JP2001207910A - 多気筒内燃機関の熱交換器 - Google Patents
多気筒内燃機関の熱交換器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多気筒内燃機関の排気ガスと熱媒との間で熱
交換を行う熱交換器の性能を高める。 【解決手段】 多気筒内燃機関の各排気通路３３毎に設
けた排気ポート１８の内部、プリ触媒装置３４の内部お
よびメイン触媒装置３５の下流に第１の熱交換器Ｈ４，
Ｈ３，Ｈ２を配置する。これら第１の熱交換器Ｈ４，Ｈ
３，Ｈ２は各排気通路３３毎に独立しており、それら排
気通路３３が合流した部分に第２の熱交換器Ｈ１を配置
する。排気通路３３の上流側に第１の熱交換器Ｈ４，Ｈ
３，Ｈ２を配置したので高温の排気ガスで高い熱交換効
率を得ることができ、しかも排気干渉の発生を回避して
内燃機関の出力低下を防止することができる。また排気
通路３３の集合部に第２の熱交換器Ｈ１を配置したの
で、合流により脈動がなくなった排気ガスを作用させて
熱交換効率を高めることができる。
交換を行う熱交換器の性能を高める。 【解決手段】 多気筒内燃機関の各排気通路３３毎に設
けた排気ポート１８の内部、プリ触媒装置３４の内部お
よびメイン触媒装置３５の下流に第１の熱交換器Ｈ４，
Ｈ３，Ｈ２を配置する。これら第１の熱交換器Ｈ４，Ｈ
３，Ｈ２は各排気通路３３毎に独立しており、それら排
気通路３３が合流した部分に第２の熱交換器Ｈ１を配置
する。排気通路３３の上流側に第１の熱交換器Ｈ４，Ｈ
３，Ｈ２を配置したので高温の排気ガスで高い熱交換効
率を得ることができ、しかも排気干渉の発生を回避して
内燃機関の出力低下を防止することができる。また排気
通路３３の集合部に第２の熱交換器Ｈ１を配置したの
で、合流により脈動がなくなった排気ガスを作用させて
熱交換効率を高めることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多気筒内燃機関の
排気ガスと熱媒との間で熱交換を行うための熱交換器に
関する。
排気ガスと熱媒との間で熱交換を行うための熱交換器に
関する。
【０００２】
【従来の技術】多気筒内燃機関の排気マニホールドの集
合部に、排気ガスの熱で水を加熱して蒸気にする蒸発器
の熱交換器を配置したものが、特開平５−３４０２４１
号公報により公知である。また多気筒内燃機関の各気筒
毎に蒸発器の熱交換器を配置したものが、特開昭５６−
１５６４０７号公報により公知である。
合部に、排気ガスの熱で水を加熱して蒸気にする蒸発器
の熱交換器を配置したものが、特開平５−３４０２４１
号公報により公知である。また多気筒内燃機関の各気筒
毎に蒸発器の熱交換器を配置したものが、特開昭５６−
１５６４０７号公報により公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平５−３４０２４１号公報に記載されたものは、排気
ポートを出た排気ガスが排気マニホールドを通過して熱
交換器に流入するため、排気ガスの温度が排気マニホー
ルドを通過する間に低下してしまい、熱交換器の熱交換
効率が低下する問題がある。
開平５−３４０２４１号公報に記載されたものは、排気
ポートを出た排気ガスが排気マニホールドを通過して熱
交換器に流入するため、排気ガスの温度が排気マニホー
ルドを通過する間に低下してしまい、熱交換器の熱交換
効率が低下する問題がある。
【０００４】また上記特開昭５６−１５６４０７号公報
に記載されたものは、蒸発器の個数が気筒数だけ必要に
なるだけでなく、排気ポートを出た直後の脈動のある排
気ガスが熱交換器に作用するため、排気ガスの流れが脈
動して停止した瞬間に熱交換器の熱交換効率が低下する
問題がある。
に記載されたものは、蒸発器の個数が気筒数だけ必要に
なるだけでなく、排気ポートを出た直後の脈動のある排
気ガスが熱交換器に作用するため、排気ガスの流れが脈
動して停止した瞬間に熱交換器の熱交換効率が低下する
問題がある。
【０００５】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、多気筒内燃機関の排気ガスと熱媒との間で熱交換を
行う熱交換器の性能を高めることを目的とする。
で、多気筒内燃機関の排気ガスと熱媒との間で熱交換を
行う熱交換器の性能を高めることを目的とする。
【０００６】
【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に記載された発明によれば、多気筒内燃機
関の各燃焼室から延びる排気通路毎に第１の熱交換器を
配置するとともに、少なくとも２個の排気通路の集合部
に第２の熱交換器を配置したことを特徴とする多気筒内
燃機関の熱交換器が提案される。
に、請求項１に記載された発明によれば、多気筒内燃機
関の各燃焼室から延びる排気通路毎に第１の熱交換器を
配置するとともに、少なくとも２個の排気通路の集合部
に第２の熱交換器を配置したことを特徴とする多気筒内
燃機関の熱交換器が提案される。
【０００７】上記構成によれば、多気筒内燃機関の各燃
焼室から延びる排気通路毎に第１の熱交換器を配置した
ので、燃焼室から出た直後の高温の排気ガスを第１の熱
交換器に作用させて高い熱交換効率を得ることができ、
しかも排気干渉の発生を回避して内燃機関の出力低下を
防止することができる。また燃焼室から出た直後の排気
ガスは圧力低下が少ないため、排気脈動流の伝熱促進効
果による熱交換効率の向上を期待することができる。更
に少なくとも２個の排気通路の集合部に第２の熱交換器
を配置したので、合流により脈動がなくなり、かつ温度
が均一になった排気ガスを第２の熱交換器に作用させる
ことにより熱交換効率を高めることができる。
焼室から延びる排気通路毎に第１の熱交換器を配置した
ので、燃焼室から出た直後の高温の排気ガスを第１の熱
交換器に作用させて高い熱交換効率を得ることができ、
しかも排気干渉の発生を回避して内燃機関の出力低下を
防止することができる。また燃焼室から出た直後の排気
ガスは圧力低下が少ないため、排気脈動流の伝熱促進効
果による熱交換効率の向上を期待することができる。更
に少なくとも２個の排気通路の集合部に第２の熱交換器
を配置したので、合流により脈動がなくなり、かつ温度
が均一になった排気ガスを第２の熱交換器に作用させる
ことにより熱交換効率を高めることができる。
【０００８】また請求項２に記載された発明によれば、
請求項１の構成に加えて、排気ガスの流れ方向上流側に
位置する第１の熱交換器と下流側に位置する第２の熱交
換器とが相互に連通することを特徴とする多気筒内燃機
関の熱交換器が提案される。
請求項１の構成に加えて、排気ガスの流れ方向上流側に
位置する第１の熱交換器と下流側に位置する第２の熱交
換器とが相互に連通することを特徴とする多気筒内燃機
関の熱交換器が提案される。
【０００９】上記構成によれば、上流側の第１の熱交換
器と下流側の第２の熱交換器とが相互に連通するので、
排気ガスは第１の熱交換器および第２の熱交換器を順次
通過して有効に熱交換される。
器と下流側の第２の熱交換器とが相互に連通するので、
排気ガスは第１の熱交換器および第２の熱交換器を順次
通過して有効に熱交換される。
【００１０】また請求項３に記載された発明によれば、
請求項１または２の構成に加えて、第１の熱交換器およ
び第２の熱交換器を一体化したことを特徴とする多気筒
内燃機関の熱交換器が提案される。
請求項１または２の構成に加えて、第１の熱交換器およ
び第２の熱交換器を一体化したことを特徴とする多気筒
内燃機関の熱交換器が提案される。
【００１１】上記構成によれば、第１の熱交換器および
第２の熱交換器を一体化したので、内燃機関に対する熱
交換器の着脱が容易になってメンテナンス性が向上する
だけでなく、一体化構造により熱交換器の剛性が向上し
て内燃機関の振動に対する耐久性が向上する。
第２の熱交換器を一体化したので、内燃機関に対する熱
交換器の着脱が容易になってメンテナンス性が向上する
だけでなく、一体化構造により熱交換器の剛性が向上し
て内燃機関の振動に対する耐久性が向上する。
【００１２】また請求項４に記載された発明によれば、
請求項１〜３の何れかの構成に加えて、第１の熱交換器
の外周部に第２の熱交換器を積層したことを特徴とする
多気筒内燃機関の熱交換器が提案される。
請求項１〜３の何れかの構成に加えて、第１の熱交換器
の外周部に第２の熱交換器を積層したことを特徴とする
多気筒内燃機関の熱交換器が提案される。
【００１３】上記構成によれば、第１の熱交換器の外周
部に第２の熱交換器を積層したので、第１の熱交換器を
通過する排気ガスの熱が外部にリークするのを外側の第
２の熱交換器で抑制し、排気ガスの熱を無駄なく回収す
ることができる。
部に第２の熱交換器を積層したので、第１の熱交換器を
通過する排気ガスの熱が外部にリークするのを外側の第
２の熱交換器で抑制し、排気ガスの熱を無駄なく回収す
ることができる。
【００１４】また請求項５に記載された発明によれば、
請求項１〜４の何れかの構成に加えて、熱媒は第２の熱
交換器から第１の熱交換器へと流れることを特徴とする
多気筒内燃機関の熱交換器が提案される。
請求項１〜４の何れかの構成に加えて、熱媒は第２の熱
交換器から第１の熱交換器へと流れることを特徴とする
多気筒内燃機関の熱交換器が提案される。
【００１５】上記構成によれば、熱媒は排気ガスの流れ
方向と逆方向である第２の熱交換器から第１の熱交換器
へと流れるので、排気ガスの温度と熱媒の温度との温度
差を排気通路の全域に亘って大きく確保して排気ガスの
熱を無駄なく回収することができる。
方向と逆方向である第２の熱交換器から第１の熱交換器
へと流れるので、排気ガスの温度と熱媒の温度との温度
差を排気通路の全域に亘って大きく確保して排気ガスの
熱を無駄なく回収することができる。
【００１６】尚、実施例の第１段熱交換器Ｈ１は本発明
の第２の熱交換器に対応し、実施例の第２段〜第４段熱
交換器Ｈ２〜Ｈ４は本発明の第１の熱交換器に対応す
る。
の第２の熱交換器に対応し、実施例の第２段〜第４段熱
交換器Ｈ２〜Ｈ４は本発明の第１の熱交換器に対応す
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１８】図１〜図１８は本発明の一実施例を示すも
ので、図１はランキンサイクルを用いた駆動装置の全体
構成を示す図、図２は駆動装置の動力伝達装置の構造を
示す図、図３は内燃機関のシリンダヘッド部の縦断面
図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図３の要部拡
