JP2020051302A

JP2020051302A - 排気ガス暖機装置

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Publication number: JP2020051302A
Application number: JP2018179735A
Authority: JP
Inventors: 泰木原; Yasushi Kihara; 真人反町; Masato Sorimachi; 勇輝岩野; Yuki Iwano; 隆雄小林; Takao Kobayashi
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Automotive Systems Inc
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Automotive Systems Inc
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2020-04-02
Anticipated expiration: 2038-09-26
Also published as: JP7178226B2

Abstract

【課題】水和反応で発熱する蓄熱材を用いて暖機時間を短くすることができる排気ガス暖機装置を提供すること。【解決手段】内燃機関から排出された排気ガスの一部を、内燃機関の吸気通路側に再循環させる排気再循環路に設けられ、排気再循環路を循環する排気ガスを水和反応で発熱する蓄熱材を用いて加熱する排気ガス暖機装置２１であって、排気再循環路の一部を形成する暖機管路Ｌの周囲を囲むように配置される蓄熱容器４１を備える。蓄熱容器４１は、蓄熱材が収容される蓄熱領域を仕切板５０によって複数の分割蓄熱領域Ｅに分割されている。【選択図】図３

Description

本発明は、水和反応で発熱する蓄熱材を用いてエンジン始動時の排気ガスの凝縮水の生成を抑制することができる排気ガス暖機装置に関する。

従来、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関は、内燃機関から排出された排気ガスの一部を、内燃機関の吸気通路側に再循環させるＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）システムが搭載され、排気ガス中のＮＯｘ、ＣＯ_２または微粒子（ＰＭ）などの有害物質を抑制するとともに、燃費の向上を図っている。

なお、特許文献１には、蓄熱材の化学反応を利用した化学蓄熱装置を用いて、暖房始動時の即効暖房を行う車両用空調装置が記載されている。

特開２００４−３８３２号公報

ところで、内燃機関をコールドスタート（冷間始動）した場合、排気ガスの温度が低いので、排気マニホールド部で膨張し、凝縮水が発生する。ＥＧＲシステムは、この凝縮水と排気ガスとが混合してエンジン吸気部に戻ることになる。凝縮水は、窒素酸化物、硫黄酸化物、炭化水素および酸化炭素などの成分からなっており、再燃焼を繰り返すことにより、硫酸、硝酸および有機酸などの酸の濃度が高まった状態になる。このような凝縮水が排気ガスと混合されてエンジン吸気部に戻ると、燃焼効率が悪く、燃費の低下を招いてしまう。また、排気ガス中にＮＯｘ、ＣＯ_２および微粒子（ＰＭ）などの有害物質が多く排出されてしまい、さらに、酸の濃度が高いため、金属腐食も招くことになる。したがって、コールドスタート時の凝縮水の発生を抑制することが要望されている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コールドスタート時の凝縮水の発生を抑制することができる排気ガス暖機装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、内燃機関から排出された排気ガスの一部を、前記内燃機関の吸気通路側に再循環させる排気再循環路に設けられ、前記排気再循環路を循環する排気ガスを水和反応で発熱する蓄熱材を用いて加熱する排気ガス暖機装置であって、前記排気再循環路の一部を形成する暖機管路の周囲を囲むように配置される蓄熱容器と、各分割蓄熱領域に水を供給する水供給部と、各分割蓄熱領域で発生した水蒸気を排出する蒸気排出部と、を備え、前記蓄熱容器は、前記蓄熱材が収容される蓄熱領域が仕切板によって複数の分割蓄熱領域に分割されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、上記の発明において、前記仕切板は、前記暖機管路の長手方向に対して直交配置され、前記分割蓄熱領域は、前記仕切板によって前記蓄熱領域を前記暖機管路の長手方向に分割されることを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、上記の発明において、前記暖機管路内に、両端が前記暖機管路の内壁面に接合した伝熱部材を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、上記の発明において、前記伝熱部材は、前記暖機管路の中心軸を通ることを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、上記の発明において、前記伝熱部材は、前記暖機管路の中心軸方向に沿って間欠的に複数配置されることを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、上記の発明において、前記伝熱部材は、前記暖機管路の中心軸を中心に回転配置されることを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、上記の発明において、前記伝熱部材は、前記暖機管路の中心軸を横切るようにジグザグに配置されることを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、上記の発明において、前記伝熱部材は、柱状の伝熱バーであることを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、上記の発明において、前記伝熱部材は、両端が前記分割蓄熱領域に通じる内部管路を有した筒状部材であり、該内部管路に前記蓄熱材が収容されることを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、上記の発明において、前記伝熱部材は、水平配置される場合、柱状の伝熱バーであり、水平配置されない場合、両端が前記分割蓄熱領域に通じる内部管路を有した筒状部材であり、該内部管路に前記蓄熱材が収容されることを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、上記の発明において、前記伝熱部材は、前記暖機管路の中心軸を通り、該中心軸に対して垂直に配置されることを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、上記の発明において、前記伝熱部材は、前記暖機管路の中心軸を通り、該中心軸に対して斜めに配置されることを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、上記の発明において、前記蓄熱材は、粒状のゼオライトであることを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、水を貯留する水タンクと、前記水タンクの水を前記蓄熱容器に供給する給水ポンプと、エンジンまたは冷却水の温度を検出する温度センサと、外部から前記内燃機関の始動指示があった場合、前記給水ポンプを起動して前記蓄熱容器に水を供給し、前記蓄熱材の発熱によって前記排気ガスの温度を上昇させ、前記温度センサの検出結果から前記エンジンまたは前記冷却水の温度が所定値以上となった場合、前記給水ポンプを停止して前記蓄熱材の発熱を停止させる制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる排気ガス暖機装置は、上記の発明において、前記排気ガス暖機装置から排出された水蒸気を凝縮する凝縮器を備え、前記凝縮器から導出される水を前記水タンクに戻し、水を循環利用することを特徴とする。

