JP4941445B2 - Exhaust heat recovery device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気熱を利用して、内燃機関の排気通路に設けられる触媒の昇温を促進可能にするとともに、内燃機関から一旦取り出される冷却水の昇温を促進可能にする排気熱回収装置に関する。 The present invention makes it possible to promote the temperature rise of a catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine by utilizing the exhaust heat of the internal combustion engine and to promote the temperature rise of cooling water once taken out from the internal combustion engine. The present invention relates to a heat recovery apparatus.
従来から、自動車等の車両に搭載される内燃機関の排気ガスの熱を、ヒートパイプでもって回収し、触媒の活性化を促進させるためや、内燃機関の暖機運転を促進させるとともに、早期暖房を可能とするため等に利用することが知られている(例えば特許文献1,2参照。)。
Conventionally, the heat of exhaust gas from an internal combustion engine mounted on a vehicle such as an automobile is recovered with a heat pipe to promote activation of the catalyst, promote warm-up operation of the internal combustion engine, and heat early. It is known that it is used for making it possible (see, for example,
特許文献1に係る従来例は、ヒートパイプの一端を、内燃機関の排気通路において触媒装置より下流側に取り付けて加熱部(受熱部に相当)とするとともに、ヒートパイプの他端を、排気通路において触媒装置より上流側に取り付けて冷却部(放熱部に相当)とし、触媒装置よりも上流側の排気ガスを加熱昇温させることで、触媒装置を間接的に昇温させるような構成になっている。
In the conventional example according to
この従来例に示すヒートパイプは、その内部空間に純水等の作動流体を封入し、一端側を加熱して作動流体を蒸発させることで他端側に送り、他端側で蒸気からなる作動流体の熱を放出させることで凝縮させて一端側へ戻すような構成になっている。 The heat pipe shown in this conventional example encloses a working fluid such as pure water in its internal space, heats one end side to evaporate the working fluid, sends it to the other end side, and operates with steam on the other end side The structure is such that the heat of the fluid is released to condense and return to the one end side.
特許文献2に係る従来例は、内燃機関の排気通路の排気熱を回収して作動流体を蒸発させる蒸発部(受熱部に相当)と、この蒸発させた作動流体を凝縮させる凝縮部(放熱部に相当)とを隣り合わせに配置した状態で一体化し、それらを閉ループに連通連結した構成の排熱回収装置であり、前記凝縮部に内燃機関の冷却水流路の一部を近接配置させることにより、この冷却水と気体状の作動流体との間で熱交換を行わせるようにしている。
The conventional example according to
この従来例では、蒸発部と凝縮部とを隣り合わせに一体化した構成の排熱回収装置が用いられており、この排熱回収装置の蒸発部を排気通路に横切らせるように配置するようになっている。 In this conventional example, an exhaust heat recovery device having a configuration in which an evaporation unit and a condensation unit are integrated side by side is used, and the evaporation unit of the exhaust heat recovery device is arranged so as to cross the exhaust passage. ing.
この他、ループ式ヒートパイプの受熱部と凝縮部(放熱部に相当)とを離隔配置した排熱回収装置として、例えば特許文献3が知られている。
In addition, for example,
この特許文献3に係る従来例では、内燃機関の排気通路において触媒より下流側にループ式ヒートパイプの受熱部を設置し、内燃機関の冷却水を一旦引き出してから戻す冷却水通路の途中に設置される温風ヒータのヒータコアの近傍に、前記ループ式ヒートパイプの凝縮部を設置した構成になっている。
上記従来例の排気熱回収装置は、内燃機関から排出される排気ガスを利用して、内燃機関の排気通路に設置される触媒を昇温させるための熱循環経路と、内燃機関の冷却水を昇温させるための熱循環経路とのうちの片方しか備えておらず、両方を併せ持つものがない。 The exhaust heat recovery device of the conventional example uses a heat circulation path for raising the temperature of a catalyst installed in an exhaust passage of an internal combustion engine using exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and cooling water for the internal combustion engine. Only one of the heat circulation paths for raising the temperature is provided, and none of them has both.
本願発明者は、前記したような加熱対象の異なる2系統の熱循環経路を備える排気熱回収装置を開発することに鋭意研究しているが、2系統の熱循環経路を設けた場合についての利用形態について工夫の余地があると考え、本発明を提案するに至った。 The inventor of the present application has been diligently researching to develop an exhaust heat recovery apparatus having two heat circulation paths with different heating targets as described above, but the use in the case where two heat circulation paths are provided. We thought that there was room for ingenuity about the form and came to propose the present invention.
このような事情に鑑み、本発明は、内燃機関の排気熱回収装置において、内燃機関の排気熱を利用して、内燃機関の排気通路に設けられる触媒の昇温促進処理と、内燃機関の冷却水の昇温促進処理とを行えるようにしたうえで、前記触媒の昇温促進処理を前記冷却水の昇温促進処理より優先的に行えるようにし、内燃機関の冷間始動時等におけるエミッション低減を可能にすることを目的としている。 In view of such circumstances, the present invention provides an exhaust heat recovery device for an internal combustion engine, which uses exhaust heat from the internal combustion engine to increase the temperature of the catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and to cool the internal combustion engine. Emission reduction at the time of cold start of an internal combustion engine, etc., by enabling the temperature increase promotion process of the water to be performed with priority over the temperature increase promotion process of the cooling water. It aims to make it possible.
本発明に係る排気熱回収装置は、内燃機関の排気熱を回収して内燃機関の排気通路に設けられる触媒の昇温を促進するための第1熱循環経路と、内燃機関の排気熱を回収して内燃機関から一旦取り出される冷却水の昇温を促進するための第2熱循環経路とを有し、前記第1熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる受熱部と、この受熱部から移送される作動流体と前記触媒または前記排気通路において前記触媒の入口寄り領域との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第1放熱部と、前記受熱部から前記第1放熱部へ作動流体を移送するための第1移送路と、前記第1放熱部から前記受熱部へ作動流体を戻すための第1還流路とで形成され、前記第2熱循環経路は、前記受熱部と、この受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第2放熱部と、前記受熱部から前記第2放熱部へ作動流体を移送するための第2移送路と、前記第2放熱部から前記受熱部へ作動流体を戻すための第2還流路とで形成され、かつ、前記受熱部は、作動流体が封入されかつ作動流体の液面が気化に伴い低下する容器を有し、前記第1移送路は、前記受熱部の容器において低温時の作動流体の液面より鉛直方向上側に連結され、前記第2移送路は、前記受熱部の容器において前記第1移送路の連結位置よりも鉛直方向下側に連結され、前記第1熱循環経路での熱循環が、前記第2熱循環経路での熱循環よりも先に開始されるように構成されている、ことを特徴としている。 An exhaust heat recovery apparatus according to the present invention recovers exhaust heat of an internal combustion engine and recovers exhaust heat of the internal combustion engine, a first heat circulation path for promoting temperature rise of a catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine. And a second heat circulation path for promoting the temperature rise of the cooling water once taken out from the internal combustion engine, and the first heat circulation path is formed by exhaust heat downstream of the catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine. A heat receiving part that vaporizes the working fluid enclosed therein, and a heat exchange between the working fluid transferred from the heat receiving part and the catalyst or an area near the inlet of the catalyst in the exhaust passage condenses the working fluid. A first heat dissipating part, a first transfer path for transferring the working fluid from the heat receiving part to the first heat dissipating part, and a first reflux path for returning the working fluid from the first heat dissipating part to the heat receiving part And the second thermal circulation path The heat receiving portion, a second heat radiating portion for condensing the working fluid by exchanging heat between the working fluid transferred from the heat receiving portion and the cooling water once taken out from the internal combustion engine, and the heat receiving portion from the heat receiving portion. A second transfer path for transferring the working fluid to the second heat dissipating part, and a second reflux path for returning the working fluid from the second heat dissipating part to the heat receiving part, and the heat receiving part, The working fluid is enclosed and the liquid level of the working fluid is lowered as the gas is vaporized, and the first transfer path is connected to the upper side in the vertical direction from the liquid level of the working fluid at a low temperature in the container of the heat receiving unit. The second transfer path is connected to a lower side in the vertical direction than the connection position of the first transfer path in the container of the heat receiving part, and the heat circulation in the first heat circulation path is the second heat circulation path. Configured to start before heat circulation in It is characterized in that.
この構成では、第1熱循環経路での熱循環開始から第2熱循環経路での熱循環開始までにタイムラグを設けることにより、内燃機関から排出される排気ガスの熱を利用して触媒の暖機を優先的に促進させつつ、前記排気ガスの熱を利用して内燃機関から取り出される冷却水を昇温させて内燃機関の暖機運転を促進させるようにしている。 In this configuration, by providing a time lag from the start of heat circulation in the first heat circulation path to the start of heat circulation in the second heat circulation path, the heat of the catalyst is heated using the heat of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine. While preferentially accelerating the engine, the temperature of the cooling water taken out from the internal combustion engine is raised using the heat of the exhaust gas to promote the warm-up operation of the internal combustion engine.
このように、例えば内燃機関を冷間始動する場合に、触媒の暖機が優先的に行われるので、当該触媒を可及的速やかに活性化させることが可能になって、エミッション低減を図るうえで有利となる。 Thus, for example, when the internal combustion engine is cold-started, the catalyst is warmed up preferentially, so that the catalyst can be activated as quickly as possible to reduce emissions. Is advantageous.
特に、前記構成では、単一の受熱部内で気化される作動流体が、まず第1移送路を経て第1放熱部に移送されるようになり、その後、適宜遅延して第2移送路を経て第2放熱部に移送されるようになる。つまり、受熱部の容器内に封入されている作動流体の気化が進行して内圧が上昇することによって、受熱部の容器内における作動流体の液面が低下することで、第2移送路を開放させるようになっており、いわば作動流体が第2移送路の開度を調整する弁として機能するようになっている。 In particular, in the above-described configuration, the working fluid vaporized in the single heat receiving part is first transferred to the first heat radiating part through the first transfer path, and then appropriately delayed through the second transfer path. It is transferred to the second heat radiation part. That is, the vaporization of the working fluid enclosed in the container of the heat receiving unit proceeds and the internal pressure rises, so that the liquid level of the working fluid in the container of the heat receiving unit decreases, thereby opening the second transfer path. In other words, the working fluid functions as a valve for adjusting the opening of the second transfer path.