大断面図、図６は図５の６−６線断面図、図７は図５の
要部拡大図、図８は図６の要部拡大図、図９は第４段熱
交換器の伝熱管を示す図、図１０はプレ触媒装置の分解
斜視図、図１１は蒸発器の給水経路を示す模式図、図１
２は蒸発器の分解斜視図、図１３は実施例および比較例
の触媒装置および熱交換器の配置を示す図、図１４は低
温始動時における排気ポートからの距離と排気ガス温度
との関係を示すグラフ、図１５は高温時における排気ポ
ートからの距離と排気ガス温度との関係を示すグラフ、
図１６は複数給水の効果を説明するグラフ、図１７はレ
イノルズ数と伝熱性能との関係を定常流および脈動流に
ついて示したグラフ、図１８はレイノルズ数と伝熱性能
との関係を異なる排気圧力について示したグラフであ
る。
ので、図１はランキンサイクルを用いた駆動装置の全体
構成を示す図、図２は駆動装置の動力伝達装置の構造を
示す図、図３は内燃機関のシリンダヘッド部の縦断面
図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図３の要部拡
大断面図、図６は図５の６−６線断面図、図７は図５の
要部拡大図、図８は図６の要部拡大図、図９は第４段熱
交換器の伝熱管を示す図、図１０はプレ触媒装置の分解
斜視図、図１１は蒸発器の給水経路を示す模式図、図１
２は蒸発器の分解斜視図、図１３は実施例および比較例
の触媒装置および熱交換器の配置を示す図、図１４は低
温始動時における排気ポートからの距離と排気ガス温度
との関係を示すグラフ、図１５は高温時における排気ポ
ートからの距離と排気ガス温度との関係を示すグラフ、
図１６は複数給水の効果を説明するグラフ、図１７はレ
イノルズ数と伝熱性能との関係を定常流および脈動流に
ついて示したグラフ、図１８はレイノルズ数と伝熱性能
との関係を異なる排気圧力について示したグラフであ
る。
【００１９】図１において、自動車に搭載された燃焼装
置としての内燃機関１の廃熱回収装置２は、内燃機関１
の廃熱、例えば排気ガスを熱源として温度および圧力を
上昇させた蒸気、つまり高圧蒸気を発生する蒸発器３
と、その高圧蒸気の膨脹によって軸出力を発生する膨脹
器４と、膨脹器４から排出される前記膨張後の温度およ
び圧力が下降した蒸気、つまり低圧蒸気を液化する凝縮
器５と、凝縮器５からの水を蒸発器３に供給する給水ポ
ンプ６とを有する。
置としての内燃機関１の廃熱回収装置２は、内燃機関１
の廃熱、例えば排気ガスを熱源として温度および圧力を
上昇させた蒸気、つまり高圧蒸気を発生する蒸発器３
と、その高圧蒸気の膨脹によって軸出力を発生する膨脹
器４と、膨脹器４から排出される前記膨張後の温度およ
び圧力が下降した蒸気、つまり低圧蒸気を液化する凝縮
器５と、凝縮器５からの水を蒸発器３に供給する給水ポ
ンプ６とを有する。
【００２０】図２を併せて参照すると明らかなように、
廃熱回収装置２に接続された動力伝達装置１２１は、遊
星歯車機構１２２、ベルト式無段変速機１２３および発
電・電動機１２４を備える。
廃熱回収装置２に接続された動力伝達装置１２１は、遊
星歯車機構１２２、ベルト式無段変速機１２３および発
電・電動機１２４を備える。
【００２１】遊星歯車機構１２２は、サンギヤ１２５
と、リングギヤ１２６と、プラネタリキャリヤ１２７
と、プラネタリキャリヤ１２７に軸支されて前記サンギ
ヤ１２５およびリングギヤ１２６に同時に噛合する複数
のプラネタリギヤ１２８とを備える。膨張器４の出力軸
１２９に接続されたプラネタリキャリヤ１２７は、キャ
リヤブレーキ１３０によって図示せぬケーシングに締結
可能である。発電・電動機１２４の入・出力軸１３１に
接続されたサンギヤ１２５は、サンギヤブレーキ１３２
によって図示せぬケーシングに締結可能である。リング
ギヤ１２６はリングギヤブレーキ１３３によって図示せ
ぬケーシングに締結可能である。キャリヤブレーキ１３
０、サンギヤブレーキ１３２およびリングギヤブレーキ
１３３は、油圧ブレーキあるいは電磁ブレーキで構成さ
れる。
と、リングギヤ１２６と、プラネタリキャリヤ１２７
と、プラネタリキャリヤ１２７に軸支されて前記サンギ
ヤ１２５およびリングギヤ１２６に同時に噛合する複数
のプラネタリギヤ１２８とを備える。膨張器４の出力軸
１２９に接続されたプラネタリキャリヤ１２７は、キャ
リヤブレーキ１３０によって図示せぬケーシングに締結
可能である。発電・電動機１２４の入・出力軸１３１に
接続されたサンギヤ１２５は、サンギヤブレーキ１３２
によって図示せぬケーシングに締結可能である。リング
ギヤ１２６はリングギヤブレーキ１３３によって図示せ
ぬケーシングに締結可能である。キャリヤブレーキ１３
０、サンギヤブレーキ１３２およびリングギヤブレーキ
１３３は、油圧ブレーキあるいは電磁ブレーキで構成さ
れる。
【００２２】発電・電動機１２４は充放電可能なバッテ
リ１３４に接続される。発電・電動機１２４は、膨張器
４あるいは内燃機関１の軸出力により駆動されて発電機
として機能する場合にはバッテリ１３４を充電し、バッ
テリ１３４から給電されて電動機として機能する場合に
は、内燃機関１による駆動輪の駆動をアシストし、ある
いは内燃機関１の始動を行う。
リ１３４に接続される。発電・電動機１２４は、膨張器
４あるいは内燃機関１の軸出力により駆動されて発電機
として機能する場合にはバッテリ１３４を充電し、バッ
テリ１３４から給電されて電動機として機能する場合に
は、内燃機関１による駆動輪の駆動をアシストし、ある
いは内燃機関１の始動を行う。
【００２３】ベルト式無段変速機１２３は、入力軸１３
５に設けられた駆動プーリ１３６と、出力軸１３７に設
けられた従動プーリ１３８と、両プーリ１３６，１３８
に巻き掛けられた無端ベルト１３９とを備える。駆動プ
ーリ１３６の溝幅および従動プーリ１３８の溝幅は油圧
制御あるいは電気制御によってそれぞれ可変であり、駆
動プーリ１３６の溝幅を増加させて従動プーリ１３８の
溝幅を減少させると変速比がＬＯＷ側に無段階に変化
し、駆動プーリ１３６の溝幅を減少させて従動プーリ１
３８の溝幅を増加させると変速比がＴＯＰ側に無段階に
変化する。
５に設けられた駆動プーリ１３６と、出力軸１３７に設
けられた従動プーリ１３８と、両プーリ１３６，１３８
に巻き掛けられた無端ベルト１３９とを備える。駆動プ
ーリ１３６の溝幅および従動プーリ１３８の溝幅は油圧
制御あるいは電気制御によってそれぞれ可変であり、駆
動プーリ１３６の溝幅を増加させて従動プーリ１３８の
溝幅を減少させると変速比がＬＯＷ側に無段階に変化
し、駆動プーリ１３６の溝幅を減少させて従動プーリ１
３８の溝幅を増加させると変速比がＴＯＰ側に無段階に
変化する。
【００２４】遊星歯車機構１２２のリングギヤ１２６に
設けた駆動ギヤ１４０はベルト式無段変速機１２３の入
力軸１３５に設けた従動ギヤ１４１に噛合する。内燃機
関１の軸出力は出力軸１４２を介して変速機１４３に伝
達され、変速機１４３の出力は図示せぬ駆動輪に伝達さ
れる。ベルト式無段変速機１２３の出力軸１３７に設け
た駆動ギヤ１４４が内燃機関１の出力軸１４２に設けた
従動ギヤ１４５に噛合する。
設けた駆動ギヤ１４０はベルト式無段変速機１２３の入
力軸１３５に設けた従動ギヤ１４１に噛合する。内燃機
関１の軸出力は出力軸１４２を介して変速機１４３に伝
達され、変速機１４３の出力は図示せぬ駆動輪に伝達さ
れる。ベルト式無段変速機１２３の出力軸１３７に設け
た駆動ギヤ１４４が内燃機関１の出力軸１４２に設けた
従動ギヤ１４５に噛合する。
【００２５】膨張器４の出力軸１２９および発電・電動
機１２４の入・出力軸１３１に、それぞれトルクリミッ
タ１４６，１４７が設けられる。トルクリミッタ１４
６，１４７は、膨張器４あるいは発電・電動機１２４に
所定値以上のトルクが加わった場合にスリップし、過剰
な負荷の発生を防止する。トルクリミッタ１４６，１４
７は所定値以上の過負荷となるトルクの発生時に締結を
解除されるクラッチで置き換えることができる。ベルト
式無段変速機１２３の出力軸１３７にクラッチ１４８が
設けられる。クラッチ１４８は内燃機関１あるいは駆動
輪から逆伝達される駆動力で膨張器４に過負荷が加わる
のを防止するためのもので、締結時に内燃機関１および
膨張器４を接続し、締結解除時に内燃機関１および膨張
器４を切り離す。
機１２４の入・出力軸１３１に、それぞれトルクリミッ
タ１４６，１４７が設けられる。トルクリミッタ１４
６，１４７は、膨張器４あるいは発電・電動機１２４に
所定値以上のトルクが加わった場合にスリップし、過剰
な負荷の発生を防止する。トルクリミッタ１４６，１４
７は所定値以上の過負荷となるトルクの発生時に締結を
解除されるクラッチで置き換えることができる。ベルト
式無段変速機１２３の出力軸１３７にクラッチ１４８が
設けられる。クラッチ１４８は内燃機関１あるいは駆動
輪から逆伝達される駆動力で膨張器４に過負荷が加わる
のを防止するためのもので、締結時に内燃機関１および
膨張器４を接続し、締結解除時に内燃機関１および膨張
器４を切り離す。
【００２６】而して、遊星歯車機構１２２のサンギヤブ
レーキ１３２を締結してサンギヤ１２５を固定するとプ
ラネタリキャリヤ１２７およびリングギヤ１２６がそれ
ぞれ入力要素あるいは出力要素になり、膨張器４からプ
ラネタリキャリヤ１２７に入力された駆動力がリングギ
ヤ１２６に出力され、そこから駆動ギヤ１４０、従動ギ
ヤ１４１、ベルト式無段変速機１２３、駆動ギヤ１４４
および従動ギヤ１４５を介して内燃機関１の出力軸１４
２に伝達されるため、膨張器４の軸出力で内燃機関１の
軸出力をアシストすることができる。一方、膨張器４の
始動時に前述と逆の経路で駆動力を伝達すれば、内燃機
関１の軸出力で膨張器４をスムーズに始動することがで
きる。
レーキ１３２を締結してサンギヤ１２５を固定するとプ
ラネタリキャリヤ１２７およびリングギヤ１２６がそれ
ぞれ入力要素あるいは出力要素になり、膨張器４からプ
ラネタリキャリヤ１２７に入力された駆動力がリングギ
ヤ１２６に出力され、そこから駆動ギヤ１４０、従動ギ
ヤ１４１、ベルト式無段変速機１２３、駆動ギヤ１４４
および従動ギヤ１４５を介して内燃機関１の出力軸１４
２に伝達されるため、膨張器４の軸出力で内燃機関１の
軸出力をアシストすることができる。一方、膨張器４の
始動時に前述と逆の経路で駆動力を伝達すれば、内燃機
関１の軸出力で膨張器４をスムーズに始動することがで
きる。
【００２７】また遊星歯車機構１２２のリングギヤブレ
ーキ１３３を締結してリングギヤ１２６を固定すると膨
張器４あるいは発電・電動機１２４がそれぞれ入力要素