本発明によれば、コールドスタート時の凝縮水の発生を抑制することができる。

図１は、本発明の実施の形態である排気ガス暖機装置が搭載される内燃機関の概要構成を示す模式図である。図２は、排気ガス暖機装置の構成を示す模式図である。図３は、蓄熱容器の詳細構成を示す斜視図である。図４は、図３に示した蓄熱容器のＡ−Ａ線断面図である。図５は、図３に示した蓄熱容器のＢ−Ｂ線断面図である。図６は、伝熱部材が中心軸方向に向かって回転する状態を示す図である。図７は、制御部による暖機運転制御処理手順を示すフローチャートである。図８は、伝熱部材を設けた場合と設けない場合とにおける暖機管路内の排気ガスの管内温度分布を比較した図である。図９は、排気ガス暖機装置を搭載しない車両におけるエンジン始動開始からの排気ガス温度の時間変化を示す図である。図１０は、伝熱部材の変形例である伝熱部材の構成を示す図である。図１１は、伝熱部材を中心軸に対して傾けて配置した一例を示す図である。図１２は、全ての伝熱部材を水平面に垂直な方向であって水平面上で中心軸に対してジグザグに配置した一例を示す図である。図１３は、伝熱部材の断面形状を楕円形状とした場合の一例を示す図である。図１４は、伝熱部材の太さを変化させた一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

＜内燃機関の概要＞
図１は、本発明の実施の形態である排気ガス暖機装置２１が搭載される内燃機関の概要構成を示す模式図である。図１に示すように、内燃機関１は、内部に複数の燃焼室が形成されたエンジン本体２と、エンジン本体２内部の各燃焼室に吸気を供給する吸気管路３と、エンジン本体２内部の各燃焼室から排出された排気ガスを排出する排気管路４と、冷却機構５と、排気タービン過給機６と、排気ガス後処理装置７と、排気再循環システム８とを備える。

エンジン本体２と吸気管路３との間には、吸気管路３からの吸気がエンジン本体２内部の各燃焼室に分配されるように、吸気マニホールド３Ａが取り付けられている。エンジン本体２と排気管路４との間には、エンジン本体２内部の各燃焼室から排出された排気ガスがまとめて排気管路４に流入するように、排気マニホールド４Ａが取り付けられている。

