(57)【要約】      （修正有）【課題】排気ガスと冷却水及び潤滑油の熱交換性能をさらに向上させることができる車両の排気熱回収装置を提供する。【解決手段】排気ガスが流入する入口１１と排気ガスが流出する出口１３を有するケース１０、ケースの内部に構成され、排気ガスと冷却水および潤滑油の熱交換が行われる熱交換部２０、ケースの内部で入口と出口の間を連結し、熱交換部に排気ガスを流入させるための流入孔７３が形成され、排気ガスを熱交換部を経ずにバイパスさせることができるバイパス管７０、およびバイパス管に設置され、このバイパス管を介した排気ガスの流れを遮断し、排気ガスを熱交換部に誘導することができる可変バルブ９０、を含み、熱交換部は、バイパス管とケースの間で相互連結して離隔した複数の冷却水通路を形成する冷却水流通部材３０と、冷却水通路のうちのいずれか１つに設置され、潤滑油が流れる潤滑油流通部材４０とを含んで構成されることを特徴とする。【選択図】図１
2012122471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流入する入口と排気ガスが流出する出口を有するケース、
前記ケースの内部に構成され、排気ガスと冷却水および潤滑油の熱交換が行われる熱交換部、
前記ケースの内部で入口と出口の間を連結し、前記熱交換部に排気ガスを流入させるための流入孔が形成され、排気ガスを熱交換部を経ずにバイパスさせることができるバイパス管、および
前記バイパス管に設置され、このバイパス管を介した排気ガスの流れを遮断し、排気ガスを前記熱交換部に誘導することができる可変バルブ、
を含み、
前記熱交換部は、前記バイパス管とケースの間で相互連結して離隔した複数の冷却水通路を形成する冷却水流通部材と、前記冷却水通路のうちのいずれか１つに設置され、潤滑油が流れる潤滑油流通部材とを含んで構成されることを特徴とする車両の排気熱回収装置。
【請求項２】
前記冷却水流通部材は、
前記冷却水通路の間に前記流入孔と連結する排気ガス通路を形成することを特徴とする請求項１に記載の車両の排気熱回収装置。
【請求項３】
前記熱交換部は、前記バイパス管の外周面と前記ケースの内周面の間のチャンバに構成されることを特徴とする請求項１に記載の車両の排気熱回収装置。
【請求項４】
前記冷却水流通部材は、
前記冷却水が流入する第１冷却水通路と、
前記第１冷却水通路と離隔して相互連結し、前記潤滑油流通部材が設置される第２冷却水通路と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項３に記載の車両の排気熱回収装置。
【請求項５】
前記冷却水流通部材は、前記第１冷却水通路が同心円の外側に形成され、前記第２冷却水通路が同心円の内側に形成されることを特徴とする請求項４に記載の車両の排気熱回収装置。
【請求項６】
前記チャンバには、
前記流入孔と連結し、前記バイパス管の外周面と前記第２冷却水通路の間に第１排気ガス通路が形成され、
前記第１冷却水通路と第２冷却水通路の間に第２排気ガス通路が形成されることを特徴とする請求項４に記載の車両の排気熱回収装置。
【請求項７】
前記潤滑油流通部材は、
前記第２冷却水通路に配置され、螺旋形状に巻かれた管路であることを特徴とする請求項４に記載の車両の排気熱回収装置。
【請求項８】
前記バイパス管の外周面には断熱層が構成されることを特徴とする請求項３に記載の車両の排気熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両の排気熱回収装置に係り、より詳しくは、冷却水と潤滑油に対して排気熱の熱交換が行われる車両の排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、車両における熱交換器は、排気ガスと冷却水を熱交換させて高温の排気ガスの温度を低め、低温の冷却水の温度を高めることによって排気熱を回収する。
このような熱交換器によって回収された熱は車両の必要な場所に送られ、潤滑油の加熱やエンジンの昇温（ｆａｓｔ  ｗａｒｍ−ｕｐ）、または暖房などに用いられる。
熱交換器は、冷却水との熱交換が行われる熱交換部を備え、排気ガスは、熱交換部を通過しながら冷却水と熱交換を行う。熱回収が不必要な場合、熱交換器は流路を転換し、排気ガスを熱交換部に経由させず直接にバイパスさせる。
例えば、排気熱を回収して潤滑油を加熱する場合には、排気ガスを熱交換部
