JPH1054230A - 排気ガス熱回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの水温や油温が低いとき排気ガスか
らの熱を吸収し、エンジンの水温と油温が十分高いとき
排気ガスからの熱吸収を遮断する。 【解決手段】 本発明の排気ガス熱回収装置１０は、排
気管１１を外管１４と、この外管１４の内壁１５との間
に隙間１６を有して外管１４の内部に配設された内管１
７とで二重構造に形成し、内管１７が、排気ガスの流れ
方向の上流側に設けられて隙間１６と内管の内部とを連
通し排気ガスが隙間１６へ流れ込む連通部２９と、排気
ガスの流れ方向の下流側に設けられて排気ガスが所定温
度より低いとき隙間１６と内管１７の内部とを連通する
と共に、排気ガスが所定の温度より高くなったとき隙間
１６と内管１７の内部とが遮断され、冷却水の温度が十
分に高い所定の温度より高くなったとき再び隙間１６と
内管１７の内部２８とが遮断される開閉部３０とを有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用の排気管
の内部を流れる排気ガスの熱をエンジンの冷却水に吸収
する排気ガス熱回収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のエンジンの始動時では、エンジ
ンの冷却水温及び、エンジン油温は、低温なので、エン
ジン内部における摺動部でのオイル粘性が高く、摩擦損
失が大きい。このため、十分な動力を得るために多くの
燃料を必要とするため、早期にエンジンの水温及び油温
を上昇させる必要がある。

【０００３】また、寒冷地や冬期等の外気温度が低い場
合では、車室内の暖房に必要な熱量をエンジンの冷却水
から十分に得ることができない。

【０００４】これに対処するため、高温となる排気管の
周囲や排気管の壁面の中に冷却水の流れる通路を形成
し、エンジンより排出する排気ガスからの熱をエンジン
の冷却水に吸収することが提案されている。このような
構造では、排気管の表面温度は通常走行状態で約４００
℃から６００℃程度となるため、排気管の壁面に形成し
た冷却水通路内を流れる低温の冷却水に、排気ガスの熱
が大量に吸収され、結果として冷却水温が早期に上昇す
る。

【０００５】一方、冷却水の沸騰によるオーバーヒート
防止や、エンジン油温の高温によるエンジン摺動部での
焼き付け防止のために、エンジンの冷却水温や、エンジ
ン油温は適切な温度に保つ必要がある。

【０００６】しかし、排気管の壁面の中に形成した冷却
水通路内を流れる冷却水に排気ガスからの熱を吸収させ
る構造では、冷却水温が１００℃程度の高温となって
も、排気管表面との大きな温度差により、大量の熱を吸
収することになる。このため、冷却水温が十分に高くな
ったとき、排気管表面からの熱吸収を抑制する必要があ
るが、そのような例としては、図１２及び図１３に示す
もの知られている。

【０００７】図１２は、排気管１の通路を、排気管表面
で排気ガスの熱を吸収する冷却水通路２が設けられた第
１排気管３と、冷却水通路が設けられていない第２排気
管４に分割し、第１排気管３と第２排気管４の分割部
に、外部のコントローラー５により排気ガスの流れを切
り替える排気バルブ６を設けた構造を示す。

【０００８】図１３は、実開昭和６２−１２７３０号公
報に記載のエキゾーストマニホールド７の一部を示す。
このエキゾーストマニホールド７では、エキゾーストマ
ニホールド７の壁面８の内部に冷却水の流れるウォータ
ージャケット９を形成し、エキゾーストマニホールド７
内のウォータージャケット９への冷却水通路に制御弁を
設けた構造である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１２に示
した排気ガス熱回収構造では、排気管１を、第１排気管
３と第２排気管４の二重に形成するため、排気管３、４
を設置するために多くのスペースをエンジンルーム内
や、車両の下部に必要とする。

【００１０】また、排気ガスの排気バルブ６は、排気ガ
スが排気管１の内部から漏れない構造とする必要があ
り、さらに、高温の排気ガスに耐えるものとする必要が
あるため、高価なものとなる。

【００１１】さらに、冷却水温が高温となり、排気バル
ブ６により第１排気管３への排気ガスの流れを遮断した
場合でも、第１排気管３において、多少の排気ガスの流
れや、排気ガスの流れている高温の第２排気管４からの
伝導により、表面温度が高くなり、排気管表面積が二重
になることと合わせ、排気管表面からエンジンルーム内
に排出される熱量が増加する。この結果、エンジンルー
ムを構成する部品やエンジンルーム内に設置して有る部
品の温度上昇を来たす。

【００１２】図１３に示した排気管の壁面８の内部にウ
ォータージャケット９を形成した排気ガス熱回収構造で
は、エンジン出口直後であり、排気ガス温度が最も高い
ため、排気ガスから冷却水へ吸収される熱量は多く、冷
却水温は早期に上昇する。一方、冷却水温が十分高くな
った状態では、制御弁により、エキゾーストマニホール
ド７内のウォータージャケット９内に流れ込む冷却水を
停止するが、ウォータージャケット９内に残された冷却
水は、エキゾーストマニホールド７内を流れる高温の排
気ガスにより、さらに高温となり、沸騰することで、内
部圧力が高くなる恐れが生じる。

【００１３】このため、冷却水の流れを停止した状態
で、ウォータージャケット９や冷却水の配管から冷却水
を抜き取る構造も幾つか提案されているが、いずれも構
造が複雑で高価なものとなる。

【００１４】このほかに、排気管の表面に発電素子を取
り付け、高温の排気管から電気としてエネルギーを吸収
するものが、特開平１−３５１６４号公報に記載されて
いるが、発電素子から冷却水温を上昇させるための十分
な電気量を得ることはできない。