吸気管路３には、排気タービン過給機６によって圧縮された空気を冷却するためのインタークーラ１１が設けられている。冷却機構５は、エンジン本体２内に収められた図示しないクランクシャフト等により駆動されるポンプ１２を備える。ポンプ１２によって圧送された冷却水は、エンジン本体２，排気タービン過給機６，図示しないオイルクーラ等の冷却が必要な部位を冷却した後、冷却機構５に設けられたラジエータ１３によって空冷されるようになっている。インタークーラ１１とラジエータ１３とは、エンジン本体２に設けられ、且つ、図示しないクランクシャフト等によって回転駆動されるファン１４によって、その冷却作用が促進されるようになっている。なお、吸気管路３には、吸気スロットル弁１７が設けられている。吸気スロットル弁１７は、吸気量を調整することができる。

排気タービン過給機６は、排気管路４の途中に設けられたタービン１５と、吸気管路３の途中に設けられ、タービン１５に連結されて駆動されるコンプレッサ１６とを有する。排気タービン過給機６は、図示しない可変ターボノズルなどの開度を制御することにより、タービン１５の回転数を制御する。このタービン１５の回転によってコンプレッサ１６が駆動し、エンジン本体２への吸気過給が行われる。

排気ガス後処理装置７は、タービン１５を介して排出された排気ガス内のＰＭ（微粒子）およびＮＯｘなどを触媒や燃焼などによって低減する。

排気再循環システム８は、排気マニホールド４Ａと吸気管路３とを連通する排気再循環路３１を備える。排気再循環路３１は、排気マニホールド４Ａから排気ガスの一部を取り込んで吸気管路３に再循環させる。排気再循環路３１には、エンジン始動時における暖機運転を行う排気ガス暖機装置２１と、排気再循環路３１を開閉する開閉弁としてのＥＧＲバルブ３２と、排気マニホールド４Ａからの排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ３３とが設けられている。

排気再循環システム８は、排気再循環路３１を介して排気ガスの一部を吸気マニホールド３Ａに還流させることによって、吸気中の酸素濃度を低下させ、エンジン本体２の燃焼温度を下げる。これにより、排気ガス中に含まれる窒素酸化物の量を低減させることができる。

排気ガス暖機装置２１は、エンジン始動の暖機運転時に、水和反応で発熱する蓄熱材を用いて排気再循環路３１を循環する排気ガスを加熱する。排気ガス暖機装置２１の詳細については後述する。

＜排気ガス暖機装置の構成＞
図２は、排気ガス暖機装置２１の構成を示す模式図である。図２に示すように、排気ガス暖機装置２１は、水タンク２４と、給水ポンプ２２と、排気ガス暖機装置２１と、凝縮器２３と、温度センサ２５と、制御部Ｃとを有する。

水タンク２４は、排気ガス暖機装置２１に供給する水を貯留する。給水ポンプ２２は、配管Ｌ１を介して水タンク２４内の水を、配管Ｌ２を介して排気ガス暖機装置２１に送出する。

凝縮器２３は、ラジエータ１３から供給される冷却水の冷気により排気ガス暖機装置２１から配管Ｌ６を介して送られた水蒸気を凝縮して水にし、この水を、配管Ｌ７を介して水タンク２４に戻す。

排気ガス暖機装置２１は、排気再循環路３１の一部を形成する暖機管路Ｌの周囲を囲むように蓄熱材を収容する蓄熱容器４１と、蓋４２とを有する。蓄熱材は、例えば、粒状のゼオライトである。なお、蓄熱材は、ゼオライトに限らず、水和反応で発熱すればよく、例えば、粒状の酸化カルシウムであってもよい。

制御部Ｃは、キーオンなどにより車両制御コントローラ（ＥＣＵ）などの外部から内燃機関１の始動指示Ｓ１があった場合、給水ポンプ２２を起動して排気ガス暖機装置２１に水を供給し、蓄熱材の発熱によって暖機管路Ｌを通る排気ガスの温度を上昇させて暖機運転を行う。なお、制御部Ｃは、暖機運転中は、ＥＧＲバルブ３２で暖機排気ガスの流量を調整し、外気と混合して効率のよい燃焼を行うように制御する。また、暖機排気ガスの冷却を回避するために、暖機排気ガスが、ＥＧＲクーラをバイパスする流路を設ける構成でもよい。

＜排気ガス暖機装置の詳細構成＞
図３は、蓄熱容器４１の詳細構成を示す斜視図である。また、図４は、図３に示した蓄熱容器４１のＡ−Ａ線断面図である。さらに、図５は、図３に示した蓄熱容器４１のＢ−Ｂ線断面図である。

