JP4214541B2 - 排ガス浄化用触媒付きエンジン - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、排ガス浄化用触媒付きエンジンに係り、排気通路の途中に排ガス熱交換器を配置し、エンジン排熱を利用するようにした排ガス浄化用触媒付きエンジンに関する。例えば、エンジン廃熱を冷媒に回収させるようにした圧縮式冷凍機、圧縮式熱ポンプ装置の駆動用エンジン、エンジン廃熱により給湯するようにした発電機駆動用エンジン等がある。
【0002】
【従来の技術】
このような排ガス浄化用触媒付きエンジンとして、出願人は特願平9−110968号を提案した。この排ガス浄化用触媒付きエンジンは、触媒の温度低下によるアルデヒドの除去不十分が起こることがないようにし、触媒の短期間の劣化を防止し、さらに部品点数の増加を防止することが可能と、ドレン水入口が触媒の下流であり、触媒により圧力降下がある分ドレン水通路から中和器へ大きな排気圧力が作用しにくく、中和器内ドレン水面を下げず、中和性能の低下がないようにしたものであり、特に、排ガス熱交換器内の排気通路の上流部に触媒を配置することを提案している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、排ガス熱交換器は排気ガスと冷却水との熱交換をするものであり、内部の排気通路の途中で排ガス中の水蒸気が凝縮することがあり、単に排ガス熱交換器内の排気通路の上流部に触媒を配置しても、触媒位置によっては水蒸気が凝縮して生成するドレン水が触媒に付着し、触媒の排気浄化性能を低下する可能性がある。
【0004】
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、触媒上流でドレン水が発生しにくいとともに、ドレン水が溜っても触媒に付着せずに触媒の排気浄化性能を低下を軽減することが可能な排ガス浄化用触媒付きエンジンを提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。
【0006】
請求項1記載の発明は、『排気通路の途中に排ガス熱交換器を配置したエンジンであって、前記排ガス熱交換器の大断面を上下方向に位置させ、この排ガス熱交換器内の排気通路は前記大断面の中央部の側面に排気入口があり、前記中央部から渦巻き状に広がるように形成されて一旦上方に向う部分を有し、この排気通路の前記排気入口より上方に触媒を配置し、この触媒下流の排気通路に冷却水との熱交換壁を配置し、前記排気入口から触媒までの排気通路壁の外周を冷却しないか、冷却するにしてもこの部分の熱交換壁の面積より、前記触媒から排気出口までの熱交換壁の面積の方が大きく、さらに前記排気通路の途中に前記排気入口より下方となる下部にドレン水出口を設けたことを特徴とする排ガス浄化用触媒付きエンジン。』である。
【0007】
この請求項1記載の発明によれば、排ガス熱交換器の大断面を上下方向に位置させ、この排ガス熱交換器内の排気通路は大断面の中央部の側面に排気入口があり、中央部から渦巻き状に広がり、この排気通路の排気入口より上方に触媒を配置し、この触媒下流の排気通路に冷却水との熱交換壁を配置しており、排気通路の途中で排ガス中の水蒸気が凝縮してドレン水が溜っても、触媒に付着しにくい。また、排気入口から触媒までの排気通路壁の外周を冷却しないか、冷却するにしてもこの部分の熱交換壁の面積より、触媒から排気出口までの熱交換壁の面積の方が大きく、さらに排気通路の途中に排気入口より下方となる下部にドレン水出口を設けたから、触媒は上流部において排気ガスが冷却されにくく、触媒上流でドレン水が発生しにくく、触媒に付着せず触媒の排気浄化性能を低下を軽減することが可能である。
【0008】
請求項2記載の発明は、『前記触媒の下流部に膨張室を設け、さらに前記排ガス熱交換器の下流の排気通路の途中に排気サイレンサを配置したことを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化用触媒付きエンジン。』である。