【００１５】本発明は、上記事情を考慮し、エンジンの
水温や油温が低いときに、排気ガスからの熱を吸収し、
エンジンの水温と油温を早期に上昇させ、エンジンの水
温と油温が十分に高いときに、排気ガスからの熱吸収を
遮断し、かつ、排気ガスからの熱を吸収する部位での冷
却水の沸騰を防止する排気ガス熱回収装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の発明は、エンジンからの排気ガス流れる
排気管と、この排気管の周囲に巻き付けられると共に、
内部にエンジンを冷却する冷却水が流れる受熱パイプと
を備え、前記排気管内を流れる排気ガスの熱が受熱パイ
プ内の冷却水に吸収される排気ガス熱回収装置であっ
て、前記排気管を外管と、この外管の内壁との間に隙間
を有して外管の内部に配設された内管とで二重構造に形
成し、前記内管が、排気ガスの流れ方向の上流側に設け
られて前記隙間と内管の内部とを連通し排気ガスが前記
隙間へ流れ込む連通部と、排気ガスの流れ方向の下流側
に設けられて排気ガスが所定温度より低いとき前記隙間
と前記内管の内部とを遮断し、排気ガスが所定の温度よ
り高くなったとき前記隙間と内管の内部とを連通し、前
記冷却水の温度が十分に高い所定の温度より高くなった
とき再び隙間と前記内管の内部とを遮断する開閉部とを
有することを特徴としている。

【００１７】この排気ガス熱回収装置では、エンジン始
動時等の排気ガス温度が所定の温度より低いときは、内
管と外管との隙間と内管の内部とを遮断して隙間への排
気ガスの流入を遮断する。これにより冷却水が排気ガス
熱を回収することなく排気ガスを排気ガスの流れ方向の
下流側に配置された触媒等に流す。この結果排気ガスの
温度を早期に上昇させることができ、例えば排気ガスの
流れ方向の下流側に触媒が配置されている場合には、触
媒の早期活性化を図ることができる。

【００１８】排気ガスの温度が所定の温度より高くなる
と、開閉部が隙間と内管の内部とを連通する。これによ
り、連通部から排気ガスが隙間内に流れ込んで、排気ガ
スの熱により外管の温度が上昇する。外管の温度が上昇
するとその表面温度が上昇するため、外管の周囲に巻き
付けられた受熱パイプの温度も上昇し内部を流れる冷却
水の温度が上昇する。従って、冷却水の温度を早期に上
昇させることができる。また、この冷却水の温度が十分
に高い所定の温度以上になると、開閉部が隙間と内管の
内部との間を遮断し、隙間内への排気ガスの流入を停止
する。これにより、隙間内に排気ガスの流入しないので
外管の表面温度が低下し外管からの冷却水への伝熱が低
減するので、冷却水温の過度の温度上昇を抑制すること
ができる。

【００１９】さらに、本発明では、受熱パイプに常に冷
却水が流れているため受熱パイプ内に冷却水が滞留する
ことがなくなり、受熱パイプ内に冷却水が澱むことによ
り生じる沸騰による受熱パイプの破損が防止される。

【００２０】請求項２の発明は、請求項１記載の排気ガ
ス熱回収装置であって、前記排気管がエンジンとこのエ
ンジンからの排気ガスを浄化する触媒との間に設置さ
れ、前記外管が前記受熱パイプ側及び前記触媒側にそれ
ぞれ設けられて前記外管の軸方向に伸縮可能な第１、第
２の伸縮部を有し、前記内管の開閉部が前記排気ガスの
温度と冷却水の温度により外管の内壁と接離して前記隙
間と内管の内部との間を開閉し、前記触媒への排気ガス
の入口近傍に配置されて排気ガスの温度を検出する排気
ガス温度検出手段と、前記受熱パイプの冷却水の流れ方
向の下流側に配置されて受熱パイプ内の冷却水の水温を
検出する冷却水温度検出手段と、前記第１、第２の伸縮
部を前記外管の軸方向に伸縮させて前記内管の開閉部に
前記外管の内壁を接離させて前記隙間と前記内管の内部
との間を開閉する開閉駆動部と、前記排気ガス温度検出
手段と前記冷却水温度検出手段の検出結果に基づいて、
前記開閉駆動手段を作動させて、排気ガス温度が前記触
媒の活性化温度より低いとき前記外管の内壁を前記開閉
部に当接させて前記隙間と内管の内部とを遮断し、排気
ガス温度が前記触媒の活性化温度より高くなったとき外
管の内壁を前記開閉部から離間させて前記隙間と内管の
内部とを連通させると共に、冷却水の温度が十分に高い
所定の温度より高くなったとき外管の内壁を前記開閉部
に当接させて前記隙間と内管の内部とを遮断する制御手
段とを有することを特徴としている。

【００２１】この排気ガス熱回収装置では、エンジン始
動時等において排気ガスが所定の温度より低いとき、こ
の温度が排気ガス温度検出手段により検出される。この
結果に基づいて制御手段は、開閉駆動部を駆動させて、
第１の伸縮部を収縮させると共に、第２の伸縮部を伸張
させ、外管の内壁を開閉部に当接させて隙間と内管の内
部とを遮断する。このため、隙間への排気ガスの流入が
遮断されるので、冷却水が排気ガスの熱を回収すること
がなく、排気ガスを触媒に流す。この結果排気ガスの熱
が他に奪われることがないので、排気ガスの温度を早期
に上昇させることができ、触媒の早期活性化を図ること
ができる。

【００２２】排気ガスの温度が触媒の活性化温度より高
くなると、制御手段は開閉駆動部を駆動させて第１の伸
縮部を伸張させ、第２の伸縮部を収縮させて外管の内壁
と開閉部との間を開放する。こため、隙間内に連通部か
ら排気ガスが流れ込んで、排気ガスの熱により外管の温
度が上昇する。外管の温度が上昇するとその表面温度が
上昇するため、外管の周囲に巻き付けられた受熱パイプ
の温度が上昇し、受熱パイプ内を流れる冷却水の温度が
上昇する。従って、冷却水の温度を早期に上昇させるこ
とができる。

【００２３】また、冷却水温度検出手段により冷却水の
温度が検出され、この検出結果が所定の温度より高くな
ると、制御手段は、開閉駆動部を駆動させて、第１の伸
縮部を収縮させ、第２の伸縮部を伸張させることで外管
の内壁を開閉部に当接させ、隙間と内管の内部とを遮断
する。このため、隙間への排気ガスの流入が停止され
る。これにより、外管の表面温度が低下し外管からの冷
却水への伝熱が低減するので、冷却水温の過度の温度上
昇を抑制することができる。

