JP2019157731A

JP2019157731A - エンジン

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Publication number: JP2019157731A
Application number: JP2018044184A
Authority: JP
Inventors: 芳尚乃生; Yoshihisa Noo; 祐輔小池; Yusuke Koike; 樫本　正章; Masaaki Kashimoto; 正章樫本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-09-19

Abstract

【課題】より高効率に排熱を回収することができ、更に高いエネルギ効率を実現することができるエンジンを提供する。【解決手段】エンジンは、エンジン本体と排熱回収装置７とを備える。エンジン本体のシリンダヘッド２２には、排気ポート２１６が形成されている。排気ポート２１６は、排気ポート開口部２１２から斜め上方に立ち上がった後に、上向きに凸の形状で湾曲形成されている。排気ポート２１６は、排気バルブの中心軸Ａｘ２８よりも気筒軸Ａｘ２０側の領域に、湾曲に係る弧の外側に向けて窪んだ凹部２１６ｂを有する。排熱回収装置７のヒートパイプ７６は、先端部７６ａが凹部２１６ｂ内または凹部２１６ｂに隣接する領域に配設された部分を有する。【選択図】図８

Description

本発明は、エンジンに関し、特に、排熱回収装置を備えるエンジンに関する。

車両等で用いられるエンジンには、省燃費及び環境負荷の低減などのために更なるエネルギ効率の向上が求められている。エンジンにおけるエネルギ効率の向上のための一方策として、燃焼室から排出される排気ガスの熱を回収し、当該回収した熱を再利用する方法がある。

特許文献１には、２つのループ式ヒートパイプを備える排熱回収構造が開示されている。２つのループ式ヒートパイプのうちの一方は、排気通路における触媒装置よりも下流側を流れる排気ガスから熱を回収し、当該回収した熱を触媒装置に供給するように構成されている。他方のループ式ヒートパイプは、触媒装置から排出される熱を回収し、当該回収した熱をエンジンの冷却水に供給するように構成されている。

特許文献１では、上記のように回収した排熱を利用して、触媒装置の昇温促進と冷却水の昇温促進とを図ることができるので、エネルギ効率の向上を図ることができるとされている。

特開２０１０−５９９６０号公報

しかしながら、エンジンのエネルギ効率を更に高効率化しようとするとき、上記特許文献１に開示の技術をはじめとする従来技術には更なる改善の余地がある。例えば、上記特許文献１に開示の構成では、排気通路における触媒装置よりも下流側の箇所、および触媒装置からそれぞれ排熱を回収する構成としているので、エンジンの燃焼室から触媒装置までの間の熱が外部へと逃げて行くこととなる。

本発明は、上記のような問題の解決を図ろうとなされたものであって、より高効率に排熱を回収することができ、更に高いエネルギ効率を実現することができるエンジンを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るエンジンは、燃焼室を構成する気筒と、当該燃焼室に対して開口部で接続された排気ポートと、前記開口部の開閉を行う排気バルブと、を有するエンジン本体と、前記排気ポート中に少なくとも一部が配設されたヒートパイプを有し、当該ヒートパイプで前記排気ポート中を流れる排気ガスから受熱する排熱回収装置と、を備え、前記排気ポートは、前記排気バルブの中心軸の周辺領域よりも前記開口部側の部分が、前記気筒の軸方向上側に向けて凸となるように湾曲されており、前記排気ポートにおける前記湾曲された部分は、前記排気バルブの中心軸よりも前記気筒の中心軸側の領域において、前記湾曲に係る弧の外側に向けて窪んだ凹部を有し、前記ヒートパイプは、前記凹部内または当該凹部に隣接する領域に配設された部分を有する。

上記態様に係るエンジンでは、排気ポート内にヒートパイプが配設されているので、排気通路における触媒装置よりも下流側にヒートパイプが配設された上記特許文献１の構造に比べて、より高効率に排熱の回収が可能である。

また、上記態様に係るエンジンでは、排気ポートにおける湾曲に係る弧の外側に向けて窪んだ凹部が形成されているので、燃焼室から排出された排気ガスが凹部内で旋回する。このため、排気ポートにおける凹部を囲む内壁面は、排気ガスの熱をより効率的に受け、これより相対的に高温化する。そして、上記態様に係るエンジンでは、排熱回収装置のヒートパイプが凹部内または隣接領域に配設された部分を有するので、効果的に熱回収を行うことが可能である。なお、上記のように、排気ガスの一部は、排気ポートの凹部で旋回するが、この旋回による排気抵抗の増大は小さく抑制された状態である。

従って、上記態様に係るエンジンでは、より高効率に排熱を回収することができ、更に高いエネルギ効率を実現することができる。

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記ヒートパイプは、前記排気ポートの中心軸よりも前記気筒の軸方向上側の領域に配設された部分を有する。

上記態様に係るエンジンでは、ヒートパイプが、排気ポートの中心軸よりも気筒の軸方向上側の領域に配置された部分を有する。即ち、上記態様に係るエンジンでは、ヒートパイプの少なくとも一部が排気ガスの流速が相対的に速い領域（排気ポートの中心軸よりも気筒の軸方向上側の領域）に配置されていることとなる。よって、上記態様に係るエンジンでは、より高効率に排熱の回収が可能である。

なお、上記における「気筒の軸方向」とは、気筒内におけるピストンの移動方向に基づく方向であり、「上側」は、ピストンの移動における下死点から上死点に向けての方向である。

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記ヒートパイプは、前記排気ポートの周囲の壁面に対して隙間を空けて沿った状態で配設された部分を有する。

上記態様に係るエンジンでは、ヒートパイプが、排気ポートの周囲の壁面に対して隙間を空けた状態で配設された部分を有するので、排気ポートの周囲の壁面とヒートパイプとの間にも排気ガスが流れ、高い受熱効率を実現することができる。

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記排気ポートは、前記湾曲に係る弧の内側に向けて窪んだ第２凹部を有し、前記ヒートパイプは、前記第２凹部内または当該凹部に隣接する領域に配設された部分を有する。

上記態様に係るエンジンでは、排気ポートに第２凹部が形成され、ヒートパイプが、当該第２凹部内に侵入または隣接するように配設された部分を有する。上記と同様に、第２凹部においても排気ガスが旋回し、該第２凹部の内壁面も高温となる。そして、ヒートパイプが、第２凹部に侵入または隣接するように配設された部分を有するので、より高効率に排気ガスの熱を熱回収装置へと回収することができる。

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記排気ポートは、前記燃焼室に対して開口された第１開口部に繋がる第１独立排気ポートと、前記燃焼室に対して前記第１開口部とは別に開口された第２開口部に繋がる第２独立排気ポートと、前記排気ガスの流れ方向の下流側で前記第１独立排気ポートと前記第２独立排気ポートとが集合されてなり、前記第１独立排気ポートおよび前記第２独立排気ポートに連続する集合排気ポートと、を有し、前記凹部は、前記第１独立排気ポートおよび前記第２独立排気ポートのそれぞれに設けられている。

