気ガスの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの冷却装置に関し、詳しくは、自動車等の内燃機関を有する車両より排出される排気ガスを大気への放出前に冷却するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等の内燃機関を有する車両の排気ガスはＣＯやＮＯｘなどの有害物質を含有しているため、通常は触媒を通して有害物質等を除去した後に大気へ放出している。この触媒は４００℃以上等の高温でなければ十分な浄化作用が得られないため、特開２００１−２９５６８４号公報（特許文献１）に記載されているように、排気ポートからの排気ガスを触媒を活性化する温度以上とするように燃料を噴射させている。よって、触媒を通過した排気ガスは非常に高温となっており、この排気ガスを大気に放出すると、環境温度を上昇させ、所謂ヒートアイランド現象を発生させる一因となる問題がある。
【０００３】
上記した過密都市で問題となっているヒートアイランド現象は、車の排気ガスによる放熱、エアコンの室外機から出る廃熱、気温の上昇を抑える緑地や水辺などの減少などが主原因とされており、特に、高速道路の温度が他に比して異様に高いことから分かるように、自動車の排気ガス熱による地球温暖化への影響は非常に大きいものとなっている。
【０００４】
排気ガスの冷却に関して、特開平９−３８４４８号公報（特許文献２）や特開平１０−６８３１１号公報（特許文献３）において、排気ガス通路内を通過する排気ガスに水を供給し、この水により排気ガスを冷却し、冷却後の有害物質を含む水をフィルターに通して排気ガスから有害物質を除去し、排気ガスの浄化と冷却とを図る装置が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２９５６８４号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平９−３８４４８号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平１０−６８３１１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献２および特許文献３で提案された装置では、水を含む排気ガスをフィルターに通すため、フィルターは目詰まりが発生しやすくなり、フィルターの交換等のメンテナンスが頻発し、実用化は容易でない。かつ、触媒を用いず、水を含む排気ガスをフィルターを通過させるだけでは有害物質の除去が十分でなく、排気ガスの浄化性能が劣る問題もある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、自動車等の排気ガスの温度を低減させてヒートアイランド現象の抑制を図ると共に、排気ガスの浄化性能も挙げることを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、車両の内燃機関の排気ポートに接続した排気ガス通路の上流に、高温雰囲気下で排気ガスを浄化する触媒を介設し、該触媒より下流に水供給手段を設け、該水供給手段から排気ガスに供給される水を排気ガス圧により気液混合噴霧とすると共に該噴霧を排気ガス熱により気化させて排気ガスを低温化させ、該水供給手段の下流にフィルターを介在させずに消音マフラーを接続し、低温化した排気ガスを消音して車外に排出する構成としていることを特徴とする排気ガスの冷却装置を提供している。
【００１１】
上記構成とすると、排気ガスに水を供給して冷却する前に、排気ポートから排出された高温の排気ガスを、まず、触媒に通しているため、排気ガスの浄化を十分に図ることができる。この触媒を通した高温の排気ガスに水供給手段を設けた部位を通過することで、水供給手段より噴出された水は排気ガス圧により霧吹きの原理で自動的に霧化され、該霧化された水を排気ガス熱で瞬時に気化させることができ、その時の水の気化熱により排気ガス通路を流れる排気ガスを短時間で均等に低温化させることができる。よって、大気へ放出される排気ガスの温度が低温化されて、都心部等におけるヒートアイランド現象を抑制することができる。
【００１２】
また、排気ガス中の有害物質は触媒により既に除去しているため、水供給手段の下流にフィルターを介在させて、フィルターで有害物質を除去する必要がなく、フィルターを不要とすることができる。よって、フィルターの交換等のメンテナンスが不要となる。かつ、水供給手段の下流でフィルターを介在させずに、消音マフラーに接続しているので、水を含む排気ガスの放出時に大きな排気音を発生させることなく、冷却した排気ガスを車外へ放出することができる。
【００１３】
上記水供給手段は、車両に搭載する貯水タンクと、該貯水タンクに接続した水供給管と、該水供給管の先端に接続されると共に上記排気ガス通路内に配置される水噴射用のノズルと、上記水供給管に介設するポンプとを備え、該ポンプの駆動制御は乗員の手動操作あるいは／および自動操作される構成としている。
【００１４】
上記構成とすると、乗員の手動操作や自動操作によりポンプを駆動させて、上記貯水タンクと水供給管を介して接続されたノズルより水を噴出させることができ、水の供給量の調節や供給のＯＮ／ＯＦＦを行うことができる。
なお、供給する水は、排気ガスの冷却にのみ使用するため添加剤等は不要で、タンクに貯水すれば良いだけであるため、安価かつ容易に実施できる。