図３〜図５に示すように、蓄熱容器４１は、粒状の蓄熱材５１が収容される蓄熱領域を有する。蓄熱領域は、１以上の仕切板５０で複数の分割蓄熱領域Ｅに分割される。仕切板５０は、暖機管路Ｌの長手方向に対して直交配置される。分割蓄熱領域Ｅは、仕切板５０によって蓄熱領域を暖機管路Ｌの長手方向に分割する。図３〜図５では、等分割された６つの分割蓄熱領域Ｅが形成されている例を示すが、分割数は６つに限らない。分割蓄熱領域Ｅには、粒状の蓄熱材５１がＺ方向に向かって収容されている。

図２に示すように、配管Ｌ２を介して供給される水は、流量調整弁４３及び配管Ｌ３を介して給水マニホールド４４に供給される。給水マニホールド４４は、６つの各分割蓄熱領域Ｅに対応して配置された６つの配管Ｌ４を介して水を各分割蓄熱領域Ｅに供給する。流量調整弁４３、配管Ｌ３、給水マニホールド４４及び配管Ｌ４は、水供給部を構成する。

また、蓄熱容器４１で生成された蒸気は、３つの配管Ｌ５を介して排蒸気マニホールド４５に送られる。排蒸気マニホールド４５は、各配管Ｌ５から送られた水蒸気を１つの配管Ｌ６に接続して凝縮器２３に送出する。配管Ｌ５は、蓄熱容器４１側の端部において、隣接する２つの分割蓄熱領域Ｅに開口し、隣接する２つの分割蓄熱領域Ｅ内の水蒸気をまとめて排出している。これにより少ない配管構成となる。なお、配管Ｌ５及び排蒸気マニホールド４５は、蒸気排出部を構成する。

この仕切板５０によって複数の分割蓄熱領域Ｅを形成することにより、蓄熱容器４１がＸ軸回りに回転し、暖機管路Ｌの長手方向（Ｙ方向）が傾いた場合であっても、各分割蓄熱領域Ｅに収容された蓄熱材及び供給される水が傾いた方向へ移動することを抑えることができる。蓄熱材及び供給される水が傾いた方向へ移動すると、蓄熱材の発熱効率が低下するとともに、排気ガスへの熱交換率も低下する。したがって、仕切板５０の配置によって、蓄熱材の発熱効率の低下及び排気ガスへの熱交換率の低下を抑止することができる。

一方、暖機管路Ｌ内には、両端が暖機管路Ｌの内壁面に接合した伝熱部材５２が配置される。図４及び図５に示した伝熱部材５２は、円柱状の複数の伝熱バーである。各伝熱部材５２は、暖機管路Ｌの中心軸ＣＴを通り、Ｙ方向に向かって等間隔の位置Ｐ１〜Ｐ９で、かつ、図６に示すように、中心軸ＣＴを中心に回転するように配置される。図５及び図６では、各伝熱部材５２がＹ方向に向かって４５度ずつ左回転している。

この伝熱部材５２を暖機管路Ｌ内に配置することによって、排気ガスへの接触面積が大きくなり、排気ガスへの伝熱効率を高めることができる。しかも、各伝熱部材５２は、Ｙ方向に向かって４５度ずつ左回転しているので、暖機管路Ｌを流れる排気ガスに乱流が生じ、排気ガスが暖機管路Ｌの半径方向に流動するため、暖機管路Ｌ内空間への伝熱分布が均一化され、排気ガス全体への熱伝達を良好に行うことができる。

＜暖機運転制御処理＞
次に、図７に示したフローチャートを参照して、制御部Ｃによる暖機運転制御処理手順について説明する。図７に示すように、まず制御部Ｃは、内燃機関１であるエンジンの始動指示があったか否かを判定する（ステップＳ１０１）。エンジンの始動指示がない場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、制御部Ｃは、ステップＳ１０１の判定処理を繰り返す。一方、エンジンの始動指示があった場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、制御部Ｃは、エンジン温度センサＴＡが検出したエンジン温度または冷却水温度センサＴＢが検出した冷却水温度をもとに排気ガス暖機装置２１による暖機運転が必要か否かを判定する（ステップＳ１０２）。すなわち、エンジン温度がエンジン低温閾値以下、または冷却水が冷却水低温閾値以下である場合、コールドスタートであると判定し、排気ガス暖機装置２１による暖機運転が必要であると判定する。