【００２４】請求項３の発明は、請求項１記載の排気ガ
ス熱回収装置であって、前記排気管が、エンジンからの
排気ガスを浄化する触媒の排気ガス流れ方向の下流側に
配置され、前記受熱パイプが前記排気管の軸方向に全域
にわたって巻き付けられ、前記開閉部は、排気ガスが所
定の温度より低いときは、外管の内壁から離間して隙間
と内管の内部とを連通し、排気ガスが所定の温度より高
くなると熱膨張して外管の内壁に密着当接し隙間と内管
の内部とを遮断することを特徴としている。

【００２５】この排気ガス熱回収装置では、エンジンか
らの排気ガスが所定の温度より低いときは、外管の内壁
から開閉部が離間して隙間と内管の内部とを連通する。
このため、外管の温度は排気ガスの熱により上昇し、表
面温度が上昇する。この結果、外管の周囲に巻き付けら
れている受熱パイプ内の冷却水に熱が伝わり冷却水の温
度が早期に上昇する。この場合、受熱パイプは、排気管
の軸方向の全域にわたり巻き付けられているので、排気
ガスからの冷却水への伝熱量が増加し冷却水温の早期上
昇を促進する。

【００２６】排気ガスの温度が高くなると、開閉部は熱
膨張して外管の内壁に密着当接し隙間と内管の内部とを
遮断する。このため、隙間内への排気ガスの流入が停止
されて、外管の温度が低下し、受熱パイプ内を流れる冷
却水への伝熱量が減少し冷却水の過度の温度上昇が抑制
される。

【００２７】請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３
のいずれか一項に記載の排気ガス熱回収装置であって、
前記排気管への巻き付き部分より冷却水の流れ方向の下
流側で前記受熱パイプを本体通路と、この本体通路から
分岐して再び本体通路に連通するバイパス通路とに分岐
し、前記バイパス通路の途中に熱交換器を設けると共
に、前記本体通路と前記バイパス通路との分岐部に冷却
水温が所定の温度より高くなったとき冷却水をバイパス
通路内に導いて熱交換器内に流し、冷却水温が所定の温
度より低いとき冷却水を前記本体通路内へ導く弁体とを
設けたことを特徴としている。

【００２８】この排気ガス熱回収装置では、排気ガスの
熱により上昇した冷却水の温度が十分に高い所定の温度
より高くなると、弁体が作動して冷却水をバイパス通路
内に導いて熱交換器内に流し、冷却水の熱を外気へ放出
する。また、冷却水温が十分に高い所定の温度より低い
ときは、弁体は冷却水を本体通路内へ導く。

【００２９】請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４
のいずれか一項に記載の排気ガス熱回収装置であって、
前記内管の上流側が、複数個の内管保持部材を介して前
記外管の内壁に保持され、前記複数個の内管保持部材の
間が前記連通部であることを特徴としている。

【００３０】この排気ガス熱回収装置では、エンジンか
らの排気ガスが排気管内を流れ始めると、排気ガスは、
連通部を通過して隙間内に流れ込むと共に、内管の内部
に流れる。この場合、開閉部が外管の内壁と当接して隙
間と内管の内部とを遮断している場合には、隙間内に流
れ込んだ排気ガスは流れることはなく、最初に流れ込ん
だ排気ガスが隙間内で滞留している。また、内管内に流
れ込んだ排気ガスは、そのまま下流側に流れる。

【００３１】また、開閉部が外管の内壁から離間する
と、隙間と内管の内部とが連通されるので、隙間内に流
れ込んだ排気ガスは内管の内部に流れ、隙間内に排気ガ
スが連通部から流れ込む。

【００３２】請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５
のいずれか一項に記載の排気ガス熱回収装置であって、
前記開閉部が、前記内管の下流側に設けられて内管の軸
方向に伸縮可能なベローズからなり、このベローズの下
流側先端部は外管の内壁に密着当接可能な当接面を有し
ていることを特徴としている。

【００３３】この排気ガス熱回収装置では、開閉部の先
端部が外管の内壁に当接する場合例えば、開閉駆動部に
より第１の伸縮部が収縮し、第２の伸縮部が伸張して外
管の内壁に開閉部の先端部が当接すると、ベローズが収
縮して外管の内壁に密着して当接する。これにより、隙
間と内管の内部とを確実に遮断することができる。

【００３４】請求項７の発明は、請求項１記載の発明で
あって、前記挿通部が前記内管の上流側を外管の内壁に
保持する複数個の内管保持部材の間に形成され、前記開
閉部が、前記内管の下流側に設けられて内管の軸方向に
伸縮可能なベローズからなり、このベローズの下流側先
端部は外管の内壁に密着当接可能な当接面を有し、前記
第１、第２の伸縮部が外管の軸方向に伸縮可能なベロー
ズ部と、このベローズ部を覆う伸縮可能なアウタプレー
トとからフレキシブルチューブ構造に形成され、前記開
閉駆動部が外管の下流側外周に固定された支持部材と、
この支持部材を外管の軸方向に駆動する駆動部とからな
ることを特徴としている。

【００３５】この排気ガス熱回収装置では、第１の伸縮
部が収縮し、第２の伸縮部が伸張することで、外管の内
壁が開閉部の先端部に当接する。この場合、開閉部がベ
ローズからなり、このベローズの先端部が外管の内壁に
密着当接可能な当接面を有しているので、隙間と内管の
内部とを確実に遮断することができる。

【００３６】また、第１の伸縮部が伸張し、第２の伸縮
部が収縮することで外管の内壁が開閉部の当接面から離
間する。

【００３７】請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７
のいずれか一項に記載の排気ガス熱回収装置であって、
前記開閉部の内側に、開閉部と同材料、同肉厚で、同伸
縮量を有する第２の内管を設けたことを特徴としてい
る。

