JP2004278345A - 車両のエンジン排気熱利用装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジン始動時から動力伝達装置を効率良く暖機して同装置のフリクションを早めに低減させること。
【解決手段】自動車1はエンジン2の出力を車輪3に伝達するA/T4、シャフト5及びリアデフ6等を搭載する。エンジン排気熱利用装置は、エンジン2の排気と循環水との間で熱交換を行う熱交換器20と、熱交換器20により熱交換される循環水を循環させる循環回路24と、循環回路24にて循環水の熱を蓄える蓄熱タンク25と、循環回路24にて循環水に流れを与える電動ポンプ26と、循環回路24の一部がリアデフ6に熱接触することとを備える。循環回路24にて電動ポンプ26により循環水を循環させ、蓄熱タンク25から流れ出る循環水によりリアデフ6を暖機するように構成される。
【選択図】 図1
【解決手段】自動車1はエンジン2の出力を車輪3に伝達するA/T4、シャフト5及びリアデフ6等を搭載する。エンジン排気熱利用装置は、エンジン2の排気と循環水との間で熱交換を行う熱交換器20と、熱交換器20により熱交換される循環水を循環させる循環回路24と、循環回路24にて循環水の熱を蓄える蓄熱タンク25と、循環回路24にて循環水に流れを与える電動ポンプ26と、循環回路24の一部がリアデフ6に熱接触することとを備える。循環回路24にて電動ポンプ26により循環水を循環させ、蓄熱タンク25から流れ出る循環水によりリアデフ6を暖機するように構成される。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の車両に係り、詳しくは、その車両に搭載されるエンジンの排気熱を暖機に利用するようにしたエンジン排気熱利用装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、この種の排気熱利用装置として、例えば、下記の特許文献1乃至3に記載されるものがある。
【0003】
特許文献1に記載された装置は、内燃機関に潤滑油を循環させる潤滑油経路と、潤滑油経路の途中に設けられたオイルポンプと、内燃機関の排気管の途中から分岐するバイパス通路と、バイパス通路に設けられた熱交換器と、熱交換器内に収容され排熱との熱交換による熱を蓄熱する蓄熱材と、熱交換器の周囲に配置された断熱部材とを有し、潤滑油経路を熱交換器に熱接触させている。これにより、内燃機関の始動直後は、潤滑油が長時間高温で保温可能な蓄熱材に蓄えられた熱と熱交換して暖機が促進される。一方、内燃機関の始動後は、潤滑油が排熱及び蓄熱材と熱交換して急速に暖機が可能となる。又、潤滑油経路と熱交換器を熱接触させて潤滑油を暖機したことにより、内燃機関の暖機が必要とされる部分が直接暖機されるので急速に暖機可能となる。このことにより、内燃機関の摺動摩擦が軽減され、燃費が向上し、エミッションを低減させていた。
【0004】
特許文献2及び3に記載されたヒートパイプ装置は、エンジンの排気系に蒸発部を配設し、目的の昇温部位に凝縮部を配設する。そして、ヒートパイプ本体の作動流体を利用して、エンジンの排気熱を蒸発部で回収し、凝縮部で放熱するようにしている。又、昇温部位として、車両のトランスミッション、エンジン及びエンジン冷却水回路が記載されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平7−119455号公報(第2〜4頁,図1〜図3)
【特許文献2】
特開2000−130969号公報(第2〜7頁,図1〜図8)
【特許文献3】
特開2000−130970号公報(第2〜5頁,図1〜図3)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献1に記載の装置では、潤滑油を熱媒体とする暖機であることから、潤滑油が供給される特定部位だけしか暖機することができず、内燃機関全体の暖機に対して即効性がないという問題があった。
【0007】
又、上記の特許文献2及び3に記載の装置では、作動流体を介しての暖機であることから、その排気熱を利用して昇温部位を効率よく暖機できるものの、排気熱が不充分なエンジンの始動時には即効性がなかった。このため、この装置では、エンジンの始動時から、トランスミッション等の動力伝達装置を効率良く暖機することができず、冷間時に動力伝達装置のフリクションを早めに低減させることができなかった。
【0008】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンの始動時から動力伝達装置を効率良く暖機して同装置のフリクションを早めに低減することを可能とした車両のエンジン排気熱利用装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、エンジンと、そのエンジンの出力を車輪に伝達する動力伝達装置とを搭載した車両におけるエンジン排気熱利用装置であって、エンジンの排気と熱媒体との間で熱交換を行うための熱交換器と、熱交換器により熱交換される熱媒体を循環させるための循環回路と、循環回路において熱媒体の熱を蓄えるための蓄熱タンクと、循環回路において熱媒体に流れを与えるための電動ポンプと、循環回路の一部が動力伝達装置に熱接触することとを備え、循環回路において電動ポンプにより熱媒体を循環させ、蓄熱タンクから流れ出る熱媒体により動力伝達装置を暖機することを趣旨とする。
【0010】
上記発明の構成によれば、エンジンの運転時に、電動ポンプを駆動させることにより、熱媒体に流れが与えられて熱媒体が循環回路を循環する。このとき、熱交換器ではエンジンの排気と熱媒体との間で熱交換が行われ、蓄熱タンクでは、熱媒体に与えられた熱が蓄えられる。又、循環回路を循環する熱媒体が動力伝達装置に熱接触することにより、同装置が暖機される。ここで、エンジンの始動時には、排気熱の程度に拘わらず、蓄熱タンクに蓄えられた熱が熱媒体により動力伝達装置へ直ちに供給されて同装置が暖機される。
【0011】
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、動力伝達装置は、デファレンシャルギア及びトランスファの少なくとも一方であることを趣旨とする。
【0012】
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、デファレンシャルギア及びトランスファの少なくとも一方が暖められて排気熱が利用される。