および出力要素になり、膨張器４からプラネタリキャリ
ヤ１２７に入力された駆動力がサンギヤ１２５を経て発
電・電動機１２４に出力され、発電・電動機１２４を発
電機として機能させてバッテリ１３４を充電することが
できる。一方、膨張器４の始動時に前述と逆の経路で駆
動力を伝達すれば、電動機として機能する発電・電動機
１２４の軸出力で膨張器４をスムーズに始動することが
できる。
ーキ１３３を締結してリングギヤ１２６を固定すると膨
張器４あるいは発電・電動機１２４がそれぞれ入力要素
および出力要素になり、膨張器４からプラネタリキャリ
ヤ１２７に入力された駆動力がサンギヤ１２５を経て発
電・電動機１２４に出力され、発電・電動機１２４を発
電機として機能させてバッテリ１３４を充電することが
できる。一方、膨張器４の始動時に前述と逆の経路で駆
動力を伝達すれば、電動機として機能する発電・電動機
１２４の軸出力で膨張器４をスムーズに始動することが
できる。
【００２８】また遊星歯車機構１２２のキャリヤブレー
キ１３０を締結してプラネタリキャリヤ１２７を固定す
るとサンギヤ１２５およびリングギヤ１２６がそれぞれ
入力要素あるいは出力要素になる。従って、電動機とし
て機能する発電・電動機１２４からサンギヤ１２５に入
力された駆動力がリングギヤ１２６に出力され、そこか
ら駆動ギヤ１４０、従動ギヤ１４１、ベルト式無段変速
機１２３、駆動ギヤ１４４および従動ギヤ１４５を介し
て内燃機関１の出力軸１４２に伝達され、内燃機関１の
軸出力のアシストや内燃機関１の始動が行われる。一
方、内燃機関１の軸出力を前述と逆の経路で発電・電動
機１２４に伝達し、該発電・電動機１２４を発電機とし
て機能させてバッテリ１３４を充電することができる。
キ１３０を締結してプラネタリキャリヤ１２７を固定す
るとサンギヤ１２５およびリングギヤ１２６がそれぞれ
入力要素あるいは出力要素になる。従って、電動機とし
て機能する発電・電動機１２４からサンギヤ１２５に入
力された駆動力がリングギヤ１２６に出力され、そこか
ら駆動ギヤ１４０、従動ギヤ１４１、ベルト式無段変速
機１２３、駆動ギヤ１４４および従動ギヤ１４５を介し
て内燃機関１の出力軸１４２に伝達され、内燃機関１の
軸出力のアシストや内燃機関１の始動が行われる。一
方、内燃機関１の軸出力を前述と逆の経路で発電・電動
機１２４に伝達し、該発電・電動機１２４を発電機とし
て機能させてバッテリ１３４を充電することができる。
【００２９】次に、内燃機関１の廃熱回収装置２の蒸発
器３の構造を、図３〜図１２に基づいて詳細に説明す
る。
器３の構造を、図３〜図１２に基づいて詳細に説明す
る。
【００３０】図３〜図８に示すように、直列３気筒内燃
機関１は上下に積層されたシリンダブロック１１、シリ
ンダヘッド１２およびヘッドカバー１３を備えており、
シリンダブロック１１に形成した３個のシリンダボア１
４…にそれぞれピストン１５…が摺動自在に嵌合する。
シリンダヘッド１２に形成された３個の燃焼室１６…に
それぞれ連なる吸気ポート１７…および排気ポート１８
…のうち、吸気ポート１７…は従来どおりシリンダヘッ
ド１２の内部に穿設されているが、排気ポート１８…は
別部材で構成されてシリンダヘッド１２に結合される。
機関１は上下に積層されたシリンダブロック１１、シリ
ンダヘッド１２およびヘッドカバー１３を備えており、
シリンダブロック１１に形成した３個のシリンダボア１
４…にそれぞれピストン１５…が摺動自在に嵌合する。
シリンダヘッド１２に形成された３個の燃焼室１６…に
それぞれ連なる吸気ポート１７…および排気ポート１８
…のうち、吸気ポート１７…は従来どおりシリンダヘッ
ド１２の内部に穿設されているが、排気ポート１８…は
別部材で構成されてシリンダヘッド１２に結合される。
【００３１】吸気弁孔１９を開閉する吸気弁２０のステ
ム２１の上端は、吸気ロッカーアーム軸２２に枢支され
た吸気ロッカーアーム２３の一端に当接し、排気弁孔２
４を開閉する排気弁２５のステム２６の上端は、排気ロ
ッカーアーム軸２７に枢支された排気ロッカーアーム２
８の一端に当接する。そして図示せぬクランクシャフト
に連動して回転するカムシャフト２９に設けた吸気カム
３０および排気カム３１に前記吸気ロッカーアーム２３
の他端および排気ロッカーアーム２８の他端が当接する
ことにより、吸気弁２０および排気弁２５が開閉駆動さ
れる。
ム２１の上端は、吸気ロッカーアーム軸２２に枢支され
た吸気ロッカーアーム２３の一端に当接し、排気弁孔２
４を開閉する排気弁２５のステム２６の上端は、排気ロ
ッカーアーム軸２７に枢支された排気ロッカーアーム２
８の一端に当接する。そして図示せぬクランクシャフト
に連動して回転するカムシャフト２９に設けた吸気カム
３０および排気カム３１に前記吸気ロッカーアーム２３
の他端および排気ロッカーアーム２８の他端が当接する
ことにより、吸気弁２０および排気弁２５が開閉駆動さ
れる。
【００３２】シリンダヘッド１２の排気側の側面には、
内燃機関１の排気ガスを熱源として温度および圧力を上
昇させた蒸気、つまり高圧蒸気を発生する蒸発器３が設
けられる。蒸発器３は前記３個の排気ポート１８…を基
端として排気管３２に連なる排気通路３３と、この排気
通路３３中に配置された３個のプレ触媒装置３４…およ
び３個のメイン触媒装置３５…と、排気通路３３を流れ
る排気ガスとの間で熱交換を行う熱交換器Ｈ１〜Ｈ５…
とを備える。
内燃機関１の排気ガスを熱源として温度および圧力を上
昇させた蒸気、つまり高圧蒸気を発生する蒸発器３が設
けられる。蒸発器３は前記３個の排気ポート１８…を基
端として排気管３２に連なる排気通路３３と、この排気
通路３３中に配置された３個のプレ触媒装置３４…およ
び３個のメイン触媒装置３５…と、排気通路３３を流れ
る排気ガスとの間で熱交換を行う熱交換器Ｈ１〜Ｈ５…
とを備える。
【００３３】各排気ポート１８は、排気ガスの長れ方向
上流側に位置して略一定の直径を有する等径部１８ａ
と、等径部１８ａの下流側に連設されて直径がラッパ状
の拡径する拡径部１８ｂとからなり、等径部１８ａの外
周には第５段熱交換器Ｈ５が設けられ、拡径部１８ｂの
内部には第４段熱交換器Ｈ４が設けられる。第５段熱交
換器Ｈ５は、等径部１８ａの外周に約５回転巻き付けら
れた１本の伝熱管３７から構成される。第４段熱交換器
Ｈ４は拡径部１８ｂの内部に収納された多段に巻回され
た１本の伝熱管３８から構成されており、第５段熱交換
器Ｈ５の伝熱管３７は、排気ポート１８に形成した開口
（図示せず）を通って第４段熱交換器Ｈ４の伝熱管３８
に連続している。
上流側に位置して略一定の直径を有する等径部１８ａ
と、等径部１８ａの下流側に連設されて直径がラッパ状
の拡径する拡径部１８ｂとからなり、等径部１８ａの外
周には第５段熱交換器Ｈ５が設けられ、拡径部１８ｂの
内部には第４段熱交換器Ｈ４が設けられる。第５段熱交
換器Ｈ５は、等径部１８ａの外周に約５回転巻き付けら
れた１本の伝熱管３７から構成される。第４段熱交換器
Ｈ４は拡径部１８ｂの内部に収納された多段に巻回され
た１本の伝熱管３８から構成されており、第５段熱交換
器Ｈ５の伝熱管３７は、排気ポート１８に形成した開口
（図示せず）を通って第４段熱交換器Ｈ４の伝熱管３８
に連続している。
【００３４】図９を参照すると明らかなように、第４段
熱交換器Ｈ４の伝熱管３８は、排気ポート１８の拡径部
１８ｂの内部形状に沿うようにテーパーした３重コイル
状に巻き付けられており、内層のコイルは後方（図中左
側）から前方（図中右側）に向かって直径を縮小しなが
ら巻かれ、前端で折り返した後の中間層のコイルは前方
から後方に向かって直径を拡大しながら巻かれ、後端で
折り返した後の外層のコイルは後方から前方に向かって
直径を縮小しながら巻かれている。図９（ｂ）に示す水
入口は後述する上流側の第３段熱交換器Ｈ３に接続さ
れ、図９（ｃ）に示す水出口は前記下流側の第５段熱交
換器Ｈ５の伝熱管３７に接続される。図９（ａ）に示す
丸付数字〜は伝熱管３８内を水が流れる経路を示し
ている。
熱交換器Ｈ４の伝熱管３８は、排気ポート１８の拡径部
１８ｂの内部形状に沿うようにテーパーした３重コイル
状に巻き付けられており、内層のコイルは後方（図中左
側）から前方（図中右側）に向かって直径を縮小しなが
ら巻かれ、前端で折り返した後の中間層のコイルは前方
から後方に向かって直径を拡大しながら巻かれ、後端で
折り返した後の外層のコイルは後方から前方に向かって
直径を縮小しながら巻かれている。図９（ｂ）に示す水
入口は後述する上流側の第３段熱交換器Ｈ３に接続さ
れ、図９（ｃ）に示す水出口は前記下流側の第５段熱交
換器Ｈ５の伝熱管３７に接続される。図９（ａ）に示す
丸付数字〜は伝熱管３８内を水が流れる経路を示し
ている。
【００３５】尚、第４段熱交換器Ｈ４の伝熱管３８を、
排気ポート１８の拡径部１８ｂの内部形状に沿うように
テーパーした３重コイル状に巻き付けたことにより、こ
の拡径部１８ｂを流れる排気ガスに整流作用を与えて流
通抵抗の軽減に寄与することができる。
排気ポート１８の拡径部１８ｂの内部形状に沿うように
テーパーした３重コイル状に巻き付けたことにより、こ
の拡径部１８ｂを流れる排気ガスに整流作用を与えて流
通抵抗の軽減に寄与することができる。
【００３６】図７および図８に最も良く示されるよう
に、排気ポート１８の拡径部１８ｂの後端に環状の分配
通路形成部材４１が一体に形成されており、この分配通
路形成部材４１の後面に別の環状の分配通路形成部材４
２を結合することにより、両分配通路形成部材４１，４
２間に第３円形分配通路４３が形成される。この第３円
形分配通路４３に、前記第４段熱交換器Ｈ４の伝熱管３
８の上流端が接続される。
に、排気ポート１８の拡径部１８ｂの後端に環状の分配
通路形成部材４１が一体に形成されており、この分配通
路形成部材４１の後面に別の環状の分配通路形成部材４
２を結合することにより、両分配通路形成部材４１，４
２間に第３円形分配通路４３が形成される。この第３円
形分配通路４３に、前記第４段熱交換器Ｈ４の伝熱管３
８の上流端が接続される。
【００３７】プレ触媒装置３４の外周を覆う円筒状ケー
ス４４の前端が前記分配通路形成部材４２に結合され、
また円筒状ケース４４の後端に相互に重ね合わされた状
態で結合された２枚の環状の分配通路形成部材４５，４
６間に第２円形分配通路４７が形成される。そして円筒
状ケース４４の内部にプレ触媒装置３４および第３段熱
交換器Ｈ３が配置される。
ス４４の前端が前記分配通路形成部材４２に結合され、
また円筒状ケース４４の後端に相互に重ね合わされた状