に通し、潤滑油が適正な温度に加熱した後には排気ガスをバイパスさせて、潤滑油の温度がさらに上昇しないようにする。
【０００３】
すなわち、低温時や初期始動時には、高温の排気ガスが熱交換部に供給されて冷却水と熱交換を行う。温度が上昇した冷却水は、潤滑油の温度を上昇させる。潤滑油は低温時に粘度が高く、変速機やエンジンの運動部に供給されたときに摩擦を増加させる。温度の高い冷却水で加熱した潤滑油は、変速機などの摩擦を減らすようになる。
潤滑油は極度に加熱すれば変性が生じ、潤滑の役割を適切に実行できなくなる。これにより、高温時や加速時には、排気ガスをバイパスさせて熱交換部を経由しないようにする。したがって、排気ガスと冷却水の間に熱交換が起こらず、冷却水が低温で維持され、潤滑油は低温の冷却水によって冷却（ｃｏｏｌｉｎｇ）されることができる。
【０００４】
このような従来の熱交換器は、排気ガスが通過する領域に冷却水が流れる単一の通路を形成し、その通路の内部に潤滑油が流通するチューブを設置することで熱交換部を構成している。
したがって、車両の低温時や初期始動時には、排気ガスが通過する領域で排気ガスと冷却水の熱交換が行われて冷却水の温度を上昇させ、その冷却水によって潤滑油の温度を高めることができるようになる。このように温度が上昇した潤滑油は、変速機などの摩擦を減らし、燃費効果を上昇させるようになる。
しかし、従来技術に係る熱交換器は、単純に冷却水が流れる単一の通路の内部に潤滑油が流通するチューブを設置することで熱交換部を構成するため、排気ガスに対する冷却水通路の接触面積および接触時間が短くて熱交換性能が低下し、潤滑油の温度上昇が遅くて燃費効果を低下させる結果を招来するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−００９７８９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、排気ガスと冷却水及び潤滑油の熱交換性能をさらに向上させることができる車両の排気熱回収装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の車両の排気熱回収装置は、排気ガスが流入する入口と排気ガスが流出する出口を有するケース、ケースの内部に構成され、排気ガスと冷却水および潤滑油の熱交換が行われる熱交換部、ケースの内部で入口と出口の間を連結し、熱交換部に排気ガスを流入させるための流入孔が形成され、排気ガスを熱交換部を経ずにバイパスさせることができるバイパス管、およびバイパス管に設置され、このバイパス管を介した排気ガスの流れを遮断し、排気ガスを熱交換部に誘導することができる可変バルブ、を含み、熱交換部は、バイパス管とケースの間で相互連結して離隔した複数の冷却水通路を形成する冷却水流通部材と、冷却水通路のうちのいずれか１つに設置され、潤滑油が流れる潤滑油流通部材とを含んで構成されることを特徴とする。
【０００８】
冷却水流通部材は、冷却水通路の間に流入孔と連結する排気ガス通路を形成することを特徴とする。
【０００９】
熱交換部は、バイパス管の外周面とケースの内周面の間のチャンバに構成されることを特徴とする。
【００１０】
冷却水流通部材は、冷却水が流入する第１冷却水通路と、第１冷却水通路と離隔して相互連結し、潤滑油流通部材が設置される第２冷却水通路と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１１】
冷却水流通部材は、第１冷却水通路が同心円の外側に形成され、第２冷却水通路が同心円の内側に形成されることを特徴とする。
【００１２】
チャンバには、流入孔と連結し、バイパス管の外周面と第２冷却水通路の間に第１排気ガス通路が形成され、第１冷却水通路と第２冷却水通路の間に第２排気ガス通路が形成されることを特徴とする。
【００１３】
潤滑油流通部材は、第２冷却水通路に配置され、螺旋形状に巻かれた管路であることを特徴とする。
【００１４】
バイパス管の外周面には断熱層が構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施形態によれば、低温時や初期始動時に、排気ガスが熱交換部のチャンバで第１および第２排気ガス通路に沿って流動し、冷却水流通部材の第１および第２冷却水通路に沿って流れる冷却水と熱交換が行われる。