【0013】
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、エンジンの始動時には、電動ポンプを駆動させ、エンジンの暖機後には、電動ポンプを停止させる制御手段を備えたことを趣旨とする。
【0014】
上記発明の構成によれば、請求項1又は2に記載の発明の作用に加え、エンジンの始動時には、制御手段により電動ポンプが駆動されるので、循環回路を熱媒体が循環して動力伝達装置が暖機される。エンジンの暖機後には、制御手段により電動ポンプが停止されるので、熱媒体の循環が停止して動力伝達装置が必要以上に暖機されない。
【0015】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
以下、本発明における車両のエンジン排気熱利用装置を後輪駆動方式の自動車(FR車)に具体化した第1の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
図1に、自動車1の概念構成図を示す。自動車1は、エンジン2と、そのエンジン2の出力を駆動輪である後輪3に伝達する動力伝達装置としてのオートマチックトランスミッション(A/T)4、プロペラシャフト5、リアデファレンシャルギア(以下「リアデフ」と言う。)6及びドライブシャフト7とを搭載する。自動車1の前輪8は、操舵機構9に回転可能に設けられる。
【0017】
エンジン2は、空気を吸入する吸気通路10と、排気ガスを排出する排気通路11とを備える。吸気通路10の入口側には、スロットルバルブを内蔵するスロットルボディ12が設けられる。排気通路11の出口側には、マフラー13が設けられる。エンジン2の前側には、ラジエータ14及び冷却ファン15等が設けられる。
【0018】
排気通路11の途中には、熱交換ユニット16が設けられる。熱交換ユニット16は、排気通路11に連続する排気管17と、排気管17の入口側に設けられた排気切替弁18と、同弁18から分岐するバイパス管19と、同管19の途中に設けられた熱交換器20とを含む。排気切替弁18は、アクチュエータにより駆動される電動式の弁であり、エンジン2から排気通路11へ排出される排気ガスを、排気管17への流れと、バイパス管19への流れとに切り替える。排気切替弁18から、バイパス管19へ流れた排気ガスは、熱交換器20を通過した後、再び排気管17に戻り、排気通路11及びマフラー13を通じて外部へ排出される。熱交換器20は、バイパス管19を流れる排気ガスと熱媒体としての循環水との間で熱交換を行うためのものである。
【0019】
図2に、熱交換ユニット16の一例を側面図に示す。図3に、図2のA−A線に沿った断面を拡大して示す。図3に示すように、熱交換器20は、熱媒体(循環水)を通す円筒状のシェル21の中に排気ガスを通す複数本のチューブ22が平行に配置される。シェル21の両端は、それぞれ一つの入口管23と出口管(図示略)とに接続される(図2には、その入口管23のみが図示される。)。
【0020】
熱交換器20には、同器20により熱交換される循環水を循環させるための循環回路24が設けられる。循環回路24は、熱交換器20の入口管23と出口管との間に接続される。循環回路24の途中には、同回路24において循環水の熱を蓄えるための蓄熱タンク25が設けられる。蓄熱タンク25は、高温の循環水を貯留可能である。この実施の形態で、蓄熱タンク25は、2〜3リットルの容量を有し、断熱材で覆われる。このタンク25は、循環水を「50〜70℃」の範囲で「約36時間」にわたって保温することができる。
【0021】
循環回路24の途中には、同回路24において循環水に流れを与えるための電動ポンプ26が設けられる。
【0022】
循環回路24の一部は、リアデフ6に熱接触している。図4,図5に、リアデフ6の断面図を示す。リアデフ6は、ハウジング27と、その中に内蔵されたギア機構28とを備える。ギア機構28は、プロペラシャフト5の回転を、同シャフト5に直交配置されるドライブシャフト7に伝達するものである。ハウジング27の内部には、ほぼ半分の液位で作動油であるデフオイル29が封入される。ハウジング27の外周には、保温ケース30が設けられる。保温ケース30は、リアデフ6の下半分の外周全体を覆うように設けられる。保温ケース30に循環回路24の配管が接続され、同ケース30を循環水が通過する。このようにして循環回路24の一部がリアデフ6に対し、間接加熱型式により熱接触している。そして、循環回路24において、電動ポンプ26により循環水を循環させ、蓄熱タンク25から流れ出る循環水によりリアデフ6を暖機するようになっている。
【0023】
この実施の形態では、排気切替弁18及び電動ポンプ26を制御するためのコントローラ31が設けられる。コントローラ31には、排気切替弁18及び電動ポンプ26が接続される。又、リアデフ6には、そのデフオイルの温度(油温)を検出するための油温センサ32が設けられる。油温センサ32も、コントローラ31に接続される。コントローラ31は、周知のCPU、ROM及びRAMを含み構成される。そのROMには、排気熱利用装置のための制御プログラムが格納される。このコントローラ31は、エンジン2の始動時には、電動ポンプ26を駆動させ、エンジン2の暖機後には、電動ポンプ26を停止させるための本発明の制御手段に相当する。コントローラ31には、イグニションスイッチ(IGSW)33が接続される。
【0024】
図6に、この制御プログラムをフローチャートに示す。コントローラ31はこのルーチンを所定期間毎に周期的に実行する。
【0025】
先ず、ステップ100,110で、コントローラ31は、装置の初期化を行い、IGSW33がオンされるのを待つ。即ち、コントローラ31は、エンジン2が始動されるのを待つ。
【0026】
そして、エンジン2が始動すると、コントローラ31は、ステップ120で、排気切替弁18をオンする。ここで、排気切替弁18をオンするとは、排気ガスの流れを排気管17からバイパス管19へ切り替えるように同弁18を作動させることを意味する。又、ステップ130で、コントローラ31は、電動ポンプ26をオンする。
【0027】
その後、コントローラ31は、ステップ140で、油温センサ32により検出される油温の値を読み込み、ステップ150で、検出される油温が所定の設定値に達するのを待つ。ここで、設定値とは、リアデフ6が十分に暖機されたことを意味する温度である。