【0009】
この請求項2記載の発明によれば、触媒の下流部に膨張室を設けたから、排気脈動を膨張室で軽減することができ、さらに排ガス熱交換器の下流の排気通路の途中に排気サイレンサを配置したから、下流の排気サイレンサの壁からのシェル音を軽減することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の排ガス浄化用触媒付きエンジンの実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は排ガス浄化用触媒付きエンジンを備えるエンジン駆動式ヒートポンプの構成図である。
【0011】
エンジン駆動式ヒートポンプ1は、室外ユニット2と、室内ユニット3とで構成されている。室内ユニット3は、冷媒用室内熱交換器12及び減圧用の膨張弁11を備えている。室外ユニット2は、排ガス浄化用触媒付きエンジン7、圧縮機8、アキュムレータ9、冷媒用室外熱交換器10及び四方弁13とを備えている。
【0012】
排ガス浄化用触媒付きエンジン7として4サイクルの水冷式ガス燃料エンジンが用いられている。排ガス浄化用触媒付きエンジン7のクランク軸14には始動モータ15が始動クラッチ16を介して接続され、また排ガス浄化用触媒付きエンジン7の出力軸17に出力クラッチ18を介して圧縮機8が接続される。
【0013】
排ガス浄化用触媒付きエンジン7の吸気ポート19には吸気通路20が接続され、この吸気通路20にはスロットル21、エアクリーナ22が配置され、吸気通路20の開口部20aは外部に開口している。スロットル21はクランク軸14に接続されたクランク動力を利用したガバナ装置23により駆動される。スロットル21とエアクリーナ22の間の吸気通路20には、ベンチュリー部80が設けられている。ベンチュリー部80により構成された混合部Xで燃料供給通路24が吸気通路20に合流され、燃料供給通路24により吸気通路20に燃料ガス源25が接続される。燃料供給通路24にはゼロガバナ(減圧器)26が配置され、ゼロガバナ26の下流側には流量制御弁28が配置され、上流側には2つの開閉弁27,29が配置されている。
【0014】
排ガス浄化用触媒付きエンジン7の排気ポート30には、直接排ガス熱交換器32が接続され、この排ガス熱交換器32に途中排気サイレンサ33が配置された排気通路31が接続され、排気通路31の開口部31aは外部に開口している。排ガス熱交換器32及び排気サイレンサ33からそれぞれドレン水管1000が中和器34に接続され、排気ガス中の水蒸気が冷えて凝縮してドレン水となると中和器34へ排出される。
【0015】
エンジン駆動式ヒートポンプ1には冷却水循環システムSが備えられている。冷却水循環システムSは冷却水温度が所定値以下のエンジン冷機時に、排ガス浄化用触媒付きエンジン7の冷却水ジャケット35、サーモスタット36、冷却水ポンプ37を循環する第1循環路S1と、エンジン冷機時に、排ガス熱交換器32、リニア三方弁38、一方はラジエータ39、他方はアキュムレータ9内の熱交換部40、第2の冷却水ポンプ41を循環する第2循環路S2からなるとともに、冷却水温度が所定値を越えた場合のエンジン暖機時に、第2の冷却水ポンプ41から分岐し一方は第1の冷却水ポンプ37、排ガス浄化用触媒付きエンジン7の冷却水ジャケット35、サーモスタット36へ循環し、他方は排ガス熱交換器32へ循環した後合流し、リニア三方弁38、一方はラジエータ39、他方はアキュムレータ9内の熱交換部40、第2の冷却水ポンプ41の順で循環する第3循環路S3を有している。
【0016】
排ガス浄化用触媒付きエンジン7は、出力軸17から出力クラッチ18を介して圧縮機8を駆動し、圧縮機8の吐出口は冷媒管路42、冷房運転位置に切り替えられた四方弁13、冷媒管路43を介して冷媒用室外熱交換器10、膨張弁11、冷媒用室内熱交換器12に接続されている。この冷媒用室内熱交換器12は冷媒管路44、四方弁13、冷媒管路45、アキュムレータ9内の熱交換部40、冷媒管路46を介して、アキュムレータ9は、冷媒管路46を介して圧縮機8の吸い込み口に接続されている。