排気ガス暖機装置２１による暖機運転が必要でない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）には、本処理を終了する。一方、排気ガス暖機装置２１による暖機運転が必要である場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、制御部Ｃは、給水ポンプ２２をオンにするとともに、流量調整弁４３を調整して、水タンク２４に貯留された水を蓄熱容器４１の各分割蓄熱領域Ｅに供給するとともに、ＥＧＲバルブ３２を全開にする（ステップＳ１０３）。これにより、分割蓄熱領域Ｅ内の蓄熱材５１が水和反応により発熱するとともに、この発熱により加熱された排気ガスの循環量を大きくする。

その後、制御部Ｃは、エンジン温度または冷却水温度が定常状態の温度になったか否かを判定する（ステップＳ１０４）。すなわち、制御部Ｃは、エンジン温度がエンジン所定値以上、または冷却水温度が冷却水温度所定値以上になったか否かを判定する。エンジン温度または冷却水温度が定常状態の温度になっていない場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、制御部Ｃは、ステップＳ１０３に移行して暖機運転を続行する。一方、エンジン温度または冷却水温度が定常状態の温度になった場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、制御部Ｃは、排気ガス暖機装置２１による暖機運転を終了する（ステップＳ１０５）。その後、制御部Ｃは、排気ガスによる蓄熱材５１の脱水作用による蓄熱材５１の再生状態を監視し（ステップＳ１０６）、蓄熱材５１の脱水が完了したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。この判定は、温度センサ２５が検出する蓄熱容器４１の温度の時間データをもとに行う。蓄熱材５１の脱水が完了しない場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、制御部Ｃは、ステップＳ１０６による蓄熱材５１の再生状態の監視を続行する。また、制御部Ｃは、蓄熱材５１の脱水が完了した場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、本処理を終了する。なお、蓄熱材５１の再生状態を監視するのは、次の暖機運転の要求があった場合、暖機運転が可能か否かの状態を提供するためである。

図８は、伝熱部材５２を設けた場合と設けない場合とにおける暖機管路Ｌ内の排気ガスの管内温度分布を比較した図である。図８（ａ）は、伝熱部材５２を設けない場合の暖機管路Ｌの出口部ＬＢの排気ガス温度分布を示し、図８（ｂ）は、伝熱部材５２を設けた場合の暖機管路Ｌの出口部ＬＢの排気ガス温度分布を示している。図８（ａ）に示すように、伝熱部材５２を設けない場合、暖機管路Ｌの内周面近くのみの排ガス温度が高くなり、中心軸側の排気ガス温度が低いことが分かる。これに対して、図８（ｂ）に示すように、伝熱部材５２を設けると、伝熱部材が暖機管路Ｌ内にも延び、しかも、排気ガスの乱流が生じるため、暖機管路Ｌの内周面近くのみでなく、中心軸側の排気ガス温度も高くなっており、排気ガス全体の温度を万遍なく高くすることができる。

図９は、排気ガス暖機装置２１を搭載した車両におけるエンジン始動開始からの排気ガス温度の時間変化を示す図である。なお、曲線（図９中の点線で示す曲線）は、市街地走行での排気ガス温度の時間変化の一例を示している。排気ガス暖機装置２１を搭載すると、コールドスタート時の凝縮水が発生する低温排気ガス１００℃以下の温度プロファイルＰＦ（図９中の実線で示す曲線）において、排気ガスを約１０℃以上温度上昇することができ（図９中のＸで囲んだ部分）、凝縮水を約５０％抑制することができる。この結果、燃費の低下、及び、排気ガス中のＮＯｘ、ＣＯ_２または微粒子（ＰＭ）などの有害物質の排出を大幅に低減することができる。

＜変形例＞
図１０は、伝熱部材５２の変形例である伝熱部材５３の構成を示す図である。図１０に示すように、伝熱部材５３は、伝熱部材５２と同様に、各伝熱部材５３は、暖機管路Ｌの中心軸ＣＴを通り、Ｙ方向に向かって等間隔の位置Ｐ１〜Ｐ９で、かつ、中心軸ＣＴを中心に回転するように配置される。そして、各伝熱部材５３がＹ方向に向かって４５度ずつ左回転している。