上記態様に係るエンジンでは、１つの燃焼室に対して２つの独立排気ポートを接続しているので、高い排気効率を実現することができる。

また、上記態様に係るエンジンでは、２つの独立排気ポートのそれぞれに凹部が設けられているので、燃焼室から排出された直後に排気ガスから熱を回収することができる。よって、上記態様に係るエンジンでは、より高い効率での排熱回収が可能である。

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記排気ポートの中心軸から前記凹部の周囲の内壁面までの距離を、前記排気ガスの流れ方向における上流側から下流側への順に、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３とするとき、Ｒ_１＜Ｒ_２およびＲ_２＞Ｒ_３の両関係を満足する。

上記態様に係るエンジンでは、排気ポートの中心軸から凹部の周囲の内壁面までの距離Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３が上記の関係を満足するので、開口部から排出された排気ガスの一部が凹部内で円滑に旋回する。このため、上記態様に係るエンジンでは、更に高効率に排熱回収が可能である。

なお、上記における凹部の形状は、樽の側壁の一部を切り取った場合の、当該側壁における内壁面の一部に類似した形状である。

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記内壁面は、滑らかな曲面で構成されている。

上記態様に係るエンジンでは、排気ポートにおける凹部の周囲の内壁面が滑らかな面で構成されているので、排気抵抗の増大を抑制することができる。

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記排気ガスから凝縮水を回収し、当該回収した前記凝縮水を前記燃焼室内に供給する水供給装置を更に備え、前記排熱回収装置は、前記受熱した熱を前記水供給装置における前記凝縮水に供給する。

上記態様に係るエンジンでは、回収した排熱を用いて水供給装置の凝縮水の温度上昇を図るので、更なる熱効率の向上を図ることができる。

上記の各態様に係るエンジンでは、より高効率に排熱を回収することができ、更に高いエネルギ効率を実現することができる。

実施形態１に係るエンジンの概略構成を示す模式図である。エンジン本体における気筒の構成を示す模式平面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す図であって、エンジン本体における気筒の構成を示す模式断面図である。図２のＩＶ−ＩＶ断面を示す図であって、燃焼室に対する水噴射弁の配設構造を示す模式断面図である。排気ポートに対する排熱回収装置の配設構造を示す模式平面図である。排気ポートに対する排熱回収装置の配設構造を示す模式断面図である。排熱回収装置の構成を示す模式断面図である。排気ポートの形状と、排気ポートに対するヒートパイプの配設形態を説明するための模式断面図である。図８のＩＸ−ＩＸ断面を示す図であって、排気ポートの横断面における凹部の構造を示す模式断面図である。排気ポートにおける凹部が形成された部分とその周辺領域における排気ガスの流れを示す模式断面図である。実施形態２に係るエンジンでの、排気ポートの形状と、排気ポートに対する排熱回収装置の配設構造を示す模式断面図である。実施形態３に係るエンジンが備える排熱回収装置の構成を示す模式断面図である。実施形態３に係るエンジンでの、排気ポートに対する排熱回収装置の配設構造を示す模式断面図である。実施形態４に係るエンジンでの、排気ポートの形状と、排気ポートに対する排熱回収装置の配設構造を示す模式断面図である。図１４のＸＶ−ＸＶ断面を示す図であって、排気ポートの横断面における凹部の構造を示す模式断面図である。実施形態４に係るエンジン本体での、排気ポートにおける凹部が形成された領域における排気ガスの流れを示す模式断面図である。

以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の一態様であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。

なお、以下で用いる図面において、「Ｉｎ」は吸気側、「Ｅｘ」は排気側を示し、また、「Ｕｐ」は気筒軸方向上側、「Ｌｏ」は気筒軸方向下側を示す。

［実施形態１］
１．エンジン１の概略構成
実施形態１に係るエンジン１の概略構成について、図１を用い説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、エンジン本体２と、吸気装置３と、排気装置４と、ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置５と、水供給装置６と、を備える。エンジン本体２は、一例として、直列に配列された４つの気筒２０を有する直列４気筒のガソリンエンジンである。

吸気装置３は、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、エアクリーナ３２と、スロットルバルブ３３と、を有する。吸気マニホールド３１は、エンジン本体２の各気筒２０に接続された４つの独立吸気通路と、４つの独立吸気通路が集合されてなる集合吸気通路とから構成されている。

エアクリーナ３２は、吸気通路３０の空気の流れ方向上流端に設けられている。スロットルバルブ３３は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３２よりも空気の流れ方向下流側の箇所に挿設されている。

排気装置４は、排気通路４０と、排気マニホールド４１と、排気シャッターバルブ４２と、触媒装置４３と、を有する。排気マニホールド４１は、エンジン本体２の各気筒２０に接続された４つの独立排気通路と、４つの独立排気通路が集合されてなる集合排気通路とから構成されている。

触媒装置４３は、排気通路４０における排気マニホールド４１の排気ガスの流れ方向下流側に設けられている。本実施形態に係るエンジン１では、触媒装置４３は、後述する熱交換器６５の保温ケース６５０の内方に収納されている。

ＥＧＲ装置５は、ＥＧＲ通路５０と、ＥＧＲクーラ５１と、ＥＧＲバルブ５２と、を有する。ＥＧＲ通路５０は、排気通路４０と排気マニホールド４１との接続部分と、吸気通路３０と吸気マニホールド３１との接続部分と、を接続するように設けられている。ＥＧＲクーラ５１は、ＥＧＲガスの温度を低減するために設けられており、水冷式又は空冷式の何れか、あるいは併用式である。

ＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲ通路５０におけるＥＧＲクーラ５１よりもＥＧＲガスの流れ方向上流側に設けられている。ＥＧＲバルブ５２は、排気通路４０から吸気通路３０に還流させるＥＧＲガスの流量を制御するために設けられている。

水供給装置６は、コンデンサ６０と、水配管６１，６３，６６と、水タンク６２と、低圧ポンプ６３および高圧ポンプ６７と、蓄圧レール６８と、４つの水噴射弁６９と、を有する。コンデンサ６０は、排気通路４０における排気シャッターバルブ４２よりも排気ガスの流れ方向上流側に配設されている。

コンデンサ６０は、排気通路４０中を流れる排気ガスに含まれる水分を凝縮させるための熱交換器である。即ち、コンデンサ６０では、冷媒との熱交換により排気ガスを冷却し、排気ガス中に含まれる水分が凝縮する。そして、コンデンサ６０で得られた凝縮水Ｗは、水配管６１を通り水タンク６２へと送られる。なお、図１では、コンデンサ６０と水タンク６２との詳細な配置関係を図示していないが、実際にはコンデンサ６０の鉛直下方側に水タンク６２が配されており、自然流下により凝縮水Ｗがコンデンサ６０から水タンク６２へと流れる。