【0017】
冷房として運転する場合には四方弁13を操作して、第1のポート13aと第3のポート13cとを連通させ、同時に第4のポート13dと第2のポート13bとを連通させた状態とする。
【0018】
これによって、排ガス浄化用触媒付きエンジン7により圧縮機8を駆動し、冷媒を圧縮し、この圧縮され、高温、高圧になった冷媒ガスは室外ユニット2の冷媒用室外熱交換器10で、外気によって冷却され液化する。この液化した冷媒は室内ユニット3の膨張弁11で減圧され、低圧となった冷媒液は冷媒用室内熱交換器12で室内空気から熱を奪って蒸発する。この時の蒸発熱により冷却効果が生じて室内の冷房を行なう。蒸発した冷媒ガスは、アキュムレータ9で液相の冷媒が分離され、ガス成分のみ再び圧縮機8に戻り、同様なサイクルを繰返す。
【0019】
また、暖房として運転する場合には、四方弁13を操作して、第1のポート13aを第4のポート13dに連通させるとともに、第3のポート13cを第2のポート13bに連通させた状態とする。
【0020】
これによって、排ガス浄化用触媒付きエンジン7により圧縮機8を駆動し、冷媒を圧縮し、この圧縮され、高温、高圧になった冷媒ガスは室内ユニット3の冷媒用室内熱交換器12で、室内空気によって冷却され液化する。この時、室内空気は凝縮熱によって暖められ、暖房効果を生じる。この液化した冷媒は膨張弁11で減圧され、低圧となった冷媒液は室外ユニット2の冷媒用室外熱交換器10で外気の熱を奪い、蒸発した冷媒ガスは再び圧縮機8に戻り、同様なサイクルを繰返す。
【0021】
排ガス浄化用触媒付きエンジン7には、排気系の途中の排ガス熱交換器32内の排気通路に少なくとも酸化触媒からなる第1種触媒100が配置されている。排ガス浄化用触媒付きエンジン7の燃焼室内において燃料が酸化する過程で生じるアルデヒドが排気ガス成分として混じる場合があるが、排気ガスの大気中への排出前に、第1種触媒100によりCO成分、HC成分、NOx成分に加え、アルデヒド成分を浄化することができ、部品点数を増加することなく、低コストで排ガス浄化用触媒を配置することができる。
【0022】
酸化触媒としては、例えば、ゼオライト触媒、Al2O3触媒、Pt触媒、Pd触媒、Pt/Pd触媒、Au系触媒等が挙げられる。酸化触媒は運転中、内部発熱の結果を含んで200℃〜600℃となるような位置に配置することが好ましい。
【0023】
また、排ガス熱交換器32内の排気通路の下流、即ち排気サイレンサ33の下流にはHnCm浄化用触媒200が配置されている。燃焼室で発生し第1種触媒100で浄化し切れなかったアルデヒドや第1種触媒100によるHC成分を浄化する過程で生成され浄化し切れなかったアルデヒドがHnCm浄化用触媒200により水とCO2にまで浄化して排出する。HnCm浄化用触媒200としては、二酸化マンガン(MnO2)、銅−クロム(Cu−Cr)、酸化亜鉛(ZnO)、パラジウム−銀(ZnO)、銅−亜鉛−クロム(Cu−Zn−Cr)のいずれかを基本成分とするもの、あるいはこれらを混合したもの等が上げられる。このHnCm浄化用触媒200は運転中、内部発熱の結果を含んで60〜300°Cとなるような位置に配置することが好ましい。なお、HnCm浄化用触媒200は、第1種触媒100の容量が大きい場合には配置しなくてもよい。
【0024】