【0028】
そして、ステップ150で、リアデフ6が十分に暖機すると、コントローラ31は、ステップ160で、排気切替弁18をオフとし、ステップ170で、電動ポンプ26をオフとした後処理を終了する。ここで、排気切替弁18をオフするとは、排気ガスの流れがバイパス管19から排気管17へ戻るように同弁18を作動させることを意味する。
【0029】
以上説明したこの実施の形態のエンジン排気熱利用装置によれば、エンジン2の運転時に、電動ポンプ26を駆動させることにより、循環水に流れが与えられて循環水が循環回路24を循環する。このとき、熱交換ユニット16の熱交換器20では、エンジン2の排気と循環水との間で熱交換が行われ、蓄熱タンク25では、循環水に与えられた熱が蓄えられる。又、循環回路24を循環する循環水がリアデフ6に熱接触することにより、そのリアデフ6が暖機される。
【0030】
ここで、エンジン2の始動時には、熱交換器20における排気熱の程度に拘わらず、蓄熱タンク20に蓄えられた熱がリアデフ6へ直ちに供給され、同デフ6が暖機される。そのため、エンジン2の始動時からリアデフ6を効率良く暖機することができ、リアデフ6におけるフリクションを早めに低減することができる。
【0031】
つまり、この実施の形態では、循環水による暖機であり、リアデフ6の下側外周の全体を保温ケース30で覆っていることから、その排気熱を利用してリアデフ6を効率よく暖機することができる。又、この実施の形態では、蓄熱タンク25に熱交換された熱を蓄えることができ、エンジン2の始動時には、その蓄えられた熱ををリアデフ6に供給することができる。このため、排気熱が不充分なエンジン2の始動時にも、即効性をもってリアデフ6を暖機することができる。このため、エンジン2の始動時から、リアデフ6を効率良く暖機することができ、冷間時にもリアデフ6のフリクションを早めに低減させることができる。
【0032】
この実施の形態では、エンジン2の始動時には、コントローラ31により電動ポンプ26が駆動されるので、循環回路24を循環水が循環してリアデフ6が暖機される。エンジン2の暖機後には、コントローラ31により電動ポンプ26が停止されるので、循環水の循環が停止してリアデフ6が必要以上に暖機されることがない。このため、暖機が必要となるときだけリアデフ6を有効に暖機することができ、リアデフ6が過熱状態となることを防止することができる。
【0033】
[第2の実施の形態]
次に、本発明における車両のエンジン排気熱利用装置を全輪駆動方式の自動車(4WD車)に具体化した第2の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0034】
尚、本実施の形態を含む以下の各実施の形態において、前記第1の実施の形態に準ずる構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【0035】
図7に、自動車41の概念構成図を示す。自動車41は、エンジン2の他に、動力伝達装置として、A/T4、トランスファ42、フロントデファレンシャルギア(以下「フロントデフ」と言う。)43、ドライブシャフト44、プロペラシャフト5、リアデフ6及びドライブシャフト7を搭載する。トランスファ42は、A/T4からの動力を前輪8のためのフロントデフ43及びドライブシャフト44と、後輪3のためのプロペラシャフト5へ分配する装置である。
【0036】
この実施の形態では、リアデフ6の他にトランスファ42を暖機するように構成される。そのために、循環回路24は、リアデフ6を循環する第1回路24aと、トランスファ42を循環する第2回路24bとから構成される。第1回路24aの一部は、リアデフ6に熱接触している。第2回路24bの一部は、トランスファ42に熱接触している。
【0037】
この実施の形態では、熱接触の型式が第1の実施の形態のそれと異なる。図8,図9に、リアデフ6の断面図を示す。第1回路24aの配管の一部は、リアデフ6のハウジング27の内部を通り、デフオイル29に接触している。ハウジング27の内部に配置される内部配管45は、垂直に起立する。図10に示すように、この内部配管45は、デフオイル29との接触面積を拡大するためにジグザグに形成される。このようにして第1回路24aの一部がリアデフ6に対し、間接加熱の型式により熱接触している。第2回路24bのトランスファ42に対する熱接触も、上記リアデフ6に準ずる間接加熱の型式による熱接触である。
【0038】
以上説明したこの実施の形態のエンジン排気熱利用装置によれば、エンジン2の運転時に、電動ポンプ26を駆動させることにより、循環水に流れが与えられて循環水が循環回路24の第1回路24a及び第2回路24bを循環する。このとき、熱交換ユニット16の熱交換器20では、エンジン2の排気と循環水との間で熱交換が行われ、蓄熱タンク25では、循環水に与えられた熱が蓄えられる。又、循環回路24を循環する循環水が、第1回路24aを介してリアデフ6に熱接触することにより、そのリアデフ6が暖機される。併せて、循環回路24を循環する循環水が、第2回路24bを介してトランスファ42に熱接触することにより、そのトランスファ42が暖機される。
【0039】
ここで、エンジン2の始動時には、熱交換器20での排気熱の程度に拘わらず、蓄熱タンク20に蓄えられた熱がリアデフ6及びトランスファ42へ直ちに供給され、これら機器6,42が暖機される。そのため、エンジン2の始動時からリアデフ6及びトランスファ42を即効的に効率良く暖機することができ、リアデフ6及びトランスファ42におけるフリクションを早めに低減することができる。
【0040】
この実施の形態では、循環水による暖機であり、リアデフ6及びトランスファ42のデフオイル29の全体を暖めることができることから、エンジン2の排気熱を利用してリアデフ6及びトランスファ42の全体を効率よく暖機することができる。
【0041】
又、この実施の形態では、蓄熱タンク25に熱交換された熱を蓄えることができ、エンジン2の始動時には、その蓄えられた熱をリアデフ6及びトランスファ42に供給することができる。このため、排気熱の程度が不十分なエンジン2の始動時にも、即効性をもってリアデフ6及びトランスファ42を暖機することができる。このため、エンジン2の始動時から、リアデフ6及びトランスファ42を効率良く暖機することができ、冷間時にリアデフ6及びトランスファ42のフリクションを早めに低減させることができる。
