JP6252558B2

JP6252558B2 - 排熱回収器構造

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Publication number: JP6252558B2
Application number: JP2015144353A
Authority: JP
Inventors: 村田　登志朗; 登志朗村田; 正和新開; 岳大矢
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2035-07-21
Also published as: US10077703B2; KR101867162B1; JP2017025766A; KR20170012051A; US20170022871A1

Description

本発明は、排熱回収器構造に関する。

内燃機関で発生したガスが排出される排気管に排熱回収器を接続し、冷却水とガスとの間で熱交換を行うことで、冷却水を加熱して内燃機関の暖機を促進する技術が知られている。このような排熱回収器の構造として、特許文献１には、排熱回収器とエンジン（内燃機関）とをヒータ温水路で連結して排熱回収器とエンジンとの間で冷却水を循環させる構造が開示されている。

特開２００６−１６１５９３号公報

ところで、内燃機関と排熱回収器とが樹脂製のホース（樹脂ホース）で連結された構造が一般的に知られている。このような構造では、排熱回収器本体から延出された金属管に樹脂ホースが接続される。ここで、排気管内を高温のガスが流れるため、排気管経路の上側が高温となる。また、排熱回収器内にもガスが流れるため、樹脂ホースと金属管との接続部が高温となる。このため、樹脂ホースの熱害を抑制する観点から改善の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、樹脂ホースの熱害を抑制することができる排熱回収器構造を得ることを目的とする。

請求項１に記載の本発明に係る排熱回収器構造は、フロアパネルの車両幅方向中央部に形成されたフロアトンネルの内側に配置され、車両の内燃機関で発生したガスと冷却水との間で熱交換を行う排熱回収器本体と、前記排熱回収器本体から延出され、一端部が前記内燃機関に接続された樹脂ホースの他端部が接続されると共に、該樹脂ホースとの接続部が前記排熱回収器本体よりも車両下方側に設けられた金属管と、を有し、前記排熱回収器本体の排気方向上流側には触媒コンバータが連結され、前記排熱回収器本体の排気方向下流側にはマフラが連結されており、前記接続部は、前記触媒コンバータ及び前記マフラの少なくとも一方の下面よりも車両上方側に設けられている。

請求項１に記載の本発明に係る排熱回収器構造では、フロアトンネルの内側に排熱回収器本体が配置されており、この排熱回収器本体から金属管が延出されている。また、金属管には、一端部が内燃機関に接続された樹脂ホースの他端部が接続される。ここで、金属管における樹脂ホースとの接続部は、排熱回収器本体よりも車両下方側に設けられている。これにより、金属管と樹脂ホースとが排熱回収器本体の下面よりも車両上方側で接続された構成と比較して、車両の走行時に金属管と樹脂ホースとの接続部が風を受けやすくなる。すなわち、走行風によって金属管と樹脂ホースとの接続部を効果的に冷却することができる。なお、ここでいう「樹脂ホースとの接続部が排熱回収器本体よりも車両下方側に設けられた」とは、接続部の全体が排熱回収器本体よりも車両下方側に設けられた構成に限定されるものではない。すなわち、接続部の一部が排熱回収器本体よりも車両下方側に設けられた構成を含む概念である。

また、触媒コンバータ及びマフラの少なくとも一方の下面よりも車両上方側で樹脂ホースと金属管とが接続される。これにより、例えば、悪路走行時などに金属管と樹脂ホースとの接続部が路面と干渉するのを抑制することができる。

請求項２に記載の本発明に係る排熱回収器構造は、請求項１に記載の発明において、前記内燃機関は、前記排熱回収器本体よりも車両前方側に配置されており、前記接続部は、車両前方側に向かって車両下方側に傾斜されている。

請求項２に記載の本発明に係る排熱回収器構造では、金属管における樹脂ホースとの接続部が車両前方側に向かって車両下方側に傾斜されている。これにより、排熱回収器がフロアトンネルの内側に配置された構成などでは、作業スペースの広い車両下方側から金属管に樹脂ホースを接続することができる。

以上説明したように、請求項１に係る排熱回収器構造によれば、樹脂ホースの熱害を抑制することができるという優れた効果を有する。

また、樹脂ホースの熱害を抑制しつつ、樹脂ホースと金属管との接続状態を良好に維持することができるという優れた効果を有する。

請求項２に係る排熱回収器構造によれば、樹脂ホースと金属管との接続作業を効率良く行うことができるという優れた効果を有する。

実施形態に係る排熱回収器構造を示す側面図である。実施形態に係る排熱回収器構造の要部を拡大して示す拡大側面図である。実施形態に係る排熱回収器を車両後方から見た断面図であり、フロアトンネルとの位置関係を示す図である。