しかも、前記タイムラグについて、例えばスイッチ、弁装置ならびにコントローラ等を一切用いないようにしているうえ、単一の受熱部を2つの熱循環経路の排気熱回収部分として共通利用する形態にしているから、排気熱回収装置の構成を簡素化するとともに設備コストを抑制することが可能になる。 Moreover, for the time lag, for example, a switch, a valve device and a controller are not used at all, and a single heat receiving part is commonly used as an exhaust heat recovery part of two heat circulation paths. It is possible to simplify the configuration of the exhaust heat recovery device and suppress the equipment cost.
ところで、第2熱循環経路での熱循環を開始させるタイミングとしては、触媒の温度が活性化温度に到達したときとすることが可能である。この熱循環開始の基準となる触媒の温度は、活性化温度に適宜のプラス・マイナスのマージンを加えた値に設定することができる。したがって、触媒の温度が活性化温度に到達したときに、受熱部内の作動流体の液面が第2移送路を開放させる位置とするように、諸条件が設定される。 By the way, it is possible to start the heat circulation in the second heat circulation path when the temperature of the catalyst reaches the activation temperature. The temperature of the catalyst serving as a reference for starting thermal circulation can be set to a value obtained by adding an appropriate plus / minus margin to the activation temperature. Therefore, various conditions are set so that when the temperature of the catalyst reaches the activation temperature, the liquid level of the working fluid in the heat receiving portion is set to a position where the second transfer path is opened.
また、本発明に係る排気熱回収装置は、内燃機関の排気熱を回収して内燃機関の排気通路に設けられる触媒の昇温を促進するための第1熱循環経路と、内燃機関の排気熱を回収して内燃機関から一旦取り出される冷却水の昇温を促進するための第2熱循環経路とを有し、前記第1熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第1受熱部と、この第1受熱部から移送される作動流体と前記触媒または前記排気通路において前記触媒の入口寄り領域との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第1放熱部と、前記第1受熱部から前記第1放熱部へ作動流体を移送するための第1移送路と、前記第1放熱部から前記第1受熱部へ作動流体を戻すための第1還流路とで形成され、前記第2熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第2受熱部と、前記第2受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第2放熱部と、前記第2受熱部から前記第2放熱部へ作動流体を移送するための第2移送路と、前記第2放熱部から前記第2受熱部へ作動流体を戻すための第2還流路とで形成され、かつ、前記第1受熱部は、前記第2受熱部よりも排気ガス排出方向の上流側に配置され、前記第1熱循環経路での熱循環が、前記第2熱循環経路での熱循環よりも先に開始されるように構成されている、ことを特徴としている。 The exhaust heat recovery apparatus according to the present invention also includes a first thermal circulation path for recovering the exhaust heat of the internal combustion engine and promoting the temperature rise of the catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and the exhaust heat of the internal combustion engine. And a second thermal circulation path for accelerating the temperature rise of the cooling water once taken out from the internal combustion engine, and the first thermal circulation path is an exhaust downstream of the catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine. Heat exchange is performed between the first heat receiving portion that vaporizes the working fluid enclosed therein by heat, the working fluid transferred from the first heat receiving portion, and the catalyst or the exhaust passage area near the inlet of the catalyst. A first heat radiating portion for condensing the working fluid, a first transfer path for transferring the working fluid from the first heat receiving portion to the first heat radiating portion, and from the first heat radiating portion to the first heat receiving portion. Formed with a first return path for returning the working fluid The second heat circulation path includes a second heat receiving portion that vaporizes the working fluid enclosed inside by an exhaust heat downstream of the catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine, and a working fluid transferred from the second heat receiving portion. And a second heat radiating portion for condensing the working fluid by exchanging heat between the cooling water once taken out from the internal combustion engine and a second heat radiating portion for transferring the working fluid from the second heat receiving portion to the second heat radiating portion. 2 transfer paths and a second reflux path for returning the working fluid from the second heat radiating part to the second heat receiving part, and the first heat receiving part is more exhaust gas than the second heat receiving part. It is arranged on the upstream side in the discharge direction, and is characterized in that the heat circulation in the first heat circulation path is started before the heat circulation in the second heat circulation path. .
ここでは、第1、第2熱循環経路の構成を特定したうえで、第1、第2受熱部の設置場所を特定することにより、第1熱循環経路での熱循環開始から第2熱循環経路での熱循環開始までにタイムラグを設けるようにしている。 Here, after specifying the configuration of the first and second heat circulation paths, the installation location of the first and second heat receiving parts is specified, so that the second heat circulation from the start of the heat circulation in the first heat circulation path. A time lag is provided before the start of heat circulation in the route.
この構成では、排気管を流通する排気ガスの熱が、まず第1受熱部で回収されることになり、この後、第1受熱部で回収しきれなかった排気ガスの熱が第2受熱部で回収されることになる。 In this configuration, the heat of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe is first recovered by the first heat receiving part, and then the heat of the exhaust gas that could not be recovered by the first heat receiving part is the second heat receiving part. Will be collected.
これにより、第1受熱部の受熱量が多くなって、第2受熱部の受熱量が少なくなるので、第1受熱部内の作動流体が第2受熱部内の作動流体よりも先に気化されることになり、結果的に、第1熱循環経路での熱循環が、前記第2熱循環経路での熱循環よりも先に開始されるようになる。 As a result, the amount of heat received by the first heat receiving portion increases and the amount of heat received by the second heat receiving portion decreases, so that the working fluid in the first heat receiving portion is vaporized before the working fluid in the second heat receiving portion. As a result, the heat circulation in the first heat circulation path is started before the heat circulation in the second heat circulation path.
しかも、前記タイムラグについて、例えばスイッチ、弁装置ならびにコントローラ等を一切用いないようにしているから、排気熱回収装置の構成を簡素化するとともに設備コストを抑制することが可能になる。 Moreover, for the time lag, for example, no switch, valve device, controller, or the like is used, so that the configuration of the exhaust heat recovery device can be simplified and the equipment cost can be reduced.
ところで、第2熱循環経路での熱循環を開始させるタイミングとしては、触媒の温度が活性化温度に到達したときとすることが可能である。この熱循環開始の基準となる触媒の温度は、活性化温度に適宜のプラス・マイナスのマージンを加えた値に設定することができる。したがって、この触媒の温度が活性化温度に到達したときに、第2受熱部内の作動流体が気化し始めるように、当該気化に必要な諸条件が設定される。 By the way, it is possible to start the heat circulation in the second heat circulation path when the temperature of the catalyst reaches the activation temperature. The temperature of the catalyst serving as a reference for starting thermal circulation can be set to a value obtained by adding an appropriate plus / minus margin to the activation temperature. Therefore, various conditions necessary for the vaporization are set so that the working fluid in the second heat receiving portion starts to vaporize when the temperature of the catalyst reaches the activation temperature.
さらに、本発明に係る排気熱回収装置は、内燃機関の排気熱を回収して内燃機関の排気通路に設けられる触媒の昇温を促進するための第1熱循環経路と、内燃機関の排気熱を回収して内燃機関から一旦取り出される冷却水の昇温を促進するための第2熱循環経路とを有し、前記第1熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第1受熱部と、この第1受熱部から移送される作動流体と前記触媒または前記排気通路において前記触媒の入口寄り領域との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第1放熱部と、前記第1受熱部から前記第1放熱部へ作動流体を移送するための第1移送路と、前記第1放熱部から前記第1受熱部へ作動流体を戻すための第1還流路とで形成され、前記第2熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第2受熱部と、前記第2受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第2放熱部と、前記第2受熱部から前記第2放熱部へ作動流体を移送するための第2移送路と、前記第2放熱部から前記第2受熱部へ作動流体を戻すための第2還流路とで形成され、かつ、前記排気通路において触媒より下流側領域には、大径部が設けられ、この大径部の内部に小径管が挿入されていて、この小径管の入口には流量制御弁が設けられ、前記第1受熱部は、前記小径管の内部に排気ガスが横切るように設けられ、前記第2受熱部は、前記大径部と小径管との間の環状空間に排気ガスが横切るように設けられ、前記第1熱循環経路での熱循環が、前記第2熱循環経路での熱循環よりも先に開始されるように構成されている、ことを特徴としている。 Furthermore, the exhaust heat recovery apparatus according to the present invention includes a first thermal circulation path for recovering exhaust heat of the internal combustion engine and promoting temperature rise of the catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and exhaust heat of the internal combustion engine. And a second thermal circulation path for accelerating the temperature rise of the cooling water once taken out from the internal combustion engine, and the first thermal circulation path is an exhaust downstream of the catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine. Heat exchange is performed between the first heat receiving portion that vaporizes the working fluid enclosed therein by heat, the working fluid transferred from the first heat receiving portion, and the catalyst or the exhaust passage area near the inlet of the catalyst. A first heat radiating portion for condensing the working fluid, a first transfer path for transferring the working fluid from the first heat receiving portion to the first heat radiating portion, and from the first heat radiating portion to the first heat receiving portion. Formed with first return path to return working fluid The second heat circulation path includes a second heat receiving portion that vaporizes a working fluid enclosed in the exhaust passage downstream of the catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine, and an operation that is transferred from the second heat receiving portion. A second heat radiating portion for condensing the working fluid by exchanging heat between the fluid and the cooling water once taken out from the internal combustion engine; and for transferring the working fluid from the second heat receiving portion to the second heat radiating portion. A large-diameter portion is formed in the second transfer path and a second reflux path for returning the working fluid from the second heat radiating section to the second heat receiving section, and in a region downstream of the catalyst in the exhaust passage. A small diameter pipe is inserted into the large diameter portion, a flow rate control valve is provided at the inlet of the small diameter pipe, and the first heat receiving portion crosses the exhaust gas inside the small diameter pipe. And the second heat receiving portion is configured with the large diameter portion. The annular space is provided so that the exhaust gases traverse between the diameter tube, configured as heat circulation in the first heat circulation path is started before the heat circulation in the second heat circulation path It is characterized by being .