【0042】
この実施の形態では、エンジン2の始動時には、コントローラ31により電動ポンプ26が駆動されるので、循環回路24を循環水が循環してリアデフ6及びトランスファ42が暖機される。エンジン2の暖機後には、コントローラ31により電動ポンプ26が停止されるので、循環水の循環が停止してリアデフ6及びトランスファ42が必要以上に暖機されることがない。このため、暖機が必要となるときだけリアデフ6及びトランスファ42を有効に暖機することができ、リアデフ6及びトランスファ42が過熱状態となることを防止することができる。
【0043】
[第3の実施の形態]
次に、本発明における車両のエンジン排気熱利用装置を具体化した第3の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0044】
この実施の形態では、循環回路24のリアデフ6に対する熱接触が直接加熱の型式である点で、第1の実施の形態と異なる。即ち、この実施の形態では、リアデフ6に使用されるのと同じデフオイルを熱媒体として循環回路24を循環させるように構成される。図11,図12にリアデフ6の断面図を示す。循環回路24の配管は、リアデフ6のハウジング27の内部に連通しており、デフオイルがハウジング27を通過して循環回路24を循環するように構成される。このようにして循環回路24の一部がリアデフ6に対し、直接加熱型式により熱接触している。
【0045】
従って、この実施の形態でも、第1の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施の形態では、デフオイル29を直接暖める直接加熱型式を採用していることから、リアデフ6の中のデフオイル29をより速やかに暖めることができ、リアデフ6の暖機に対しより即効性が得られる。
【0046】
[第4の実施の形態]
次に、本発明における車両のエンジン排気熱利用装置を具体化した第4の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0047】
この実施の形態では、間接加熱型式による熱接触の構成の点で第1及び第2の実施の形態のそれと異なる。即ち、この実施の形態では、循環回路24と、リアデフ6との間に副熱交換器51が設けられ、この熱交換器51を介してリアデフ6の中のデフオイルが暖められるようになっている。図13にリアデフ6の断面図を示す。循環回路24の配管は、副熱交換器51に接続される。循環回路24を循環する熱媒体は循環水である。リアデフ6と副熱交換器51との間には、オイル配管52が設けられる。オイル配管52の途中には、電動ポンプ53が設けられる。オイル配管52はリアデフ6のハウジング27の内部に連通し、オイル配管52を循環するデフオイルがハウジング27を通過するように構成される。電動ポンプ53は、オイル配管52の中のデフオイルに流れを与える。図14,図15に、副熱交換器51の断面図を示す。副熱交換器51は、円筒状のケース54を含み、ケース54の中に循環水が充満している。循環回路24の配管は、ケース54に連通し、循環水がケース54の中を通過して循環回路24を循環するようになっている。オイル配管52の一部は、ケース54の中をジグザグに通過するように構成される。従って、循環回路24を循環水が循環することにより、副交換器51に排気熱が供給される。又、電動ポンプ53により、オイル配管52及びリアデフ6をデフオイルが循環する。このとき、副熱交換器51では、循環水とデフオイルとの間で熱交換が行われ、循環水の熱により暖められたデフオイルがオイル配管52を通じてリアデフ6へ供給される。これにより、リアデフ6のデフオイルが暖められ、リアデフ6が暖機される。このようにして循環回路24は、リアデフ6に対して間接加熱型式により熱接触している。
【0048】
従って、この実施の形態でも、第1の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施の形態では、副熱交換器51とリアデフ6との間で電動ポンプ53によりデフオイルを積極的に循環させているので、リアデフ6の中のデフオイルを速やか暖めることができ、リアデフ6の暖機に対しより即効性が得られる。
【0049】
尚、この発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【0050】
例えば、前記各実施の形態では、リアデフ6とトランスファ42を暖機の対象となる動力伝達装置として挙げたが、A/Tやフロントデフを暖機の対象となる動力伝達装置として挙げることもできる。
【0051】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明の構成によれば、エンジンの始動時から動力伝達装置を効率良く暖機することができ、同装置のフリクションを早めに低減することができる。
【0052】
請求項2に記載の発明の構成によれば、エンジンの始動時からデファレンシャルギア及びトランスファの少なくとも一方を動力伝達装置として効率良く暖機することができ、それらの機器のフリクションを早めに低減することができる。
【0053】
請求項3に記載の発明の構成によれば、請求項1又は2に記載の発明の効果に加え、暖機が必要となるときだけ動力伝達装置を暖機することができ、動力伝達装置が過熱状態となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係り、自動車を示す概念構成図。
【図2】熱交換ユニットを示す側面図。
【図3】図2のA−A線断面図。
【図4】リアデフを示す断面図。
【図5】リアデフを示す断面図。
【図6】制御プログラムを示すフローチャート。
【図7】第2の実施の形態に係り、自動車を示す概念構成図。
【図8】リアデフを示す断面図。
【図9】リアデフを示す断面図。
【図10】第1回路の内部配管を示す正面図。
【図11】第3の実施の形態に係り、リアデフを示す断面図。
【図12】リアデフを示す断面図。
【図13】第4の実施の形態に係り、リアデフを示す断面図。
【図14】副熱交換器を示す断面図。
【図15】副熱交換器を示す断面図。
【符号の説明】
1 自動車(車両)
2 エンジン
3 後輪(車輪)
4 A/T(動力伝達装置)
6 リアデフ(動力伝達装置)
8 前輪(車輪)
20 熱交換器
24 循環回路
24a 第1回路
24b 第2回路
25 蓄熱タンク