したがって、冷却水の流動通路に対する排気ガスの接触面積および接触時間を増大させることができ、この冷却水通路が保温の役割をなすため、排気ガスに対する冷却水と潤滑油の熱交換性能をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る車両の排気熱回収装置を概略的に示す断面構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る車両の排気熱回収装置の作用を説明するための断面構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る車両の排気熱回収装置の作用を説明するための断面構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係る車両の排気熱回収装置の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して本発明のの内容を詳しく説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る車両の排気熱回収装置を概略的に示す断面構成図である。
図に示す通り、本発明の実施形態に係る車両の排気熱回収装置１００は、エンジンから発生する排気ガスを排出するための車両の排気系統に適用される。
ここで、排気熱回収装置１００は、高温の排気ガスの温度を下げ低温の冷却水温度を上ることによって排気熱を回収し、回収された熱を潤滑油（当業界では通常「ＡＴＦ」または「変速機オイル」という）の加熱やエンジンの昇温、または暖房などに用いる構造となっている。
すなわち、排気熱回収装置１００は、外部に捨てられた排気熱エネルギーをエンジン冷却水および潤滑油と熱交換して燃費を改善し、暖房性能を向上させ、補助消音器と同等の水準のＮＶＨ性能を図るためのものである。
【００１８】
このために、排気熱回収装置１００は、基本的に、ケース１０と、熱交換部２０と、バイパス管７０と、可変バルブ９０とを含んで構成される。以下、これを構成別に説明する。
ケース１０は本装置１００の外形をなし、排気ガスが通過する排気ライン（図示せず）に設置される。後述のバイパス管７０の外側面に気密を維持して設置されてもよい。
ケース１０の一側端には排気ガスが流入する入口１１が形成され、他の一側端には排気ガスが排出する出口１３が形成される。
【００１９】
熱交換部２０は、排気ガスが通過する経路において排気ガスに対する冷却水と潤滑油の熱交換が行われるものであって、冷却水と潤滑油の流通路を形成してケース１０の内部に構成されてもよい。
本実施形態に係る熱交換部２０の具体的な構成については、以下により詳しく説明する。
バイパス管７０は、排気ガスをケース１０の外部に排出（バイパス）することができ、管路内に熱交換部２０が位置しないようにケース１０を貫通して本装置１００の中央に配置してもよく、排気ガスが通過する排気ラインに直結してもよい。
【００２０】
ここで、ケース１０の入口１１は、バイパス管７０がケース１０の内部に配置されながら、このバイパス管７０の一側端部と連結するが、バイパス管７０の一側端部と連通しない。
また、ケース１０の出口１３は、バイパス管７０がケース１０の内部に配置されながら、このバイパス管７０の他の一側端部と連通してもよい。
これにより、ケース１０の入口１１に流入する排気ガスは、排気ガスの経路が熱交換部２０を経ないように設定された場合、バイパス管７０を通過して直接にケース１０の出口１３に排出（バイパス）される。
また、排気ガスの経路が熱交換部２０を経るように設定された場合、排気ガスは、バイパス管７０を通過してケース１０の出口１３側でバイパス管７０とケース１０の間に流入する。
【００２１】
バイパス管７０は、その外壁面がケース１０の内壁面に一定の間隔で離隔するように配置されるため、バイパス管７０の外壁面とケース１０の内壁面の間には、所定の空間としてチャンバ７１を形成している。
この場合、チャンバ７１は、ケース１０の出口１３側で流入する排気ガスが通過する通路として構成され、この通路には、熱交換部２０が装着されてもよい。
このため、バイパス管７０は、ケース１０の出口側の先端にチャンバ７１と相互連通する流入孔７３を形成している。流入孔７３は、バイパス管７０の周囲に沿って形成されてもよい。
【００２２】
したがって、ケース１０の入口１１を介してバイパス管７０に沿って流動する排気ガスが熱交換部２０を経るように設定された場合、排気ガスはケース１０の出口１３側で流入孔７３を介してチャンバ７１の内部に流入し、このチャンバ７１で熱交換部２０を通過してケース１０の出口１３に抜け出る。