【００３８】この排気ガス熱回収装置では、排気ガスの
温度が低いときに、開閉部での排気ガスの温度低下を抑
制し、排気ガスの温度を早期に上昇させることができ
る。

【００３９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、エンジンの冷
却水温や油温が低いときに排気ガスからの熱を吸収して
エンジン水温を早期に上昇させることができ、エンジン
の冷却水温や油温が十分に高くなると排気ガスからの熱
の吸収を停止し、かつ受熱パイプ内に冷却水が澱むこと
がないので、冷却水が流れる部分での冷却水の沸騰によ
る破損を防止することができる。

【００４０】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、排気管をエンジンと触媒との間に配置
し、排気ガスの温度が触媒の活性化温度より低いとき
は、排気ガスの熱を冷却水へ伝達せずに、排気ガスが触
媒の活性化温度より高くなったとき、冷却水への伝熱を
行うので、排気ガスの温度を早期に上昇させて触媒を早
期に活性化させることができる。

【００４１】また、冷却水の温度が高くなりすぎると、
排気ガスからの冷却水への伝熱を低下させるので、冷却
水の過度の温度上昇を抑制することができる。

【００４２】請求項３の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、受熱パイプが排気管の軸方向の全域に
わたり巻き付けられているので、排気ガスからの冷却水
への伝熱量が増加し冷却水温の早期の上昇を促進するこ
とができる。

【００４３】請求項４の発明によれば、請求項１から請
求項３のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、冷
却水の温度が過度に高くなると、バイパス通路に冷却水
を流して熱交換器により冷却水の熱を外気へ放出するの
で、エンジンの冷却水を所定の温度以下に保つことがで
きる。

【００４４】請求項５の発明によれば、請求項１乃至請
求項４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、内
管を外管の内壁に複数個の内管保持部材で保持したこと
により、内管を外管の内壁に確実に保持することができ
る。

【００４５】請求項６の発明によれば、請求項１乃至請
求項５のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、開
閉部をベローズで形成したことにより、外管の内壁に密
着当接して隙間と内管の内部とを確実に遮断することが
でき、しかも、外管の内壁が開閉部に当接する際には、
ベローズにより当接の際の衝撃を吸収することができ
る。

【００４６】請求項７の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、開閉部がベローズからなり、ベローズ
の先端部に外管の内壁に倣った当接面を設けたことによ
り、当接面に外管の内壁が当接した状態では、隙間と内
管の内部とを確実に遮断することができる。

【００４７】請求項８の発明によれば、請求項１乃至請
求項７のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、第
２の内管を設けたことにより、排気ガスが開閉部に直接
触れることがなくなり、排気ガスの温度低下を防止し
て、排気ガスの早期の温度上昇を促進することができ
る。

【００４８】

【実施形態】以下、本発明に係る排気ガス熱回収装置の
実施形態について図面に基づいて説明する。

【００４９】第１実施形態 図１乃至図５は第１実施形態の排気ガス熱回収装置１０
を示す。図１に示すように、この排気ガス熱回収装置１
０は、エンジンからの排気ガス流れる排気管１１と、こ
の排気管１０の周囲に巻き付けられると共に、内部にエ
ンジンを冷却する冷却水が流れる受熱パイプ１２とを備
え、排気管１１内を流れる排気ガスの熱が受熱パイプ１
２内の冷却水に吸収されるようになっている。

【００５０】排気管１１は、図２に示すように、エンジ
ンとこのエンジンからの排気ガスを浄化する触媒１３と
の間に設置され、外管１４と、この外管１４の内壁１５
との間に隙間１６を有して外管の内部に配設された内管
１７とで二重構造に形成されている。外管１４及び内管
１７は、高温の排気ガスに曝されるため、酸化や腐食に
よる劣化を防止する必要から、ステンレス材を用いて形
成されており、内管１７は薄肉（例えば０．５mm）に形
成され、外管１４は、肉厚（例えば１．２〜３mm）に形
成されている。

【００５１】外管１４は、エンジン側の上流側外管１８
と、この上流側外管に一側がフランジ部１９を介して連
結され他側が触媒１３に連結された下流側外管２１とで
形成されている。

【００５２】上流側外管１８には、受熱パイプ１２の巻
き付け部２２側に第１の伸縮部２３が形成され、下流側
外管２１の触媒１３側に第２の伸縮部２４が形成されて
いる。これらの第１、第２の伸縮部２３、２４は、薄板
を波状に形成した伸縮自在なベローズ２５と、このベロ
ーズ２５の外側を覆う伸縮可能なアウタブレード２６と
で形成されている。このため、第１、第２の伸縮部２
３、２４が伸縮すると、上流側外管１８のフランジ部１
９側の移動外管２７及び、下流側外管２１のフランジ部
１９側が、排気管１１の軸方向に沿って移動するように
なっている。また、上流側外管１８の内部に、上流側外
管１８の内壁１８ａとの間に所定の隙間１６をあけて内
管１７が配設されている。

【００５３】内管１７は、排気ガスの流れ方向の上流側
に設けられて隙間１６と内管１７の内部２８とを連通し
排気ガスが隙間へ流れ込む連通部２９と、排気ガスの流
れ方向の下流側に設けられて排気ガスが所定温度より低
いとき隙間１６と内管１７の内部２８とを連通すると共
に、排気ガスが所定の温度より高くなったとき隙間１６
と内管１７の内部２８とが遮断され、冷却水の温度が所
定の温度より高くなったとき再び隙間１６と内管１７の
内部２８とが遮断される開閉部３０とを有している。

【００５４】内管１７の排気ガス流れ方向の上流側先端
部には、複数個の内管保持部材３１が、内管の周方向に
所定の間隔で溶接固定されている。この内管保持部材３
１は、外管の内壁に固定されることで、内管１７の上流
側先端部を外管１４の内壁１４ａに保持する。そして、
複数の内管保持部材３１の間が上記連通部２９となって
いる。この連通部２９からは、エンジンからの排気ガス
が隙間１６内に流れ込むようになっている。

【００５５】また、内管１７の下流側に設けられた開閉
部３０は、薄板を波状に形成した伸縮自在なベローズ３
２で形成されている。このベローズ３２の先端部は、移
動外管１４の内壁１４ａに密着当接可能な当接面３３が
形成されている。この当接面３３は、移動外管２７の内
壁の形状に倣って形成されており、ベローズ３２が熱膨
張して移動外管２７の内壁側に向けて伸張し、当接面３
３が移動外管２７の内壁に密着当接するようになってい
る。