伝熱部材５３は、水平方向（ＸＹ平面）に配置された伝熱部材５３以外は、伝熱バーではなく、両端が分割蓄熱領域Ｅに通じる内部管路を有した筒状部材であり、該内部管路に蓄熱材が収容される。したがって、内部管路には、水も浸透するため、内部管路において直接発熱する。この結果、さらに排気ガスへの伝熱効率が高まるとともに、暖機管路Ｌ全体の排気ガスを万遍なく加熱でき、排気ガスへの伝熱効率を一層高めることができる。なお、水平方向（ＸＹ平面）に配置された伝熱部材５３に内部管路を形成しなかったのは、水平である場合、蓄熱材への水の浸透が十分でない場合が発生するからである。

＜その他の変形例＞
図１１に示すように、伝熱バーである伝熱部材５２は、中心軸ＣＴに対して傾けて配置してもよい。これにより、排気ガスに対する圧力損失を抑えることができる。なお、伝熱部材５２は、図６に示すように、複数配置してもよいし、中心軸ＣＴに対して回転させるようにしてもよい。また、伝熱部材５２に替えて伝熱部材５３としてもよい。

また、図１２に示すように、伝熱部材５２を中心軸ＣＴに対して回転させず、全ての伝熱部材を同一方向、例えばＺ方向に向けて配置してもよい。この場合、図１２に示すように、水平面（ＸＹ平面）に対して垂直で水平面上で中心軸ＣＴを横断するように、ジグザグに配置してもよい。伝熱部材５３も同様にジグザグ配置してもよい。また、伝熱部材５２，５３は、中心軸ＣＴを通らなくてもよい。

さらに、図１３（ａ）に示すように、伝熱部材５２の断面形状を円でなく、楕円形状としてもよい。この場合、楕円の長辺は、中心軸ＣＴ方向に向くことが好ましい。あるいは、楕円の長辺は、中心軸ＣＴ方向に傾けることが好ましい。図１３（ｂ）に示すように、伝熱部材５３も、断面形状を楕円形状としてもよい。なお、断面形状は楕円形状ではなく、他の任意形状であってもよい。

また、図１４（ａ）に示すように、伝熱部材５２の太さを一様とせず、中心軸ＣＴに向けて細くした伝熱部材５２ａとしてもよいし、図１４（ｂ）に示すように、中心軸ＣＴに向けて太くした伝熱部材５２ｂとしてもよい。なお、伝熱部材５３も同様に軸方向に変化させてもよい。

さらに、伝熱部材５２，５３の太さは、暖機管路Ｌの中心軸ＣＴ方向で変化させるようにしてもよい。

また、分割蓄熱領域Ｅの大きさも、暖機管路Ｌの中心軸方向で変化させるようにしてもよい。

なお、伝熱部材５２，５３の中心軸ＣＴ方向の配置間隔は、等間隔でも、任意の間隔で間欠的に配置されてもよい。また、伝熱部材５２，５３は、中心軸ＣＴを通らなくてもよいし、一部の伝熱部材５２，５３が中心軸ＣＴを通るようにしてもよい。

また、仕切板５０は板状であることを前提として説明したが、これに限らず、メッシュ状であってもよい。この場合、メッシュの穴径は、蓄熱材５１よりも小さく、かつ、水の流動抵抗が大きくなる大きさであることが好ましい。

なお、排気ガス暖機装置２１は、排気ガス暖機装置２１から排出された水蒸気を凝縮器２３に送り、凝縮器２３から導出される水を水タンク２４に戻し、水を循環利用するようにしていたが、水の閉じた循環回路を形成せず、水蒸気をそのまま外気に排出してもよいし、凝縮器２３からの水を水タンク２４に戻さず、そのまま排出するようにしてもよい。