可変バルブ９０は、バイパス管７０を介した排気ガスの流れを遮断したり排気ガスを熱交換部２０に誘導できるようにバイパス管７０の管路を開閉することで、排気ガスの進行経路を熱交換部２０やバイパス管７０に選択転換するものであって、ケース１０の出口１３側でバイパス管７０の端部に設置される。
【００２３】
すなわち、低温時や初期始動時に可変バルブ９０が作動することによってバイパス管７０を閉鎖する場合、排気ガスはバイパス管７０の流入孔７３を介してチャンバ７１に誘導され、このチャンバ７１で熱交換部２０を通過しながらケース１０の出口１３に抜け出る。
また、高温時や高速走行時に可変バルブ９０が作動することによってバイパス管７０が開放される場合、排気ガスはバイパス管７０の管路を通過しながらケース１０の出口１３を介して直接に排出する。
【００２４】
このような可変バルブ９０は、管路を開閉する通常のバルブ構造でもよい。可変バルブ９０は、例えば、ヒンジ軸によって回動する構造物であったり、円板形態のスロットルバルブ構造であってもよい。可変バルブ９０は、別の駆動手段と連結して機械的に開閉作動が行われてもよい。
このような可変バルブ９０の構造やこの可変バルブ９０を動作させるための駆動手段は、当業界において周知の公知技術であるため、本明細書ではこれに関する構成のより詳しい説明は省略する。
【００２５】
次に、熱交換部２０の構成をより具体的に説明する。本実施形態において、熱交換部２０は、バイパス管７０とケース１０の間に構成され、排気ガスに対する冷却水および潤滑油の熱交換が行われるものである。
すなわち、熱交換部２０は、高温時や高速走行時に可変バルブ９０が作動することによってバイパス管７０が開放された場合、排気ガスがバイパス管７０の流入孔７３を介してチャンバ７１に流入してケース１０の出口１３に抜け出る過程に、排気ガスに対する冷却水と潤滑油の熱交換が行われる。
熱交換部２０は、冷却水が流通する通路に対する排気ガスの接触面積および接触時間を増大させ、この冷却水の流通路が保温の役割をなすことにより、熱交換性能をさらに向上させる。
【００２６】
熱交換部２０は、バイパス管７０とケース１０の間のチャンバ７１に構成される冷却水流通部材３０と、潤滑油流通部材４０とを含んでいる。
冷却水流通部材３０は、バイパス管７０とケース１０の間で相互連結して離隔した複数の冷却水通路３１、３２を形成している。また、冷却水流通部材３０は、冷却水通路３１、３２の間に上述した流入孔７３と連結する排気ガス通路３４を形成している。
冷却水流通部材３０は、冷却水が流入する第１冷却水通路３１と、第１冷却水通路３１と離隔しながら相互連結し、後述する潤滑油流通部材４０が設置される第２冷却水通路３２とを形成している。
【００２７】
すなわち、冷却水流通部材３０は、管路断面を基準とするとき、第１冷却水通路３１が同心円の外側に形成され、第２冷却水通路３２が同心円の内側に形成されてもよい。
この場合、第２冷却水通路３２は、バイパス管７０の外周面と一定の間隔で離隔するように位置している。
バイパス管７０とケース１０の間のチャンバ７１に第１および第２冷却水通路３１、３２を有する冷却水流通部材３０を構成することにより、このチャンバ７１には、バイパス管７０の外周面と第２冷却水通路３２の間に、このバイパス管７０の流入孔７３と連結する第１排気ガス通路３３が形成されてもよい。
【００２８】
また、第１冷却水通路３１と第２冷却水通路３２の間には、第１排気ガス通路３３と相互連結する第２排気ガス通路３４が形成されてもよい。
潤滑油流通部材４０は、潤滑油の流れを可能にする管路であって、第２冷却水通路３２に構成されるが、螺旋形状（コイル形状）に巻かれている。
バイパス管７０の外周面には、ガラス繊維などのような充填材が充填された断熱層７９が構成されるが、この断熱層７９は、バイパス管７０とチャンバ７１の間を断熱する機能と騒音を低減させる機能を有する。
図面において、参照符号６０は、冷却水流通部材３０に冷却水を注入するための冷却水注入部を示す。
【００２９】
以下、排気熱回収装置１００の作動を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図２および図３は、本発明の実施形態に係る車両の排気熱回収装置の作用を説明するための断面構成図である。