【００５６】また、内管１７の下流側端部には、複数個
のメッシュ３４が設けられている。このメッシュ３４
は、内管１７の下流側端部を、外管１４の内壁１４ａに
保持している。このため、振動により内管１７が径方向
にずれないようにしている。このメッシュ３４は、金属
製の繊維で編み込まれて形成されている。

【００５７】この内管１７の下流側端部の開閉部３０に
対して、第１の伸縮部２３、第２の伸縮部２４を伸縮さ
せることにより移動外管２７の内壁２７ａを接離させる
開閉駆動部３５が、移動外管２７の外周に設けられてい
る。この開閉駆動部３５は、移動外管２７のフランジ部
１９に固定された支持部材３６と、この支持部材３６を
移動外管２７の軸方向に沿って駆動する駆動部３７とか
らなる。

【００５８】一方、受熱パイプ１２は、上流側外管１８
への巻き付け部２２の冷却水の流れ方向の下流側で、本
体通路３８と、この本体通路３８から分岐して再び本体
通路３８に連通するバイパス通路３９とに分岐されてい
る。バイパス通路３９の途中には、熱交換器４０が設け
られ、本体通路３８とバイパス通路３９との分岐部に
は、サーモスタット（弁体）４１が設けられている。熱
交換器４０は、小型でルーバータイプのフィンが取り付
けられたラジエータ型、若しくは、パイプに円盤状のフ
ィンが取り付けられたものである。

【００５９】また、サーモスタット４２は、冷却水の温
度が所定の温度より高くなったとき冷却水をバイパス通
路３９内に導き、冷却水の温度が所定の温度より低いと
きは、冷却水を本体通路３８内に導く。また、受熱パイ
プ１２の上流側外管１８への巻き付け部２２とサーモス
タット４１との間には、冷却水温を検出する冷却水温度
検出手段である水温センサー４２が取り付けられてい
る。この水温センサー４２は、制御装置（制御手段）４
３に接続されている。

【００６０】制御装置４３には、水温センサー４２の他
に、下流側外管２１の触媒１３側の外周に取り付けられ
て排気ガスの温度を検出する排温センサー４４が接続さ
れている。さらに、制御装置４３には、駆動部３７が接
続されている。そして、排気ガス温度が触媒１３の活性
化温度より低いとき駆動部３７を作動させて移動外管２
７の内壁２７ａを開閉部３０の当接面３３に当接させて
隙間１６と内管１７の内部とを遮断し、排気ガス温度が
触媒１３の活性化温度より高くなったとき移動外管２７
の内壁２７ａを開閉部３０の当接面３３から離間させて
隙間１６と内管１７との間を連通させる。また、冷却水
温が所定の温度より高くなったとき移動外管２７の内壁
２７ａを前記開閉部３０の当接面３３に当接させて隙間
１６と内管１７の内部とを遮断する。

【００６１】次に、上記実施形態の排気ガス熱回収装置
１０の作用を図６に示す制御装置の制御フローチャート
を基に説明する。

【００６２】まず、エンジン始動時について説明する。

【００６３】エンジンの停止直後を除き、排気管１１の
外管１４と内管１７及び受熱パイプ１２の温度は、外気
温度と同じである。エンジン始動後、ステップＳ１で制
御弁が閉じ状態とされる。すなわち、図５に示すよう
に、移動外管２７が開閉駆動部３５により排気ガスの流
れ方向の上流側に位置して、開閉部３０のベローズ３２
の当接面３３に移動外管２７の内壁２７ａが密着当接さ
れ、隙間１６と内管１７の内部２８とが遮断される。

【００６４】この状態では、エンジンからの排気ガス
は、内管１７内を通って触媒１３側へ流れると共に、排
気ガスの一部は、連通部２９から内管１７と外管１４の
内壁との間の隙間１６内に流れ込む。このとき、移動外
管２７の内壁が当接面３３に密着当接しているので、隙
間１６内に流れ込んだ排気ガスは、触媒１３側へ流れる
ことはなく、隙間１６内で滞留している。また、内管１
７内を通過する排気ガスの熱により内管１７が暖められ
る。

【００６５】この場合、本実施形態では、内管１７が薄
肉の板材で形成されているので、内管の熱容量は小さ
く、内管１７の温度は早期に上昇する。従って、排気ガ
スからの内管１７への伝熱量が低く抑えられ、排気ガス
の温度低下が抑制される。この結果、触媒１３内に流れ
込む排気ガスの温度の低下が少ないので、図７（ｂ）に
示すように、従来と比較して触媒の活性化温度まで早期
に排気ガスの温度を上昇させることができる。

【００６６】次にステップＳ２で、排気ガスが触媒の活
性化温度より高くなったか否かが判断される。排気ガス
が触媒の活性化温度より高くない場合は、ステップＳ１
が続けて実行される。排気ガスが触媒の活性化温度より
高くなると、ステップＳ３で制御弁が開状態とされる。
すなわち、開閉駆動部３５により移動外管２７が、排気
ガスの流れ方向の下流側に移動して当接面３３から移動
外管２７の内壁２７ａが離間し隙間１６と内管１７の内
部２８とが連通される。

【００６７】これにより、連通部２９から隙間１６内に
流れ込んだ排気ガスの一部は、開閉部３０と移動外管２
７の内壁との間から内管１７の内部に流れる。このた
め、外管１４が排気ガスの熱により上昇し外管１４の壁
温は、４００℃から５００℃程度に上昇する。外管１４
の壁温が上昇すると、受熱パイプ１２の巻き付け部２２
内を流れる冷却水に外管１４の熱が伝達して冷却水の温
度が上昇する。この結果、図７（ａ）に示すように、冷
却水の温度が従来と比較して早期に上昇する。