態で結合された２枚の環状の分配通路形成部材４５，４
６間に第２円形分配通路４７が形成される。そして円筒
状ケース４４の内部にプレ触媒装置３４および第３段熱
交換器Ｈ３が配置される。
【００３８】プレ触媒装置３４はハニカム板状に形成さ
れた７枚の触媒担体４８…を備えており、その表面に公
知の排気ガス浄化触媒が担持されている。円筒状ケース
４４の内部で７枚の触媒担体４８…を囲むように配置さ
れた第３段熱交換器Ｈ３は、屈曲させた２本の伝熱管４
９，４９から構成される（図１０参照）。各伝熱管４
９，４９は円形の平面内でジグザグに折り曲げられた後
に、軸方向に１ピッチ離間した次の平面に移って同形状
のジグザグに折り曲げられ、これを複数ピッチ分繰り返
した円筒状の外形を有している。そして２本の伝熱管４
９，４９を相互に組み合わせたものの内部空間に、前記
７枚の触媒担体４８…が収納される。このとき２本の伝
熱管４９，４９は７枚の触媒担体４８…の表面に密着す
る。そして２本の伝熱管４９，４９の上流端は前記分配
通路形成部材４５，４６間に形成された第２円形分配通
路４７に接続され、また下流端は前記分配通路形成部材
４１，４２間に形成された第３円形分配通路４３に接続
される。
れた７枚の触媒担体４８…を備えており、その表面に公
知の排気ガス浄化触媒が担持されている。円筒状ケース
４４の内部で７枚の触媒担体４８…を囲むように配置さ
れた第３段熱交換器Ｈ３は、屈曲させた２本の伝熱管４
９，４９から構成される（図１０参照）。各伝熱管４
９，４９は円形の平面内でジグザグに折り曲げられた後
に、軸方向に１ピッチ離間した次の平面に移って同形状
のジグザグに折り曲げられ、これを複数ピッチ分繰り返
した円筒状の外形を有している。そして２本の伝熱管４
９，４９を相互に組み合わせたものの内部空間に、前記
７枚の触媒担体４８…が収納される。このとき２本の伝
熱管４９，４９は７枚の触媒担体４８…の表面に密着す
る。そして２本の伝熱管４９，４９の上流端は前記分配
通路形成部材４５，４６間に形成された第２円形分配通
路４７に接続され、また下流端は前記分配通路形成部材
４１，４２間に形成された第３円形分配通路４３に接続
される。
【００３９】プレ触媒装置３４の円筒状ケース４４の半
径方向外側に２個の円筒状ケース５０，５１が同軸に配
置されており、両円筒状ケース５０，５１間に第２段熱
交換器Ｈ２が環状に配置される。第２段熱交換器Ｈ２
は、一方向のコイル状に巻かれた多数の伝熱管５２…
と、他方向のコイル状に巻かれた多数の伝熱管５３…と
が、それらの一部を噛み合わせた状態で交互に配置され
ており、これにより空間内の伝熱管５２…，５３…の配
置密度を高めている。而して、プレ触媒装置３４の外周
は、伝熱管５２…，５３…によって取り囲まれる。
径方向外側に２個の円筒状ケース５０，５１が同軸に配
置されており、両円筒状ケース５０，５１間に第２段熱
交換器Ｈ２が環状に配置される。第２段熱交換器Ｈ２
は、一方向のコイル状に巻かれた多数の伝熱管５２…
と、他方向のコイル状に巻かれた多数の伝熱管５３…と
が、それらの一部を噛み合わせた状態で交互に配置され
ており、これにより空間内の伝熱管５２…，５３…の配
置密度を高めている。而して、プレ触媒装置３４の外周
は、伝熱管５２…，５３…によって取り囲まれる。
【００４０】外側の円筒状ケース５０の前端に固定した
分配通路形成材５４と、この分配通路形成部材５４の前
面に結合された分配通路形成部材５５との間に第１円形
分配通路５６が形成される。伝熱管５２…，５３…の上
流端は前記第１円形分配通路５６に接続され、伝熱管５
２…，５３…の下流端は前記第２円形分配通路４７に接
続される。
分配通路形成材５４と、この分配通路形成部材５４の前
面に結合された分配通路形成部材５５との間に第１円形
分配通路５６が形成される。伝熱管５２…，５３…の上
流端は前記第１円形分配通路５６に接続され、伝熱管５
２…，５３…の下流端は前記第２円形分配通路４７に接
続される。
【００４１】３個のプレ触媒装置３４…は、金属板をプ
レス加工した板状の取付板５７で一纏めにしてシリンダ
ヘッド１２に固定される。取付板５７には３個の開口５
７ａ…が形成されており、これら開口に５７ａ…に３個
の排気ポート１８…の拡径部１８ｂ…の分配通路形成部
材４１がそれぞれ固定されて一体化される。取付板５７
の外周に固定した小判形のフランジ５８が１６本のボル
ト５９…でシリンダヘッド１２に固定される。
レス加工した板状の取付板５７で一纏めにしてシリンダ
ヘッド１２に固定される。取付板５７には３個の開口５
７ａ…が形成されており、これら開口に５７ａ…に３個
の排気ポート１８…の拡径部１８ｂ…の分配通路形成部
材４１がそれぞれ固定されて一体化される。取付板５７
の外周に固定した小判形のフランジ５８が１６本のボル
ト５９…でシリンダヘッド１２に固定される。
【００４２】３個のプレ触媒装置３４…の後方に３個の
メイン触媒装置３５…が配置される。メイン触媒装置３
５…は全体として円筒状に形成されたハニカム構造の触
媒担体６０…の表面に触媒を担持したもので、その外周
に厚肉のリング部材６１…が嵌合する。メイン触媒装置
３５…の直径はプレ触媒装置３４…の直径よりも大き
く、メイン触媒装置３５…はプレ触媒装置３４…と同じ
直径の内層部３５ａ…と、プレ触媒装置３４…の外周か
ら外側にはみ出した外層部３５ｂ…とに別れている。プ
レ触媒装置３４…とメイン触媒装置３５…との対向部を
シールすべく、分配通路形成部材４６の後面にスプリン
グ６２…を介して支持したシール部材６３…がメイン触
媒装置３５…の前面に弾発的に当接する。メイン触媒装
置３５…の外周のリング部材６１…の後端にスプリング
６４…を介してエンドキャップ６５…が支持される。３
個のエンドキャップ６５…の後面は、後述する内壁部材
６６の前面に設けた突起６６ａ…に当接して前方に押圧
されている。
メイン触媒装置３５…が配置される。メイン触媒装置３
５…は全体として円筒状に形成されたハニカム構造の触
媒担体６０…の表面に触媒を担持したもので、その外周
に厚肉のリング部材６１…が嵌合する。メイン触媒装置
３５…の直径はプレ触媒装置３４…の直径よりも大き
く、メイン触媒装置３５…はプレ触媒装置３４…と同じ
直径の内層部３５ａ…と、プレ触媒装置３４…の外周か
ら外側にはみ出した外層部３５ｂ…とに別れている。プ
レ触媒装置３４…とメイン触媒装置３５…との対向部を
シールすべく、分配通路形成部材４６の後面にスプリン
グ６２…を介して支持したシール部材６３…がメイン触
媒装置３５…の前面に弾発的に当接する。メイン触媒装
置３５…の外周のリング部材６１…の後端にスプリング
６４…を介してエンドキャップ６５…が支持される。３
個のエンドキャップ６５…の後面は、後述する内壁部材
６６の前面に設けた突起６６ａ…に当接して前方に押圧
されている。
【００４３】３個のプレ触媒装置３４…および３個のメ
イン触媒装置３５…の外側は、着脱自在な共通のカバー
７１で覆われる。カバー７１は、中央に排気管３２の取
付孔７２ａが形成された板状の分配通路形成部材７２
と、この分配通路形成部材７２の前面に結合された三連
リング状の分配通路形成部材７３とを備えており、両分
配通路形成部材７２，７３間に第１三連リング状分配通
路７４が形成される。三連リング状の分配通路形成部材
７３からは半径方向外側に位置する筒状部材７５と、半
径方向内側に位置する筒状部材７６とが微小な間隔をも
って前方に延びており、外側の筒状部材７５の前端に設
けた小判形のフランジ７７が、前記フランジ５８と重ね
合わされてボルト５９…で共締めされる。
イン触媒装置３５…の外側は、着脱自在な共通のカバー
７１で覆われる。カバー７１は、中央に排気管３２の取
付孔７２ａが形成された板状の分配通路形成部材７２
と、この分配通路形成部材７２の前面に結合された三連
リング状の分配通路形成部材７３とを備えており、両分
配通路形成部材７２，７３間に第１三連リング状分配通
路７４が形成される。三連リング状の分配通路形成部材
７３からは半径方向外側に位置する筒状部材７５と、半
径方向内側に位置する筒状部材７６とが微小な間隔をも
って前方に延びており、外側の筒状部材７５の前端に設
けた小判形のフランジ７７が、前記フランジ５８と重ね
合わされてボルト５９…で共締めされる。
【００４４】内側の筒状部材７６の前端には三連リング
状の分配通路形成部材７８が固定されており、この分配
通路形成部材７８の前面に略同形の分配通路形成部材７
９を結合することにより、第２三連リング状分配通路８
０が形成される。第１三連リング状分配通路７４および
第２三連リング状分配通路８０は同形であって前後に向
かい合っている。カバー７１の内部には、カップ状に形
成された前記内壁部材６６が収納されており、この内壁
部材６６の外周面と内側の筒状部材７６の内周面との間
に第１段熱交換器Ｈ１が配置される。
状の分配通路形成部材７８が固定されており、この分配
通路形成部材７８の前面に略同形の分配通路形成部材７
９を結合することにより、第２三連リング状分配通路８
０が形成される。第１三連リング状分配通路７４および
第２三連リング状分配通路８０は同形であって前後に向
かい合っている。カバー７１の内部には、カップ状に形
成された前記内壁部材６６が収納されており、この内壁
部材６６の外周面と内側の筒状部材７６の内周面との間
に第１段熱交換器Ｈ１が配置される。
【００４５】第１段熱交換器Ｈ１は、前記第２段熱交換
器Ｈ２…と類似の構造で、一方向のコイル状に巻かれた
多数の伝熱管８１…と、他方向のコイル状に巻かれた多
数の伝熱管８２…とが、それらの一部を噛み合わせた状
態で交互に配置され、これら伝熱管８１…，８２…によ
って第２段熱交換器Ｈ２…の外周およびメイン触媒装置
３５…の外周が取り囲まれる。伝熱管８１…，８２…の
上流端は第１三連リング状分配通路７４に接続され、下
流端は第２三連リング状分配通路８０に接続される。
器Ｈ２…と類似の構造で、一方向のコイル状に巻かれた
多数の伝熱管８１…と、他方向のコイル状に巻かれた多
数の伝熱管８２…とが、それらの一部を噛み合わせた状
態で交互に配置され、これら伝熱管８１…，８２…によ
って第２段熱交換器Ｈ２…の外周およびメイン触媒装置
３５…の外周が取り囲まれる。伝熱管８１…，８２…の
上流端は第１三連リング状分配通路７４に接続され、下
流端は第２三連リング状分配通路８０に接続される。
【００４６】第５段熱交換器Ｈ５…の伝熱管３７…、第
４段熱交換器Ｈ４…の伝熱管３８…、第３段熱交換器Ｈ
３…の伝熱管４９…、第２段熱交換器Ｈ２…の伝熱管５