さらに、HnCm浄化用触媒200より下流の排気通路には、付臭成分除去触媒300が配置される。燃料ガスには、例えば3種類の付臭剤を含有する燃料ガスを用いた場合があり、この内大部分の付臭剤は燃焼室で酸化し、SOXと水、O2となる。一部のものは未燃焼のまま排気通路に流れ、排気ガスに臭気を残してしまう。この未燃焼のまま排気通路を流れる付臭剤の脱臭を付臭成分除去触媒300で行なう。燃料ガスの中でも、側えば都市ガス製造会社が異なれば3種類の付臭剤、即ちメルカプタン系付臭剤、サルファイド系付臭剤及びチオフェン系付臭剤を含有する場合がある。このような燃料ガスを用いた場合は、メルカプタン系付臭剤に対する触媒として、Cu−Hイオン交換ゼオライト系触媒、Mn酸化物−セラミック系触媒、Cu−Mn触媒、ホプカライト触媒、Mn−Fe系触媒等があり、サルファイド系付臭剤に対する触媒として、Mn酸化物−セラミック系触媒、Cu−Mn触媒、ホプカライト触媒、Mn−Fe系触媒等があり、チオフェン系付臭剤に対する触媒として、Mn酸化物−セラミック系触媒、Cu−Mn触媒、ホプカライト触媒、Mn−Fe系触媒等を用いるのが好ましく、また、サルファイド系付臭剤及びチオフェン系付臭剤の両者を除去できる触媒として、Mn酸化物−セラミック系触媒、ホプカライト触媒、Mn−Fe系触媒等を使用することもできる。排気ガス中のSOXは三元触媒に吸着されるか、あるいは凝縮水中に溶け込み、凝縮水とともに中和器34に流れる。
【0025】
また、排ガス浄化用触媒付きエンジン7より上流の燃焼室への燃料供給通路24の途中に、即ちゼロガバナ26の上流側には開閉弁27との間には付臭成分除去触媒400を配置してもよく、燃料ガスに混合された付臭剤が付臭成分除去触媒400により除去される。この燃料供給通路24の途中に付臭成分除去触媒400を配置する場合、HnCm浄化用触媒200より下流の排気通路には付臭成分除去触媒300を配置しなくてもよい。また、排ガス浄化用触媒付きエンジン7より上流の給気通路、あるいは給気通路の途中に付臭成分除去触媒400を配置し、燃料ガスに混合された付臭剤を付臭成分除去触媒400により除去するようにしてもよい。
【0026】
このように、排ガス熱交換器32内の排気通路31に、少なくとも酸化触媒からなる第1種触媒100を配置することで、燃焼室内において燃料が酸化する過程で生じるアルデヒドが排気ガス成分として混じる場合があるが、排気ガスの大気中への排出前に、第1種触媒100によりCO成分、HC成分、NOx成分に加え、アルデヒド成分を浄化することができる。第1種触媒100は、エンジン内の排気通路に配置してもよい。また、酸化触媒に加え、三元触媒、あるいは還元触媒の内少なくとも一つ、あるいは両方の触媒を混合あるいは直列配置したものからなる第1種触媒100を配置するようにしてもよい。
【0027】
三元触媒としては、例えば、Pt/Pd/Rh系触媒、Pt/Pd系触媒、Pt/Rh系触媒、Pd/Rh系触媒等が挙げられる。還元触媒としては、例えば、Pt/Al2O2触媒、Cu−ZSM−5触媒、ペロブスカイト触媒、Au系触媒等が拳げられる。
【0028】
還元触媒及び三元触媒は、運転中、内部発熱あるいは吸熱の結果を含んで400℃〜700℃となるような位置に配置することが好ましく、望ましくは500℃となるような位置に配置することが好ましい。還元触媒と三元触媒は、いずれか一方を上流側として直列に配置するか、混合して触媒を構成する。必要に応じこの下流に酸化触媒を配置する。
【0029】
また、排ガス熱交換器32内の排気通路に少なくとも酸化触媒あるいは、さらに三元触媒または還元触媒の内少なくとも一つ、あるいは両方の触媒を混合あるいは直列配置したものからなる第1種触媒100を配置し、排ガス熱交換器32内の排気通路の上流部に別の第1種触媒100を配置してもよく。
【0030】
さらに、排ガス熱交換器32内の排気通路の上流部に第1種触媒100を配置することで、触媒の温度低化によるアルデヒドの除去不十分が起こることがないようにし、第1種触媒の温度を活性温度まで高くできる。
【0031】
また、排ガス交換器32より下流の排気通路31にHnCm浄化用触媒200を配置したから、前記に加え、さらに第1種触媒100によるHC成分を浄化する過程で生成されるアルデヒドがHnCm浄化用触媒200により水とCO2にまで浄化して排出することができる。また、第1種触媒100より下流の排ガス熱交換器32内の排気通路にHnCm浄化用触媒200を配置してもよい。