【００１５】
上記ポンプの自動の駆動制御手段には、エンジン動作・停止信号が入力され、エンジン動作時のみ上記ポンプを駆動して排気ガス中に水を供給し、
かつ、外気温度センサからの信号あるいは／およびＧＰＳからの位置情報信号が入力され、外気温度が設定温度以上のヒートアイランド現象が生じている地域の走行時に、上記ポンプを駆動して排気ガスに水を供給する構成としている。
【００１６】
上記構成とすると、エンジンが動作して排気ガスが排出されているときのみ上記ポンプが駆動されるので、供給した水は排気ガスにより瞬時に気化し、排気通路に水が溜まらず、排気管の腐食の発生を防止できる。かつ、使用される水の無駄もなくなる。しかも、外気温度センサで検知された車外の温度が設定温度以上の高温時にポンプを駆動させることで、排気ガスの放出による外気温の更なる上昇を抑制でき、かつ、水の使用効率を向上させることができる。また、ＧＰＳ（全地球位置発見システム）により車両がヒートアイランド現象の生じている都市部などの地域に位置することが把握された時にポンプを駆動させることで、ヒートアイランド現象の抑制に寄与できる。
【００１７】
上記ポンプの自動の駆動制御手段には、走行時のガソリン消費量センサからの信号を入力し、ガソリン消費量に応じてポンプの回転数制御を行い、ガソリン１リッター当たりに車種の排気量に応じて０．５〜１．５リッターの水が供給されるように水供給量を自動調節する構成としていると好ましい。
【００１８】
車両のガソリン消費量は走行速度などの走行状況によって異なるが、上記構成とすると、ガソリン消費量に応じてポンプの回転数制御が行われ、本発明者の試算では、車両の排気量に応じてガソリン１リッター当たりで０．５〜１．５リッターの水を供給することで、排気ガスを常に効率良く低温化させることができる。
なお、ガソリン１リッター当たりの水供給量の一例としては、走行燃費が１５ｋｍ／ｌ程度で排気量１３００ｃｃ〜１８００ｃｃのミドルクラスの自動車の場合には、ガソリン１リッター当たりに約１リッター程度の水を供給することが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、自動車における燃焼・排気系統を示す概略図であり、燃料タンク１１よりガソリンが供給されるエンジン１２には、その排気ポートに連通する排気ガス通路１０に、上流側より下流側にかけて、触媒１３、水供給手段１４、消音マフラー１５を設けている。上記触媒１３として、エンジン１２の排気ポートから排出される排気ガス中の一酸化炭素や窒素化合物等の有害物質を３００℃以上の高温雰囲気下で浄化するものを用いている。
【００２０】
水供給手段１４は、図２に示すように、上流側に拡径部２０ａを設けると共に下流側に縮径部２０ｂを設けた筒状のハウジング２０を備え、該ハウジング２０を排気ガス通路１０に介設し、ハウジング２０の中空部からなる排気ガス通路２１を上流側および下流側の排気ガス通路に連通させている。ハウジング２０の周壁に水供給管２２を貫通させ、排気ガス通路２１の流路中央に突出する水供給管２２の先端に耐熱性材料より形成したノズル２３と取り付け、該ノズル２３の噴射口２３ａをテーパ状の拡径通路２１ａに向けている。水供給管２２の基端は排気ガス通路の近傍に搭載した貯水タンク２４に接続すると共に、ポンプ２５を介設している。該ポンプ２５の駆動制御は車両の運転席近傍に設けたＯＮ−ＯＦＦスイッチ（図示せず）を運転者が操作することにより行う構成としている。
【００２１】
上記した構成からなる排気ガス通路において、エンジン１２の排気ポートより排出される排気ガスは、まず、上流側の触媒１３に流入する。排気ガス温度は約４００℃程の高温であり、触媒１３は活性温度以上（約３００℃以上）の高温であるため、排気ガス中に含まれる有害物質は触媒１３で除去され、排気ガスは浄化される。
【００２２】
触媒１３を通過して浄化された排気ガスは、水供給手段１４のハウジング２０の排気ガス通路２１に流入する。排気ガス通路２１には、貯水タンク２４に貯留された水がポンプ２５を通して水供給管２０の先端ノズル２３より噴射させている。この噴射された水Ｗは排気ガスＧの流圧により霧化させられ、排気ガス通路２１を流通する排気ガスＧに対して均一に混合される。この結果、霧状の水Ｗは瞬時に沸騰して水蒸気Ｖへと気化し、水Ｗと排気ガスＧとの間で行われた熱交換の際の水Ｗの気化熱により排気ガスＧの温度は瞬時に低減させることができる。
なお、ノズル２３より噴射する水量は、ガソリン１リッター当たりに０．５〜１．５リッターの割合とすることで、４００℃程の排気ガスＧを１００℃程に冷却することができる。
【００２３】
最後に、この低温化された排気ガスＧおよび水蒸気Ｖは、消音マフラー１５に流入し、車外に排出される。
車外へ排出された水蒸気Ｖは大気中に分散し、大気の状態によって雲へと形成されて降雨となる。このように降雨となる際には、熱が集中する都市部に限定せずに国土全体に分散して為されるので、都市部等のヒートアイランドは緩和されることとなる。さらに、温度低下の目的で排気ガスＧに添加されるのは水であるため、安価かつ安全に実施することができる。
【００２４】
なお、水供給管２２を排気ガス通路２１へ突出させ、ノズル２３を排気ガス通路２１の中央に配置させる構成としているが、ノズル２３をハウジング２０の周壁に取り付けて、排気ガス通路２１内に向けて水を噴射する構成としてもよい。