ここでは、第1、第2熱循環経路の構成を特定している。そして、第1、第2受熱部に対する排気ガスの流入タイミングを流量制御弁の開閉によって制御することにより、第1熱循環経路での熱循環開始から第2熱循環経路での熱循環開始までにタイムラグを設けるようにしている。 Here, the configuration of the first and second heat circulation paths is specified. And, by controlling the inflow timing of the exhaust gas to the first and second heat receiving parts by opening and closing the flow control valve, from the start of thermal circulation in the first thermal circulation path to the start of thermal circulation in the second thermal circulation path A time lag is provided.
この構成では、流量制御弁を開放すると、排気通路において触媒を通過した排気ガスは小径管に流入することになり、それによって排気ガスの熱が第1受熱部で回収されることになる。一方、流量制御弁を閉塞すると、排気ガスを大径部と小径管との間の環状空間に流入することになり、それによって排気ガスの熱が第2受熱部で回収されるようになる。 In this configuration, when the flow control valve is opened, the exhaust gas that has passed through the catalyst in the exhaust passage flows into the small-diameter pipe, whereby the heat of the exhaust gas is recovered by the first heat receiving portion. On the other hand, when the flow control valve is closed, the exhaust gas flows into the annular space between the large diameter portion and the small diameter tube, whereby the heat of the exhaust gas is recovered by the second heat receiving portion.
つまり、例えば内燃機関の冷間始動時等において、内燃機関から排出される排気ガスの熱を第1受熱部で回収させるようにし、その後、所定時間遅延させてから、排気ガスを大径部と小径管との間の環状空間に流入させるようにして、当該排気ガスの熱を第2受熱部で回収させるようにすることができる。 That is, for example, at the time of cold start of the internal combustion engine, the heat of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is recovered by the first heat receiving portion, and then after a predetermined time delay, the exhaust gas is separated from the large diameter portion. The heat of the exhaust gas can be recovered by the second heat receiving part so as to flow into the annular space between the small diameter pipe.
このように、第1受熱部が排気熱を回収してから所定時間遅延して第2受熱部で排気熱を回収させるようになっているので、第1受熱部内の作動流体が第2受熱部内の作動流体よりも先に気化されることになり、結果的に、第1熱循環経路での熱循環が、前記第2熱循環経路での熱循環よりも先に開始されるようになる。 In this way, the first heat receiving part recovers the exhaust heat at the second heat receiving part with a predetermined time delay after the exhaust heat is recovered, so that the working fluid in the first heat receiving part is in the second heat receiving part. As a result, the heat circulation in the first heat circulation path is started before the heat circulation in the second heat circulation path.
ところで、第2熱循環経路での熱循環を開始させるタイミング、つまり流量制御弁を閉塞するタイミングとしては、触媒の温度が活性化温度に到達したときに例えばコントローラなどによって流量制御弁を制御させるようにすることが可能である。この熱循環開始の基準となる触媒の温度は、活性化温度に適宜のプラス・マイナスのマージンを加えた値に設定することができる。 By the way, the timing for starting the heat circulation in the second heat circulation path, that is, the timing for closing the flow rate control valve is to control the flow rate control valve by, for example, a controller when the temperature of the catalyst reaches the activation temperature. It is possible to The temperature of the catalyst serving as a reference for starting thermal circulation can be set to a value obtained by adding an appropriate plus / minus margin to the activation temperature.
好ましくは、前記第2熱循環経路での熱循環開始時期は、前記触媒の温度が活性化温度に到達したときとされる。この熱循環開始の基準値となる触媒の温度については、活性化温度に適宜のプラス・マイナスのマージンを加味する場合も含まれる。このような特定により、内燃機関の暖機運転中におけるエミッションが低減しやすくなる。また、好ましくは、前記第2熱循環経路には、非凝縮ガスが封入される。 Preferably , the thermal circulation start timing in the second thermal circulation path is when the temperature of the catalyst reaches the activation temperature. The temperature of the catalyst serving as a reference value for starting the heat circulation includes a case where an appropriate plus / minus margin is added to the activation temperature. Such specification facilitates reduction of emissions during the warm-up operation of the internal combustion engine. Preferably , non-condensable gas is enclosed in the second heat circulation path .
この構成では、非凝縮ガスが蒸発しないので、内燃機関の始動後、第2受熱部内で気化された作動流体によって非凝縮ガスが第2放熱部へ移送されることになる。 In this configuration, since the non-condensable gas does not evaporate, the non-condensed gas is transferred to the second heat radiating portion by the working fluid vaporized in the second heat receiving portion after the internal combustion engine is started.
ここで、第2受熱部の受熱量が少なく、蒸気圧力が低い状況では、第2放熱部内の非凝縮ガスが圧縮されにくいので、第2放熱部において非凝縮ガスが占める割合が大きくなっていて、気相状態の作動流体の放熱面積が小さくなっている。そのため、第2放熱部内で気相状態の作動流体が熱交換して凝縮する量が少なくなるので、第2放熱部による内燃機関の冷却水加熱能力が低くなる。 Here, in a situation where the amount of heat received by the second heat receiving part is small and the steam pressure is low, the non-condensable gas in the second heat radiating part is difficult to be compressed, so the proportion of the non-condensed gas in the second heat radiating part is large. The heat radiation area of the working fluid in the gas phase is small. For this reason, the amount of the working fluid in the gas phase that is exchanged in heat and condensed in the second heat radiating portion is reduced, so that the cooling water heating ability of the internal combustion engine by the second heat radiating portion is lowered.
その一方で、時間経過に伴い第2受熱部の受熱量が多くなって、蒸気圧力が高くなると、第2放熱部内の非凝縮ガスが圧縮されるようになるので、第2放熱部内において非凝縮ガスが圧縮の占める割合が小さくなる。そのため、第2放熱部内で気相状態の作動流体が熱交換して凝縮する量が多くなるので、第2放熱部による内燃機関の冷却水加熱能力が高くなる。 On the other hand, as the amount of heat received by the second heat receiving portion increases with the passage of time and the vapor pressure increases, the non-condensable gas in the second heat radiating portion is compressed. The proportion of gas compression is reduced. Therefore, the amount of the working fluid in the gas phase that is exchanged in the second heat radiating portion is increased by heat exchange, and the cooling water heating capability of the internal combustion engine by the second heat radiating portion is increased.
このように、非凝縮ガスを利用することにより、第2放熱部による加熱能力を時間経過に応じて漸増させる形態にしている場合、第1熱循環経路での熱循環開始から前記第2熱循環経路での熱循環開始までのタイムラグを可及的に長く設定することが可能になる。 As described above, when the heating capacity of the second heat radiating portion is gradually increased with the passage of time by using the non-condensable gas, the second heat circulation is started from the start of the heat circulation in the first heat circulation path. It is possible to set the time lag until the start of heat circulation in the route as long as possible.
なお、前記第2放熱部による冷却水加熱能力の漸増割合は、前記非凝縮ガスの封入量等によって任意に調整することが可能であり、そのために、内燃機関の冷却水の暖機開始タイミングや、その暖機開始から終了までに要する時間を必要に応じて調整することが可能になる。 The gradual increase rate of the cooling water heating capacity by the second heat radiating unit can be arbitrarily adjusted according to the amount of the non-condensed gas enclosed, and for this reason, the cooling water warm-up start timing of the internal combustion engine, The time required from the start to the end of warm-up can be adjusted as necessary.
好ましくは、前記第1移送路および第1還流路と、前記第2移送路および第2還流路との少なくとも一方が、円筒形部材の内周面に毛細管構造のウィックが設けられるヒートパイプとされる。 Preferably, at least one of the first transfer path and the first return path and the second transfer path and the second return path is a heat pipe in which a wick having a capillary structure is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical member. The
この構成では、受熱部と放熱部とを連通連結する配管構造が簡素となり、その設置の自由度が増すことになる。 With this configuration, the piping structure that connects the heat receiving portion and the heat radiating portion in communication is simplified, and the degree of freedom of installation is increased.
好ましくは、前記排気通路における内燃機関寄りの位置には、振動伝達減衰手段が設けられ、前記第2放熱部は、前記振動伝達減衰手段から前記触媒までの間の領域に付設される。 Preferably, vibration transmission attenuation means is provided at a position near the internal combustion engine in the exhaust passage, and the second heat radiating portion is attached to a region between the vibration transmission attenuation means and the catalyst.
ここでは、要するに、内燃機関から排気通路への振動伝達が、振動伝達減衰手段により減衰されるようになっており、排気通路において振動伝達減衰手段より下流側領域に受熱部(第1、第2受熱部)と第1、第2放熱部とを設置するようにしている。 Here, in short, vibration transmission from the internal combustion engine to the exhaust passage is attenuated by the vibration transmission attenuation means, and the heat receiving portion (first and second) is disposed in the exhaust passage in the region downstream of the vibration transmission attenuation means. The heat receiving portion) and the first and second heat radiating portions are installed.
これはつまり、排気通路において振動伝達減衰手段より下流側領域が振動すると、受熱部と第1、第2放熱部とがすべて略同期して動くことになるので、それらに連通連結される第1、第2移送路や第1、第2還流路の付け根に、前記振動による曲げ応力が作用しにくくなることを意味している。 In other words, when the downstream region of the exhaust passage vibrates in the exhaust passage, the heat receiving portion and the first and second heat radiating portions all move substantially synchronously. This means that the bending stress due to the vibration hardly acts on the roots of the second transfer path and the first and second reflux paths.
そのため、第1、第2移送路や第1、第2還流路が経時的な疲労破損を起こしにくくなる等、長寿命化を達成することが可能になる。ここで、前記曲げ応力が作用するようになっている場合では、第1、第2移送路や第1、第2還流路の板厚や外径サイズを大きくして剛性アップを図ったり、あるいは第1、第2移送路や第1、第2還流路をフレキシブルパイプで形成したりするといった対策が必要になるが、本発明の場合には、そのような対策が不要となる。 For this reason, the first and second transfer paths and the first and second reflux paths are less likely to cause fatigue damage over time, so that it is possible to achieve a long life. Here, in the case where the bending stress is applied, the plate thickness and outer diameter size of the first and second transfer paths and the first and second reflux paths are increased to increase the rigidity, or Although measures such as forming the first and second transfer paths and the first and second reflux paths with flexible pipes are necessary, in the case of the present invention, such measures are unnecessary.