低圧ポンプ６４は、水配管６３中に挿設されており、水タンク６２に貯留された凝縮水Ｗを加圧して、熱交換器６５へと送り込む。

熱交換器６５は、排気通路４０におけるコンデンサ６０が挿設された箇所よりも排気ガスの流れ方向上流側に配設されている。そして、熱交換器６５は、保温ケース６５０と、蓄熱部材６５１と、細管６５２と、を有する。

保温ケース６５０は、触媒装置４３および排気通路４０の一部（触媒下流配管部４０ａ）の外側を覆うように形成されている。保温ケース６５０の外周壁は、二重壁構造となっており、当該二重壁構造の壁部同士の間に蓄熱部材６５１が充填されている。

細管６５２は、保温ケース６５０の内方において、触媒下流配管部４０ａの周囲を螺旋状に巻回形成されている。細管６５２は、一端が水配管６３に接続され、他端が水配管６６に接続されている。細管６５２には、水配管６３から供給された凝縮水Ｗが流れる。細管６５２を流れる凝縮水Ｗは、保温ケース６５０内で触媒装置４３および触媒下流配管部４０ａからの熱を受けて昇温される（例えば、１５０℃〜２５０℃）。

なお、本実施形態では、蓄熱部材６５１の一例として、エリスリトールなどを用いた潜熱蓄熱部材や、塩化カルシウムなどを用いた化学蓄熱部材などを採用することができる。エリスリトールなどを用いた潜熱蓄熱部材は、加熱に伴う溶融により熱エネルギを蓄熱する。塩化カルシウムなどを用いた化学蓄熱部材は、加熱に伴う化学反応により熱エネルギを蓄熱する。

高圧ポンプ６７は、水配管６６中に挿設されており、熱交換器６５で昇温された凝縮水Ｗを加圧して、蓄圧レール６８へと送り込む。高圧ポンプ６７は、凝縮水Ｗの流れ方向上流側の低圧ポンプ６４で加圧された凝縮水Ｗを更に加圧するものであり、蓄圧レール６８内の凝縮水Ｗの圧力が、例えば２２ＭＰａとなるように凝縮水を加圧する。

蓄圧レール６８は、水配管６６の下流端に接続されている。蓄圧レール６８は、エンジン本体２における気筒２０の配列方向に延び、各気筒２０毎に分岐されている。４つの水噴射弁６９のそれぞれは、蓄圧レール６８における分岐された枝管（図示を省略。）に接続されている。

４つの水噴射弁６９のそれぞれからは、各気筒２０の燃焼室内に対して、高温・高圧化された状態（超臨界状態）の凝縮水Ｗが噴射される。ここで、超臨界状態とは、３７４℃（６４７Ｋ）以上の温度と、２２ＭＰａ以上の圧力を有することにより、液体と気体との性質を併せ持った特殊な状態（液体、気体、固体の三相の何れにも当てはまらない状態）の水のことをいう。

なお、燃焼室に対して超臨界水を噴射するのは、圧縮行程の後期から膨張行程の初期にかけての期間内であって、且つ、燃料噴射後から燃焼開始前の期間内に実行される。

２．エンジン本体２における気筒２０の構成
エンジン本体２における気筒２０の構成について、図２から図４を用い説明する。図２は、エンジン本体２における気筒２０の構成を示す模式平面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す模式断面図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ断面を示す模式断面図である。

図２に示すように、本実施形態に係るエンジン本体２の気筒２０には、２つの吸気ポート開口部２０１，２０２と２つの排気ポート開口部２１１，２１２とが設けられている。吸気ポート開口部２０１からは独立吸気ポート２０３が吸気側（Ｉｎ側）に延び、吸気ポート開口部２０２からは独立吸気ポート２０４が吸気側（Ｉｎ側）に延びている。独立吸気ポート２０３は、吸気ポート開口部２０１を介して燃焼室２００に接続され、独立吸気ポート２０４は、吸気ポート開口部２０２を介して燃焼室２００に接続されている。

独立吸気ポート２０３と独立吸気ポート２０４とは、空気の流れ方向上流側で集合されている（集合吸気ポート２０５）。本実施形態では、独立吸気ポート２０３，２０４と集合吸気ポート２０５とを合せて吸気ポート２０６と呼ぶ。

排気ポート開口部２１１からは独立排気ポート２１３が排気側（Ｅｘ側）に延び、排気ポート開口部２１２からは独立排気ポート２１４が排気側（Ｅｘ側）に延びている。独立排気ポート２１３と独立排気ポート２１４とは、排気ガスの流れ方向下流側で集合されている（集合排気ポート２１５）。独立排気ポート２１３は、排気ポート開口部２１１を介して燃焼室２００に接続され、独立排気ポート２１４は、排気ポート開口部２１２を介して燃焼室２００に接続されている。本実施形態では、独立排気ポート２１３，２１４と集合排気ポート２１５とを合わせて排気ポート２１６と呼ぶ。

気筒２０には、燃料噴射弁２２０と、点火栓２２１と、水噴射弁６９と、が設けられている。燃料噴射弁２２０および点火栓２２１は、気筒２０における吸排気方向（Ｉｎ−Ｅｘ方向）の中央部に設けられている。

一方、水噴射弁６９は、気筒２０の排気側（Ｅｘ側）の外縁部分であって、独立排気ポート２１３と独立排気ポート２１４との間の部分に設けられ、ノズル部６９ａが吸気側（Ｉｎ側）を向くように配設されている。

図３に示すように、エンジン本体２は、シリンダブロック２１と、シリンダヘッド２２と、シリンダライナ２３と、ピストン２４と、バルブシート２５，２６と、吸気バルブ２７と、排気バルブ２８と、バルブガイド部１１０，１１１と、を有する。シリンダライナ２３は、シリンダブロック２１に対して、気筒２０のボアを取り囲む状態で嵌め込まれている。

ピストン２４は、シリンダライナ２３の内側に設けられており、上下方向（Ｕｐ−Ｌｏ方向）に摺動する。本実施形態に係るエンジン本体２では、シリンダライナ２３の内周面と、ピストン２４の冠面（上側の面）と、シリンダヘッド２２の天井面２００ａと、で燃焼室２００が画定されている。

バルブシート２５は、吸気ポート開口部２０２の燃焼室側周縁に対して嵌入されており、バルブシート２６は、排気ポート開口部２１２の燃焼室側周縁に対して嵌入されている。吸気バルブ２７は、筒状のバルブガイド部１１１により摺動自在に支持されており、吸気ポート開口部２０２の開閉を実行する。吸気バルブ２７によって吸気ポート開口部２０２が閉じられている状態では、吸気バルブ２７の傘部２７ａの上側面がバルブシート２５と気密に当接した状態となる。

同様に、排気バルブ２８は、筒状のバルブガイド部１１０により摺動自在に支持されており、排気ポート開口部２１２の開閉を実行する。排気バルブ２８によって排気ポート開口部２１２が閉じられている状態では、排気バルブ２８の傘部２８ａの上側面がバルブシート２６と気密に当接した状態となる。