図２に示す通り、本実施形態において、低温時や初期始動時に、バイパス管７０は、可変バルブ９０によって閉じた状態となる。これにより、ケース１０内部のチャンバ７１とバイパス管７０の流入孔７３は相互開放した状態となる。
また、熱交換部２０の冷却水流通部材３０の第１冷却水通路３１および第２冷却水通路３２には冷却水が流通し、潤滑油流通部材４０の螺旋形の管路には潤滑油が流通する状態となる。
【００３０】
この状態において、ケース１０の入口１１を介して流入した排気ガスはバイパス管７０に流入し、閉じた可変バルブ９０によってケース１０の出口１３を介して排出することができず、このバイパス管７０の流入孔７３を介してチャンバ７１の内部に流入する。
すなわち、排気ガスは熱交換部２０側に誘導されるが、チャンバ７１でバイパス管７０の外周面と第２冷却水通路３２の間の第１排気ガス通路３３に流入する。
その後、排気ガスは、チャンバ７１で第１冷却水通路３１と第２冷却水通路３２の間の第２排気ガス通路３４に沿って流動し、ケース１０の出口１３側でバイパス管７０の端部側に流入しながら排出される。
【００３１】
高温の排気ガスは、排気ガスがチャンバ７１で第１排気ガス通路３３に沿って流動し、冷却水流通部材３０の第１および第２冷却水通路３１、３２に沿って流れる冷却水と一次的に熱交換が行われ、第２排気ガス通路３４に沿って流動し、冷却水流通部材３０の第１および第２冷却水通路３１、３２に沿って流れる冷却水と２次的に熱交換が行われる。
このような熱交換によって冷却水の温度は上昇し、この冷却水の熱は潤滑油流通部材４０に沿って流れる潤滑油に伝達され、最終的には潤滑油の温度を上昇させる。
したがって、本実施形態では、潤滑油の温度が高まり、エンジンおよび変速機の摩擦を減少させ、燃費が改善される。
【００３２】
一方、高温時や高速走行時には潤滑油の温度が上昇するため、潤滑油を冷却させる必要がある。
図３に示すように、可変バルブ９０が開放作動して排気ガスの流れを転換させる。すなわち、排気ガスの流れがバイパス管７０側に誘導される。
すなわち、可変バルブ９０が開放作動すればバイパス管７０が開き、ケース１０の入口１１に流入した排気ガスは、熱交換部２０を経ずにバイパス管７０の管路を通過し、ケース１０の出口１３を介して直接に排出される。
このように、排気ガスが熱交換部２０を経ずにバイパス管７０を介して流れ出ると、冷却水と排気ガス間の熱交換が起こらなくなる。これにより、冷却水は温度を低温に維持することができ、潤滑油を低温の冷却水と熱交換して適正な温度に下げることができる。
【００３３】
以上で説明したように、本発明の実施形態に係る排気熱回収装置１００は、低温時や初期始動時に、排気ガスが熱交換部２０のチャンバ７１で第１および第２排気ガス通路３３、３４に沿って流動し、冷却水流通部材３０の第１および第２冷却水通路３１、３２に沿って流れる冷却水と熱交換が行われる。
したがって、冷却水流通部材３０を介して冷却水の流動通路に対する排気ガスの流通通路を増大させることができ、冷却水の流動通路に対する排気ガスの接触面積および接触時間を増大させることができる。特に、冷却水流通部材３０の第１冷却水通路３１は、第２冷却水通路３２に対して保温の役割を有する。
【００３４】
したがって、本実施形態では、図４のような比較例、すなわち、排気ガスが通過する領域に冷却水が流れる単一の通路を形成し、この通路内部に潤滑油が流通するチューブを設置して熱交換部を構成する従来技術に比べ、排気ガスに対する冷却水と潤滑油の熱交換性能をさらに向上させることができる。
すなわち、本実施形態は、比較例に比べて排気ガスの温度をさらに下げ、冷却水および潤滑油の温度をさらに上昇させることができるため、排気ガスの熱交換効果が著しく増加することが分かる。
【００３５】
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１０：ケース
１１：入口
１３：出口
２０：熱交換部
３０：冷却水流通部材
３１：第１冷却水通路
３２：第２冷却水通路
３３：第１排気ガス通路
３４：第２排気ガス通路
４０：潤滑油流通部材
７０：バイパス管
７１：チャンバ
７３：流入孔
７９：断熱層
９０：可変バルブ
１００：排気熱回収装置
【図１】
2012122471.tif 000003
【図２】
2012122471.tif 000004
【図３】
2012122471.tif 000005
【図４】
2012122471.tif 000006