本発明の排気熱回収装置では、内燃機関の排気熱を利用して、内燃機関の排気通路に設けられる触媒の昇温促進処理と、内燃機関の冷却水の昇温促進処理とを行えるようにしたうえで、前記触媒の昇温促進処理を前記冷却水の昇温促進処理より優先的に行えるようにしている。これにより、内燃機関の冷間始動時等におけるエミッションを可及的に低減することが可能になる。 In the exhaust heat recovery apparatus of the present invention, the exhaust heat of the internal combustion engine can be used to perform the temperature increase promotion process for the catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and the temperature increase promotion process for the cooling water of the internal combustion engine. In addition, the catalyst temperature increase promotion process can be performed preferentially over the cooling water temperature increase promotion process. As a result, it is possible to reduce as much as possible the emission during cold start of the internal combustion engine.
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1から図4に本発明の第1実施形態を示している。この実施形態では、車両に搭載される内燃機関に適用される排気熱回収装置を例に挙げている。
The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
(First embodiment)
1 to 4 show a first embodiment of the present invention. In this embodiment, an exhaust heat recovery device applied to an internal combustion engine mounted on a vehicle is taken as an example.
図1を参照して、排気熱回収装置の概略構成を説明する。図中、1は水冷式の内燃機関であり、この内燃機関1は、吸気系から供給される空気と燃料供給系から供給される燃料とを適宜の空燃比で混合してなる混合気を内燃機関1の燃焼室に供給して燃焼させた後、燃焼室内の排気ガスを排気系から大気放出させるようになっている。
A schematic configuration of the exhaust heat recovery apparatus will be described with reference to FIG. In the figure,
排気系は、内燃機関1に取り付けられるエキゾーストマニホールド2と、このエキゾーストマニホールド2に球面継手3を介して接続される排気管4とを少なくとも有する構成である。エキゾーストマニホールド2と排気管4とが、排気通路を構成している。
The exhaust system has at least an
球面継手3は、図2に示すように、エキゾーストマニホールド2の下流側開口端に設けられた径方向外向きの平坦フランジ3aと、排気管4の上流側開口端に設けられた半球状フランジ3bと、平坦フランジ3aと半球状フランジ3bとの間に挟持されたガスケット3cと、平坦フランジ3aと半球状フランジ3bとを締結するためのボルト3dおよびナット3eと、ボルト3dと平坦フランジ3aとの間に圧縮状態で介装されたコイルスプリング3fとを含んだ構成になっている。
As shown in FIG. 2, the
ガスケット3cは、平坦フランジ3aに当たる側が平面に形成されており、半球状フランジ3bの内面に当たる側がそれに倣う半球面形状に形成されている。このガスケット3cは、コイルスプリング3fの弾性復元力により平坦フランジ3aとの当接面および半球状フランジ3bとの当接面をシールする。エキゾーストマニホールド2と排気管4とが揺動中心3gを中心に互いに揺動するような外力が作用したときには、ガスケット3cと半球状フランジ3bとの間で摺動することによって、前記揺動を無理なく許容するようになっている。つまり、この球面継手3は、内燃機関1の振動や動きを排気管4に伝達させないか、あるいは減衰して伝達するもので、請求項に記載の振動伝達減衰手段として機能する。
The
排気管4には、2つの触媒5,6が直列に設置されており、この2つの触媒5,6により排気ガスが浄化される。
Two
これらの触媒5,6のうち、排気管4において排気ガスの流れ方向の上流側に設置される触媒5は、いわゆるスタートキャタリスト(S/C)と呼ばれるもので、上流側触媒と言うことにし、一方、排気管4において排気ガスの流れ方向の下流側に設置される触媒6は、いわゆるメインキャタリスト(M/C)またはアンダーフロアキャタリスト(U/F)と呼ばれるもので、下流側触媒と言うことにする。
Among these
これらの触媒5,6は、共に、例えば三元触媒と呼ばれるものとすることができる。この三元触媒は、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)を一括して化学反応により無害な成分に変化させる、浄化作用を発揮するものである。
Both of these
そして、この実施形態では、上流側触媒5について、その外装ケース(符号省略)が円筒形でかつその一端側および他端側の外径が端縁へ向けて漸次小さくなるテーパ形状に形成されており、この外装ケースの円筒形部分に図示していないが触媒担体が収納されている。
In this embodiment, the
内燃機関1には、その内部に封入されるロングライフクーラント(LLC)と呼ばれる冷媒(以下、単に冷却水と言う)が冷却水取り出し路8から一旦取り出されてラジエータ7に供給され、このラジエータ7から冷却水還流路9を経て内燃機関1に戻される。ラジエータ7は、ウォータポンプ10によって循環される冷却水を外気との熱交換により冷却するものである。
In the
そして、サーモスタット11によってラジエータ7を流通する冷却水量とバイパス流路12を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。例えば暖機時においてはバイパス流路12側の冷却水量が増加されて暖機が促進され、ラジエータ7による冷却水の過冷却が防止される。
The amount of cooling water flowing through the
冷却水取り出し路8から分岐されて冷却水還流路9においてウォータポンプ10の上流側に接続されるヒータ流路13の途中には、ヒータコア14が設けられている。このヒータコア14は、前記の冷却水を利用して車室内の暖房を行うための熱源である。このヒータコア14によって暖められた空気は、ブロアファン15によって車室17内に導入されるようになっている。なお、前記のヒータコア14とブロアファン15とで温風ヒータ16が構成されている。ヒータ流路13においてヒータコア14より下流側領域を流れる冷却水の温度は、ヒータコア14からの放熱により低温になる。
A
このような構成の内燃機関1の排気系には、排気熱回収装置18が付設されている。
An exhaust
この排気熱回収装置18は、内燃機関1から排出される排気ガスの熱を取り込んで例えば上流側触媒5の昇温を促進させる処理や、上流側触媒5の熱を取り込んでヒータコア14から内燃機関1へ戻す冷却水の昇温を促進させる処理を行うことを可能としたもので、主として、単一の受熱部21、第1放熱部22、第2放熱部23、第1移送路24、第1還流路25、第2移送路26、第2還流路27を含む構成とされている。
The exhaust
なお、受熱部21と第1放熱部22と第1移送路24と第1還流路25とが第1熱循環経路40(図1および図3の実線矢印参照)を形成し、また、受熱部21と第2放熱部23と第2移送路26と第2還流路27とが第2熱循環経路50(図1および図3の一点鎖線矢印参照)を形成するようになっている。
The
このように、2つの熱循環経路40,50に単一の受熱部21を共通で使用する形態になっている。
Thus, the single
これらの主要構成要素は、後で詳細に説明するが、その内部には、真空状態とされた状態で作動流体が封入されている。この作動流体は、例えば純水等とされる。水の沸点は、1気圧で100℃であるが、主要構成要素内を減圧(例えば0.01気圧)しているため、沸点は、例えば5〜10℃となる。なお、作動流体は、純水の他に、例えばアルコール、フロロカーボン、フロン等とすることが可能である。また、これらの主要構成要素は、例えば高耐食性を備えるステンレス材で形成されている。 Although these main components will be described in detail later, the working fluid is sealed in a vacuum state. This working fluid is, for example, pure water. The boiling point of water is 100 ° C. at 1 atm, but the boiling point is 5 to 10 ° C., for example, because the main components are depressurized (eg, 0.01 atm). The working fluid can be, for example, alcohol, fluorocarbon, chlorofluorocarbon or the like in addition to pure water. Moreover, these main components are formed, for example with the stainless steel provided with high corrosion resistance.
次に、主要構成要素について、図3を参照して詳細に説明する。 Next, main components will be described in detail with reference to FIG.