燃料噴射弁２２０は、燃焼室２００に対して天井面２００ａの上方から燃料を噴射できるように配設されている。

図４に示すように、シリンダヘッド２２には、排気側（Ｅｘ側）の部分に水噴射弁６９が配設されている。水噴射弁６９は、ノズル部６９ａが天井面２００ａに開けられた孔部２００ｂから燃焼室２００を臨むようになっている。

水噴射弁６９の配設姿勢は、当該水噴射弁６９の中心軸Ａｘ_６９が気筒軸（気筒２０の中心軸）Ａｘ_２０に対してなす角度が、バルブ２７，２８の各中心軸Ａｘ_２７，Ａｘ_２８がなす角度よりも大きくなっている。即ち、水噴射弁６９からの水（凝縮水Ｗ）の噴射は、気筒軸Ａｘ_２０に対して大きな角度を以ってなされるようになっている。これにより、水がピストン２４の冠面に対して直撃しないようになっている。

３．シリンダヘッド２２に対する排熱回収装置７の配設構造
本実施形態に係るエンジン１では、上記の各構成に加えて、エンジン本体２のシリンダヘッド２２に取り付けられた排熱回収装置７を備える。シリンダヘッド２２に対する排熱回収装置７の配設構造について、図５および図６を用い説明する。図５は、シリンダヘッド２２の一部と排熱回収装置７とを気筒軸方向上側から見た状態で示す模式平面図であり、図６は、シリンダヘッド２２と排熱回収装置７とを断面方向に見た模式断面図である。

図５に示すように、排熱回収装置７は、水タンク７０から一方向（シリンダヘッド２２の吸気側方向）に向けて延びる６本のヒートパイプ７１および４本のヒートシンク７６を有する。２本のヒートパイプ７１および２本のヒートパイプ７６は、その先端が独立排気ポート２１３内に位置するように延びており、２本のヒートパイプ７１および２本のヒートパイプ７６は、その先端が独立排気ポート２１４内に位置するように延びている。残りの２本のヒートパイプ７１は、その先端が集合排気ポート２１５に位置している。

図６に示すように、排熱回収装置７の水タンク７０は、シリンダヘッド２２の排気側（Ｅｘ側）の外部に配置されており、６本のヒートパイプ７１および４本のヒートパイプ７６は、フランジ部４４を挿通して排気ポート２１６内に挿入されている。そして、４本のヒートパイプ７６は、先端が排気バルブ２８の軸部よりも気筒の中心軸側まで挿入されている。

４．排熱回収装置７の詳細構造
排熱回収装置７の詳細構造について、図７を用い説明する。図７は、排熱回収装置７の詳細構成を示す模式断面図である。

図７に示すように、排熱回収装置７は、水を貯留する水タンク７０と、水タンク７０の内方と外方とを挿通するように設けられたヒートパイプ７１およびヒートパイプ７６と、を有する。水タンク７０からヒートパイプ７１およびヒートパイプ７６が延出された部分は、耐熱シール部７２が設けられている。耐熱シール部７２の内部においては、ヒートパイプ７１およびヒートパイプ７６の周囲が無機シール部７３でシールされている。

ヒートパイプ７１内およびヒートパイプ７６内には、長手方向に延びる内空部分が設けられており、当該内空部分には、伝熱媒体が封入されている。本実施形態においては、伝熱媒体の一例としてナトリウム（Ｎａ）が採用されている。

水タンク７０の外周部には、耐食層７５およびコーティング層７４が順に積層されている。本実施形態において、耐食層７５は、一例として、ニッケル基超合金を用い形成されている。また、コーティング層７４は、耐熱性および断熱性を有する構成とされている。

ヒートパイプ７１およびヒートパイプ７６により回収された排気ガスの熱は、水タンク７０内の水を昇温する。水タンク７０内で昇温された水は、水噴射弁６９に対して供給される。これにより、水供給装置６における熱交換器６５で昇温された凝縮水が、更に昇温されて３７４℃（６４７Ｋ）以上の状態となり、水噴射弁６９から燃焼室２００に噴射される。

なお、水噴射弁６９から噴射される凝縮水Ｗは、上記のように超臨界状態（３７４℃以上、２２ＭＰａ以上の状態）であるため、燃焼室２００に噴射された直後に気相状態となる。

５．排気ポート２１６の形状と排気ポート２１６に対するヒートパイプ７６の配設形態
排気ポート２１６の形状と、排気ポート２１６に対するヒートパイプ７６の配設形態について、図８および図９を用い説明する。図８は、排気ポート２１６の断面形状と、排気ポート２１６に対するヒートパイプ７６の配設形態を説明するための模式断面図であり、図９は、図８のＩＸ−ＩＸ断面を示す模式断面図である。

先ず、図８に示すように、本実施形態に係るシリンダヘッド２２では、排気ポート２１６における上流側の部分が気筒軸方向上側（Ｕｐ側）に凸となるように湾曲した形状となっている。本実施形態において、排気ポート２１６における湾曲された部分は、具体的に排気バルブ２８（図８では、図示を省略。）の中心軸Ａｘ_２８の周辺領域から開口部２１２に至る領域である。

なお、図８では、１つの気筒２０についてだけ図示をしているが、他の気筒２０においても同様の構成の排気ポート２１６を備える構造となっている。また、Ｕｐ側に凸となるように湾曲しているのは、独立排気ポート２１３，２１４の各上流側部分である。

次に、図８に示すように、排気ポート２１６には、湾曲の弧の外側となる部分に凹部２１６ｂが形成されている。図９に示すように、凹部２１６ｂは、当該部分２１６ｂで排気ポート２１６の径方向外側に窪んだ部分である。

図８に示すように、排気ポート２１６における凹部２１６ｂは、バルブガイド部１１０の内側を摺動する排気バルブ２８（図８では、図示を省略。）の中心軸Ａｘ_２８よりも、気筒軸Ａｘ_２０側の部分に設けられている。

図８のＢ部に示すように、排気ポート２１６の中心軸Ａｘ_２１６から凹部２１６ｂの周囲の内壁面２１６ｃまでの距離（中心軸Ａｘ_２１６に対して直交する方向での最短距離）を、排気ガスの流れ方向の上流側から下流側への順にとり、Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３とする。このとき、本実施形態では、次の関係を満足する。

Ｒ_１＜Ｒ_２・・（数１）
Ｒ_２＞Ｒ_３・・（数２）
上記の（数１）および（数２）の関係を満足する凹部２１６ｂの形状は、図８に示すように、樽の側壁の一部を切り取った場合の、当該側壁における内壁面の一部に類似した形状である。

なお、凹部２１６ｂの周囲の内壁面２１６ｃは、滑らかな曲面で構成されている。

排熱回収装置７におけるヒートパイプ７６は、その先端部７６ａが凹部２１６ｂに侵入または隣接した状態となるように配置されている。なお、図８では、図示を省略しているが、排熱回収装置７におけるヒートパイプ７１は、その先端部が排気バルブ２８の中心軸Ａｘ_２８に対して、気筒軸Ａｘ_２０とは反対側の部分に配置されている。