また、ポンプ２５を省略して、貯水タンク２４をハウジング２０の周壁上面に載置し、該貯水タンク２４に直接にノズル２３を取り付け、該ノズル２３の噴射口を周壁内面に露出させ、排気ガスの流速による負圧で貯水タンク２４内の水を吸い出してノズル２３より噴射させる構成としてもよい。この場合、貯水タンク２４は高温の排気ガスＧの通路となるハウジング２０の近傍に設置しておくことで、冬季に貯水タンク２４内の水が凍結するのを防止することができる。
【００２５】
図３は第２実施形態を示す。
第２実施形態では、ポンプ２５の駆動制御手段３０にエンジン１２の駆動検知センサー３１と外気温度センサ３２を接続し、これらセンサー３１と３２から送信される信号により駆動制御している。
詳しくは、エンジン１２の駆動制御検知センサー３１からは、ガソリンの燃焼動作を行っている動作信号と、燃焼動作を停止した停止信号とが駆動制御手段３０に送信される構成とし、エンジン１２が動作して排気ガスが排出されているときのみポンプ２５を駆動するようにしている。また、外気温度センサ３２からは、車外の大気温度が駆動制御手段３０に送信される構成とし、駆動制御手段３０は受信した温度が設定温度以上の高温時にポンプ２５を駆動させるようにしている。
【００２６】
上記構成とすると、排気ガスが生成されるエンジン１２の動作時のみ、ポンプ２５を自動的に駆動され、排気ガス中に水を供給することができる。かつ、夏季などの外気温度が高い時にのみ自動的に水が供給され、水の使用効率を向上させることができる。
なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００２７】
図４は第３実施形態を示す。
第３実施形態では、ポンプ２５の駆動制御手段３０’にエンジン１２の駆動検知センサー３１およびＧＰＳ（全地球位置発見システム）３３が接続されている。
上記エンジン１２の駆動検知センサーからは、ガソリンの燃焼動作を行っている動作信号と、燃焼動作を停止した停止信号とが駆動制御手段３０’に送信される構成とし、エンジン１２が動作して排気ガスが排出されているときにポンプ２５を駆動するようにしている。かつ、ＧＰＳ３３からは、車両の走行位置が駆動制御手段３０’に送信される構成としており、ヒートアイランド現象が生じているエリアや都市部の走行時に、ポンプ２５を駆動させるようにしている。
【００２８】
上記構成とすると、排気ガスが生成されるエンジン１２の動作時のみポンプ２５を駆動して排気ガス中に水を自動的に供給することができると共に、車両が都市部などの高温地域に位置することが把握された時にのみポンプ２５を自動的に駆動させることができ、水の使用効率を向上させることができる。
なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００２９】
図５は第４実施形態を示す。
第４実施形態では、ポンプ２５に駆動制御手段３０”に燃料タンク１１に付設したガソリン消費量センサー３４が接続され、ガソリン消費量センサー３４からの信号に応じて駆動制御手段３０”の駆動制御を行う構成としている。
駆動制御装置３０”は、その受信したガソリンの消費量情報に応じてポンプ２５の回転数制御を行って、ガソリン１リッター当たりに特定量の水が供給されるように水供給量を自動調節している。よって、排気ガスの流量の割合に応じた効率良い水量供給を可能とすることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、排気ガスをまず触媒に高温で通過させていることにより排気ガスの有害成分を除去でき、排気ガスの浄化を図ることができる。この浄化された排気ガスに水供給手段により水が噴射していることで、排気ガスに混合された水の気化熱で排気ガス温度が低減することができる。よって、排気ガスの熱によるヒートアイランド現象を抑制することができる。さらに、排気ガスに添加されるのは水であるため、安価かつ安全に実施することができる。
【００３１】
さらに、水を供給するポンプを外気温センサーやＧＰＳからの信号、さらに、エンジンの回転数センサーからの信号で駆動制御すると、自動的に排気ガスの冷却が特に必要な時のみ自動的に水を供給することができ、効率のより排気ガス冷却を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成図である。
【図２】第１実施形態の要部拡大図である。
【図３】第２実施形態の構成図である。
【図４】第３実施形態の構成図である。
【図５】第４実施形態の構成図である。
【符号の説明】
１０      排気ガス通路
１１      燃料タンク
１２      エンジン
１３      触媒
１４      水供給手段
１５      消音マフラー
２０      ハウジング
２１      排気ガス通路
２２      水供給管
２３      ノズル
２４      貯水タンク
２５      ポンプ
３０      駆動制御装置
Ｇ        排気ガス
Ｗ        水
Ｖ        水蒸気
【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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