【0032】
さらに、排ガス浄化用触媒付きエンジン7が付臭剤を混合した燃料ガスを燃料とするガスエンジンであり、排ガス熱交換器32より下流の排気通路に付臭成分除去触媒300を配置し、さらに燃料ガスに混合された付臭剤を付臭成分除去触媒300により除去することができる。
【0033】
また、排ガス熱交換器32内には、第1種触媒100が排気入口より上方に配置され、この触媒下流の排気通路に冷却水との熱交換壁を配置し、排気入口から触媒までの排気通路壁の外周を冷却しないか、冷却するにしてもこの部分の熱交換壁の面積より、第1種触媒100から排気出口までの熱交換壁の面積の方が大きくする。このように排気通路の排気入口より上方に第1種触媒100を配置し、この触媒下流の排気通路に冷却水との熱交換壁を配置することで、排気通路の途中で排ガス中の水蒸気が凝縮してドレン水が溜っても、第1種触媒100に付着しにくい。また、排気入口から第1種触媒100までの排気通路壁の外周を冷却しないか、冷却するにしてもこの部分の熱交換壁の面積より、第1種触媒100から排気出口までの熱交換壁の面積の方が大きすることで、第1種触媒100は上流部において排気ガスが冷却されにくく、触媒上流でドレン水が発生しにくく、第1種触媒100に付着せず第1種触媒100の排気浄化性能を低下を軽減することが可能である。
【0034】
次に、図2乃至図6に基づいて排ガス熱交換器に第1種触媒を配置する実施の形態を説明する。図2は排ガス熱交換器部分の構成配置図、図3は図2のIII-III線に沿う断面図、図4は図2のIV-IV線に沿う断面図、図4は図2のV-V線に沿う断面図、図6は排ガス熱交換器の分解斜視図である。
【0035】
排ガス浄化用触媒付きエンジン7は、防振マウント123を介して支持フレーム125上に設置され、エンジン収容ケース124内に収納される。シリンダヘッド103の吸気通路131bから混合気が矢印のように供給され、吸気弁108bを介して燃焼室内に導入され、燃焼後の排気ガスが排気弁108aを介して排気通路131aに排出される。排気通路131aは、シリンダヘッド103に直接取り付けされる排ガス熱交換器32の排気ガス入口126に接統される。
【0036】
排ガス熱交換器32は、ボルト挿通孔131を有し、図示しないボルトにより排ガス浄化用触媒付きエンジン7の側面に取り付けられる。排ガス熱交換器32は、内部に排気入口126に連通する排気通路127を有する。この排気通路127の途中には膨張室132が形成される。この膨張室132は、L字状の排ガス熱交換器32の下部の幅の広い部分に形成される。排気通路127を挟んで、シリンダ側に第1冷却水ジャケット128及びシリンダから離れた側に第2冷却水ジャケット129が設けられる。第1、第2冷却水ジャケット128,129は直列に連結され、冷却水入口121から冷却水が流入し、最初に第1冷却水ジャケット128内を流れて排気通路127のエンジンシリンダ側の面を冷却し、続いて第2冷却水ジヤケット129内を流れてシリンダから離れた側の面を冷却し、これにより排気通路127を両面から順番に冷却し熱交換が行なわれる。
【0037】
図3は排ガス熱交換器32の排気通路127の構成を示す。排ガス熱交換器32のほぼ中央部に形成された排気入口126から流入した排気ガスは、矢印で示すように、排気通路127内を流れる。即ち、排気ガスは中央部から外側に向かって実質上渦巻き状に流れ、外周部の排気出口122から排出される。排気出口122には、排気圧センサS11が取り付けられている。
【0038】