ここで、図８に示すように、排気ポート２１６は、上記のように上側（Ｕｐ側）に凸となるように湾曲した形状部分を有しているが、排熱回収装置７におけるヒートパイプ７６は、排気ポート２１６の中心軸Ａｘ_２１６よりも湾曲に係る弧の外側に配設されている。このように、本実施形態に係るエンジン１では、ヒートパイプ７１を排気ポート２１６における排気ガスの流速の速い領域に配設し、高効率での排熱回収が可能となる。なお、図８では図示を省略しているが、ヒートパイプ７１についても、排気ポート２１６の中心軸Ａｘ_２１６よりも湾曲に係る弧の外側に配設されている。

さらに、図８のＡ部に示すように、ヒートパイプ７６は、排気ポート２１６における気筒軸方向上側（Ｕｐ側）の上壁面（上側の内壁面）２１６ａとの間に隙間Ｇ_１を空けた状態で配設されている。このように上壁面２１６ａに対して隙間Ｇ_１を空けてヒートパイプ７６を配設することにより、隙間Ｇ_１の部分にも排気ガスが流れ、ヒートパイプ７６への熱の伝達効率の向上を図ることができる。なお、排気ポート２１６の上壁面２１６ａとヒートパイプ７１との間にも、同様の隙間が空いている。

６．排気ポート２１６における排気ガスの流れとヒートパイプ７６による受熱
排気ポート２１６における排気ガスの流れとヒートパイプ７６による受熱とについて、図１０を用い説明する。図１０は、排気ポート２１６における凹部２１６ｂが設けられた部分およびその周囲を示す模式図である。

図１０に示すように、排気行程において、排気バルブ２８が開く（燃焼室２００側に駆動する）。これにより、排気バルブ２８の傘部２８ａとバルブシート２６との間に隙間Ｇ_２が空く。

燃焼室２００内の排気ガスは、隙間Ｇ_２を通り排気ポート２１６へと導出される。図１０に示すように、排気バルブ２８の中心軸Ａｘ_２８よりも気筒軸Ａｘ_２０（図８などを参照。）側の隙間Ｇ_２から排気ポート２１６に導出される排気ガスの流れを排気ガス流れＦ_１とし、排気バルブ２８の中心軸Ａｘ_２８に対して気筒軸Ａｘ_２０（図８などを参照。）側とは反対側の隙間Ｇ_２から排気ポート２１６に導出される排気ガスの流れを排気ガス流れＦ_４とする。

排気ガス流れＦ_１は、排気バルブ２８の傘部２８ａの上面２８ｂに沿って進む。そして、本実施形態に係るシリンダヘッド２２の排気ポート２１６には、バルブシート２６が嵌入された箇所の直後の部分に凹部２１６ａが設けられているので、排気ガス流れＦ_１の一部（排気ガス流れＦ_２）は、凹部２１６ｂで旋回する。排気ガス流れＦ_１の残り部分と、凹部２１６ｂで旋回した排気ガス流れＦ_２は、その後、排気ポート２１６の下流側へと送られる（排気ガス流れＦ_３）。

一方、排気ガス流れＦ_４は、排気バルブ２８の傘部２８ａの上面２８ｂに沿って進み、排気ポート２１６の下流側へと送られる（排気ガス流れＦ_３）。

ここで、排熱回収装置７のヒートパイプ７６は、先端部７６ａが凹部２１６ｂに侵入または隣接する状態で配設されているので、高効率に排気ガスから排熱を回収することができる。即ち、凹部２１６ｂ内での排気ガスの旋回により、凹部２１６ｂの壁部が相対的に高温となる。このため、先端部７６ａが凹部２１６ｂに侵入または隣接する状態で配設されているヒートパイプ７６は、高効率に排熱を回収することができる。

なお、図１０では、図示を省略しているが、エンジン１では、排気ポート２１６にヒートパイプ７１も挿入されているので、これらのヒートパイプ７１によっても排気ガスの排熱を回収することができる。

７．効果
本実施形態に係るエンジン１では、排気ポート２１６内にヒートパイプ７１，７６が配設されているので、排気通路における触媒装置よりも下流側にヒートパイプが配設された上記特許文献１の構造に比べて、より高効率に排熱の回収が可能である。

また、本実施形態に係るエンジン１では、排気ポート２１６に凹部２１６ｂが形成されているので、燃焼室２００から排出された排気ガスの一部が凹部２１６ｂ内で旋回する（図１０の排気ガス流れＦ_２）。このため、排気ポート２１６における凹部２１６ｂを囲む壁面は、排気ガスの熱をより効率的に受け、これより相対的に高温化する。そして、図１０を用い説明したように、本実施形態に係るエンジン１では、排熱回収装置７のヒートパイプ７６が凹部２１６ｂ内または隣接領域まで延びるように配設されているので、高効率に熱回収を行うことが可能である。なお、排気ガスの一部（排気ガス流れＦ_２）は、排気ポート２１６の凹部２１６ｂ内で旋回するが、この旋回による排気抵抗の増大は小さく抑制された状態である。

また、図６および図８に示すように、本実施形態に係るエンジン１では、ヒートパイプ７１，７６が排気ポート２１６の中心軸Ａｘ_２１６よりも上側（Ｕｐ側）の領域に配置されている。即ち、エンジン１では、ヒートパイプ７１，７６が排気ポート２１６内における排気ガスの流速が相対的に速い領域（排気ポート２１６の中心軸Ａｘ_２１６よりも上側（Ｕｐ側）の領域）に配置されていることとなる。よって、本実施形態に係るエンジン１では、より高効率に排熱の回収が可能である。

また、図６および図８に示すように、本実施形態に係るエンジン１では、排気ポート２１６の上壁面２１６ａに対して隙間Ｇ_１を空けた状態でヒートパイプ７１，７６を配設しているので、隙間Ｇ_１にも排気ガスが流れ、高い受熱効率を実現することができる。

また、図２を用い説明したように、本実施形態に係るエンジン１では、１つの燃焼室２００に対して２つの独立排気ポート２１３，２１４を接続しているので、高い排気効率を実現することができる。

また、図１０などでは一方の独立排気ポートだけを図示したが、本実施形態に係るエンジン１では、２つの独立排気ポート２１３，２１４のそれぞれに凹部２１６ｂが設けられている。このような構成を採用することにより、本実施形態に係るエンジン１では、燃焼室２００から排出された直後に排気ガスから熱を回収することができ、より高い効率での排熱回収が可能である。

また、本実施形態に係るエンジン１では、排気ポート２１６の凹部２１６ｂが、上記（数１）および（数２）の関係を満足するように形成されているので、燃焼室２００から開口部２１２を通り排出された排気ガスの一部が凹部２１６ｂ内で確実に旋回し、更に高効率に排熱回収が可能である。

また、本実施形態に係るエンジン１では、排気ポート２１６における凹部２１６ｂの周囲の内壁面２１６ｃが滑らかな曲面で構成されているので、排気抵抗の増大を抑制することができる。