２…，５３…，第１段熱交換器Ｈ１の伝熱管８１…，８
２…の材質は、耐熱性ステンレス鋼（オーステナイト系
の、例えばＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓや、フェラ
イト系の、例えばＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４４）、ある
いはニッケル基耐熱合金が好ましい。尚、伝熱管の結合
にはろう付けや機械的拘束が好ましい。
４段熱交換器Ｈ４…の伝熱管３８…、第３段熱交換器Ｈ
３…の伝熱管４９…、第２段熱交換器Ｈ２…の伝熱管５
２…，５３…，第１段熱交換器Ｈ１の伝熱管８１…，８
２…の材質は、耐熱性ステンレス鋼（オーステナイト系
の、例えばＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓや、フェラ
イト系の、例えばＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４４）、ある
いはニッケル基耐熱合金が好ましい。尚、伝熱管の結合
にはろう付けや機械的拘束が好ましい。
【００４７】またプレ触媒装置３４…の触媒担体４８…
としては、耐熱ステンレス鋼（例えば２０重量％Ｃｒ−
５重量％Ａｌフェライト系ステンレス鋼）や、ニッケル
基耐熱合金の金属箔（厚さ０．１ｍｍ以下）が好まし
く、メイン触媒装置３５…の触媒担体６０…としては、
コーデュライトが好ましい。
としては、耐熱ステンレス鋼（例えば２０重量％Ｃｒ−
５重量％Ａｌフェライト系ステンレス鋼）や、ニッケル
基耐熱合金の金属箔（厚さ０．１ｍｍ以下）が好まし
く、メイン触媒装置３５…の触媒担体６０…としては、
コーデュライトが好ましい。
【００４８】図１１を参照すると明らかなように、高圧
蒸気の元となる水が供給される給水口８３が第１三連リ
ング状分配通路７４の中央部に設けられており、第１三
連リング状分配通路７４は、３個のメイン触媒装置３５
…の外周を囲むように配置された第１段熱交換器Ｈ１の
多数の伝熱管８１…，８２…を介して第２三連リング状
分配通路８０に連通し、この第２三連リング状分配通路
８０は着脱自在な２個の継ぎ手８４…を介して３個の第
１円形分配通路５６…に連通する。
蒸気の元となる水が供給される給水口８３が第１三連リ
ング状分配通路７４の中央部に設けられており、第１三
連リング状分配通路７４は、３個のメイン触媒装置３５
…の外周を囲むように配置された第１段熱交換器Ｈ１の
多数の伝熱管８１…，８２…を介して第２三連リング状
分配通路８０に連通し、この第２三連リング状分配通路
８０は着脱自在な２個の継ぎ手８４…を介して３個の第
１円形分配通路５６…に連通する。
【００４９】３個の第１円形分配通路５６…は、３個の
プレ触媒装置３４…の外周を囲むように配置された第２
熱交換器Ｈ２…の伝熱管５２…，５３…を介して３個の
第２円形分配通路４７…に連通し、これら３個の第２円
形分配通路４７…は、それぞれ３個のプレ触媒装置３４
…の内部に配置された第３段熱交換器Ｈ３…の各２本の
伝熱管４９…を介して３個の第３円形分配通路４３…に
連通する。そして３個の第３円形分配通路４３…は、３
個の排気ポート１８…の内部を通る第４段熱交換器Ｈ４
…の各１本の伝熱管３８…と、３個の排気ポート１８…
の外部を通る第５段熱交換器Ｈ５…の各１本の伝熱管３
７…とを通った後に、継ぎ手８５で合流して排水口８６
から後段の膨張器４に供給される。
プレ触媒装置３４…の外周を囲むように配置された第２
熱交換器Ｈ２…の伝熱管５２…，５３…を介して３個の
第２円形分配通路４７…に連通し、これら３個の第２円
形分配通路４７…は、それぞれ３個のプレ触媒装置３４
…の内部に配置された第３段熱交換器Ｈ３…の各２本の
伝熱管４９…を介して３個の第３円形分配通路４３…に
連通する。そして３個の第３円形分配通路４３…は、３
個の排気ポート１８…の内部を通る第４段熱交換器Ｈ４
…の各１本の伝熱管３８…と、３個の排気ポート１８…
の外部を通る第５段熱交換器Ｈ５…の各１本の伝熱管３
７…とを通った後に、継ぎ手８５で合流して排水口８６
から後段の膨張器４に供給される。
【００５０】また途中給水口８７から給水された水は分
配器８８で３方向に分岐し、その一部が継ぎ手８４…を
介して３個の第１円形分配通路５６に途中給水され、そ
の一部が３個の第２円形分配通路４７…に途中給水さ
れ、その一部が３個の第３円形分配通路４３…に途中給
水される。
配器８８で３方向に分岐し、その一部が継ぎ手８４…を
介して３個の第１円形分配通路５６に途中給水され、そ
の一部が３個の第２円形分配通路４７…に途中給水さ
れ、その一部が３個の第３円形分配通路４３…に途中給
水される。
【００５１】このように、給水口８３から供給された水
が第１段熱交換器Ｈ１→第２段熱交換器Ｈ２…→第３段
熱交換器Ｈ３…→第４段熱交換器Ｈ４…→第５段熱交換
器Ｈ５…を経て排水口８６に達するまでに、内燃機関１
から出て前記水の流れ方向と逆方向に流れる排気ガスと
の間で熱交換を行って蒸気となる。
が第１段熱交換器Ｈ１→第２段熱交換器Ｈ２…→第３段
熱交換器Ｈ３…→第４段熱交換器Ｈ４…→第５段熱交換
器Ｈ５…を経て排水口８６に達するまでに、内燃機関１
から出て前記水の流れ方向と逆方向に流れる排気ガスと
の間で熱交換を行って蒸気となる。
【００５２】即ち、内燃機関１から出た排気ガスは、３
個の排気ポート１８…の等径部１８ａ…を通過する間
に、その等径部１８ａ…の外周面に巻き付けた伝熱管３
７…よりなる第５段熱交換器Ｈ５…との間で熱交換を行
う。排気ポート１８…の等径部１８ａ…から拡径部１８
ｂ…に流入した排気ガスは、その拡径部１８ｂ…の内部
に収納した３重コイル状に巻いた伝熱管３８…よりなる
第４段熱交換器Ｈ４…に直接接触して熱交換を行う。排
気ガスは排気ポート１８…から３個のプレ触媒装置３４
…の各７個の触媒担体４８…の内部を通過して有害成分
を浄化され、その際に前記触媒担体４８…の周囲を囲む
伝熱管４９…よりなる第３段熱交換器Ｈ３…との間で熱
交換を行う。
個の排気ポート１８…の等径部１８ａ…を通過する間
に、その等径部１８ａ…の外周面に巻き付けた伝熱管３
７…よりなる第５段熱交換器Ｈ５…との間で熱交換を行
う。排気ポート１８…の等径部１８ａ…から拡径部１８
ｂ…に流入した排気ガスは、その拡径部１８ｂ…の内部
に収納した３重コイル状に巻いた伝熱管３８…よりなる
第４段熱交換器Ｈ４…に直接接触して熱交換を行う。排
気ガスは排気ポート１８…から３個のプレ触媒装置３４
…の各７個の触媒担体４８…の内部を通過して有害成分
を浄化され、その際に前記触媒担体４８…の周囲を囲む
伝熱管４９…よりなる第３段熱交換器Ｈ３…との間で熱
交換を行う。
【００５３】３個のプレ触媒装置３４…を通過した排気
ガスは３個のメイン触媒装置３５…の内層部３５ａ…を
前方から後方に通過した後、エンドキャップ６５…に阻
止されてＵターンし、メイン触媒装置３５…の外層部３
５ｂ…を後方から前方に通過し、その間にメイン触媒装
置３５…によって排気ガス中の有害成分が浄化される。
メイン触媒装置３５…を出た排気ガスは、一対の円筒状
ケース５０…，５１…間に配置された伝熱管５２…，５
３…よりなる第２段熱交換器Ｈ２…を後方から前方に流
れる間に熱交換され、その後に１８０°方向変換して筒
状部材７６および内壁部材６６間に配置された伝熱管８
１…，８２…よりなる第１段熱交換器Ｈ１を前方から後
方に流れる間に熱交換され、最後に分配通路形成部材７
２の取付孔７２ａから排気管３２に排出される。
ガスは３個のメイン触媒装置３５…の内層部３５ａ…を
前方から後方に通過した後、エンドキャップ６５…に阻
止されてＵターンし、メイン触媒装置３５…の外層部３
５ｂ…を後方から前方に通過し、その間にメイン触媒装
置３５…によって排気ガス中の有害成分が浄化される。
メイン触媒装置３５…を出た排気ガスは、一対の円筒状
ケース５０…，５１…間に配置された伝熱管５２…，５
３…よりなる第２段熱交換器Ｈ２…を後方から前方に流
れる間に熱交換され、その後に１８０°方向変換して筒
状部材７６および内壁部材６６間に配置された伝熱管８
１…，８２…よりなる第１段熱交換器Ｈ１を前方から後
方に流れる間に熱交換され、最後に分配通路形成部材７
２の取付孔７２ａから排気管３２に排出される。
【００５４】上記構造の蒸発器３を組み立てる手順を、
主に図１２を参照して説明する。
主に図１２を参照して説明する。
【００５５】先ず、第４段熱交換器Ｈ４…および第５段
熱交換器Ｈ５…を予め組み付けた３個の排気ポート１８
…と、第２段熱交換器Ｈ２…および第３段熱交換器Ｈ３
…を予め組み付けた３個のプレ触媒装置３４…とを一体
化したサブアセンブリをシリンダヘッド１２に取り付け
る。即ち、板状の取付板５７の３個の開口５７ａ…に、
３個の排気ポート１８…に設けた分配通路形成部材４１
をそれぞれ固定して一体化し、その取付板５７の外周に
固定した小判形のフランジ５８をシリンダヘッド１２に
位置決めする。
熱交換器Ｈ５…を予め組み付けた３個の排気ポート１８
…と、第２段熱交換器Ｈ２…および第３段熱交換器Ｈ３
…を予め組み付けた３個のプレ触媒装置３４…とを一体
化したサブアセンブリをシリンダヘッド１２に取り付け
る。即ち、板状の取付板５７の３個の開口５７ａ…に、
３個の排気ポート１８…に設けた分配通路形成部材４１
をそれぞれ固定して一体化し、その取付板５７の外周に
固定した小判形のフランジ５８をシリンダヘッド１２に
位置決めする。
【００５６】続いて、３個のプレ触媒装置３４…の後方
から３個のメイン触媒装置３５…を接近させ、メイン触
媒装置３５…の外周のリング部材６１…の前端外周を第
２段熱交換器Ｈ２…の円筒状ケース５０…の後端外周に
嵌合させる。このとき、分配通路形成部材４６…の後面
にスプリング６２…を介して支持したシール部材６３…
がメイン触媒装置３５…の前面に弾発的に当接する（図
４参照）。
から３個のメイン触媒装置３５…を接近させ、メイン触
媒装置３５…の外周のリング部材６１…の前端外周を第
２段熱交換器Ｈ２…の円筒状ケース５０…の後端外周に
嵌合させる。このとき、分配通路形成部材４６…の後面
にスプリング６２…を介して支持したシール部材６３…
がメイン触媒装置３５…の前面に弾発的に当接する（図
４参照）。
【００５７】続いて、カバー７１を前方に移動させ、円
を横方向にずらせて３個重ねた三連形状の第１段熱交換
器Ｈ１で３個のメイン触媒装置３５…および３個の第２
段熱交換器Ｈ２…の外周を覆い、カバー７１の筒状部材
７５に設けたフランジ７７を取付板５７のフランジ５８