本発明の実施形態に係る排熱回収器構造について、図１〜図３に基づいて説明する。なお、各図に適宜示される矢印ＦＲは車両前方側を示しており、矢印ＵＰは車両上方側を示しており、矢印ＲＨは車両幅方向外側を示している。また、以下の説明で特記なく前後、上下、左右の方向を用いる場合は、車両前後方向の前後、車両上下方向の上下、進行方向を向いた場合の左右を示すものとする。

（排熱回収構造の全体構成）
図１に示されるように、本実施形態に係る排熱回収器構造を含む排気系は、排熱回収器１０、触媒コンバータ１２及びマフラ１４を含んで構成されている。また、車両前方側（排気方向上流側）から順に、触媒コンバータ１２、排熱回収器１０、マフラ１４が配置されており、これらが車両前後方向に連結されている。さらに、触媒コンバータ１２よりも車両前方には、内燃機関としての図示しないエンジンが配置されており、排気管１６によってエンジンと触媒コンバータ１２とが車両前後方向に連結されている。

触媒コンバータ１２は、車両前後方向に延在されて両端部が開口された筒状の部材である。また、触媒コンバータ１２は、中央部から両端部に向かって徐々に縮径された形状に形成されている。さらに、触媒コンバータ１２の内部には、ガスを浄化するための触媒担体が設けられている。触媒担体は、導電性及び剛性を有する材料によって形成されており、触媒担体の一例として、導電性セラミック、導電性樹脂、又は金属などを用いることができる。なお、これに限らず、触媒コンバータ１２の内部を流れるガス（排気）中の物質（カーボンなど）を浄化できる材料であれば、他の触媒担体を用いてもよい。

触媒コンバータ１２の車両後方側（排気方向下流側）には、排熱回収器１０が連結されている。また、排熱回収器１０の車両後方側には、排気音を低減するためのマフラ１４が連結されている。マフラ１４は、車両前後方向に延在されて両端部が開口された筒状の部材である。また、マフラ１４は、中央部から両端部に向かって徐々に縮径された形状に形成されている。さらに、マフラ１４の後端部には排気管２８が接続されている。

触媒コンバータ１２とマフラ１４との間に配置された排熱回収器１０は、主として、排熱回収器本体１８と、排熱回収器本体１８から延出された金属管としての導入管２０及び導出管２２とを含んで構成されている。

また、本実施形態の排熱回収器１０は、図３に示されるように、フロアトンネル２４の内側に配設されている。具体的には、フロアトンネル２４は、車両床部を構成するフロアパネル２６の車両幅方向中央部を車両上方へ膨出させて形成されている。また、フロアトンネル２４は、車両左側の左壁部２４Ａと、車両右側の右壁部２４Ｂと、左壁部２４Ａの上端と右壁部２４Ｂの上端とを繋ぐ上壁部２４Ｃとを備えている。ここで、左壁部２４Ａ及び右壁部２４Ｂはそれぞれ、車両上方側から車両下方側へ向かって車両幅方向外側に傾斜しているため、フロアトンネル２４の上部よりも下部の方が車両幅方向に広がっている。

図２に示されるように、排熱回収器１０の排熱回収器本体１８は、触媒コンバータ１２から流入したガスが車両前後方向に略直線状に流れる主流路を構成するメイン配管部１８Ａと、メイン配管部１８Ａの上方に設けられたバイパス配管部１８Ｂとを備えている。

メイン配管部１８Ａは、排熱回収器本体１８の下部を構成しており、車両前後方向に延在されて両端部が開口された筒状に形成されている。一方、バイパス配管部１８Ｂは、排熱回収器本体１８の上部を構成しており、このバイパス配管部１８Ｂの前端部及び後端部の２箇所にメイン配管部１８Ａと連通する図示しない連通孔が形成されている。

ここで、メイン配管部１８Ａの内部には、図示しないバルブが設けられており、このバルブを開閉させることで、メイン配管部１８Ａ及びバイパス配管部１８Ｂに流れるガスの流量を調整できるように構成されている。例えば、メイン配管部１８Ａのバルブが完全に開いている状態では、触媒コンバータ１２から排熱回収器本体１８に流入したガスの大半が直進してメイン配管部１８Ａの内部を通る（図２の矢印Ｇ１参照）。