26 電動ポンプ
31 コントローラ(制御手段)
41 自動車(車両)
42 トランスファ(動力伝達装置)
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の車両に係り、詳しくは、その車両に搭載されるエンジンの排気熱を暖機に利用するようにしたエンジン排気熱利用装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、この種の排気熱利用装置として、例えば、下記の特許文献1乃至3に記載されるものがある。
【0003】
特許文献1に記載された装置は、内燃機関に潤滑油を循環させる潤滑油経路と、潤滑油経路の途中に設けられたオイルポンプと、内燃機関の排気管の途中から分岐するバイパス通路と、バイパス通路に設けられた熱交換器と、熱交換器内に収容され排熱との熱交換による熱を蓄熱する蓄熱材と、熱交換器の周囲に配置された断熱部材とを有し、潤滑油経路を熱交換器に熱接触させている。これにより、内燃機関の始動直後は、潤滑油が長時間高温で保温可能な蓄熱材に蓄えられた熱と熱交換して暖機が促進される。一方、内燃機関の始動後は、潤滑油が排熱及び蓄熱材と熱交換して急速に暖機が可能となる。又、潤滑油経路と熱交換器を熱接触させて潤滑油を暖機したことにより、内燃機関の暖機が必要とされる部分が直接暖機されるので急速に暖機可能となる。このことにより、内燃機関の摺動摩擦が軽減され、燃費が向上し、エミッションを低減させていた。
【0004】
特許文献2及び3に記載されたヒートパイプ装置は、エンジンの排気系に蒸発部を配設し、目的の昇温部位に凝縮部を配設する。そして、ヒートパイプ本体の作動流体を利用して、エンジンの排気熱を蒸発部で回収し、凝縮部で放熱するようにしている。又、昇温部位として、車両のトランスミッション、エンジン及びエンジン冷却水回路が記載されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平7−119455号公報(第2〜4頁,図1〜図3)
【特許文献2】
特開2000−130969号公報(第2〜7頁,図1〜図8)
【特許文献3】
特開2000−130970号公報(第2〜5頁,図1〜図3)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献1に記載の装置では、潤滑油を熱媒体とする暖機であることから、潤滑油が供給される特定部位だけしか暖機することができず、内燃機関全体の暖機に対して即効性がないという問題があった。
【0007】
又、上記の特許文献2及び3に記載の装置では、作動流体を介しての暖機であることから、その排気熱を利用して昇温部位を効率よく暖機できるものの、排気熱が不充分なエンジンの始動時には即効性がなかった。このため、この装置では、エンジンの始動時から、トランスミッション等の動力伝達装置を効率良く暖機することができず、冷間時に動力伝達装置のフリクションを早めに低減させることができなかった。
【0008】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンの始動時から動力伝達装置を効率良く暖機して同装置のフリクションを早めに低減することを可能とした車両のエンジン排気熱利用装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、エンジンと、そのエンジンの出力を車輪に伝達する動力伝達装置とを搭載した車両におけるエンジン排気熱利用装置であって、エンジンの排気と熱媒体との間で熱交換を行うための熱交換器と、熱交換器により熱交換される熱媒体を循環させるための循環回路と、循環回路において熱媒体の熱を蓄えるための蓄熱タンクと、循環回路において熱媒体に流れを与えるための電動ポンプと、循環回路の一部が動力伝達装置に熱接触することとを備え、循環回路において電動ポンプにより熱媒体を循環させ、蓄熱タンクから流れ出る熱媒体により動力伝達装置を暖機することを趣旨とする。
【0010】
上記発明の構成によれば、エンジンの運転時に、電動ポンプを駆動させることにより、熱媒体に流れが与えられて熱媒体が循環回路を循環する。このとき、熱交換器ではエンジンの排気と熱媒体との間で熱交換が行われ、蓄熱タンクでは、熱媒体に与えられた熱が蓄えられる。又、循環回路を循環する熱媒体が動力伝達装置に熱接触することにより、同装置が暖機される。ここで、エンジンの始動時には、排気熱の程度に拘わらず、蓄熱タンクに蓄えられた熱が熱媒体により動力伝達装置へ直ちに供給されて同装置が暖機される。
【0011】
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、動力伝達装置は、デファレンシャルギア及びトランスファの少なくとも一方であることを趣旨とする。
【0012】
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、デファレンシャルギア及びトランスファの少なくとも一方が暖められて排気熱が利用される。
【0013】
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、エンジンの始動時には、電動ポンプを駆動させ、エンジンの暖機後には、電動ポンプを停止させる制御手段を備えたことを趣旨とする。
【0014】
上記発明の構成によれば、請求項1又は2に記載の発明の作用に加え、エンジンの始動時には、制御手段により電動ポンプが駆動されるので、循環回路を熱媒体が循環して動力伝達装置が暖機される。エンジンの暖機後には、制御手段により電動ポンプが停止されるので、熱媒体の循環が停止して動力伝達装置が必要以上に暖機されない。
【0015】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
以下、本発明における車両のエンジン排気熱利用装置を後輪駆動方式の自動車(FR車)に具体化した第1の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
図1に、自動車1の概念構成図を示す。自動車1は、エンジン2と、そのエンジン2の出力を駆動輪である後輪3に伝達する動力伝達装置としてのオートマチックトランスミッション(A/T)4、プロペラシャフト5、リアデファレンシャルギア(以下「リアデフ」と言う。)6及びドライブシャフト7とを搭載する。自動車1の前輪8は、操舵機構9に回転可能に設けられる。