排気通路127は、その流路長を大きくして冷却水との間で熱交換を十分行うようにするために、流路を入り組ませて屈曲させ、上下方向に順番に入組んだ屈曲通路部127aを有している。即ち、排気通路127の前後(表面に直角方向)の構成壁をつなぐとともに、排気通路127の左右の構成壁から交互に突出するリブ状のガイド壁150や、同様に屈曲した排気通路127を形成するとともに内部に第1冷却水ジャケット128及び第2冷却水ジャケット129が形成されるガイド壁151を有する。これらのガイド壁150,151は排気ガスの熱を吸収し、第1冷却水ジャケット128及び第2冷却水ジャケット129の水へ吸収した熱を伝達する。
【0039】
このような排気通踏127の途中には、容積を急拡大した膨張室132が形成される。膨張室132を設けることにより、排気脈動を有効に利用してエンジン出力の向上を図ることができる。排気通路127を流通して冷却水との間で熱交換された排気ガスは排気出口122より、矢印Exのように、外部に放出される。
【0040】
この排ガス熱交換器32は、大断面を上下方向に位置させ、この排ガス熱交換器32内の排気通路127は大断面の中央部の側面に排気入口126があり、中央部から渦巻き状に広がるように形成されて一旦上方に向う部分127bを有し、この排気通路127の排気入口126より上方に第1種触媒100が配置されている。第1種触媒100の下流側には、触媒出口温度センサS12が取り付けられている。
【0041】
この第1種触媒100は触媒保持マット500に保持され、第1種触媒100はケース320に形成された取付開口501から挿着して取り付けられる。取付開口501には、ガスケット502を介して触媒挿入口カバー503が当てがわれ、この触媒挿入口カバー503をボルト504によりケース320に締付固定することで排気通路127が形成される。
【0042】
第1種触媒100の下流部には、膨張室132が設けられ、さらに排ガス熱交換器32の下流の排気通路の途中に、図1に示すように排気サイレンサ33を配置している。このように第1種触媒100の下流部に膨張室132を設けたから、排気脈動を膨張室132で軽減することができ、さらに排ガス熱交換器32の下流の排気通路の途中に排気サイレンサ33を配置したから、下流の排気サイレンサ33の壁からのシェル音を軽減することができる。
【0043】
排ガス熱交換器32は金型を用いた鋳造品であり、鋳造時の中子支持用及び砂抜き用の孔を塞ぐための埋め栓134が数箇所に設けられている。排気通路127の周囲に、第1及び第2冷却水ジャケット128,129が、幅方向に入組みながらシリンダ側の面及びその反対側の面に形成される。133は第1及び第2の冷却水ジャケット128,129の連通孔であり、135Aはそれぞれ凝縮水排出口としてのパイプであり、凝縮水を中和器34へ導く。135Bは水抜き用の打込みパイプである。この水抜き用の打込みパイプ135Bは点検時以外は埋め栓用キャップが嵌められている。また、取り付け用のボルト挿通孔131が、排気入口126の周り及び外周部の複数箇所に形成されている。
【0044】
このように排ガス熱交換器32内の排気通路の膨張室132より上流部に第1種触媒100を配置し、この第1種触媒100より下流の排気通路に凝縮水排出口135A1を設けており、この凝縮水排出口135A1により排気通路127に生じる凝縮水を排出することで、第1種触媒100の温度を活性温度まで高くでき、かつ凝縮が発生しない、且つ凝縮水が分配しないため、触媒に排気ガスが接触できるので浄化機能を維持できる。
【0045】
図4及び図5は、冷却水ジャケットの構成を示し、図4は第1冷却水ジャケット128を示し、図5は第2冷却水ジャケット129を示す。図4に示すように、冷却水入口121から矢印Winのように導入された冷却水は、第1冷却水ジャケット128の通路を矢印で示すように流れ、連通孔133を通して図5の第2冷却水ジャケット129内に流入する。この第1冷却水ジャケット128の冷却水入口121は、排気通路127の排気出口122から離れた位置に設けられ、排気通路127の第1種触媒100の上流部に対向する位置では、排気ガスの渦巻き状の流れと反対方向に冷却水が流れるように流路が形成され、下流部では排気ガスの渦巻き状の流れと同方向に冷却水が流れるように流路が形成されている。流路壁面には溝部136が適宜形成され、冷却水ジャケットの流路を排気通路に向けて包み込むように深くして冷却効率を高める。