一方、メイン配管部１８Ａのバルブが完全に閉じている状態では、メイン配管部１８Ａの主流路が閉塞される。このため、触媒コンバータ１２から排熱回収器本体１８に流入したガスの大半が図示しない連通孔を通ってバイパス配管部１８Ｂを流れる（図２の矢印Ｇ２参照）。そして、バイパス配管部１８Ｂの後端側の連通孔からメイン配管部１８Ａへ戻ってマフラ１４へ流れる（図２の矢印Ｇ３）。以上のように、バルブを制御することで、メイン配管部１８Ａ及びバイパス配管部１８Ｂに流れるガスの流量を調整することができる。なお、本実施形態では、バルブとして、熱による自動開閉バルブを用いているが、これに限定されない。例えば、図示しない駆動機構によって駆動させてもよい。この場合、駆動機構は、制御部であるＥＣＵと電気的に接続され、ＥＣＵからの信号に基づいてバルブを開閉させてもよい。

バイパス配管部１８Ｂの内部には、図示しない冷却水の流路が配設されている。このため、バイパス配管部１８Ｂ内を流れる冷却水は、バイパス配管部１８Ｂを流れるガスによって加熱される。すなわち、冷却水とガスとの間で熱交換が行われる。

ここで、バイパス配管部１８Ｂの左側面から導入管２０及び導出管２２が延出されている。導入管２０及び導出管２２は、排熱回収器本体１８と一体に形成されており、バイパス配管部１８Ｂ内の図示しない冷却水の流路に繋がっている。

導出管２２は、導入管２０よりも車両後方側でバイパス配管部１８Ｂから延出されている。また、導出管２２は、排熱回収器本体１８の左側面に沿って車両前方側かつ車両下方側へ延びており、導出管２２の先端部分には、導出管２２の外面から径方向外側へ突出された環状のフランジ２２Ａが形成されている。また、導出管２２におけるフランジ２２Ａよりも先端側には、樹脂ホース３２との接続部２２Ｂが設けられている。ここで、接続部２２Ｂは、車両前方側に向かって車両下方側に傾斜されている。

樹脂ホース３２は、可撓性の樹脂材料で形成されており、この樹脂ホース３２の一端部は、図示しないエンジンに接続されている。また、樹脂ホース３２の他端部は、導出管２２の接続部２２Ｂに車両前方側から挿入されており、フランジ２２Ａに突き当てられている。そして、図示しない留め具などによって樹脂ホース３２を接続部２２Ｂに締め付けることで、樹脂ホース３２が外れるのを防止している。このようにして、導出管２２と樹脂ホース３２とを接続することで、バイパス配管部１８Ｂから導出管２２に導出された冷却水をエンジンへ送液できるようになっている。

一方、導入管２０は、排熱回収器本体１８の左側面に沿って車両下方側へ延びている。また、導入管２０は、メイン配管部１８Ａの下端部の近傍から車両前方側かつ車両下方側に屈曲されており、導入管２０の先端部分には、導入管２０の外面から径方向外側へ突出された環状のフランジ２０Ａが形成されている。また、導入管２０におけるフランジ２０Ａよりも先端側には、樹脂ホース３０との接続部２０Ｂが設けられている。ここで、接続部２０Ｂは、車両前方側に向かって車両下方側に傾斜されている。

樹脂ホース３０は、可撓性の樹脂材料で形成されており、この樹脂ホース３０の一端部は、図示しないエンジンに接続されている。また、樹脂ホース３０の他端部は、導入管２０の接続部２０Ｂに車両前方側から挿入されており、フランジ２０Ａに突き当てられている。そして、図示しない留め具などによって樹脂ホース３０を接続部２０Ｂに締め付けることで、樹脂ホース３０が外れるのを防止している。このようにして、導入管２０と樹脂ホース３０とを接続することで、エンジンを通過した冷却水を樹脂ホース３０から導入管２０を介してバイパス配管部１８Ｂへ導入できるようになり、エンジンと排熱回収器１０との間で冷却水が循環される。

ここで、導入管２０における樹脂ホース３０との接続部２０Ｂは、排熱回収器本体１８よりも車両下方側に設けられている。このため、樹脂ホース３０と導入管２０とは、排熱回収器本体１８よりも車両下方側で接続されている。