【００６８】この場合、エンジンの冷却水通路に繋がる
受熱パイプ１２の中は、常にエンジンの冷却水が流れて
いるため、高温となる排気管１１の外管１４から受熱パ
イプを経由して冷却水へ大量の熱が伝わり、冷却水の温
度が早期に上昇する。この時、受熱パイプ１２の下流側
に設置してあるサーモスタット４１は開弁温度を十分高
い温度に設定してあるため、受熱パイプ１２で受熱した
冷却水は、本体通路３８を通ってエンジンへ流れ、熱交
換器で４０で熱を放出することなく、水温を維持したま
まエンジンへ流れ込む。この結果、高温の冷却水からエ
ンジンオイルへ熱が伝わり、エンジンの油温も早期に上
昇し、エンジン内部における摺動部でのオイル粘性が低
くなり、摩擦損失が低減され燃費が向上する。さらに寒
冷地や冬季等の外気温度が低く、車室内において暖房を
必要とする状況でも、暖房に必要な熱量をエンジンの冷
却水から十分に得ることができる。

【００６９】次にステップＳ４で受熱パイプ１２内の冷
却水の温度が、サーモスタット４１の作動温度（開弁温
度）より高いか否かが判断される。受熱パイプ１２内の
冷却水の温度がサーモスタット４１の開弁温度より高い
場合には、ステップＳ５で開閉駆動部３５を作動させて
移動外管２７を排気ガスの流れ方向の上流側に移動さ
せ、開閉部３０の当接面３３に移動外管２７の内壁２７
ａを密着当接させる。これにより、隙間１６内での排気
ガスの流れが停止される。これと共に、サーモスタット
４１が作動して、冷却水をバイパス通路３９内に流して
熱交換器により、熱が放出されて冷却水の過度の温度上
昇が抑制される。

【００７０】また、ステップＳ４で、受熱パイプ１２内
の冷却水の温度がサーモスタット４１の作動温度より低
い場合では、ステップＳ６で冷却水の温度が、エンジン
のウォータージャケットとラジエータとの間に設定して
あるサーモスタット、すなわち、エンジン内へ所定の温
度以下の冷却水のみを送るために冷却水の温度により開
閉して、エンジン内へ所定の温度以下の冷却水を送るた
めの弁体の設定温度より高いか否かが判断される。冷却
水の温度が上記サーモスタット作動温度より高いとステ
ップＳ５が実行され、冷却水の温度が上記サーモスタッ
ト４１の作動温度より低い場合には、ステップＳ２以下
が再び実行される。

【００７１】本形態の排気ガス熱回収装置では、通常エ
ンジンとウォータージャケットとの間に配置してあるサ
ーモスタットの近傍に設置してあるエンジン制御に使用
する水温センサーから得られる冷却水温が、サーモスタ
ット４１の開弁温度より高くなると、制御装置４３によ
り、排気管１１の移動外管２７は図５に示すように上流
側に移動し当接面３３が内壁２７ａに当接・密着する。
このとき排気ガスは、隙間１６内への流入が停止するこ
とで排気管１１の外管１４の壁温は１５０℃から２００
℃程度に低下する。このため、外管１４と受熱パイプ１
２の温度差は縮まり、外管１４、ひいては排気ガスから
受熱パイプ１２内の冷却水への受熱量が低下し、水温の
上昇が抑制される。またこのとき、外管１４と受熱パイ
プ１２の温度差により僅かに吸収する熱量は、受熱パイ
プ１２の下流側に設置してある熱交換器４０により放出
されるため、受熱パイプ１２での水温上昇は抑制され
る。

【００７２】また、熱地や夏場等の車室内に暖房を必要
としない状況下、すなわち、ヒータースイッチがオフの
場合では、排温センサー４４により、触媒１３に流入す
る排気ガス温度が触媒１３の活性化温度以上になると、
制御装置４３による制御が中止する。このため、排気ガ
ス温度が触媒１３の活性化温度以上になると、隙間１６
内に排気ガスが流れ、外管１４から受熱パイプ内の冷却
水へ伝熱が生じ、水温が上昇する。

【００７３】一方、排気ガス温度が十分に高くなると、
排気ガス温度により暖められて高温となる内管１７及び
ベローズ３２が熱膨張しベローズ３２の先端部の当接面
３３が内壁２７ａに密着することで、隙間１６を流れる
排気ガスは遮断され、外管１４の温度が低下し、受熱パ
イプ１２での冷却水への伝熱量が低下し、水温上昇が抑
制される。以上のように、制御装置４３による制御を中
止することで、制御に用いる動力の削減や、制御装置４
３の劣化を防止することができる。

【００７４】本実施形態の排気ガス熱回収装置１０で
は、エンジン始動時等の冷却水温が低い場合、二重構造
とした排気管の周囲に巻き付けた受熱パイプ内の冷却水
に排気ガスの熱を伝達することにより、図７（ａ）に示
すように、エンジンの水温を早期に上昇させることがで
きる。

【００７５】また、本形態の排気ガス熱回収装置１０で
は、受熱パイプ内を冷却水が流れているため、冷却水の
温度が過度に上昇して沸騰し受熱パイプ１２が破損する
ことがない。

【００７６】さらに、本形態の排気ガス熱回収装置１０
では、排気ガスの温度が触媒の活性化温度になるまで
は、排気ガスの熱を冷却水に伝達しないで触媒１３に流
すため、図７（ｂ）に示すように、排気ガスの温度が早
期に上昇し、触媒の活性化温度より高く早期に上昇させ
ることができる。

【００７７】また、市街地走行や高速走行等の排気ガス
温度が高くなった場合、二重構造排気管１１は、制御装
置４３の制御、非制御に係わらず、隙間１６への排気ガ
スの流入は遮断されているため、排気管１１表面からエ
ンジンルームへの輻射と対流による放出熱量は低減さ
れ、エンジンルームを構成する部品やエンジンルーム内
に設置して有る部品の温度上昇を低減し、部品の熱劣化
を早める恐れを防止できる。

【００７８】第２実施形態 次に第２実施形態の排気ガス熱回収装置５０について、
図８乃至図１０を用いて説明する。図８は、第２実施形
態の排気ガス熱回収装置５０の外観図であり、図９は、
二重構造の排気管の断面図を示す。なお、上記と同じ構
成の部分については図面に同符号を付して重複した説明
を省略する。