の後面に重ね合わせ、１６本のボルト５９…でシリンダ
ヘッド１２に結合する。このとき、カバー７１の内部の
内壁部材６６の突起６６ａ…でメイン触媒装置３５…の
エンドキャップ６５…を前方に押圧し、エンドキャップ
６５…の外周に設けたバネ座６７…とメイン触媒装置３
５…の外周のリング部材６１…の後端に設けたバネ座６
８…との間にスプリング６４…を圧縮する（図４参
照）。
を横方向にずらせて３個重ねた三連形状の第１段熱交換
器Ｈ１で３個のメイン触媒装置３５…および３個の第２
段熱交換器Ｈ２…の外周を覆い、カバー７１の筒状部材
７５に設けたフランジ７７を取付板５７のフランジ５８
の後面に重ね合わせ、１６本のボルト５９…でシリンダ
ヘッド１２に結合する。このとき、カバー７１の内部の
内壁部材６６の突起６６ａ…でメイン触媒装置３５…の
エンドキャップ６５…を前方に押圧し、エンドキャップ
６５…の外周に設けたバネ座６７…とメイン触媒装置３
５…の外周のリング部材６１…の後端に設けたバネ座６
８…との間にスプリング６４…を圧縮する（図４参
照）。
【００５８】以上のように、プレ触媒装置３４…および
メイン触媒装置３５…を含む内層部分と、それらの外周
を覆う外層部分であるカバー７１とを半径方向に若干の
隙間を持たせて組み付けるので、それらの半径方向の熱
膨張を吸収することができる。またメイン触媒装置３５
…はプリ触媒装置３４…の後面とカバー７１の内壁部材
６６の前面との間にスプリング６２…，６４…によって
弾発的に保持されるので、プリ触媒装置３４…およびメ
イン触媒装置３５…の軸方向の熱膨張を吸収することが
できる。
メイン触媒装置３５…を含む内層部分と、それらの外周
を覆う外層部分であるカバー７１とを半径方向に若干の
隙間を持たせて組み付けるので、それらの半径方向の熱
膨張を吸収することができる。またメイン触媒装置３５
…はプリ触媒装置３４…の後面とカバー７１の内壁部材
６６の前面との間にスプリング６２…，６４…によって
弾発的に保持されるので、プリ触媒装置３４…およびメ
イン触媒装置３５…の軸方向の熱膨張を吸収することが
できる。
【００５９】そして最後に、３個の第１円形分配通路５
６…をそれぞれ継ぎ手８４…を介してカバー７１の前端
の第２三連リング状分配通路８０に接続するとともに、
３個の排気ポート１８…から延びる第５段熱交換器Ｈ５
…の３本の伝熱管３７…を継ぎ手８５で合流させて蒸発
器３の組み立てを完了する。
６…をそれぞれ継ぎ手８４…を介してカバー７１の前端
の第２三連リング状分配通路８０に接続するとともに、
３個の排気ポート１８…から延びる第５段熱交換器Ｈ５
…の３本の伝熱管３７…を継ぎ手８５で合流させて蒸発
器３の組み立てを完了する。
【００６０】ところで、図１３に示すように、本実施例
Ｐ−１では、排気ガスを浄化する触媒装置を、上流側の
プレ触媒装置３４…と下流側のメイン触媒装置３５…と
に分割し、プレ触媒装置３４…の排気ガス流れ方向上流
側に第４段熱交換器Ｈ４…および第５段熱交換器Ｈ５…
を配置し、メイン触媒装置３５…の排気ガス流れ方向下
流側に第１段熱交換器Ｈ１および第２段熱交換器Ｈ２…
を配置している。尚、前述したように、第３段熱交換器
Ｈ３…はプレ触媒装置３４…の内部に収納される。
Ｐ−１では、排気ガスを浄化する触媒装置を、上流側の
プレ触媒装置３４…と下流側のメイン触媒装置３５…と
に分割し、プレ触媒装置３４…の排気ガス流れ方向上流
側に第４段熱交換器Ｈ４…および第５段熱交換器Ｈ５…
を配置し、メイン触媒装置３５…の排気ガス流れ方向下
流側に第１段熱交換器Ｈ１および第２段熱交換器Ｈ２…
を配置している。尚、前述したように、第３段熱交換器
Ｈ３…はプレ触媒装置３４…の内部に収納される。
【００６１】一方、比較例Ｃ−０は触媒装置および熱交
換器を一切備えないもの、比較例Ｃ−１はメイン触媒装
置だけを備えたもの、比較例Ｃ−２はプレ触媒装置の後
段にメイン触媒装置を備えたもの、比較例Ｃ−３はメイ
ン触媒装置の前段および後段にそれぞれ熱交換器を備え
たものである。
換器を一切備えないもの、比較例Ｃ−１はメイン触媒装
置だけを備えたもの、比較例Ｃ−２はプレ触媒装置の後
段にメイン触媒装置を備えたもの、比較例Ｃ−３はメイ
ン触媒装置の前段および後段にそれぞれ熱交換器を備え
たものである。
【００６２】図１４は、内燃機関１の始動直後の冷間時
において、排気ガスの温度が上流側から下流側に向けて
（Ｌ０→Ｌ１→Ｌ２→Ｌ３→Ｌ４→Ｌ５）に向けてどの
ように変化するかを示すものである。本実施例Ｐ−１に
よれば、プレ触媒装置３４…を排気通路３３の上流側に
配置し、かつプレ触媒装置３４…の容量を小さく設定し
たことにより、冷間時においてもプレ触媒装置３４…の
温度を触媒活性化温度以上に速やかに昇温させ、排気ガ
ス中の有害成分を効果的に低減することができる。
において、排気ガスの温度が上流側から下流側に向けて
（Ｌ０→Ｌ１→Ｌ２→Ｌ３→Ｌ４→Ｌ５）に向けてどの
ように変化するかを示すものである。本実施例Ｐ−１に
よれば、プレ触媒装置３４…を排気通路３３の上流側に
配置し、かつプレ触媒装置３４…の容量を小さく設定し
たことにより、冷間時においてもプレ触媒装置３４…の
温度を触媒活性化温度以上に速やかに昇温させ、排気ガ
ス中の有害成分を効果的に低減することができる。
【００６３】また容量の小さいプレ触媒装置３４…だけ
では排気ガス浄化能力が不足するが、その下流側に大容
量のメイン触媒装置３５…を配置することにより、小容
量のプレ触媒装置３４…の排気ガス浄化能力を充分に補
っている。更にメイン触媒装置３５…の内層部３５ａ…
と外層部３５ｂ…とで排気ガスの流れ方向が反転するの
で、先ず排気ガスがメイン触媒装置３５…の内層部３５
ａ…を通過する際に触媒反応により温度上昇し、その温
度上昇した排気ガスをメイン触媒装置３５…の外層部３
５ｂ…に供給するとともに、排気ガスを１８０°が反転
する際に排気ガス中の有害成分を効果的に混合せしめて
外層部３５ｂ…における触媒反応を促進し、メイン触媒
装置３５…全体としての排気ガス浄化性能を高めること
ができる。しかも内層部３５ａ…の排気ガスを外層部３
５ｂ…の排気ガスで覆ってサーマルリークを防止し、熱
交換効率の低下を防止することができる。
では排気ガス浄化能力が不足するが、その下流側に大容
量のメイン触媒装置３５…を配置することにより、小容
量のプレ触媒装置３４…の排気ガス浄化能力を充分に補
っている。更にメイン触媒装置３５…の内層部３５ａ…
と外層部３５ｂ…とで排気ガスの流れ方向が反転するの
で、先ず排気ガスがメイン触媒装置３５…の内層部３５
ａ…を通過する際に触媒反応により温度上昇し、その温
度上昇した排気ガスをメイン触媒装置３５…の外層部３
５ｂ…に供給するとともに、排気ガスを１８０°が反転
する際に排気ガス中の有害成分を効果的に混合せしめて
外層部３５ｂ…における触媒反応を促進し、メイン触媒
装置３５…全体としての排気ガス浄化性能を高めること
ができる。しかも内層部３５ａ…の排気ガスを外層部３
５ｂ…の排気ガスで覆ってサーマルリークを防止し、熱
交換効率の低下を防止することができる。
【００６４】図１５は、内燃機関１の高温運転時におい
て排気ガスの温度が上流側から下流側に向けてどのよう
に変化するかを示すものである。本実施例Ｐ−１によれ
ば、プレ触媒装置３４…の位置が排気ポート１８…に近
いために高温の排気ガスに晒されて劣化する虞がある
が、排気ポート１８…に第４段熱交換器Ｈ４…および第
５段熱交換器Ｈ５…を配置したことにより、プレ触媒装
置３４…の触媒温度が耐熱温度を越えるのを防止するこ
とができる。またプレ触媒装置３４…の内部において
も、第３段熱交換器Ｈ３の触媒担体４８…を７個に分割
してそれそれを細幅にし、且つ前記触媒担体４８…の周
囲に第３段熱交換器Ｈ３…のジグザグ状の折り曲げた伝
熱管４９…を直接接触させたことにより、プレ触媒装置
３４…の触媒温度が耐熱温度を越えるのを一層確実に防
止することができる。
て排気ガスの温度が上流側から下流側に向けてどのよう
に変化するかを示すものである。本実施例Ｐ−１によれ
ば、プレ触媒装置３４…の位置が排気ポート１８…に近
いために高温の排気ガスに晒されて劣化する虞がある
が、排気ポート１８…に第４段熱交換器Ｈ４…および第
５段熱交換器Ｈ５…を配置したことにより、プレ触媒装
置３４…の触媒温度が耐熱温度を越えるのを防止するこ
とができる。またプレ触媒装置３４…の内部において
も、第３段熱交換器Ｈ３の触媒担体４８…を７個に分割
してそれそれを細幅にし、且つ前記触媒担体４８…の周
囲に第３段熱交換器Ｈ３…のジグザグ状の折り曲げた伝
熱管４９…を直接接触させたことにより、プレ触媒装置
３４…の触媒温度が耐熱温度を越えるのを一層確実に防
止することができる。
【００６５】しかも、第１段熱交換器Ｈ１、第２段熱交
換器Ｈ２…、第３段熱交換器Ｈ３…、第４段熱交換器Ｈ
４…および第５段熱交換器Ｈ５…を直列に接続し、第１
段熱交換器Ｈ１側から第５段熱交換器Ｈ５…側に順次給
水するようになっているため（この給水方法をワンウェ
イ給水という）、その給水量を増減することにより内燃
機関１の運転状態に応じてプレ触媒装置３４…およびメ
イン触媒装置３５…の温度を適切に制御することができ
る（表１参照）。
換器Ｈ２…、第３段熱交換器Ｈ３…、第４段熱交換器Ｈ
４…および第５段熱交換器Ｈ５…を直列に接続し、第１
段熱交換器Ｈ１側から第５段熱交換器Ｈ５…側に順次給
水するようになっているため（この給水方法をワンウェ
イ給水という）、その給水量を増減することにより内燃
機関１の運転状態に応じてプレ触媒装置３４…およびメ
イン触媒装置３５…の温度を適切に制御することができ
る（表１参照）。
【００６６】
【表１】
【００６７】また第１段熱交換器Ｈ１から第５段熱交換
器Ｈ５…までの給水経路の途中の３個所、つまり第２段
熱交換器Ｈ２…の直上流の第１円形分配通路５６…と、
第３段熱交換器Ｈ３…の直上流の第２円形分配通路４７
…と、第４段熱交換器Ｈ４…の直上流の第３円形分配通
路４３…とに途中給水し、第２段〜第４段熱交換器Ｈ２
…，Ｈ３…，Ｈ４…に対する給水量を内燃機関１の運転
状態（排気ガスの流量や排気ガスの温度）や触媒温度の
変化に応じて個別に制御すれば（この給水方法を複数給
水という）、プレ触媒装置３４…およびメイン触媒装置
３５…の触媒温度を触媒反応に適した温度に一層きめ細
かく制御することができる（表２および図１６参照）。
器Ｈ５…までの給水経路の途中の３個所、つまり第２段
熱交換器Ｈ２…の直上流の第１円形分配通路５６…と、
第３段熱交換器Ｈ３…の直上流の第２円形分配通路４７