また、本実施形態に係るエンジン１では、回収した排熱を用いて水供給装置６の凝縮水Ｗの温度上昇を図るので、更なる熱効率の向上を図ることができる。

以上のように、本実施形態に係るエンジン１では、より高効率に排熱を回収することができ、更に高いエネルギ効率を実現することができる。

［実施形態２］
実施形態２に係るエンジンの構成について、図１１を用い説明する。図１１は、上記実施形態１の説明で用いた図８に相当する模式断面図である。

なお、本実施形態に係るエンジンの構成において、図１１を用い説明する部分以外の部分については、上記実施形態１に係るエンジン１と同じ構成を採用している。

図１１に示すように、本実施形態に係るシリンダヘッド８２は、上記実施形態１に係るシリンダヘッド２２に対して、排気ポート８１６の形状が異なっている。

ここで、上記実施形態１と同様に、ヒートパイプ７１，７６は、排気ポート８１６の中心軸Ａｘ_８１６よりも上側（Ｕｐ側）に配設されている（図１１では、ヒートパイプ７６だけを図示）。

また、本実施形態に係る排気ポート８１６においても、バルブシート２６が嵌入された部分の直後の部分が、上側（Ｕｐ側）に凸となるように湾曲されている。そして、排気ポート８１６においても、上記実施形態１の排気ポート２１６と同様に、湾曲に係る弧の外側となる部分に凹部８１６ｂが設けられている。

さらに、排熱回収装置７におけるヒートパイプ７６は、その先端部７６ａが排気バルブ２８（図１１では、図示を省略。）の中心軸Ａｘ_２８よりも気筒軸Ａｘ_８０側に配置されている。ヒートパイプ７６の先端部７６ａは、凹部８１６ｂ内または隣接領域に位置している。

図１１に示すように、本実施形態に係るシリンダヘッド８２は、排気ポート８１６の下壁面が上側（Ｕｐ側）に向けて膨出していた膨出部８２ａを有する。換言すると、本実施形態に係る排気ポート８１６は、排気ガスの流れ方向におけるヒートパイプ７６の先端部７６ａが配置された部分よりも排気ガスの流れ方向の下流側の箇所において、横断面における縦方向の径ｄ_８１６が上記実施形態１に係る排気ポート２１６よりも小さく形成され、横断面における横方向に扁平化されている。

なお、図１１に示すように、本実施形態においても、ヒートパイプ７１，７６は（図１１では、ヒートパイプ７６だけを図示。）、上壁面８１６ａに対して隙間を空けた状態で配設されている。

本実施形態では、上記実施形態１の排気ポート２１６よりも排気ポート８１６の湾曲度合を高める（湾曲に係る曲率を大きくする）とともに、排気ポート８１６の更なる扁平化を行うことにより、燃焼室８００から排気ポート開口部８１２を通り排出された排気ガスが膨出部８２ａが設けられた部分を通過する際に、上記実施形態１よりも更に湾曲に係る弧の外側での流速が速まり、ヒートパイプ７１，７６による排熱回収の高効率化が図られる。

なお、本実施形態においても、凹部８１６ｂにおいて排気ガスの旋回を生じさせ、ヒートパイプ７６による高効率での排熱回収が可能であることは上記実施形態１と同様である。

［実施形態３］
実施形態３に係るエンジンの構成について、図１２および図１３を用い説明する。図１２は、本実施形態で採用する排熱回収装置１０の構成を示す模式断面図であり、図１３は、シリンダヘッド２２における排気ポート２１６に対して排熱回収装置１０のヒートパイプ１０８が挿設された状態を示す模式断面図である。

１．排熱回収装置１０の構成
図１２に示すように、本実施形態に係る排熱回収装置１０は、水タンク１００と、ヒートパイプ１０１，１０８と、耐熱シール部１０２，１０６と、無機シール部１０３，１０７と、コーティング層１０４と、耐食層１０５と、を有する。

本実施形態に係る排熱回収装置１０では、ヒートパイプ１０１，１０８がそれぞれループ状の形状を以って構成されている。具体的には、ヒートパイプ１０１は、水タンク１００から耐熱シール部１０２を通過して延出された直伸部１０１ａと、直伸部１０１ａの先端部から曲折された折り返し部１０１ｂと、水タンク１００内の直伸部１０１ａの根元部分から曲折され、耐熱シール部１０６を通過して延出された折り返し部１０１ｄと、折り返し部１０１ｂの先端部と折り返し部１０１ｄの先端部とを接続するように設けられた直伸部１０１ｃと、が連続した状態で形成されている。

同様に、ヒートパイプ１０８は、水タンク１００から耐熱シール部１０２を通過して延出された直伸部１０８ａと、直伸部１０８ａの先端部から曲折された折り返し部１０８ｂと、水タンク１００内の直伸部１０８ａの根元部分から曲折され、耐熱シール部１０６を通過して延出された折り返し部（便宜上、図示を省略。）と、当該折り返し部と折り返し部１０８ｂの先端部とを接続するように設けられた直伸部１０８ｃと、が連続した状態で形成されている。

なお、本実施形態に係るヒートパイプ１０１，１０８も、内空部分にナトリウム（Ｎａ）などの伝熱媒体が封入されている。

また、耐食層１０５の構成材料やコーティング層１０４の特性などについては、上記実施形態１と同じである。

ヒートパイプ１０８は、ヒートパイプ１０１よりも長く形成されており、少し下向きに角度をつけた状態で水タンク１００から延出されている。

本実施形態に係る排熱回収装置１０では、ヒートパイプ１０１，１０８の直伸部１０１ａ，１０８ａや折り返し部１０１ｂ，１０８ｂで排気ガスから受熱し、水タンク１００内の凝縮水を昇温する。凝縮水の昇温により温度が下がった伝熱媒体は、直伸部１０１ｃ，１０８ｃへと戻される。

本実施形態に係る排熱回収装置１０では、ループ状のヒートパイプ１０１，１０８を有することにより、より高効率に排気ガスの熱を回収することができる。これより、凝縮水を超臨界状態とし、燃焼室に噴射することができる。

２．シリンダヘッド２２に対する排熱回収装置１０の配設構造
本実施形態に係るエンジンは、上記実施形態１に係るエンジン１と同じ構造のシリンダヘッド２２を備える。本実施形態に係るエンジンでの、シリンダヘッド２２に対する排熱回収装置１０の配設構造について、図１３を用い説明する。

図１３に示すように、本実施形態においても、排熱回収装置１０の水タンク１００は、シリンダヘッド２２の排気側（Ｅｘ側）の外部に配置されており、複数本のヒートパイプ１０１，１０８は（図１３では、ヒートパイプ１０８だけを図示）、直伸部１０１ａ，１０８ａが排気ポート２１６に挿設されている。一方、ヒートパイプ１０１，１０８における折り返し部１０１ｄは、排気マニホールド４１内へと挿入され、直伸部１０１ｃ，１０８ｃは、排気マニホールド４１から排気ポート２１６に亘る領域に配設されている。