【００７９】本実施形態の排気ガス熱回収装置５０は、
排気管５１が、エンジンからの排気ガスを浄化する触媒
１３の排気ガス流れ方向の下流側に配置され、受熱パイ
プ５２が排気管５１の軸方向の全域にわたって巻き付け
られている。

【００８０】本実施形態の排気管５１は、図９に示すよ
うに、外管５３と、この外管５３の内部に隙間５４をあ
けて配設された内管５５とで二重構造に構成されてい
る。外管５３の排気ガス流れ方向の上流側は触媒１３に
フランジ部５６を介して連結され、下流側はフランジ部
５７を介して下流側外管５８と連結されている。内管５
５は、排気ガス流れ方向の上流側端部が上記第１実施形
態と同じ複数個の内管保持部材３１によりフランジ部５
６に保持されている。そして、内管保持部材３１間に隙
間５４と内管５５の内部とを連通する連通部６３が形成
されている。

【００８１】また、内管５５の下流側には開閉部５９が
設けられている。この開閉部５９は、上記第１実施形態
の開閉部３０と同じようなベローズ６０からなる。ベロ
ーズ６０の先端部は、外管５３の下流側内壁５３ａに倣
って形成された当接面６１が設けられている。このベロ
ーズ６０は、図１０に示すように、熱膨張することによ
り排気ガス流れの下流側に伸張して、当接面６１が外管
５３の下流側内壁５３ａに密着当接するようになってい
る。

【００８２】また、本実施形態の受熱パイプ５２は、外
管５３への巻き付け部６２から冷却水の流れ方向の下流
側は、上記第１実施形態と同じ構成となっている。

【００８３】この実施形態における排気ガス熱回収装置
５０では、エンジン始動時の排気ガス温度が低い状態で
は、内管５５のベローズ６０の当接面６１と外管５３の
下流側内壁５３ａとは離間している。このため、隙間５
４と内管５５の内部とは連通されている。エンジンから
の排気ガスは、触媒を通過した後に、排気管５１内に流
入し内管５５内を流れて下流側外管内へ流れると共に、
排気ガスの一部は、連通部６３から隙間５４内に流れ込
み、当接面６１と外管５３の下流側内壁５３ａとの間か
ら再び内管５５内に入り下流側外管５８へと流れる。

【００８４】このとき、隙間５４内に流れ込んだ排気ガ
スにより、外管５３の壁温が上昇し、受熱パイプ５２の
巻き付け部６２内を流れる冷却水へ熱を伝える。このた
め、冷却水が早期に上昇する。従って、受熱パイプ５２
内の冷却水は、エンジン始動直後から、排気管５１より
受熱して早期に温度が上昇する。

【００８５】この場合、冷却水温がサーモスタット４１
の作動温度より高くなると、受熱パイプ５２の巻き付け
部６３内を流れた冷却水は、バイパス通路３９内に導か
れて熱交換器４０内へ流れ込み、外部に熱が放出され
る。

【００８６】排気ガス温度が十分高くなると、内管５５
と内管５５の下流側のベローズ６０が排気ガスの熱によ
り膨張して外管５３の下流側内壁５３ａ側へ伸張する。
そして、当接面６１が外管５３の内壁５３ａに密着当接
して、隙間５４と内管５５の内部とを遮断する。この結
果、隙間５４内に流れ込んだ排気ガスが再び内管５５内
に流れ込むことがないので、隙間内を排気ガスが流れる
ことがなく、巻き付け部での冷却水の伝熱が減少し、水
温上昇が抑制される。

【００８７】本形態の排気ガス熱回収装置５０によれ
ば、受熱パイプ５２の外管５３の外周への巻き付け部６
２の面積が広いので、第１実施形態に比較して冷却水温
の上昇は早く、早期に冷却水温を上昇させることができ
る。

【００８８】また、本実施形態では、排気管５１を触媒
１３の後方に配置したことにより排気ガスの触媒１３の
活性化温度に応じた制御を必要としないので、制御装
置、第１の伸縮部、第２の伸縮部を必要としない簡易な
構造となっている。

【００８９】第３実施形態次に第３実施形態の排気ガス
熱回収装置７０について図１１を用いて説明する。図１
１は、第３実施形態の排気ガス熱回収装置７０の断面を
示す。二重構造の排気管１１の内管１７の後方のベロー
ズ３２の内側に、内管１７と同材料で、同肉厚で形成さ
れた第２の内管７１がベローズ３２を覆うように、内管
１７に溶接固定されている構造である。

【００９０】本実施形態の排気ガス熱回収装置７０で
は、排気ガスに曝される面積の大きいベローズ３２を、
肉薄の第２の内管７１で覆うため、排気ガスの熱量がベ
ローズ３２へ逃げるのを防ぐことができるため、エンジ
ン始動直後の排気ガス温度の低い時に、触媒に流入する
排気ガス温度を早期に上昇させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排気ガス熱回収装置の第１実施形
態を示す外観図である。

【図２】第１実施形態の排気管の内部を示す断面図であ
る。

【図３】第１実施形態の排気管における内管の外管への
保持構造を示し図２のＰ方向矢視図である。

【図４】第１実施形態の排気管において外管の内壁が開
閉部に密着当接した状態を示す断面図である。

【図５】第１実施形態の排気において開閉部のベローズ
が膨張した状態を示す断面図である。

【図６】第１実施形態の排気ガス熱回収装置の制御装置
の制御を示すフローチャートである。

【図７】第１実施形態の排気ガス熱回収装置の冷却水温
の変化、排気ガスの温度の変化を示し、（ａ）は時間に
対する冷却水温の上昇曲線を示す線図、（ｂ）は時間に
対する排気ガスの温度を示す線図である。