【0017】
エンジン2は、空気を吸入する吸気通路10と、排気ガスを排出する排気通路11とを備える。吸気通路10の入口側には、スロットルバルブを内蔵するスロットルボディ12が設けられる。排気通路11の出口側には、マフラー13が設けられる。エンジン2の前側には、ラジエータ14及び冷却ファン15等が設けられる。
【0018】
排気通路11の途中には、熱交換ユニット16が設けられる。熱交換ユニット16は、排気通路11に連続する排気管17と、排気管17の入口側に設けられた排気切替弁18と、同弁18から分岐するバイパス管19と、同管19の途中に設けられた熱交換器20とを含む。排気切替弁18は、アクチュエータにより駆動される電動式の弁であり、エンジン2から排気通路11へ排出される排気ガスを、排気管17への流れと、バイパス管19への流れとに切り替える。排気切替弁18から、バイパス管19へ流れた排気ガスは、熱交換器20を通過した後、再び排気管17に戻り、排気通路11及びマフラー13を通じて外部へ排出される。熱交換器20は、バイパス管19を流れる排気ガスと熱媒体としての循環水との間で熱交換を行うためのものである。
【0019】
図2に、熱交換ユニット16の一例を側面図に示す。図3に、図2のA−A線に沿った断面を拡大して示す。図3に示すように、熱交換器20は、熱媒体(循環水)を通す円筒状のシェル21の中に排気ガスを通す複数本のチューブ22が平行に配置される。シェル21の両端は、それぞれ一つの入口管23と出口管(図示略)とに接続される(図2には、その入口管23のみが図示される。)。
【0020】
熱交換器20には、同器20により熱交換される循環水を循環させるための循環回路24が設けられる。循環回路24は、熱交換器20の入口管23と出口管との間に接続される。循環回路24の途中には、同回路24において循環水の熱を蓄えるための蓄熱タンク25が設けられる。蓄熱タンク25は、高温の循環水を貯留可能である。この実施の形態で、蓄熱タンク25は、2〜3リットルの容量を有し、断熱材で覆われる。このタンク25は、循環水を「50〜70℃」の範囲で「約36時間」にわたって保温することができる。
【0021】
循環回路24の途中には、同回路24において循環水に流れを与えるための電動ポンプ26が設けられる。
【0022】
循環回路24の一部は、リアデフ6に熱接触している。図4,図5に、リアデフ6の断面図を示す。リアデフ6は、ハウジング27と、その中に内蔵されたギア機構28とを備える。ギア機構28は、プロペラシャフト5の回転を、同シャフト5に直交配置されるドライブシャフト7に伝達するものである。ハウジング27の内部には、ほぼ半分の液位で作動油であるデフオイル29が封入される。ハウジング27の外周には、保温ケース30が設けられる。保温ケース30は、リアデフ6の下半分の外周全体を覆うように設けられる。保温ケース30に循環回路24の配管が接続され、同ケース30を循環水が通過する。このようにして循環回路24の一部がリアデフ6に対し、間接加熱型式により熱接触している。そして、循環回路24において、電動ポンプ26により循環水を循環させ、蓄熱タンク25から流れ出る循環水によりリアデフ6を暖機するようになっている。
【0023】
この実施の形態では、排気切替弁18及び電動ポンプ26を制御するためのコントローラ31が設けられる。コントローラ31には、排気切替弁18及び電動ポンプ26が接続される。又、リアデフ6には、そのデフオイルの温度(油温)を検出するための油温センサ32が設けられる。油温センサ32も、コントローラ31に接続される。コントローラ31は、周知のCPU、ROM及びRAMを含み構成される。そのROMには、排気熱利用装置のための制御プログラムが格納される。このコントローラ31は、エンジン2の始動時には、電動ポンプ26を駆動させ、エンジン2の暖機後には、電動ポンプ26を停止させるための本発明の制御手段に相当する。コントローラ31には、イグニションスイッチ(IGSW)33が接続される。
【0024】
図6に、この制御プログラムをフローチャートに示す。コントローラ31はこのルーチンを所定期間毎に周期的に実行する。
【0025】
先ず、ステップ100,110で、コントローラ31は、装置の初期化を行い、IGSW33がオンされるのを待つ。即ち、コントローラ31は、エンジン2が始動されるのを待つ。
【0026】
そして、エンジン2が始動すると、コントローラ31は、ステップ120で、排気切替弁18をオンする。ここで、排気切替弁18をオンするとは、排気ガスの流れを排気管17からバイパス管19へ切り替えるように同弁18を作動させることを意味する。又、ステップ130で、コントローラ31は、電動ポンプ26をオンする。
【0027】
その後、コントローラ31は、ステップ140で、油温センサ32により検出される油温の値を読み込み、ステップ150で、検出される油温が所定の設定値に達するのを待つ。ここで、設定値とは、リアデフ6が十分に暖機されたことを意味する温度である。
【0028】
そして、ステップ150で、リアデフ6が十分に暖機すると、コントローラ31は、ステップ160で、排気切替弁18をオフとし、ステップ170で、電動ポンプ26をオフとした後処理を終了する。ここで、排気切替弁18をオフするとは、排気ガスの流れがバイパス管19から排気管17へ戻るように同弁18を作動させることを意味する。
【0029】
以上説明したこの実施の形態のエンジン排気熱利用装置によれば、エンジン2の運転時に、電動ポンプ26を駆動させることにより、循環水に流れが与えられて循環水が循環回路24を循環する。このとき、熱交換ユニット16の熱交換器20では、エンジン2の排気と循環水との間で熱交換が行われ、蓄熱タンク25では、循環水に与えられた熱が蓄えられる。又、循環回路24を循環する循環水がリアデフ6に熱接触することにより、そのリアデフ6が暖機される。
【0030】
ここで、エンジン2の始動時には、熱交換器20における排気熱の程度に拘わらず、蓄熱タンク20に蓄えられた熱がリアデフ6へ直ちに供給され、同デフ6が暖機される。そのため、エンジン2の始動時からリアデフ6を効率良く暖機することができ、リアデフ6におけるフリクションを早めに低減することができる。
【0031】