また、図１に示されるように、導入管２０における樹脂ホース３０との接続部２０Ｂは、マフラ１４の下面１４Ｌよりも車両上方側に設けられている。このため、樹脂ホース３０と導入管２０とは、マフラ１４の下面１４Ｌよりも車両上方側で接続されている。さらに、本実施形態では、樹脂ホース３２と導出管２２とが触媒コンバータ１２の下面１２Ｌ及びマフラ１４の下面１４Ｌよりも車両上方側で接続されている。すなわち、導出管２２における樹脂ホース３２との接続部２２Ｂがマフラ１４の下面１４Ｌよりも車両上方側に位置している。

（作用並びに効果）
次に、本実施形態に係る排熱回収器構造の作用並びに効果について説明する。

本実施形態では、排熱回収器１０によって冷却水とガスとの間で熱交換を行うことで、エンジン始動後の暖機運転を促進させることができる。すなわち、図２に示されるように、図示しないバルブを閉じてメイン配管部１８Ａの主流路を閉塞することで、バイパス配管部１８Ｂへガスを流入させ、冷却水とガスとの間で熱交換が行われる。これにより、バイパス配管部１８Ｂ内を流れる冷却水が加熱され、暖機を促進させることができる。また、暖機後は、バルブを開けてメイン配管部１８Ａの主流路を開放することで、冷却水とガスとの熱交換が抑制され、エンジンを冷却させる。

また、本実施形態では、導入管２０における樹脂ホース３０との接続部２０Ｂを排熱回収器本体１８よりも車両下方側に設けたことにより、排熱回収器本体１８よりも車両下方側で樹脂ホース３０と導入管２０とが接続されている。このため、樹脂ホース３０と導入管２０とが排熱回収器本体１８の下面１８ＡＬよりも車両上方で接続された構成と比較して、車両の走行時に導入管２０における樹脂ホース３０との接続部２０Ｂが風を受けやすくなる。すなわち、走行風によって接続部２０Ｂの冷却効果を高めることができる。この結果、樹脂ホース３０の熱害を抑制することができる。また、本実施形態のようにフロアトンネル２４の内部に排熱回収器１０が設けられた構成では、排気熱によってフロアトンネル２４の上部側が高温となる。ここで、導入管２０における樹脂ホース３０との接続部２０Ｂを排熱回収器本体１８よりも車両下方側に設けることにより、排熱回収器１０をフロアトンネル２４の内側に配置した場合であっても、熱害を抑制することができる。

さらに、図１に示されるように、導入管２０における樹脂ホース３０との接続部２０Ｂをマフラ１４の下面１４Ｌよりも車両上方側に設けたことにより、マフラ１４の下面１４Ｌよりも車両上方側で樹脂ホース３０と導入管２０とが接続されている。これにより、悪路走行時には、接続部２０Ｂが路面に接触する前にマフラ１４と路面とが接触するため、接続部２０Ｂが路面と干渉するのを抑制することができる。また、触媒コンバータ１２の下面１２Ｌ及びマフラ１４の下面１４Ｌよりも車両上方側で樹脂ホース３２と導出管２２とが接続されているため、同様にして、導入管２０における樹脂ホース３０との接続部２０Ｂが路面と干渉するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、導入管２０における樹脂ホース３０との接続部２０Ｂ及び導出管２２における樹脂ホース３２との接続部２２Ｂが車両前方側に向かって車両下方側へ傾斜されている。これにより、排熱回収器１０を車体に組み付けた後に樹脂ホース３０及び樹脂ホース３２をそれぞれ導入管２０及び導出管２２に接続する際に、樹脂ホース３０及び樹脂ホース３２を車両前方側からスムーズに導入管２０及び導出管２２に接続することができる。すなわち、作業者が車体の下面側で接続作業を行い際に、接続部２０Ｂ及び接続部２２Ｂが車両前方側に向かって車両上方側に傾斜している場合よりも、接続部２０Ｂ及び接続部２２Ｂが車両前方側に向かって車両下方側に傾斜している場合の方が樹脂ホース３０を接続しやすい。