【図８】本発明に係る排気ガス熱回収装置の第２実施形
態を示す外観図である。

【図９】第２実施形態の排気管の内部を示す断面図であ
る。

【図１０】第２実施形態の排気管において、ベローズに
外管の内壁が密着当接した状態を示す断面図である。

【図１１】本発明に係る排気ガス熱回収装置の第３実施
形態を示す外観図である。

【図１２】従来の排気管を示す概略構成図である。

【図１３】従来の他の排気管を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１０、５０、７０ 排気ガス熱回収装置 １１、５１ 排気管 １２、５２ 受熱パイプ １３ 触媒 １４、５３ 外管 １５ 内壁 １６、５４ 隙間 １７、５５ 内管 ２３ 第１の伸縮部 ２４ 第２の伸縮部 ２８ 内部 ２９、６３ 連通部 ３０、５９ 開閉部 ３１ 内管保持部材 ３２、６０ ベローズ ３３、６１ 当接面 ３５ 開閉駆動部 ３８ 本体通路 ３９ バイパス通路 ４０ 熱交換器 ４１ サーモスタット ４２ 水温センサー ４３ 制御装置 ４４ 排温センサー ７１ 第２の内管

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンからの排気ガス流れる排気管
   と、この排気管の周囲に巻き付けられると共に、内部に
   エンジンを冷却する冷却水が流れる受熱パイプとを備
   え、前記排気管内を流れる排気ガスの熱が受熱パイプ内
   の冷却水に吸収される排気ガス熱回収装置であって、 前記排気管を外管と、この外管の内壁との間に隙間を有
   して外管の内部に配設された内管とで二重構造に形成
   し、 前記内管が、排気ガスの流れ方向の上流側に設けられて
   前記隙間と内管の内部とを連通し排気ガスが前記隙間へ
   流れ込む連通部と、排気ガスの流れ方向の下流側に設け
   られて排気ガスが所定温度より低いとき前記隙間と前記
   内管の内部とを遮断すると共に、排気ガスが所定の温度
   より高くなったとき前記隙間と内管の内部とを連通し、
   前記冷却水の温度が十分に高い所定の温度より高くなっ
   たとき再び隙間と前記内管の内部とを遮断する開閉部と
   を有することを特徴とする排気ガス熱回収装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の排気ガス熱回収装置であ
   って、前記排気管がエンジンとこのエンジンからの排気
   ガスを浄化する触媒との間に設置され、 前記外管が前記受熱パイプ側及び前記触媒側にそれぞれ
   設けられて前記外管の軸方向に伸縮可能な第１、第２の
   伸縮部を有し、 前記内管の開閉部が前記排気ガスの温度と冷却水の温度
   により外管の内壁と接離して前記隙間と内管の内部との
   間を開閉し、前記触媒への排気ガスの入口近傍に配置さ
   れて排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段
   と、 前記受熱パイプの冷却水の流れ方向の下流側に配置され
   て受熱パイプ内の冷却水の水温を検出する冷却水温度検
   出手段と、 前記第１、第２の伸縮部を前記外管の軸方向に伸縮させ
   て前記内管の開閉部に前記外管の内壁を接離させて前記
   隙間と前記内管の内部との間を開閉する開閉駆動部と、 前記排気ガス温度検出手段と前記冷却水温度検出手段の
   検出結果に基づいて、前記開閉駆動手段を作動させて、
   排気ガス温度が前記触媒の活性化温度より低いとき前記
   外管の内壁を前記開閉部に当接させて前記隙間と内管の
   内部とを遮断し、排気ガス温度が前記触媒の活性化温度
   よい高くなったとき外管の内壁を前記開閉部から離間さ
   せて前記隙間と内管の内部とを連通させると共に、冷却
   水の温度が十分に高い所定の温度より高くなったとき外
   管の内壁を前記開閉部に当接させて前記隙間と内管の内
   部とを遮断する制御手段とを有することを特徴とする排
   気ガス熱回収装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の排気ガス熱回収装置であ
   って、前記排気管が、エンジンからの排気ガスを浄化す
   る触媒の排気ガス流れ方向の下流側に配置され、前記受
   熱パイプが前記排気管の軸方向に全域にわたって巻き付
   けられ、前記開閉部は、排気ガスが所定の温度より低い
   ときは、外管の内壁から離間して隙間と内管の内部とを
   連通し、排気ガスが所定の温度より高くなると熱膨張し
   て外管の内壁に密着当接し隙間と内管の内部とを遮断す
   ることを特徴とする排気ガス熱回収装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に
   記載の排気ガス熱回収装置であって、前記排気管への巻
   き付き部分より冷却水の流れ方向の下流側で前記受熱パ
   イプを本体通路と、この本体通路から分岐して再び本体
   通路に連通するバイパス通路とに分岐し、前記バイパス
   通路の途中に熱交換器を設けると共に、前記本体通路と
   前記バイパス通路との分岐部に冷却水温が十分に高い所
   定の温度より高くなったとき冷却水をバイパス通路内に
   導いて熱交換器内に流し、冷却水温が十分に高い所定の
   温度より低いとき冷却水を前記本体通路内へ導く弁体と
   を設けたことを特徴とする排気ガス熱回収装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
   記載の排気ガス熱回収装置であって、前記内管の上流側
   が、複数個の内管保持部材を介して前記外管の内壁に保
   持され、前記複数個の内管保持部材の間が前記連通部で
   あることを特徴とする排気ガス熱回収装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
   記載の排気ガス熱回収装置であって、前記開閉部が、前
   記内管の下流側に設けられて内管の軸方向に伸縮可能な
   ベローズからなり、このベローズの下流側先端部は外管
   の内壁に密着当接可能な当接面を有していることを特徴
   とする排気ガス熱回収装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の発明であって、前記挿通
   部が前記内管の上流側を外管の内壁に保持する複数個の
   内管保持部材の間に形成され、 前記開閉部が、前記内管の下流側に設けられて内管の軸
   方向に伸縮可能なベローズからなり、このベローズの下
   流側先端部は外管の内壁に密着当接可能な当接面を有
   し、 前記第１、第２の伸縮部が外管の軸方向に伸縮可能なベ
   ローズ部と、このベローズ部を覆う伸縮可能なアウタプ
   レートとからフレキシブルチューブ構造に形成され、 前記開閉駆動部が外管の下流側外周に固定された支持部
   材と、この支持部材を外管の軸方向に駆動する駆動部と
   からなることを特徴とする排気ガス熱回収装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に
   記載の排気ガス熱回収装置であって、前記開閉部の内側
   に、開閉部と同材料、同肉厚で、同伸縮量を有する第２
   の内管を設けたことを特徴とする排気ガス熱回収装置。