…と、第４段熱交換器Ｈ４…の直上流の第３円形分配通
路４３…とに途中給水し、第２段〜第４段熱交換器Ｈ２
…，Ｈ３…，Ｈ４…に対する給水量を内燃機関１の運転
状態（排気ガスの流量や排気ガスの温度）や触媒温度の
変化に応じて個別に制御すれば（この給水方法を複数給
水という）、プレ触媒装置３４…およびメイン触媒装置
３５…の触媒温度を触媒反応に適した温度に一層きめ細
かく制御することができる（表２および図１６参照）。
【００６８】
【表２】
【００６９】複数給水の効果を図１６に基づいて更に説
明する。破線で示すワンウェイ給水を行う場合、内燃機
関１の低負荷状態にあわせて給水量を少なく設定する
と、触媒温度は早めに下限温度（触媒活性化温度）を越
えるが、上限温度（触媒耐熱温度）を越えるのも早くな
ってしまう。逆に、内燃機関１の高負荷状態にあわせて
給水量を多く設定すると、触媒温度が下限温度（触媒活
性化温度）を越えるのが遅れる反面、上限温度（触媒耐
熱温度）を越えるのを遅らせることができる。このよう
に、ワンウェイ給水では触媒の早期活性化と耐久性とを
両立させるのが難しくなるが、内燃機関１の低負荷状態
で給水量を少なく設定し、負荷が増大する途中で途中給
水により給水量を増加させることにより、触媒の早期活
性化と耐久性とを両立させることが可能となる。
明する。破線で示すワンウェイ給水を行う場合、内燃機
関１の低負荷状態にあわせて給水量を少なく設定する
と、触媒温度は早めに下限温度（触媒活性化温度）を越
えるが、上限温度（触媒耐熱温度）を越えるのも早くな
ってしまう。逆に、内燃機関１の高負荷状態にあわせて
給水量を多く設定すると、触媒温度が下限温度（触媒活
性化温度）を越えるのが遅れる反面、上限温度（触媒耐
熱温度）を越えるのを遅らせることができる。このよう
に、ワンウェイ給水では触媒の早期活性化と耐久性とを
両立させるのが難しくなるが、内燃機関１の低負荷状態
で給水量を少なく設定し、負荷が増大する途中で途中給
水により給水量を増加させることにより、触媒の早期活
性化と耐久性とを両立させることが可能となる。
【００７０】尚、図中でプレ触媒装置３４…のラインが
左側にあり、メイン触媒装置３５…のラインが右側にあ
るのは、プレ触媒装置３４…の容量が小さく、メイン触
媒装置３５…の容量が大きいためである。勿論、３個所
の途中給水口の給水量をそれぞれ別個に制御することに
よる、プリ触媒装置３４…およびメイン触媒装置３５…
の温度を一層精密に制御することができる。
左側にあり、メイン触媒装置３５…のラインが右側にあ
るのは、プレ触媒装置３４…の容量が小さく、メイン触
媒装置３５…の容量が大きいためである。勿論、３個所
の途中給水口の給水量をそれぞれ別個に制御することに
よる、プリ触媒装置３４…およびメイン触媒装置３５…
の温度を一層精密に制御することができる。
【００７１】以上のように、本実施例Ｐ−１によれば、
比較例Ｃ−０〜Ｃ−３に比べて排気ガス浄化性能および
触媒装置の耐久性能を総合的に高めることができる。特
に、プリ触媒装置３４…の内部に第３段熱交換器Ｈ３を
一体に設けたことによりプリ触媒装置３４…の温度を能
動的に制御することができ、またプリ触媒装置３４…の
近傍の第１円形分配通路５６…、第２円形分配通路４７
…および第３円形分配通路４３…に途中給水することに
より、プリ触媒装置３４…自体の温度だけでなく、その
下流に位置するメイン触媒装置３５…の温度をも的確に
制御し、総合的な排気ガス浄化性能を大幅に高めること
ができる。
比較例Ｃ−０〜Ｃ−３に比べて排気ガス浄化性能および
触媒装置の耐久性能を総合的に高めることができる。特
に、プリ触媒装置３４…の内部に第３段熱交換器Ｈ３を
一体に設けたことによりプリ触媒装置３４…の温度を能
動的に制御することができ、またプリ触媒装置３４…の
近傍の第１円形分配通路５６…、第２円形分配通路４７
…および第３円形分配通路４３…に途中給水することに
より、プリ触媒装置３４…自体の温度だけでなく、その
下流に位置するメイン触媒装置３５…の温度をも的確に
制御し、総合的な排気ガス浄化性能を大幅に高めること
ができる。
【００７２】５段の熱交換器Ｈ１〜Ｈ５…の伝熱面密度
（伝熱面積／体積）は、第１段熱交換器Ｈ１が最大であ
り、そこから第５段熱交換器Ｈ５…に向かって漸減す
る。また５段の熱交換器Ｈ１〜Ｈ５…の通路断面積は、
第１段熱交換器Ｈ１が最小であり、そこから第５段熱交
換器Ｈ５…に向かって漸増する。第１段熱交換器Ｈ１〜
第４段熱交換器Ｈ４…の伝熱面密度および通路断面積は
表３に示され。
（伝熱面積／体積）は、第１段熱交換器Ｈ１が最大であ
り、そこから第５段熱交換器Ｈ５…に向かって漸減す
る。また５段の熱交換器Ｈ１〜Ｈ５…の通路断面積は、
第１段熱交換器Ｈ１が最小であり、そこから第５段熱交
換器Ｈ５…に向かって漸増する。第１段熱交換器Ｈ１〜
第４段熱交換器Ｈ４…の伝熱面密度および通路断面積は
表３に示され。
【００７３】
【表３】
【００７４】伝熱面密度（伝熱面積／体積）を第１段熱
交換器Ｈ１から第５段熱交換器Ｈ５…に向かって漸減さ
せたことにより、燃焼室１６…に近いために温度が高い
排気ガスが通過する第５段熱交換器Ｈ５…の伝熱面密度
を最小にし、排気通路３３を通過して温度低下した排気
ガスが通過する第１段熱交換器Ｈ１の伝熱面密度を最大
にすることにより、５段の熱交換器Ｈ１〜Ｈ５…の全域
に亘って平均的な熱交換効率を得ることができる。
交換器Ｈ１から第５段熱交換器Ｈ５…に向かって漸減さ
せたことにより、燃焼室１６…に近いために温度が高い
排気ガスが通過する第５段熱交換器Ｈ５…の伝熱面密度
を最小にし、排気通路３３を通過して温度低下した排気
ガスが通過する第１段熱交換器Ｈ１の伝熱面密度を最大
にすることにより、５段の熱交換器Ｈ１〜Ｈ５…の全域
に亘って平均的な熱交換効率を得ることができる。
【００７５】また燃焼室１６…から出た排気ガスは高温
で体積が大きいために流速が速くなるため、燃焼室１６
…に近い第５段熱交換器Ｈ５…の通路断面積を最大にし
て圧損を最小限に抑えることができる。一方、排気通路
３３を通過して温度低下した排気ガスは体積が低下して
流速も低下するため、第１段熱交換器Ｈ１の通路断面積
を最小にして蒸発器３をコンパクト化することができ
る。
で体積が大きいために流速が速くなるため、燃焼室１６
…に近い第５段熱交換器Ｈ５…の通路断面積を最大にし
て圧損を最小限に抑えることができる。一方、排気通路
３３を通過して温度低下した排気ガスは体積が低下して
流速も低下するため、第１段熱交換器Ｈ１の通路断面積
を最小にして蒸発器３をコンパクト化することができ
る。
【００７６】第１段熱交換器Ｈ１〜第４段熱交換器Ｈ４
…の伝熱面密度および通路断面積を表３のように設定し
た効果は、表４に纏められている。
…の伝熱面密度および通路断面積を表３のように設定し
た効果は、表４に纏められている。
【００７７】
【表４】
【００７８】ところで、内燃機関１側から見た前段の熱
交換器である第２段〜第５段熱交換器Ｈ２…〜Ｈ５…は
各排気ポート１８…毎に設けられており、各排気ポート
１８…から出た排気ガスが混合することがないため、排
気干渉の発生を回避して内燃機関１の出力低下を防止す
ることができる。また排気ポート１８…の出口では排気
ガスの圧力の脈動が存在し、かつ排気圧力も高いために
伝熱促進効果が期待できる。図１７は、排気脈動のない
熱風装置と排気脈動のある内燃機関とについて、各レイ
ノルズ数における伝熱性能を比較したものであるが、排
気脈動のある内燃機関の方が伝熱性能が高いことが確認
される。図１８は、パイプ管群式の熱交換器を設けた単
気筒内燃機関において、２種類の排気圧力で各レイノル
ズ数における伝熱性能を比較したものであるが、排気圧
力が高い方が伝熱性能が高いことが確認される。
交換器である第２段〜第５段熱交換器Ｈ２…〜Ｈ５…は
各排気ポート１８…毎に設けられており、各排気ポート
１８…から出た排気ガスが混合することがないため、排
気干渉の発生を回避して内燃機関１の出力低下を防止す
ることができる。また排気ポート１８…の出口では排気
ガスの圧力の脈動が存在し、かつ排気圧力も高いために
伝熱促進効果が期待できる。図１７は、排気脈動のない
熱風装置と排気脈動のある内燃機関とについて、各レイ
ノルズ数における伝熱性能を比較したものであるが、排
気脈動のある内燃機関の方が伝熱性能が高いことが確認
される。図１８は、パイプ管群式の熱交換器を設けた単
気筒内燃機関において、２種類の排気圧力で各レイノル
ズ数における伝熱性能を比較したものであるが、排気圧
力が高い方が伝熱性能が高いことが確認される。
【００７９】また内燃機関１側から見た後段の熱交換器
である第１段熱交換器Ｈ１では、３個の排気ポート１８
…からの排気ガスがー集合して脈動のない流れになるた
め、排気ガスを高温かつ一定温度に維持し、かつ脈動流
と異なって排気ガスの流れが静止しない定常流にして熱
交換性能の低下を防止することができる。
である第１段熱交換器Ｈ１では、３個の排気ポート１８
…からの排気ガスがー集合して脈動のない流れになるた
め、排気ガスを高温かつ一定温度に維持し、かつ脈動流
と異なって排気ガスの流れが静止しない定常流にして熱
交換性能の低下を防止することができる。
【００８０】しかも、排気ガスは内燃機関１側から排気
管３２側に流れるのに対して、水は排気管３２側から内
燃機関１側に流れるため、排気ガスおよび水はクロスフ
ローの状態になり、第１段〜第５段熱交換器Ｈ１〜Ｈ５
…の全域に亘って排気ガスと水との間の温度差を最大限
に確保し、両者間の熱交換効率の向上に寄与することが
できる。
管３２側に流れるのに対して、水は排気管３２側から内
燃機関１側に流れるため、排気ガスおよび水はクロスフ
ローの状態になり、第１段〜第５段熱交換器Ｈ１〜Ｈ５
…の全域に亘って排気ガスと水との間の温度差を最大限
に確保し、両者間の熱交換効率の向上に寄与することが
できる。
【００８１】また図４から明らかなように、蒸発器３の
幅（内燃機関１のクランクシャフト方向の幅）は３個の
シリンダボア１４…の幅と大差がなく、極めてコンパク
トである。しかも１６本のボルト５９…を緩めるだけで
蒸発器３をシリンダヘッド１２から取り外すことができ
るので、メンテナンスが容易であるばかりか、カバー７
１によって蒸発器３全体が高剛性に一体化されるので、
内燃機関１の振動に対する耐久性も向上する。
幅（内燃機関１のクランクシャフト方向の幅）は３個の
シリンダボア１４…の幅と大差がなく、極めてコンパク
トである。しかも１６本のボルト５９…を緩めるだけで
蒸発器３をシリンダヘッド１２から取り外すことができ