受熱部21は、排気管4において下流側触媒6より下流側に設置されており、内部に封入される液状の作動流体が排気熱を受けて蒸発することにより気化熱として熱を取り込むように構成されている。
The
具体的に、受熱部21は、排気管4に対してその排気ガス通過方向と直交する方向に設置されるものであって、矩形状のタンク21a内に複数の縦長の貫通窓21b・・・を設けて、この貫通窓21b内にフィン21c・・・を接合配置させたような構成になっている。
Specifically, the
前記貫通窓21b・・・が、排気管4内を流通する排気ガスの流通路になっている。この対向隙間に配置されるフィン21cは、前記対向隙間を通過する排気ガスとの熱交換面積を拡大するように、コルゲートタイプとされている。このコルゲートタイプのフィン21cとは、例えば薄肉の帯板材をローラ加工によって波形に成形したものである。要するに、排気ガスの熱をフィン21cが吸収してタンク21a内の作動流体を加熱、気化させるようになっている。
The through
第1放熱部22は、上流側触媒5の外径側に付設されており、受熱部21から移送される蒸気からなる作動流体でもって、上流側触媒5を加熱させることで作動流体を凝縮させるように構成されている。
The first
具体的に、第1放熱部22は、上流側触媒5を包囲して単一の内部環状空間を形成する単一のケース22aと、上流側触媒5の排気ガス導入部5dの外径側に設けられるフィン22b・・・とを含んだ構成とすることができる。
Specifically, the first
ケース22aは、中空スリーブの内径側を開放させた形状とされている。フィン22bは、上流側触媒5の外装ケース5bの外径側に径方向外向きに突出するように接合されている。
The
このフィン22bは、この実施形態において、ケース22aの内部空間を通過する蒸気からなる作動流体との熱交換面積を拡大するように、コルゲートタイプとされている。このコルゲートタイプのフィン22bとは、例えば薄肉の帯板材をローラ加工によって円周方向に波形に成形したものである。
In this embodiment, the
第2放熱部23は、上流側触媒5と球面継手3との間で球面継手3寄りに付設されており、第1放熱部22から移送される蒸気からなる作動流体でもって、ヒータコア14から内燃機関1へ戻す冷却水を加熱させることにより作動流体を凝縮させるように構成されている。
The second
具体的に、第2放熱部23は、内部が密閉されたケース23aに第2移送路26の下流端および第2還流路27の上流端がそれぞれ接続された構成になっている。このケース23aの内部空間には、ヒータ流路13においてヒータコア14より下流側領域が挿入されている。
Specifically, the second
このヒータ流路13においてケース23a内に挿入される領域は、その外周にフィン13aが設けられており、熱交換面積が拡大されている。動作としては、要するに、この第2放熱部23に、受熱部21で気化される作動流体が第2移送路26を経て移送されてくると、この作動流体の熱がフィン13aで吸収されて、この吸収された熱がヒータ流路13内を流通する冷却水を加熱するようになっている。
The region inserted into the
第1移送路24は、受熱部21で気化された作動流体を第1放熱部22へ移送するための配管である。
The
第1還流路25は、第1放熱部22で凝縮された作動流体を受熱部21へ戻すための配管である。
The
第2移送路26は、受熱部21で気化された作動流体を第2放熱部23へ移送するための配管である。
The
第2還流路27は、第2放熱部23で凝縮された作動流体を受熱部21へ戻すための配管である。
The
なお、第1移送路24は、排気通路(排気管4、上流側触媒5ならびに下流側触媒6)の近傍に沿うように適宜のクリアランスを介して配置されている。
In addition, the
具体的に、第1移送路24と、排気通路(排気管4、上流側触媒5ならびに下流側触媒6)との離隔距離は、第1移送路24内を移送される蒸気からなる作動流体を凝縮させない温度を保つのに必要な寸法とすることができる。その寸法は、第1移送路24の全長寸法や、素材、肉厚、対向面積等に応じて、実験等によって把握し、経験的に設定することが好ましい。
Specifically, the separation distance between the
このような第1移送路24の配置を実現するために、第1移送路24の途中の複数箇所(この実施形態では2箇所)を、下流側触媒6の外壁等に対し、ブラケット29を介して支持させている。このブラケット29は、熱伝導性の高い材料(例えばステンレス鋼等)とすることが好ましい。
In order to realize such an arrangement of the
また、第1還流路25は、前記した第1移送路24とは逆に、第1還流路25を流れる液状の作動流体が再び気化することがないように排気通路(排気管4、上流側触媒5ならびに下流側触媒6)や第1移送路24から可及的に遠くへ離れた位置に配置されている。しかも、この第1還流路25は、凝縮されて液状となった作動流体を受熱部21へ還流させやすくするために適宜の下り勾配がつけられている。
In contrast to the
具体的に、第1還流路25と、排気通路(排気管4、上流側触媒5ならびに下流側触媒6)との離隔距離は、排気通路側からの輻射熱によって第1還流路25を流れる液状の作動流体が再蒸発しない状態を保つのに必要な寸法とすることができる。その寸法は、第1還流路25の全長寸法や、素材、肉厚、対向面積等に応じて、実験等によって把握し、経験的に設定することが好ましい。また、前記の下り勾配は、例えば6度程度とすることができるが、任意である。
Specifically, the separation distance between the
但し、第2移送路26は、第1移送路24と同様に、排気管4に近接させるように配置することも可能であるが、この実施形態では、第2放熱部23を第1放熱部22に近い位置に配置している関係より、特別に排気管4に近接させるように配置していない。
However, similarly to the
また、第2還流路27は、第1還流路25と同様に、排気管4から可及的に遠くへ離れた位置に配置されている。しかも、第2還流路27は、凝縮されて液状となった作動流体を受熱部21へ還流させやすくするために適宜の下り勾配(例えば6度程度)がつけられている。
Further, like the
この実施形態では、まず第1熱循環経路40での熱循環を優先的に開始させてから、所定の時間経過を待って第2熱循環経路50での熱循環を開始させるように工夫している。具体的には、まず第1熱循環経路40での熱循環を行うことにより上流側触媒5を暖機させておいて、この上流側触媒5の暖機が終了した後で第2熱循環経路50での熱循環を行わせることにより内燃機関1から取り出される冷却水の昇温させて内燃機関1の暖機運転を終了させるとともに、温風ヒータ16による早期暖房を可能とするようにしている。
In this embodiment, first, heat circulation in the first
このように2つの熱循環経路40,50での熱循環の開始タイミングをずらすために、受熱部21に対する第1移送路24や第2移送路26の連結位置について、下記するように設定している。
In order to shift the start timing of the heat circulation in the two
具体的に、第1移送路24は、受熱部21のタンク21aの天井寄りに連結されていて、第2移送路26は、受熱部21のタンク21aの鉛直方向途中に連結されている。また、第1還流路25および第2還流路27は、共に、受熱部21のタンク21aの底寄りに連結されている。
Specifically, the
ここで、上述した排気熱回収装置18の動作を説明する。
Here, the operation of the exhaust
例えば内燃機関1を冷間始動する場合、上流側触媒5および下流側触媒6、内燃機関1の冷却水のすべてが低温になっているが、内燃機関1からエキゾーストマニホールド2を経て排気管4に例えば300〜400℃の排気ガスが排出されることになり、この排気ガスで2つの触媒5,6が内部から加熱されることになる一方、冷却水がラジエータ7を通らずにバイパス流路12を経て内燃機関1へ戻されることによって暖機運転されることになる。
For example, when the
この内燃機関の冷間始動において、初期段階には、排気ガスによって受熱部21内の作動流体が加熱されるものの、受熱部21内での作動流体の気化(蒸発)量が少ないので、その液面は、高いままである。
In the cold start of the internal combustion engine, in the initial stage, the working fluid in the
ここで、例えば図3に示すように、第1移送路24において受熱部21との連結口が作動流体の液面から上に露呈されていて、第2移送路26において受熱部21との連結口が作動流体内に浸かって塞がれている状態であれば、受熱部21内で気化された作動流体が第1移送路24のみを経て第1放熱部22へ移送されるようになる。
Here, for example, as shown in FIG. 3, the connection port with the
これにより、第1放熱部22内では、気相状態の作動流体と上流側触媒5との間で熱交換が行われることになり、上流側触媒5が外側から加熱されることになる。
Thereby, in the 1st
この状態では、要するに、上流側触媒5が排気ガスで内側から加熱されると同時に、下流側触媒6を通過した排気ガスの熱を回収して上流側触媒5が外側から加熱されるようになるので、上流側触媒5の昇温が促進されることになり、可及的に速やかに活性化されることになる。なお、上流側触媒5の昇温に伴い、その排気ガスの浄化作用によりその下流側の下流側触媒6も昇温されることになる。
In short, in this state, the
このような熱交換により第1放熱部22内では作動流体が凝縮されることになるが、この凝縮された作動流体は、第1放熱部22から第1還流路25を経て受熱部21に戻される。
As a result of such heat exchange, the working fluid is condensed in the first
ところで、前記初期段階のように、第2移送路26において受熱部21との連結口が作動流体内に浸かって塞がれている状態では、受熱部21から第2放熱部23へは気化された作動流体が移送されないので、内燃機関1の冷却水は加熱されない。
By the way, when the connection port with the
したがって、受熱部21→第1移送路24→第1放熱部22→第1還流路25→受熱部21といった第1熱循環経路40(図1および図3の実線矢印参照)での熱循環が繰り返されるが、受熱部21→第2移送路26→第2放熱部23→第2還流路27→受熱部21といった第2熱循環経路50(図1および図3の一点鎖線矢印参照)での熱循環は行われない。
Therefore, the heat circulation in the first heat circulation path 40 (refer to the solid line arrows in FIGS. 1 and 3) such as the
そして、前記のような上流側触媒5の加熱が継続されることによって、上流側触媒5が活性化温度(例えば300〜400℃)にまで昇温するとともに、下流側触媒6の下流側における排気ガスの温度が昇温すると、受熱部21内の作動流体の気化(蒸発)量が増加することになり、受熱部21内における作動流体の液面が低下することになる。
Then, by continuing the heating of the
この作動流体の液面の低下に伴い、例えば図4に示すように、第2移送路26において受熱部21との連結口が受熱部21内の作動流体の液面から上に露呈すると、受熱部21内で気化された作動流体が第2移送路26を経て第2放熱部23へ移送されるようになる。
As the working fluid level decreases, for example, as shown in FIG. 4, when the connection port with the
これにより、第2放熱部23内では、気相状態の作動流体とヒータ流路13を流れる冷却水との間で熱交換が行われるようになるので、内燃機関から取り出された冷却水が第2放熱部23で加熱されて内燃機関へ戻されることになり、内燃機関の暖機運転が促進されるようになるとともに、温風ヒータ16による暖房の早期使用が可能になる。
As a result, heat exchange is performed between the working fluid in the gas phase state and the cooling water flowing through the
このような熱交換により第2放熱部23内では作動流体が凝縮されることになるが、この凝縮された作動流体は、第2放熱部23から第2還流路27を経て受熱部21に戻される。
As a result of such heat exchange, the working fluid is condensed in the second
つまり、受熱部21→第2移送路26→第2放熱部23→第2還流路27→受熱部21といった第2熱循環経路50(図1および図3の一点鎖線矢印参照)での熱循環が繰り返されるようになる。
That is, the heat circulation in the second heat circulation path 50 (refer to the one-dot chain line arrows in FIGS. 1 and 3) such as the
ところで、この間、第1移送路24において受熱部21との連結口は受熱部21内の作動流体の液面上に露呈されたままであるので、第1熱循環経路40による熱循環が継続される。
By the way, since the connection port with the
ここで、仮に、上流側触媒5がその活性化温度を超えて、この上流側触媒5の温度が受熱部21の設置場所に到達する排気ガスの温度よりも高くなった場合には、上流側触媒5から発生する熱で第1放熱部22内に移送される気相状態の作動流体が加熱されることになって内圧が上昇するので、この気相状態の作動流体が第1還流路25を経て受熱部21へ戻されるようになる。
Here, if the
そのような場合には、上流側触媒5から発生する熱が作動流体を気相状態に保つことに消費されることになるとともに、第1放熱部22から気相状態の作動流体が受熱部21を介して第2放熱部23へ移送されるようになる。そのために、上流側触媒5が過剰に加熱されずに済むようになって、上流側触媒5の機能低下を回避することが可能になる。
In such a case, the heat generated from the
以上説明したように、本発明を適用した第1実施形態では、単一の受熱部21内で気化される作動流体を、まず第1放熱部22に移送可能にすることにより第1熱循環経路40での熱循環を開始させてから、適宜遅延して第2放熱部23に移送可能にすることにより第2熱循環経路50での熱循環を開始させるようにしている。