つまり、この実施の形態では、循環水による暖機であり、リアデフ6の下側外周の全体を保温ケース30で覆っていることから、その排気熱を利用してリアデフ6を効率よく暖機することができる。又、この実施の形態では、蓄熱タンク25に熱交換された熱を蓄えることができ、エンジン2の始動時には、その蓄えられた熱ををリアデフ6に供給することができる。このため、排気熱が不充分なエンジン2の始動時にも、即効性をもってリアデフ6を暖機することができる。このため、エンジン2の始動時から、リアデフ6を効率良く暖機することができ、冷間時にもリアデフ6のフリクションを早めに低減させることができる。
【0032】
この実施の形態では、エンジン2の始動時には、コントローラ31により電動ポンプ26が駆動されるので、循環回路24を循環水が循環してリアデフ6が暖機される。エンジン2の暖機後には、コントローラ31により電動ポンプ26が停止されるので、循環水の循環が停止してリアデフ6が必要以上に暖機されることがない。このため、暖機が必要となるときだけリアデフ6を有効に暖機することができ、リアデフ6が過熱状態となることを防止することができる。
【0033】
[第2の実施の形態]
次に、本発明における車両のエンジン排気熱利用装置を全輪駆動方式の自動車(4WD車)に具体化した第2の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0034】
尚、本実施の形態を含む以下の各実施の形態において、前記第1の実施の形態に準ずる構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【0035】
図7に、自動車41の概念構成図を示す。自動車41は、エンジン2の他に、動力伝達装置として、A/T4、トランスファ42、フロントデファレンシャルギア(以下「フロントデフ」と言う。)43、ドライブシャフト44、プロペラシャフト5、リアデフ6及びドライブシャフト7を搭載する。トランスファ42は、A/T4からの動力を前輪8のためのフロントデフ43及びドライブシャフト44と、後輪3のためのプロペラシャフト5へ分配する装置である。
【0036】
この実施の形態では、リアデフ6の他にトランスファ42を暖機するように構成される。そのために、循環回路24は、リアデフ6を循環する第1回路24aと、トランスファ42を循環する第2回路24bとから構成される。第1回路24aの一部は、リアデフ6に熱接触している。第2回路24bの一部は、トランスファ42に熱接触している。
【0037】
この実施の形態では、熱接触の型式が第1の実施の形態のそれと異なる。図8,図9に、リアデフ6の断面図を示す。第1回路24aの配管の一部は、リアデフ6のハウジング27の内部を通り、デフオイル29に接触している。ハウジング27の内部に配置される内部配管45は、垂直に起立する。図10に示すように、この内部配管45は、デフオイル29との接触面積を拡大するためにジグザグに形成される。このようにして第1回路24aの一部がリアデフ6に対し、間接加熱の型式により熱接触している。第2回路24bのトランスファ42に対する熱接触も、上記リアデフ6に準ずる間接加熱の型式による熱接触である。
【0038】
以上説明したこの実施の形態のエンジン排気熱利用装置によれば、エンジン2の運転時に、電動ポンプ26を駆動させることにより、循環水に流れが与えられて循環水が循環回路24の第1回路24a及び第2回路24bを循環する。このとき、熱交換ユニット16の熱交換器20では、エンジン2の排気と循環水との間で熱交換が行われ、蓄熱タンク25では、循環水に与えられた熱が蓄えられる。又、循環回路24を循環する循環水が、第1回路24aを介してリアデフ6に熱接触することにより、そのリアデフ6が暖機される。併せて、循環回路24を循環する循環水が、第2回路24bを介してトランスファ42に熱接触することにより、そのトランスファ42が暖機される。
【0039】
ここで、エンジン2の始動時には、熱交換器20での排気熱の程度に拘わらず、蓄熱タンク20に蓄えられた熱がリアデフ6及びトランスファ42へ直ちに供給され、これら機器6,42が暖機される。そのため、エンジン2の始動時からリアデフ6及びトランスファ42を即効的に効率良く暖機することができ、リアデフ6及びトランスファ42におけるフリクションを早めに低減することができる。
【0040】
この実施の形態では、循環水による暖機であり、リアデフ6及びトランスファ42のデフオイル29の全体を暖めることができることから、エンジン2の排気熱を利用してリアデフ6及びトランスファ42の全体を効率よく暖機することができる。
【0041】
又、この実施の形態では、蓄熱タンク25に熱交換された熱を蓄えることができ、エンジン2の始動時には、その蓄えられた熱をリアデフ6及びトランスファ42に供給することができる。このため、排気熱の程度が不十分なエンジン2の始動時にも、即効性をもってリアデフ6及びトランスファ42を暖機することができる。このため、エンジン2の始動時から、リアデフ6及びトランスファ42を効率良く暖機することができ、冷間時にリアデフ6及びトランスファ42のフリクションを早めに低減させることができる。
【0042】
この実施の形態では、エンジン2の始動時には、コントローラ31により電動ポンプ26が駆動されるので、循環回路24を循環水が循環してリアデフ6及びトランスファ42が暖機される。エンジン2の暖機後には、コントローラ31により電動ポンプ26が停止されるので、循環水の循環が停止してリアデフ6及びトランスファ42が必要以上に暖機されることがない。このため、暖機が必要となるときだけリアデフ6及びトランスファ42を有効に暖機することができ、リアデフ6及びトランスファ42が過熱状態となることを防止することができる。
【0043】
[第3の実施の形態]
次に、本発明における車両のエンジン排気熱利用装置を具体化した第3の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0044】
この実施の形態では、循環回路24のリアデフ6に対する熱接触が直接加熱の型式である点で、第1の実施の形態と異なる。即ち、この実施の形態では、リアデフ6に使用されるのと同じデフオイルを熱媒体として循環回路24を循環させるように構成される。図11,図12にリアデフ6の断面図を示す。循環回路24の配管は、リアデフ6のハウジング27の内部に連通しており、デフオイルがハウジング27を通過して循環回路24を循環するように構成される。このようにして循環回路24の一部がリアデフ6に対し、直接加熱型式により熱接触している。