るので、メンテナンスが容易であるばかりか、カバー７
１によって蒸発器３全体が高剛性に一体化されるので、
内燃機関１の振動に対する耐久性も向上する。
【００８２】更に、排気通路３３を３段のジグザグ状に
折り曲げるとともに、第１段〜第４段熱交換器Ｈ１〜Ｈ
４…を半径方向に積層して配置したので、サーマルリー
クを最小限に抑え、かつ蒸発器３の内部からの騒音の放
散を防止しながら、蒸発器３全体の寸法を極力小型化し
て内燃機関Ｅのシリンダヘッド１２にコンパクトに配置
することができる。
折り曲げるとともに、第１段〜第４段熱交換器Ｈ１〜Ｈ
４…を半径方向に積層して配置したので、サーマルリー
クを最小限に抑え、かつ蒸発器３の内部からの騒音の放
散を防止しながら、蒸発器３全体の寸法を極力小型化し
て内燃機関Ｅのシリンダヘッド１２にコンパクトに配置
することができる。
【００８３】また第１段〜第５段熱交換器Ｈ１〜Ｈ５
…、プレ触媒装置３４およびメイン触媒装置３５を半径
方向に積層して迷路状に配置したので、その消音効果で
廃熱回収装置２の外部に排気騒音が漏れるのを効果的に
防止することができるだけでなく、主に第１段〜第５段
熱交換器Ｈ１〜Ｈ５…により排気ガス温度の低減効果を
得ることができる。これにより、排気マフラーを簡略化
したり省略したりすることが可能になり、排気装置その
もののコンパクト化や軽量化が可能になる。しかも排気
ガス温度の低下により特に第１段熱交換器Ｈ１の下流側
の排気通路の温度が低下するので、耐熱性に対する設計
自由度が増加して排気通路にプラスティック等の材料を
使用することが可能となる。その結果、排気通路の形状
の自由度、車両への取付の自由度、冷却性に対する自由
度等が増加し、従来排気装置によって制約を受けていた
車両全体の設計自由度を高めるとともに、排気装置全体
の軽量化に資することができる。
…、プレ触媒装置３４およびメイン触媒装置３５を半径
方向に積層して迷路状に配置したので、その消音効果で
廃熱回収装置２の外部に排気騒音が漏れるのを効果的に
防止することができるだけでなく、主に第１段〜第５段
熱交換器Ｈ１〜Ｈ５…により排気ガス温度の低減効果を
得ることができる。これにより、排気マフラーを簡略化
したり省略したりすることが可能になり、排気装置その
もののコンパクト化や軽量化が可能になる。しかも排気
ガス温度の低下により特に第１段熱交換器Ｈ１の下流側
の排気通路の温度が低下するので、耐熱性に対する設計
自由度が増加して排気通路にプラスティック等の材料を
使用することが可能となる。その結果、排気通路の形状
の自由度、車両への取付の自由度、冷却性に対する自由
度等が増加し、従来排気装置によって制約を受けていた
車両全体の設計自由度を高めるとともに、排気装置全体
の軽量化に資することができる。
【００８４】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。
【００８５】例えば、実施例では第１の熱交換器が第２
段熱交換器Ｈ２，第３段熱交換器Ｈ３および第４段熱交
換器Ｈ４の３個の熱交換器から構成されているが、それ
を３個以外の個数の熱交換器から構成することができ
る。同様に、実施例では第２の熱交換器が第１段熱交換
器Ｈ１だけから構成されているが、それを２個以外の個
数の熱交換器から構成することができる。
段熱交換器Ｈ２，第３段熱交換器Ｈ３および第４段熱交
換器Ｈ４の３個の熱交換器から構成されているが、それ
を３個以外の個数の熱交換器から構成することができ
る。同様に、実施例では第２の熱交換器が第１段熱交換
器Ｈ１だけから構成されているが、それを２個以外の個
数の熱交換器から構成することができる。
【００８６】また実施例では３気筒の内燃機関１を例示
したが、本発明は３気筒以外の多気筒内燃機関に対して
も適用することができる。
したが、本発明は３気筒以外の多気筒内燃機関に対して
も適用することができる。
【００８７】
【発明の効果】以上のように請求項１に記載された発明
によれば、多気筒内燃機関の各燃焼室から延びる排気通
路毎に第１の熱交換器を配置したので、燃焼室から出た
直後の高温の排気ガスを第１の熱交換器に作用させて高
い熱交換効率を得ることができ、しかも排気干渉の発生
を回避して内燃機関の出力低下を防止することができ
る。また燃焼室から出た直後の排気ガスは圧力低下が少
ないため、排気脈動流の伝熱促進効果による熱交換効率
の向上を期待することができる。更に少なくとも２個の
排気通路の集合部に第２の熱交換器を配置したので、合
流により脈動がなくなり、かつ温度が均一になった排気
ガスを第２の熱交換器に作用させることにより熱交換効
率を高めることができる。
によれば、多気筒内燃機関の各燃焼室から延びる排気通
路毎に第１の熱交換器を配置したので、燃焼室から出た
直後の高温の排気ガスを第１の熱交換器に作用させて高
い熱交換効率を得ることができ、しかも排気干渉の発生
を回避して内燃機関の出力低下を防止することができ
る。また燃焼室から出た直後の排気ガスは圧力低下が少
ないため、排気脈動流の伝熱促進効果による熱交換効率
の向上を期待することができる。更に少なくとも２個の
排気通路の集合部に第２の熱交換器を配置したので、合
流により脈動がなくなり、かつ温度が均一になった排気
ガスを第２の熱交換器に作用させることにより熱交換効
率を高めることができる。
【００８８】また請求項２に記載された発明によれば、
上流側の第１の熱交換器と下流側の第２の熱交換器とが
相互に連通するので、排気ガスは第１の熱交換器および
第２の熱交換器を順次通過して有効に熱交換される。
上流側の第１の熱交換器と下流側の第２の熱交換器とが
相互に連通するので、排気ガスは第１の熱交換器および
第２の熱交換器を順次通過して有効に熱交換される。
【００８９】また請求項３に記載された発明によれば、
第１の熱交換器および第２の熱交換器を一体化したの
で、内燃機関に対する熱交換器の着脱が容易になってメ
ンテナンス性が向上するだけでなく、一体化構造により
熱交換器の剛性が向上して内燃機関の振動に対する耐久
性が向上する。
第１の熱交換器および第２の熱交換器を一体化したの
で、内燃機関に対する熱交換器の着脱が容易になってメ
ンテナンス性が向上するだけでなく、一体化構造により
熱交換器の剛性が向上して内燃機関の振動に対する耐久
性が向上する。
【００９０】また請求項４に記載された発明によれば、
第１の熱交換器の外周部に第２の熱交換器を積層したの
で、第１の熱交換器を通過する排気ガスの熱が外部にリ
ークするのを外側の第２の熱交換器で抑制し、排気ガス
の熱を無駄なく回収することができる。
第１の熱交換器の外周部に第２の熱交換器を積層したの
で、第１の熱交換器を通過する排気ガスの熱が外部にリ
ークするのを外側の第２の熱交換器で抑制し、排気ガス
の熱を無駄なく回収することができる。
【００９１】また請求項５に記載された発明によれば、
熱媒は排気ガスの流れ方向と逆方向である第２の熱交換
器から第１の熱交換器へと流れるので、排気ガスの温度
と熱媒の温度との温度差を排気通路の全域に亘って大き
く確保して排気ガスの熱を無駄なく回収することができ
る。
熱媒は排気ガスの流れ方向と逆方向である第２の熱交換
器から第１の熱交換器へと流れるので、排気ガスの温度
と熱媒の温度との温度差を排気通路の全域に亘って大き
く確保して排気ガスの熱を無駄なく回収することができ
る。
【図１】ランキンサイクルを用いた駆動装置の全体構成
を示す図
を示す図
【図２】駆動装置の動力伝達装置の構造を示す図
【図３】内燃機関のシリンダヘッド部の縦断面図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】図３の要部拡大断面図
【図６】図５の６−６線断面図
【図７】図５の要部拡大図
【図８】図６の要部拡大図
【図９】第４段熱交換器の伝熱管を示す図
【図１０】プレ触媒装置の分解斜視図
【図１１】蒸発器の給水経路を示す模式図
【図１２】蒸発器の分解斜視図
【図１３】実施例および比較例の触媒装置および熱交換
器の配置を示す図
器の配置を示す図
【図１４】低温始動時における排気ポートからの距離と
排気ガス温度との関係を示すグラフ
排気ガス温度との関係を示すグラフ
【図１５】高温時における排気ポートからの距離と排気
ガス温度との関係を示すグラフ
ガス温度との関係を示すグラフ
【図１６】複数給水の効果を説明するグラフ
【図１７】レイノルズ数と伝熱性能との関係を定常流お
よび脈動流について示したグラフ
よび脈動流について示したグラフ
【図１８】レイノルズ数と伝熱性能との関係を異なる排
気圧力について示したグラフ
気圧力について示したグラフ
１ 多気筒内燃機関 ３３ 排気通路 Ｈ１ 第１段熱交換器（第２の熱交換器） Ｈ２ 第２段熱交換器（第１の熱交換器） Ｈ３ 第３段熱交換器（第１の熱交換器） Ｈ４ 第４段熱交換器（第１の熱交換器）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 勤 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 和泉 秀治 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3L103 AA32 BB39 CC02 CC27 DD05 DD62
Claims (5)
- 【請求項１】 多気筒内燃機関（１）の各燃焼室（１
６）から延びる排気通路（３３）毎に第１の熱交換器
（Ｈ２〜Ｈ４）を配置するとともに、少なくとも２個の
排気通路（３３）の集合部に第２の熱交換器（Ｈ１）を
配置したことを特徴とする多気筒内燃機関の熱交換器。 - 【請求項２】 排気ガスの流れ方向上流側に位置する第
１の熱交換器（Ｈ２〜Ｈ４）と下流側に位置する第２の
熱交換器（Ｈ１）とが相互に連通することを特徴とす
る、請求項１に記載の多気筒内燃機関の熱交換器。 - 【請求項３】 第１の熱交換器（Ｈ２〜Ｈ４）および第
２の熱交換器（Ｈ１）を一体化したことを特徴とする、
請求項１または２に記載の多気筒内燃機関の熱交換器。 - 【請求項４】 第１の熱交換器（Ｈ２〜Ｈ４）の外周部
に第２の熱交換器（Ｈ１）を積層したことを特徴とす
る、請求項１〜３の何れかに記載の多気筒内燃機関の熱
交換器。 - 【請求項５】 熱媒は第２の熱交換器（Ｈ１）から第１
の熱交換器（Ｈ２〜Ｈ４）へと流れることを特徴とす
る、請求項１〜４の何れかに記載の多気筒内燃機関の熱
交換器。
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