As described above, in the first embodiment to which the present invention is applied, the working fluid vaporized in the single
これにより、内燃機関1に付設される上流側触媒5および下流側触媒6の暖機や、内燃機関1の冷却水の暖機について、優先度をつけて効率よく行うことが可能になるから、内燃機関1の冷間始動時のエミッション低減を図るうえで有利となる。
As a result, it is possible to prioritize and efficiently perform the warm-up of the
しかも、前記タイムラグについて、例えばスイッチ、弁装置ならびにコントローラ等を一切用いていないうえ、単一の受熱部21を2つの熱循環経路40,50の排気熱回収部分として共通利用する形態にしているから、排気熱回収装置18の構成を簡素化するとともに設備コストを抑制することが可能になる。
(第2実施形態)
図5から図7に、本発明の第2実施形態を示している。この第2実施形態において第1実施形態との相違は、2つの熱循環経路40,50それぞれに専用の受熱部21A,21Bを用いるようにしながら、第1熱循環経路40での熱循環を第2熱循環経路50での熱循環よりも先に開始させるようにしていることである。
In addition, for the time lag, for example, no switch, valve device, controller or the like is used, and the single
(Second Embodiment)
5 to 7 show a second embodiment of the present invention. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the dedicated
具体的に、この実施形態では、上流側触媒5の下流側領域において上流側に第1熱循環経路40専用の第1受熱部21Aを設け、この第1受熱部21Aの下流側に第2熱循環経路50専用の第2受熱部21Bを設けるようにしている。
Specifically, in this embodiment, a first
なお、第1受熱部21Aと第2受熱部21Bとは、図6および図7に示すように、上記第1実施形態で例示した構成と略同様とされている。
The first
このことに加えて、2つの熱循環経路40,50内に封入する作動流体の種類や量を個別に調整することにより、第1受熱部21A内での作動流体の気化開始温度を、第2受熱部21B内での作動流体の気化開始温度よりも低く設定するようにしている。
In addition to this, the vaporization start temperature of the working fluid in the first
このような構成では、排気ガス排出方向の上流側に設置されている第1受熱部21Aで排気熱が優先的に回収された後で、第1受熱部21Aで回収しきれなかった排気ガスの熱が排気ガス排出方向の下流側に設置されている第2受熱部21Bで回収されるようになる。これにより、第1受熱部21Aの受熱量が多くなって、第2受熱部21Bの受熱量が少なくなる。
In such a configuration, after the exhaust heat is preferentially recovered by the first
しかも、第1受熱部21A内での作動流体の気化開始温度を、第2受熱部21B内での作動流体の気化開始温度よりも低く設定しているから、第1受熱部21A内での作動流体が第2受熱部21B内の作動流体よりも先に気化(蒸発)されるようになる。
And since the vaporization start temperature of the working fluid in the 1st
これらのことから、第1受熱部21A内の作動流体が第2受熱部21B内の作動流体よりも先に気化(蒸発)されることになるが、第2受熱部21Bでは作動流体が気化(蒸発)されるまでに時間がかかるようになる。
For these reasons, the working fluid in the first
その結果、第1熱循環経路40での熱循環が、第2熱循環経路50での熱循環よりも先に開始されるようになる。つまり、内燃機関1の運転開始に伴い、まず上流側触媒5の暖機が行われることになり、この上流側触媒5の暖機終了後に、内燃機関1の冷却水の暖機が行われるように、タイムラグを設けることが可能になる。
As a result, the heat circulation in the first
以上説明したように、本発明を適用した第2実施形態では、上記第1実施形態と同様に、第1熱循環経路40での熱循環を開始させてから第2熱循環経路50での熱循環を開始させるまでにタイムラグを設けることにより、内燃機関1から排出される排気ガスの熱を利用して上流側触媒5の暖機を優先的に促進させつつ、前記排気ガスの熱を利用して内燃機関1から取り出される冷却水を昇温させて内燃機関1の暖機運転を促進させるようにしている。
As described above, in the second embodiment to which the present invention is applied, the heat in the second
このように、内燃機関1に付設される上流側触媒5および下流側触媒6の暖機や、内燃機関1の冷却水の暖機について、優先度をつけて効率よく行うことが可能になり、内燃機関1の冷間始動時のエミッション低減を図るうえで有利となる。
In this way, it is possible to efficiently carry out the prioritization with respect to the warming up of the
しかも、前記タイムラグについて、例えばスイッチ、弁装置ならびにコントローラ等を一切用いていないから、排気熱回収装置18の構成を簡素化するとともに設備コストを抑制することが可能になる。
(第3実施形態)
図8および図9に、本発明の第3実施形態を示している。この第3実施形態において第1実施形態との相違は、2つの熱循環経路それぞれに専用の受熱部21A,21Bを用いるようにしながら、第1熱循環経路40での熱循環を第2熱循環経路50での熱循環よりも先に開始させるようにしていることである。
Moreover, for the time lag, for example, no switch, valve device, controller, or the like is used, so that the configuration of the exhaust
(Third embodiment)
8 and 9 show a third embodiment of the present invention. The third embodiment is different from the first embodiment in that the dedicated
この実施形態では、図8に示すように、排気管4において下流側触媒6の下流側領域が大径部4aとされ、この大径部4aの内部に小径管4bが挿入されている。このように排気管4がいわば2重管構造にされており、大径部4aと小径管4bとのいずれか一方に排気ガスを選択的に流通させるために、小径管4bの入口には、電磁式の流量制御弁31が設けられている。この流量制御弁31の開度は、コントローラ32により制御されるようになっている。
In this embodiment, as shown in FIG. 8, the downstream region of the
小径管4bには、第1熱循環経路40専用の第1受熱部21Aが設けられており、大径部4aには、第2熱循環経路50専用の第2受熱部21Bが設けられている。これにより、第1受熱部21Aの外径側にそれを包囲するように第2受熱部21Bが設置される形態になっている。
The
第1受熱部21Aと第2受熱部21Bとは、図9に示すように、原理的に第1実施形態で示したものと同様の構成とされる。
As shown in FIG. 9, the first
まず、第1受熱部21Aは、排気管4の小径管4bに対してその排気ガス通過方向と直交する方向に設置されるものであって、矩形状のタンク21a内に複数の縦長の貫通窓21b・・・を設けて、この貫通窓21b内にフィン21c・・・を接合配置させたような構成になっている。タンク21a内には作動流体が封入される。
First, the first
一方、第2受熱部21Bは、四角い輪のような外形のタンク21d内に複数の縦長の貫通窓21e・・・を設けて、この貫通窓21b内にフィン21f・・・を接合配置させたような構成になっている。タンク21d内には作動流体が封入される。
On the other hand, the second
そして、第1受熱部21Aが第2受熱部21Bの中央孔内に嵌合装着されている。各貫通窓21b,21eが、排気管4の大径部4aや小径管4b内を流通する排気ガスの流通路になっている。フィン21c,21fは、前記各貫通窓21b,21eを通過する排気ガスとの熱交換面積を拡大するように、コルゲートタイプとされている。
The first
第1移送路24は、第1受熱部21Aのタンク21aの天井寄りに連結されていて、第1還流路25は、第1受熱部21Aのタンク21aの底寄りに連結されている。また、第2移送路26は、第2受熱部21Bのタンク21dの天井寄りに連結されていて、第2還流路27は、第2受熱部21Bのタンク21dの底寄りに連結されている。
The
なお、第1受熱部21Aと第2受熱部21Bとの間には、小径管4bが介在されているので、この小径管4bについて、熱伝導を適宜遅延させるための熱容量部材となりうる素材、例えばステンレス鋼材等で形成することができる。さらに、図示していないが、小径管4bの外径側または内径側に、熱伝導を適宜遅延させるための熱容量部材を別途設けるようにしてもよい。この熱容量部材による遅延時間は、その材質や厚み等によって任意に調整することが可能であり、そのために、前記タイムラグについても、必要に応じて調整することが可能となる。
In addition, since the
このような構成における動作を説明する。 The operation in such a configuration will be described.
まず、この内燃機関の冷間始動において、初期段階には、コントローラ32が流量制御弁31を開放させるように制御する。これにより、排気管4において下流側触媒6を通過した排気ガスは、その大半が小径管4b内に流入することになり、この排気ガスによって第1受熱部21A内の作動流体が加熱されるようになる。
First, in the cold start of the internal combustion engine, in the initial stage, the
この状態での時間経過に伴い、第1受熱部21A内での作動流体が気化(蒸発)することになり、この気化された作動流体が第1移送路24を経て第1放熱部22に移送され、これによって上流側触媒5が外径側から加熱されることになり、上流側触媒5の昇温が促進されるようになる。
With the passage of time in this state, the working fluid in the first
ここで、上流側触媒5が活性化温度にまで昇温すると、これをコントローラ32が検知して、流量制御弁31を閉塞させるように制御する。
Here, when the temperature of the
これにより、排気管4において下流側触媒6を通過した排気ガスは、その大半が大径部4aと小径管4bとの間の空間を流れることになり、この排気ガスによって第2受熱部21B内の作動流体が加熱されるようになる。
As a result, most of the exhaust gas that has passed through the
この状態での時間経過に伴い、第2受熱部21B内での作動流体が気化(蒸発)することになり、この気化された作動流体が第2移送路26を経て第2放熱部23に移送され、これによってヒータ流路13内の冷却水が加熱されることになり、内燃機関1の暖機が促進されるようになるとともに、温風ヒータ16による暖房の早期使用が可能になる。
With the passage of time in this state, the working fluid in the second
このように、排気管4を流通する排気ガスの熱は、まず第1受熱部21Aで回収されることになり、その後、第2受熱部21Bで回収されるようになっている。そのため、第1受熱部21A内の作動流体が第2受熱部21B内の作動流体よりも先に気化(蒸発)されることになるが、第2受熱部21Bでは作動流体が気化(蒸発)されるまでに時間がかかるようになる。したがって、第1熱循環経路40での熱循環が、第2熱循環経路50での熱循環よりも先に開始されるようになる。つまり、内燃機関1の運転開始に伴い、まず上流側触媒5の暖機が行われることになり、この上流側触媒5の暖機終了後に、内燃機関1の冷却水の暖機が行われるように、タイムラグを設けることが可能になる。
Thus, the heat of the exhaust gas flowing through the
以上説明したように、本発明を適用した第3実施形態では、上記第1、第2実施形態と同様に、第1熱循環経路40での熱循環を開始させてから第2熱循環経路50での熱循環を開始させるまでにタイムラグを設けることにより、内燃機関1から排出される排気ガスの熱を利用して上流側触媒5の暖機を優先的に促進させつつ、前記排気ガスの熱を利用して内燃機関1から取り出される冷却水を昇温させて内燃機関1の暖機運転を促進させるようにしている。
As described above, in the third embodiment to which the present invention is applied, the second
このように、内燃機関1に付設される上流側触媒5および下流側触媒6の暖機や、内燃機関1の冷却水の暖機について、優先度をつけて効率よく行うことが可能になり、内燃機関1の冷間始動時のエミッション低減を図るうえで有利となる。
In this way, it is possible to efficiently carry out the prioritization with respect to the warming up of the
但し、この実施形態では、前記タイムラグについて、例えば流量制御弁31とコントローラ32とを用いるようにしているから、上述した第1、第2実施形態に比べると、設備コストが高くなるものの、タイムラグをより正確に管理することが可能になる点で優れている。
However, in this embodiment, for example, the flow
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。以下で例を挙げる。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, All the deformation | transformation and application included in the range equivalent to the claim and the said range are possible. Examples are given below.