本実施形態において、排熱回収装置１０におけるヒートパイプ１０１，１０８の内、直伸部１０１ａ，１０８ａと折り返し部１０１ｂ，１０８ｂの一部とが、排気ポート２１６の中心軸Ａｘ_２１６よりも湾曲に係る弧の外側に配設されている。即ち、本実施形態では、排気ポート２１６の中心軸Ａｘ_２１６よりも湾曲に係る弧の外側（上側（Ｕｐ側））に配設された直伸部１０１ａ，１０８ａと折り返し部１０１ｂ，１０８ｂの一部とで、高効率に排気ガスの熱を回収することができる。

ヒートパイプ１０１，１０８の直伸部１０１ａ，１０８ａは、排気ポート２１６の上壁面２１６ａに対して隙間を空けた状態で配置されている。

また、図１３に示すように、本実施形態に係るエンジンにおいても、排気ポート２１６における上記湾曲部分に凹部２１６ｂが形成されており、ヒートパイプ１０８の直伸部１０８ａの先端部と折り返し部１０８ｂの一部とが、凹部２１６ｂに対して隣接した領域に配されている。

本実施形態に係るエンジンでは、ループ状をしたヒートパイプ１０１，１０８を有する排熱回収装置１０を採用することにより、上記実施形態１，２が奏する効果に加えて、ヒートパイプ１０１，１０８内で伝熱媒体がスムーズに循環し、更に高効率に排熱回収が可能となる。

また、本実施形態に係るエンジンでも、ヒートパイプ１０８の直伸部１０８ａの先端部と折り返し部１０８ｂの一部とが、凹部２１６ｂに隣接した領域に配されているので、排気ガスの旋回により高温となる凹部２１６ｂの壁面から高効率に排熱を回収することができる。

［実施形態４］
実施形態４に係るエンジンの構成について、図１４から図１６を用い説明する。図１４は、本実施形態に係るエンジンでの、排気ポート９１６の形状と、排気ポート９１６に対する排熱回収装置１０の配設形態を示す模式断面図であり、図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ断面を示す模式断面図であり、図１６は、排気ポート９１６における凹部９１６ｂおよび第２凹部９１６ｃが形成された領域における排気ガスの流れを示す模式断面図である。

１．排気ポート９１６の形状
図１４に示すように、本実施形態に係るシリンダヘッド９２においても、排気ポート９１６におけるバルブシート２６が嵌入された排気ポート開口部９１２の直後の領域が、上側（Ｕｐ側）に凸となるように湾曲されている。湾曲されてなる領域は、排気バルブ２６（図１４では、図示を省略。）の中心軸Ａｘ_２８の周辺領域である。

また、シリンダヘッド９２は、上記実施形態２に係るシリンダヘッド８２と同様に、排気ポート９１６の下壁面が上側（Ｕｐ側）に向けて膨出していた膨出部９２ａを有する。シリンダヘッド９２における膨出部９２ａの形成により、排気ポート９１６においても、排気ガスの流れ方向における排気バルブ２８（図１４では、図示を省略。）の中心軸Ａｘ_２８よりも排気ガスの流れ方向の下流側の箇所において、横断面における縦方向の径ｄ_９１６が上記実施形態２に係る排気ポート８１６と同様に上流側よりも相対的に小さく形成され、横断面における横方向に扁平化されている。

本実施形態に係る排気ポート９１６では、上記実施形態１〜３と同様に、湾曲に係る弧の外側部分に凹部９１６ｂが設けられているのに加え、バルブシート２６が嵌入された部分を挟み排気ポート開口部９１２の反対側となる部分において、湾曲に係る弧の内側となる部分に第２凹部９１６ｃが設けられている。

図１５に示すように、第２凹部９１６ｃは、凹部９１６ｂとは排気ポート９１６の横断面方向における反対側に向けて凹入された部分である。

図１４に戻って、シリンダヘッド９２における膨出部９２ａは、排気ポート９１６での排気ガスの流れ方向における第２凹部９１６ｃが設けられた部分の直後の部分に設けられている。

２．排気ポート９１６に対する排熱回収装置１０の配設形態
本実施形態では、上記実施形態３と同様の排熱回収装置１０を採用している。排熱回収装置１０の構造についての重ねての説明は省略する。

図１４に示すように、本実施形態における排熱回収装置１０の配設は、基本的に上記実施形態３と同様である。即ち、ヒートパイプ１０１，１０８は、排気ポート９１６の上壁面９１６ａを含む周囲の内壁面に対して当接しないように配設されている。

図１４に示すように、ヒートパイプ１０８の直伸部１０８ａ，１０８ｃは、排気ポート９１６に対して、膨出部９２ａが設けられた部分よりも気筒軸Ａｘ_９０側に延びている。このため、折り返し部１０８ｂは、排気バルブ２８（図１４では、図示を省略。）の中心軸Ａｘ_２８よりも気筒軸Ａｘ_９０側に配置され、凹部９１６ｂに隣接する部分に配置されている。

一方、ヒートパイプ１０８の直伸部１０８ｃは、排気ポート９１６の第２凹部９１６ｃに対して隣接した状態で上側（Ｕｐ側）を通過するように配置されている。

３．排気ポート９１６における排気ガスの流れとヒートパイプ１０８による受熱
図１６に示すように、排気行程において、排気バルブ２８が開く（燃焼室９００側に駆動する）。これにより、排気バルブ２８の傘部２８ａとバルブシート２６との間に隙間Ｇ_３が空く。

燃焼室９００内の排気ガスは、隙間Ｇ_３を通り排気ポート９１６へと導出される。上記実施形態１と同様に、排気バルブ２８の中心軸Ａｘ_２８よりも気筒軸Ａｘ_９０（図１４を参照。）側の隙間Ｇ_３から排気ポート９１６に導出される排気ガスの流れを排気ガス流れＦ_１とし、排気バルブ２８の中心軸Ａｘ_２８に対して気筒軸Ａｘ_９０（図１４を参照。）側とは反対側の隙間Ｇ_３から排気ポート９１６に導出される排気ガスの流れを排気ガス流れＦ_４とする。

排気ガス流れＦ_１は、排気バルブ２８の傘部２８ａの上面２８ｂに沿って進む。そして、本実施形態における排気ポート９１６にも、バルブシート２６が嵌入された箇所の直後の部分に凹部９１６ｂが設けられているので、排気ガス流れＦ_１の一部（排気ガス流れＦ_２）は、凹部９１６ｂで旋回する。排気ガス流れＦ_１の残り部分と、凹部９１６ｂで旋回した排気ガス流れＦ_２は、その後、排気ポート９１６の下流側へと送られる（排気ガス流れＦ_３）。

一方、排気ガス流れＦ_４は、排気バルブ２８の傘部２８ａの上面２８ｂに沿って進む。そして、排気ポート９１６に設けられた第２凹部９１６ｃ内で、排気ガス流れＦ_４の一部（排気ガス流れＦ_１２）は、旋回する。