さらに、図３に示されるように、本実施形態ではフロアトンネル２４の内側に排熱回収器１０が配置されており、フロアトンネル２４の下部の方が上部よりも車両幅方向に広がっている。これにより、接続部２０Ｂ及び接続部２２Ｂを車両前方側に向けることで、スペースの広い車両下方側から樹脂ホース３０及び樹脂ホース３２を接続することができ、作業効率を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態に係る排熱回収器構造について説明したが、これらの実施形態を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施形態では、図２に示されるように、導出管２２における樹脂ホース３２との接続部２２Ｂが排熱回収器本体１８の下面１８ＡＬよりも車両上方側に設けられていたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、導入管２０における樹脂ホース３０との接続部２０Ｂ及び導出管２２における樹脂ホース３２との接続部２２Ｂのうち、少なくとも一方が排熱回収器本体１８よりも下方に位置していれば、熱害の抑制に寄与し得る。このため、導出管２２における樹脂ホース３２との接続部２２Ｂを排熱回収器本体１８よりも車両下方側に設けた構成としてもよい。また、接続部２０Ｂ及び接続部２２Ｂの両方を排熱回収器本体１８よりも車両下方側に設けた構成としてもよい。ただし、本実施形態のように導出管２２側の接続部２２Ｂを導入管２０側の接続部２０Ｂよりも車両上方に設けることで、排熱回収器１０で熱交換された高温の冷却水の温度が走行風の影響で下がるのを抑制することができる。このため、熱交換後の冷却水の温度を維持して暖機を促進させる観点では、接続部２２Ｂを接続部２０Ｂよりも車両上方に位置するように構成するのが好ましい。

また、本実施形態では、導入管２０にフランジ２０Ａが形成されており、導出管２２にフランジ２２Ａが形成されていたが、これに限定されず、フランジ２０Ａ及びフランジ２２Ａを備えていない導入管に適用してもよい。この場合であっても、接続部２０Ｂに相当する部位を排熱回収器本体１８よりも車両下方側に設けることにより、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施形態では、導入管２０及び導出管２２を排熱回収器本体１８と一体に形成したが、これに限定されない。例えば、導入管２０及び導出管２２を別体で用意し、それぞれボルトなどの締結具によって排熱回収器本体１８に締結してもよい。

また、本実施形態では、メイン配管部１８Ａに設けられた図示しないバルブを開閉してメイン配管部１８Ａ及びバイパス配管部１８Ｂに流れるガスの流量を調整したが、これに限定されない。例えば、バイパス配管部１８Ｂ内にバルブを設けてもよい。この場合、冷却水とガスとの熱交換を行わない場合は、バルブを閉じてバイパス配管部１８Ｂにガスが流れないようにし、熱交換を行う場合は、バルブを開けてバイパス配管部１８Ｂにガスを流せばよい。

さらに、本実施形態では、導入管２０における樹脂ホース３０との接続部２０Ｂをマフラ１４の下面１４Ｌよりも車両上方側、かつ、触媒コンバータ１２よりも車両下方側に設けたが、これに限定されない。例えば、触媒コンバータ１２を図１の位置よりも車両下方側に配置し、触媒コンバータ１２の下面１２Ｌよりも車両上方側に接続部２０Ｂが設けられた構成としてもよい。この場合、車両の前進走行時において、路面上の障害物などが触媒コンバータ１２と接触して弾かれるため、この障害物などが接続部２０Ｂに干渉するのを効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、排熱回収器本体１８を保護するためのプロテクタなどを備えていないが、これに限定されず、排熱回収器本体１８の下面１８ＡＬの一部にプロテクタを取り付けて路面から保護する構成としてもよい。この場合、プロテクタは、本発明の「排熱回収器本体１８」には含まれない。すなわち、排熱回収器本体１８よりも車両下方側、かつ、プロテクタの下面よりも車両上方側に接続部２０Ｂが設けられた構成であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができるため、本発明に係る実施形態に含まれる。

１０排熱回収器
１２触媒コンバータ
１４マフラ
１８排熱回収器本体
２０導入管（金属管）
２０Ｂ接続部（金属管における樹脂ホースとの接続部）
２２導出管（金属管）
２２Ｂ接続部（金属管における樹脂ホースとの接続部）
２４フロアトンネル
３０樹脂ホース
３２樹脂ホース

Claims

フロアパネルの車両幅方向中央部に形成されたフロアトンネルの内側に配置され、車両の内燃機関で発生したガスと冷却水との間で熱交換を行う排熱回収器本体と、
前記排熱回収器本体から延出され、一端部が前記内燃機関に接続された樹脂ホースの他端部が接続されると共に、該樹脂ホースとの接続部が前記排熱回収器本体よりも車両下方側に設けられた金属管と、
を有し、
前記排熱回収器本体の排気方向上流側には触媒コンバータが連結され、前記排熱回収器本体の排気方向下流側にはマフラが連結されており、
前記接続部は、前記触媒コンバータ及び前記マフラの少なくとも一方の下面よりも車両上方側に設けられている排熱回収器構造。
前記内燃機関は、前記排熱回収器本体よりも車両前方側に配置されており、
前記接続部は、車両前方側に向かって車両下方側に傾斜されている請求項１に記載の排熱回収器構造。