また、上記の内燃機関１は、排気タービン過給機６を設けた構成としているが、設けなくてもよい。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態及び変形例について説明したが、本実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１内燃機関
２エンジン本体
３吸気管路
３Ａ吸気マニホールド
４排気管路
４Ａ排気マニホールド
５冷却機構
６排気タービン過給機
７排気ガス後処理装置
８排気再循環システム
１１インタークーラ
１２ポンプ
１３ラジエータ
１４ファン
１５タービン
１６コンプレッサ
１７吸気スロットル弁
２１排気ガス暖機装置
２２給水ポンプ
２３凝縮器
２４水タンク
２５温度センサ
３１排気再循環路
３２ＥＧＲバルブ
３３ＥＧＲクーラ
４１蓄熱容器
４２蓋
４３流量調整弁
４４給水マニホールド
４５排蒸気マニホールド
５０仕切板
５１蓄熱材
５２，５２ａ，５２ｂ，５３伝熱部材
Ｃ制御部
ＣＴ中心軸
Ｅ分割蓄熱領域
Ｌ暖機管路
Ｌ１〜Ｌ７配管
Ｐ１〜Ｐ９位置
ＰＦ温度プロファイル
Ｓ１始動指示
ＴＡエンジン温度センサ
ＴＢ冷却水温度センサ

Claims

内燃機関から排出された排気ガスの一部を、前記内燃機関の吸気通路側に再循環させる排気再循環路に設けられ、前記排気再循環路を循環する排気ガスを水和反応で発熱する蓄熱材を用いて加熱する排気ガス暖機装置であって、
前記排気再循環路の一部を形成する暖機管路の周囲を囲むように配置される蓄熱容器と、
各分割蓄熱領域に水を供給する水供給部と、
各分割蓄熱領域で発生した水蒸気を排出する蒸気排出部と、
を備え、
前記蓄熱容器は、前記蓄熱材が収容される蓄熱領域が仕切板によって複数の分割蓄熱領域に分割されていることを特徴とする排気ガス暖機装置。
前記仕切板は、前記暖機管路の長手方向に対して直交配置され、
前記分割蓄熱領域は、前記仕切板によって前記蓄熱領域を前記暖機管路の長手方向に分割されることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス暖機装置。
前記暖機管路内に、両端が前記暖機管路の内壁面に接合した伝熱部材を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス暖機装置。
前記伝熱部材は、前記暖機管路の中心軸を通ることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス暖機装置。
前記伝熱部材は、前記暖機管路の中心軸方向に沿って間欠的に複数配置されることを特徴とする請求項３または４に記載の排気ガス暖機装置。
前記伝熱部材は、前記暖機管路の中心軸を中心に回転配置されることを特徴とする請求項５に記載の排気ガス暖機装置。
前記伝熱部材は、前記暖機管路の中心軸を横切るようにジグザグに配置されることを特徴とする請求項５に記載の排気ガス暖機装置。
前記伝熱部材は、柱状の伝熱バーであることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一つに記載の排気ガス暖機装置。
前記伝熱部材は、両端が前記分割蓄熱領域に通じる内部管路を有した筒状部材であり、該内部管路に前記蓄熱材が収容されることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一つに記載の排気ガス暖機装置。
前記伝熱部材は、水平配置される場合、柱状の伝熱バーであり、水平配置されない場合、両端が前記分割蓄熱領域に通じる内部管路を有した筒状部材であり、該内部管路に前記蓄熱材が収容されることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一つに記載の排気ガス暖機装置。
前記伝熱部材は、前記暖機管路の中心軸を通り、該中心軸に対して垂直に配置されることを特徴とする請求項３〜１０のいずれか一つに記載の排気ガス暖機装置。
前記伝熱部材は、前記暖機管路の中心軸を通り、該中心軸に対して斜めに配置されることを特徴とする請求項３〜１０のいずれか一つに記載の排気ガス暖機装置。
前記蓄熱材は、粒状のゼオライトであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の排気ガス暖機装置。
水を貯留する水タンクと、
前記水タンクの水を前記蓄熱容器に供給する給水ポンプと、
エンジンまたは冷却水の温度を検出する温度センサと、
外部から前記内燃機関の始動指示があった場合、前記給水ポンプを起動して前記蓄熱容器に水を供給し、前記蓄熱材の発熱によって前記排気ガスの温度を上昇させ、前記温度センサの検出結果から前記エンジンまたは前記冷却水の温度が所定値以上となった場合、前記給水ポンプを停止して前記蓄熱材の発熱を停止させる制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の排気ガス暖機装置。
前記排気ガス暖機装置から排出された水蒸気を凝縮する凝縮器を備え、
前記凝縮器から導出される水を前記水タンクに戻し、水を循環利用することを特徴とする請求項１４に記載の排気ガス暖機装置。