排気ガス流れＦ_４の残り部分と、第２凹部９１６ｃ内で旋回した排気ガス流れＦ_１２は、その後、排気ポート９１６の下流側へと送られる（排気ガス流れＦ_３）。

ここで、排熱回収装置１０のヒートパイプ１０８は、直伸部１０８ａの先端部と折り返し部１０８ｂの一部とが、凹部９１６ｂに隣接する状態で配設されているので、高効率に排気ガスから排熱を回収することができる。

また、本実施形態に係るエンジンでは、排気ポート９１６に第２凹部９１６ｃを設け、当該第２凹部９１６ｃに隣接する領域をヒートパイプ１０８の直伸部１０８ｃが通過するようになっているので、直伸部１０８ｃでも高効率に排熱を回収することができる。

なお、本実施形態に係るエンジンでも、上記実施形態１〜３と同様の効果を奏することもできる。

［変形例］
上記実施形態１〜４では、各気筒２０に対して１つの水噴射弁６９を設けることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、各気筒に２つ以上の水噴射弁を設けることとしてもよい。

また、上記実施形態１〜４では、各気筒２０に対して２つの独立排気ポート２１３，２１４を接続することとしたが、本発明は、これに限定受けるものではない。例えば、各気筒に対して１つの独立排気ポートを接続する形態や、各気筒に対して３つ以上の独立排気ポートを接続する形態などを採用することもできる。

また、上記実施形態１〜４では、水供給装置６が排気ガス中の水分を凝縮させて、当該凝縮された水を燃焼室２００，８００，９００に対して噴射することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、噴射用の水を別途準備する構成などを採用することもできる。

また、上記実施形態１〜４では、回収した排熱で凝縮水を加熱することとしたが、本発明において、回収した熱の使用用途は、これに限定されるものではない。例えば、ハイブリッド型電気自動車などにおいては、寒冷時に電池やエンジンの保温や昇温のために回収した熱を用いることとしてもよい。

また、上記実施形態１〜４では、エンジン本体２の一例として、直列４気筒のガソリンエンジンを採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、３気筒以下のエンジンや５気筒以上のエンジンを採用することもできるし、エンジン形式についても、Ｖ型やＷ型、さらには水平対向型のエンジンを採用することもできる。

また、上記実施形態４では、排熱回収装置１０を採用することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、上記実施形態１と同様の排熱回収装置７を採用することもできる。

また、上記実施形態４では、第２凹部９１６ｃに隣接する領域をヒートパイプ１０８の直伸部１０８ｃが通過する構成を採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、第２凹部９１６ｃ内に、排熱回収装置１０とは別の排熱回収装置が備えるヒートパイプを侵入させることとしてもよい。

また、上記実施形態１〜３では、排気ポート２１６，８１６における湾曲に係る弧の外側に１つの凹部２１６ｂ，８１６ｂを設けることとしたが、本発明は、凹部の形成箇所について、これに限定を受けるものではない。例えば、排気ポートにおける湾曲に係る弧の内側に１つの凹部を設けることとしてもよいし、側部に１つまたは２つの凹部を設けることとしてもよい。

また、上記実施形態４では、排気ポート９１６に２つの凹部９１６ｂ，９１６ｃを設けることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、凹部９１６ｂと第２凹部９１６ｃとが連続するように、環状の凹部を排気ポートの周囲に設けることとしてもよい。

１エンジン
２エンジン本体
４排気装置
６水供給装置
７，１０排熱回収装置
７１，１０１，１０８ヒートパイプ
８２ａ，９２ａ膨出部
１１０，１１１バルブガイド部
２１１，２１２，８１２，９１２排気ポート開口部
２１３，２１４独立排気ポート
２１６，８１６，９１６排気ポート
２１６ｂ，８１６ｂ，９１６ｂ凹部
９１６ｃ第２凹部
Ａｘ_２０，Ａｘ_８０，Ａｘ_９０気筒軸
Ａｘ_２８中心軸

Claims

燃焼室を構成する気筒と、当該燃焼室に対して開口部で接続された排気ポートと、前記開口部の開閉を行う排気バルブと、を有するエンジン本体と、
前記排気ポート中に少なくとも一部が配設されたヒートパイプを有し、当該ヒートパイプで前記排気ポート中を流れる排気ガスから受熱する排熱回収装置と、
を備え、
前記排気ポートは、前記排気バルブの中心軸の周辺領域よりも前記開口部側の部分が、前記気筒の軸方向上側に向けて凸となるように湾曲されており、
前記排気ポートにおける前記湾曲された部分は、前記排気バルブの中心軸よりも前記気筒の中心軸側の領域において、前記湾曲に係る弧の外側に向けて窪んだ凹部を有し、
前記ヒートパイプは、前記凹部内または当該凹部に隣接する領域に配設された部分を有する、
エンジン。
請求項１に記載のエンジンであって、
前記ヒートパイプは、前記排気ポートの中心軸よりも前記気筒の軸方向上側の領域に配設された部分を有する、
エンジン。
請求項１又は請求項２に記載のエンジンであって、
前記ヒートパイプは、前記排気ポートの周囲の壁面に対して隙間を空けて沿った状態で配設された部分を有する、
エンジン。
請求項１から請求項３の何れかに記載のエンジンであって、
前記排気ポートは、前記湾曲に係る弧の内側に向けて窪んだ第２凹部を有し、
前記ヒートパイプは、前記第２凹部内または当該凹部に隣接する領域に配設された部分を有する、
エンジン。
請求項１から請求項４の何れかに記載のエンジンであって、
前記排気ポートは、
前記燃焼室に対して開口された第１開口部に繋がる第１独立排気ポートと、
前記燃焼室に対して前記第１開口部とは別に開口された第２開口部に繋がる第２独立排気ポートと、
前記排気ガスの流れ方向の下流側で前記第１独立排気ポートと前記第２独立排気ポートとが集合されてなり、前記第１独立排気ポートおよび前記第２独立排気ポートに連続する集合排気ポートと、
を有し、
前記凹部は、前記第１独立排気ポートおよび前記第２独立排気ポートのそれぞれに設けられている、
エンジン。
請求項１から請求項５の何れかに記載のエンジンであって、
前記排気ポートの中心軸から前記凹部の周囲の内壁面までの距離を、前記排気ガスの流れ方向における上流側から下流側への順に、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３とするとき、
Ｒ_１＜Ｒ_２およびＲ_２＞Ｒ_３
の両関係を満足する、
エンジン。
請求項６に記載のエンジンであって、
前記内壁面は、滑らかな曲面で構成されている、
エンジン。
請求項１から請求項７の何れかに記載のエンジンであって、
前記排気ガスから凝縮水を回収し、当該回収した前記凝縮水を前記燃焼室内に供給する水供給装置を更に備え、
前記排熱回収装置は、前記受熱した熱を前記水供給装置における前記凝縮水に供給する、
エンジン。