(1)上記各実施形態では、第2放熱部23を球面継手3から上流側触媒5までの間に付設した例を挙げているが、第2放熱部23の設置場所は、特に限定されるものではなく、第2放熱部23を、排気通路(2,4)から離れた場所、例えば図10に示すように、車室17の近傍に設置することも可能である。
(1) In each said embodiment, although the example which attached the 2nd
この場合、第2放熱部23と受熱部21との離隔距離を短く設定することが可能になり、そのために、受熱部21で気化された作動流体が第2放熱部23への移送過程で凝縮されることを防止するうえで有利となる。
In this case, the separation distance between the second
(2)上記各実施形態において、第1移送路24および第1還流路25、あるいは第2移送路26および第2還流路27の代わりに、例えば図11から図13に示すように、いわゆるウィックタイプのヒートパイプ31,32を用いることが可能である。
(2) In each of the above embodiments, instead of the
このウィックタイプのヒートパイプ31,32は、例えば特開平4−148193号公報や特開2002−195023号公報等に示されているように公知であるが、図12および図13に示すように、円筒形部材31a,32aの内径側に、毛細管作用により液体を一方向へ移送させるウィック31b,32bを設けた構成になっている。
The wick
つまり、このヒートパイプ31,32の場合、その円筒形部材31a,32aの内孔が第1、第2移送路24,26となり、ウィック31b,32bが第1、第2還流路25,27となる。したがって、円筒形部材31a,32aの内孔の一端側が受熱部21(21A,21B)に連通連結され、円筒形部材31a,32aの内孔の他端側が第1、第2放熱部22,23に連通連結される。さらに、ウィック31b,32bの一端側が第1、第2放熱部22,23に連通連結され、ウィック31b,32bの他端側が受熱部21(21A,21B)に連通連結される。
That is, in the case of the
このヒートパイプ31,32におけるウィック31b,32bの内周面は、図13に示すように円周方向に平坦にされている。
The inner peripheral surfaces of the
なお、このウィック31b,32bの内周面は、例えば図14に示すように、円周数ヶ所に軸方向に沿う溝31c,32cを形成することも可能である。この溝31c,32cにおける鉛直方向での断面形状は、特に限定されるものではなく、いろいろな形状とすることが可能である。
In addition, as shown in FIG. 14, for example, the inner peripheral surfaces of the
この場合、ウィックタイプのヒートパイプ31,32の内径側のウィック31b,32bの表面積が大きくなるから、凝縮した作動流体の還流効率が向上するようになる。
In this case, since the surface area of the
(3)上記第2、第3実施形態に示した第2熱循環経路50には、非凝縮ガスを封入することが可能である。この非凝縮ガスとしては、公知であるが、例えば水素ガス等が挙げられる。
(3) Non-condensable gas can be sealed in the second
この構成では、非凝縮ガスが蒸発しないので、内燃機関1の始動後、第2受熱部21B内で気化された作動流体によって非凝縮ガスが第2放熱部23へ移送されることになる。
In this configuration, since the non-condensable gas does not evaporate, the non-condensable gas is transferred to the second
ここで、第2受熱部21Bの受熱量が少なく、蒸気圧力が低い状況では、第2放熱部23内の非凝縮ガスが圧縮されにくいので、第2放熱部23において非凝縮ガスが占める割合が大きくなっていて、気相状態の作動流体の放熱面積が小さくなっている。そのため、第2放熱部23内で気相状態の作動流体が熱交換して凝縮する量が少なくなるので、第2放熱部23による内燃機関1の冷却水加熱能力が低くなる。
Here, in a situation where the amount of heat received by the second
その一方で、時間経過に伴い第2受熱部21Bの受熱量が多くなって、蒸気圧力が高くなると、第2放熱部23内の非凝縮ガスが圧縮されるようになるので、第2放熱部23内において非凝縮ガスの占める割合が小さくなる。そのため、第2放熱部23内で気相状態の作動流体が熱交換して凝縮する量が多くなるので、第2放熱部23による内燃機関1の冷却水加熱能力が高くなる。
On the other hand, as the amount of heat received by the second
このように、非凝縮ガスを利用することにより、第2放熱部23による加熱能力を時間経過に応じて漸増させる形態にしている場合、第1熱循環経路40での熱循環開始から第2熱循環経路50での熱循環開始までのタイムラグを可及的に長く設定することが可能になる。
Thus, when it is made into the form which gradually increases the heating capability by the 2nd
なお、第2放熱部23による冷却水加熱能力の漸増割合は、前記非凝縮ガスの封入量等によって任意に調整することが可能であり、そのために、内燃機関1の冷却水昇温促進処理の開始タイミングや、当該処理の開始から終了までに要する時間を必要に応じて調整することが可能になる。
The gradual increase rate of the cooling water heating capacity by the second
(4)上記各実施形態では、第2放熱部23について温風ヒータ16のヒータコア14から内燃機関1へ戻す冷却水を加熱するのに用いるようにした例を挙げているが、本発明は、それに限定されるものではない。
(4) In each of the above embodiments, an example is given in which the second
例えば第2放熱部23により加熱する対象について、ヒータコア14へ導入する冷却水とすることも可能である。この場合、内燃機関1の暖機運転時に温風ヒータ16を作動させている状況において、ヒータコア14に導入する冷却水の昇温を促進させることが可能になるから、暖機運転中でも温風ヒータ16による早期暖房が可能になる。
For example, it is possible to use cooling water introduced into the
また、第2放熱部23により加熱する対象について、バイパス流路12を流通する冷却水とすることも可能である。前記のバイパス流路12は、そもそも内燃機関1の暖機運転時等、冷却水を昇温させる必要がある場合に使用される流路である。したがって、バイパス流路12を流れる冷却水を第2放熱部23により昇温促進させることが可能になるから、内燃機関1の暖機運転を迅速に終了させることが可能になる。
Moreover, it is also possible to use the cooling water flowing through the
(5)上記各実施形態において、自動変速機1の連結対象となる内燃機関はガソリンエンジンやディーゼルエンジン、その他のエンジンに限定されるものではない。ディーゼルエンジンとする場合には、触媒5,6を例えばDPF(Diesel Particulate Filter)やDPNR(Diesel Particulate -NOx Reduction system)等とすることができる。
(5) In each said embodiment, the internal combustion engine used as the connection object of the
なお、ディーゼルエンジンの場合において、上流側触媒5をNOx吸蔵還元触媒(NSR:NOx storage reduction)として、下流側触媒6をNOx選択還元触媒(SCR:Selective Catalytic Reduction)とすることも可能である。
In the case of a diesel engine, the
(6)上記各実施形態では、2つの触媒5,6を備える場合の例を挙げているが、触媒の数は限定されるものではなく、例えば1個、あるいは3個以上であってもよい。
(6) In each of the above embodiments, an example in which two
(7)上記各実施形態において、第1、第2放熱部22,23の構成は特に限定されない。参考までに、上記各実施形態では、第1放熱部22として例えば中空スリーブの内径側を開放させたケース22aを用いる構成とした例を挙げているが、本発明はこれに限定されず、例えば図示していないが、ケース22aとして中空スリーブを用いることが可能である。その場合、フィン22bは中空スリーブの内周壁の外径側に設けるようにすればよい。
(7) In each said embodiment, the structure of the 1st, 2nd
(8)上記各実施形態では、上流側触媒5に付設する第1放熱部22の外形について上流側触媒5を包囲するような環状とした例を挙げているが、第1放熱部22の外形形状は、特に限定されるものではない。
(8) In each of the above embodiments, an example in which the outer shape of the first
参考までに、第1放熱部22の外形形状は、例えば上流側触媒5の外壁面における一部領域に付設されるように湾曲した形状とすることも可能である。
For reference, the outer shape of the first
(9)上記各実施形態において、図示していないが、第1還流路25や第2還流路27の所定領域に、弁装置を設けることが可能であり、さらに第1還流路25や第2還流路27において前記弁装置よりも還流方向の上流側に、作動流体を貯留するためのタンクを設けることも可能である。
(9) In each of the above embodiments, although not shown, a valve device can be provided in a predetermined region of the
前記弁装置は、開放状態と閉塞状態とに切り替えられるような開閉弁や、開度を無段階に調節可能な流量制御弁とされ、電磁作動タイプや、自己作動タイプ等とされる。 The valve device is an on-off valve that can be switched between an open state and a closed state, or a flow rate control valve that can adjust the opening degree in a stepless manner, such as an electromagnetic operation type or a self-operation type.