【0045】
従って、この実施の形態でも、第1の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施の形態では、デフオイル29を直接暖める直接加熱型式を採用していることから、リアデフ6の中のデフオイル29をより速やかに暖めることができ、リアデフ6の暖機に対しより即効性が得られる。
【0046】
[第4の実施の形態]
次に、本発明における車両のエンジン排気熱利用装置を具体化した第4の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0047】
この実施の形態では、間接加熱型式による熱接触の構成の点で第1及び第2の実施の形態のそれと異なる。即ち、この実施の形態では、循環回路24と、リアデフ6との間に副熱交換器51が設けられ、この熱交換器51を介してリアデフ6の中のデフオイルが暖められるようになっている。図13にリアデフ6の断面図を示す。循環回路24の配管は、副熱交換器51に接続される。循環回路24を循環する熱媒体は循環水である。リアデフ6と副熱交換器51との間には、オイル配管52が設けられる。オイル配管52の途中には、電動ポンプ53が設けられる。オイル配管52はリアデフ6のハウジング27の内部に連通し、オイル配管52を循環するデフオイルがハウジング27を通過するように構成される。電動ポンプ53は、オイル配管52の中のデフオイルに流れを与える。図14,図15に、副熱交換器51の断面図を示す。副熱交換器51は、円筒状のケース54を含み、ケース54の中に循環水が充満している。循環回路24の配管は、ケース54に連通し、循環水がケース54の中を通過して循環回路24を循環するようになっている。オイル配管52の一部は、ケース54の中をジグザグに通過するように構成される。従って、循環回路24を循環水が循環することにより、副交換器51に排気熱が供給される。又、電動ポンプ53により、オイル配管52及びリアデフ6をデフオイルが循環する。このとき、副熱交換器51では、循環水とデフオイルとの間で熱交換が行われ、循環水の熱により暖められたデフオイルがオイル配管52を通じてリアデフ6へ供給される。これにより、リアデフ6のデフオイルが暖められ、リアデフ6が暖機される。このようにして循環回路24は、リアデフ6に対して間接加熱型式により熱接触している。
【0048】
従って、この実施の形態でも、第1の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施の形態では、副熱交換器51とリアデフ6との間で電動ポンプ53によりデフオイルを積極的に循環させているので、リアデフ6の中のデフオイルを速やか暖めることができ、リアデフ6の暖機に対しより即効性が得られる。
【0049】
尚、この発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【0050】
例えば、前記各実施の形態では、リアデフ6とトランスファ42を暖機の対象となる動力伝達装置として挙げたが、A/Tやフロントデフを暖機の対象となる動力伝達装置として挙げることもできる。
【0051】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明の構成によれば、エンジンの始動時から動力伝達装置を効率良く暖機することができ、同装置のフリクションを早めに低減することができる。
【0052】
請求項2に記載の発明の構成によれば、エンジンの始動時からデファレンシャルギア及びトランスファの少なくとも一方を動力伝達装置として効率良く暖機することができ、それらの機器のフリクションを早めに低減することができる。
【0053】
請求項3に記載の発明の構成によれば、請求項1又は2に記載の発明の効果に加え、暖機が必要となるときだけ動力伝達装置を暖機することができ、動力伝達装置が過熱状態となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係り、自動車を示す概念構成図。
【図2】熱交換ユニットを示す側面図。
【図3】図2のA−A線断面図。
【図4】リアデフを示す断面図。
【図5】リアデフを示す断面図。
【図6】制御プログラムを示すフローチャート。
【図7】第2の実施の形態に係り、自動車を示す概念構成図。
【図8】リアデフを示す断面図。
【図9】リアデフを示す断面図。
【図10】第1回路の内部配管を示す正面図。
【図11】第3の実施の形態に係り、リアデフを示す断面図。
【図12】リアデフを示す断面図。
【図13】第4の実施の形態に係り、リアデフを示す断面図。
【図14】副熱交換器を示す断面図。
【図15】副熱交換器を示す断面図。
【符号の説明】
1 自動車(車両)
2 エンジン
3 後輪(車輪)
4 A/T(動力伝達装置)
6 リアデフ(動力伝達装置)
8 前輪(車輪)
20 熱交換器
24 循環回路
24a 第1回路
24b 第2回路
25 蓄熱タンク
26 電動ポンプ
31 コントローラ(制御手段)
41 自動車(車両)
42 トランスファ(動力伝達装置)
Claims (3)
- エンジンと、そのエンジンの出力を車輪に伝達する動力伝達装置とを搭載した車両におけるエンジン排気熱利用装置であって、
前記エンジンの排気と熱媒体との間で熱交換を行うための熱交換器と、
前記熱交換器により熱交換される前記熱媒体を循環させるための循環回路と、
前記循環回路において前記熱媒体の熱を蓄えるための蓄熱タンクと、
前記循環回路において前記熱媒体に流れを与えるための電動ポンプと、
前記循環回路の一部が前記動力伝達装置に熱接触することと
を備え、前記循環回路において前記電動ポンプにより前記熱媒体を循環させ、前記蓄熱タンクから流れ出る熱媒体により前記動力伝達装置を暖機することを特徴とする車両のエンジン排気熱利用装置。 - 前記動力伝達装置は、デファレンシャルギア及びトランスファの少なくとも一方であることを特徴とする請求項1に記載の車両のエンジン排気熱利用装置。
- 前記エンジンの始動時には、前記電動ポンプを駆動させ、前記エンジンの暖機後には、前記電動ポンプを停止させる制御手段を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の車両のエンジン排気熱利用装置。
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