この場合、対応する弁装置を閉塞すると、第1放熱部22、第2放熱部23で凝縮された作動流体を対応するタンクへ貯留させることが可能になる。これにより、弁装置の閉塞後において所定時間が経過すると、受熱部21(21A,21B)から第1、第2放熱部22,23への熱移送が停止されることになり、上流側触媒5の昇温促進と内燃機関1の冷却水の昇温促進とが停止されることになる。
In this case, when the corresponding valve device is closed, the working fluid condensed by the first
したがって、例えば上流側触媒5の温度や内燃機関1の水温が過剰に上昇しそうな場合に、前記弁装置を閉塞させることによって、上流側触媒5の過剰加熱による機能低下や、内燃機関1の万一のオーバーヒートを回避することが可能になる。
Therefore, for example, when the temperature of the
1 内燃機関
2 エキゾーストマニホールド
3 球面継手
4 排気管
5 上流側触媒
6 下流側触媒
7 ラジエータ
8 冷却水取り出し路
9 冷却水還流路
10 ウォータポンプ
13 ヒータ流路
14 ヒータコア
16 温風ヒータ
18 排気熱回収装置
21 受熱部
22 第1放熱部
23 第2放熱部
24 第1移送路
25 第1還流路
26 第2移送路
27 第2還流路
40 第1熱循環経路
50 第2熱循環経路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる受熱部と、この受熱部から移送される作動流体と前記触媒または前記排気通路において前記触媒の入口寄り領域との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第1放熱部と、前記受熱部から前記第1放熱部へ作動流体を移送するための第1移送路と、前記第1放熱部から前記受熱部へ作動流体を戻すための第1還流路とで形成され、
前記第2熱循環経路は、前記受熱部と、この受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第2放熱部と、前記受熱部から前記第2放熱部へ作動流体を移送するための第2移送路と、前記第2放熱部から前記受熱部へ作動流体を戻すための第2還流路とで形成され、
かつ、前記受熱部は、作動流体が封入されかつ作動流体の液面が気化に伴い低下する容器を有し、
前記第1移送路は、前記受熱部の容器において低温時の作動流体の液面より鉛直方向上側に連結され、前記第2移送路は、前記受熱部の容器において前記第1移送路の連結位置よりも鉛直方向下側に連結され、
前記第1熱循環経路での熱循環が、前記第2熱循環経路での熱循環よりも先に開始されるように構成されている、ことを特徴とする排気熱回収装置。 A first heat circulation path for recovering exhaust heat of the internal combustion engine and promoting a temperature rise of the catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine; and cooling water temporarily recovered from the internal combustion engine by recovering the exhaust heat of the internal combustion engine A second heat circulation path for promoting the temperature rise of
The first heat circulation path includes a heat receiving portion that vaporizes a working fluid sealed inside by exhaust heat downstream of the catalyst in an exhaust passage of the internal combustion engine, a working fluid transferred from the heat receiving portion, the catalyst, A first heat dissipating part for condensing the working fluid by exchanging heat with a region near the inlet of the catalyst in the exhaust passage; and a first transfer path for transferring the working fluid from the heat receiving part to the first heat dissipating part. And a first reflux path for returning the working fluid from the first heat radiating portion to the heat receiving portion,
The second heat circulation path includes a second heat radiating portion that condenses the working fluid by exchanging heat between the heat receiving portion and the working fluid transferred from the heat receiving portion and the cooling water once taken out from the internal combustion engine. And a second transfer path for transferring the working fluid from the heat receiving part to the second heat radiating part, and a second reflux path for returning the working fluid from the second heat radiating part to the heat receiving part,
And the said heat receiving part has a container by which a working fluid is enclosed and the liquid level of a working fluid falls with vaporization,
The first transfer path is connected vertically above the liquid surface of the working fluid at a low temperature in the container of the heat receiving part, and the second transfer path is a connection position of the first transfer path in the container of the heat receiving part. Connected to the lower vertical direction than
The exhaust heat recovery apparatus is configured such that heat circulation in the first heat circulation path is started before heat circulation in the second heat circulation path.
前記第1熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第1受熱部と、この第1受熱部から移送される作動流体と前記触媒または前記排気通路において前記触媒の入口寄り領域との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第1放熱部と、前記第1受熱部から前記第1放熱部へ作動流体を移送するための第1移送路と、前記第1放熱部から前記第1受熱部へ作動流体を戻すための第1還流路とで形成され、
前記第2熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第2受熱部と、前記第2受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第2放熱部と、前記第2受熱部から前記第2放熱部へ作動流体を移送するための第2移送路と、前記第2放熱部から前記第2受熱部へ作動流体を戻すための第2還流路とで形成され、
かつ、前記第1受熱部は、前記第2受熱部よりも排気ガス排出方向の上流側に配置され、
前記第1熱循環経路での熱循環が、前記第2熱循環経路での熱循環よりも先に開始されるように構成されている、ことを特徴とする排気熱回収装置。 A first heat circulation path for recovering exhaust heat of the internal combustion engine and promoting a temperature rise of the catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine; and cooling water temporarily recovered from the internal combustion engine by recovering the exhaust heat of the internal combustion engine A second heat circulation path for promoting the temperature rise of
The first heat circulation path includes a first heat receiving portion that vaporizes a working fluid sealed inside by exhaust heat downstream of the catalyst in an exhaust passage of the internal combustion engine, and a working fluid transferred from the first heat receiving portion. A first heat radiating portion that condenses the working fluid by exchanging heat with the catalyst or an area near the inlet of the catalyst in the exhaust passage, and the working fluid is transferred from the first heat receiving portion to the first heat radiating portion. And a first return path for returning the working fluid from the first heat dissipating part to the first heat receiving part,
The second heat circulation path includes a second heat receiving portion that vaporizes a working fluid sealed inside by exhaust heat downstream of the catalyst in an exhaust passage of the internal combustion engine, and a working fluid transferred from the second heat receiving portion. A second heat radiating portion for condensing the working fluid by exchanging heat with the cooling water once taken out from the internal combustion engine, and a second for transferring the working fluid from the second heat receiving portion to the second heat radiating portion. Formed by a transfer path and a second reflux path for returning the working fluid from the second heat radiating section to the second heat receiving section;
And the said 1st heat receiving part is arrange | positioned rather than the said 2nd heat receiving part in the upstream of an exhaust gas discharge direction,
The exhaust heat recovery apparatus is configured such that heat circulation in the first heat circulation path is started before heat circulation in the second heat circulation path .
前記第1熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第1受熱部と、この第1受熱部から移送される作動流体と前記触媒または前記排気通路において前記触媒の入口寄り領域との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第1放熱部と、前記第1受熱部から前記第1放熱部へ作動流体を移送するための第1移送路と、前記第1放熱部から前記第1受熱部へ作動流体を戻すための第1還流路とで形成され、
前記第2熱循環経路は、内燃機関の排気通路において触媒より下流側の排気熱により内部に封入される作動流体を気化させる第2受熱部と、前記第2受熱部から移送される作動流体と前記内燃機関から一旦取り出される冷却水との間で熱交換させて前記作動流体を凝縮させる第2放熱部と、前記第2受熱部から前記第2放熱部へ作動流体を移送するための第2移送路と、前記第2放熱部から前記第2受熱部へ作動流体を戻すための第2還流路とで形成され、
かつ、前記排気通路において触媒より下流側領域には、大径部が設けられ、この大径部の内部に小径管が挿入されていて、この小径管の入口には流量制御弁が設けられ、
前記第1受熱部は、前記小径管の内部に排気ガスが横切るように設けられ、前記第2受熱部は、前記大径部と小径管との間の環状空間に排気ガスが横切るように設けられ、
前記第1熱循環経路での熱循環が、前記第2熱循環経路での熱循環よりも先に開始されるように構成されている、ことを特徴とする排気熱回収装置。 A first heat circulation path for recovering exhaust heat of the internal combustion engine and promoting a temperature rise of the catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine; and cooling water temporarily recovered from the internal combustion engine by recovering the exhaust heat of the internal combustion engine A second heat circulation path for promoting the temperature rise of
The first heat circulation path includes a first heat receiving portion that vaporizes a working fluid sealed inside by exhaust heat downstream of the catalyst in an exhaust passage of the internal combustion engine, and a working fluid transferred from the first heat receiving portion. A first heat radiating portion that condenses the working fluid by exchanging heat with the catalyst or an area near the inlet of the catalyst in the exhaust passage, and the working fluid is transferred from the first heat receiving portion to the first heat radiating portion. And a first return path for returning the working fluid from the first heat dissipating part to the first heat receiving part,
The second heat circulation path includes a second heat receiving portion that vaporizes a working fluid sealed inside by exhaust heat downstream of the catalyst in an exhaust passage of the internal combustion engine, and a working fluid transferred from the second heat receiving portion. A second heat radiating portion for condensing the working fluid by exchanging heat with the cooling water once taken out from the internal combustion engine, and a second for transferring the working fluid from the second heat receiving portion to the second heat radiating portion. Formed by a transfer path and a second reflux path for returning the working fluid from the second heat radiating section to the second heat receiving section;
In the exhaust passage, a large diameter portion is provided in a region downstream from the catalyst, a small diameter pipe is inserted inside the large diameter portion, and a flow rate control valve is provided at the inlet of the small diameter pipe,
The first heat receiving part is provided so that exhaust gas traverses the inside of the small diameter pipe, and the second heat receiving part is provided so that exhaust gas traverses the annular space between the large diameter part and the small diameter pipe. And
The exhaust heat recovery apparatus is configured such that heat circulation in the first heat circulation path is started before heat circulation in the second heat circulation path .
前記第2熱循環経路での熱循環開始時期は、前記触媒の温度が活性化温度に到達したときとされる、ことを特徴とする排気熱回収装置。 In the exhaust heat recovery device according to any one of claims 1 to 3 ,
The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the heat circulation start time in the second heat circulation path is set when the temperature of the catalyst reaches an activation temperature.
前記第2熱循環経路には、非凝縮ガスが封入される、ことを特徴とする排気熱回収装置。 The exhaust heat recovery apparatus according to claim 2 or 3 ,
An exhaust heat recovery apparatus, wherein the second heat circulation path is filled with a non-condensable gas .
前記第1移送路および第1還流路と、前記第2移送路および第2還流路との少なくとも一方が、円筒形部材の内周面に毛細管構造のウィックが設けられるヒートパイプとされる、ことを特徴とする排気熱回収装置。 In the exhaust heat recovery device according to any one of claims 1 to 5,
At least one of the first transfer path and the first return path and the second transfer path and the second return path is a heat pipe in which a wick having a capillary structure is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical member. An exhaust heat recovery device characterized by.
前記排気通路における内燃機関寄りの位置には、振動伝達減衰手段が設けられ、前記第2放熱部は、前記振動伝達減衰手段から前記触媒までの間の領域に付設される、ことを特徴とする排気熱回収装置。 The exhaust heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 6,
Vibration transmission attenuation means is provided at a position near the internal combustion engine in the exhaust passage, and the second heat radiating portion is provided in a region between the vibration transmission attenuation means and the catalyst. Exhaust heat recovery device.
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