【0046】
第1冷却水ジャケット128を循環した冷却水は、その上部に形成された連通孔133を通して反対側の第2冷却水ジャケット129内に流れる。このように第1冷却水ジャケット128を流れる冷却水は、冷却水入口121近傍において温度低下した排気ガスと熱交換して温度上昇し、第1冷却水ジャケット128の全長を、複数のガイド壁160で長くし、一部に連通孔160aを形成することにより、冷却水の流速を低下させないで広い熱伝達面を確保するようにしている。これにより、冷却水が滞留しホットスポートとなる点をなくすことができ、アルミニウム合金製である排ガス熱交換器32の腐食を防止することができる。
【0047】
また、図5に示すように、連通孔133から流入した冷却水は、第1冷却水ジャケット128の場合と同様に、排気通路127の第1種触媒100の上流部に対向する位置では、排気ガスの渦巻き流れに対向する方向に流れ、冷却水出口120から矢印Woutのように流出する。
【0048】
第2冷却水ジャケット129においても同様に、冷却水入口となる連通孔133近傍において温度低下した排気ガスと熱交換して温度上昇し、第2冷却水ジャケット129の広い範囲で効率よく排気ガスの熱を回収することができる。また、第2冷却水ジャケット129の全長を、複数のガイド壁161で長くすることにより、冷却水の流速を低下させないで広い熱伝達面を確保するようにしている。これにより、冷却水が滞留しホットスポートとなる点をなくすことができ、アルミニウム合金製である排ガス熱交換器32の腐食を防止することができる。また、第1冷却水ジャケット128と第2冷却水ジヤケツト129を直列にしたことにより、排気ガスの熱回収のための冷却水ジヤケット表面積を大きくしつつ、冷却水の流速を確保できるようにしているので、より確実に冷却水の滞留を防止可能である。
【0049】
また、第2冷却水ジャケット129における排気ガスと冷却水との温度差により、上流側となる第1冷却水ジャケット128における排気ガスと冷却水との温度差の方を大きくすることができるので、排ガス熱交換器32の内シリンダヘッド103に接する側で温度が上昇し易い前側の壁の冷却能を高め、温度を低下させることができ、排ガス熱交換器32を全体として温度を下げることができるため、熱腐食をより防止易くできる。
【0050】
このように排気通路127の排気入口126より上方に第1種触媒100を配置し、この触媒下流の排気通路127に冷却水との熱交換壁を構成するガイド壁160,161を配置し、排気入口126から第1種触媒100までの熱交換壁の面積より、第1種触媒100から排気出口120までの熱交換壁の面積の方が大きく形成され、第1種触媒100は上流部において排気ガスが冷却されにくく、触媒上流でドレン水が発生しにくくなっている。また、この実施の形態では、排気入口126から第1種触媒100までの排気通路壁の外周を冷却しているが、冷却しないようにしてもよい。
【0051】
また、排気通路127の途中に排気入口126より下方となる下部にドレン水出口である凝縮水排出口135Aを設けており、排気通路127の途中で排ガス中の水蒸気が凝縮してドレン水が溜っても、第1種触媒100に付着せず第1種触媒100の排気浄化性能を低下を軽減することが可能である。
【0052】
第1種触媒100、HnCm浄化用触媒200及び付臭成分除去触媒300の各触媒は、図7あるいは図10(A)に示すように粉末状の触媒材料をハニカム状、あるいはペレット状に成形焼成して作成したものか、図8、図9あるいは図10(B),(C)に示すようにハニカム状担体あるいはペレット担体に粉末状の触媒を吸着あるいは塗布して担持させた後成形、焼成して作成したものが用いられる。担体は、金属膜で、あるいはガンマAl2Ο3あるいはTiO2の微粉末を酸性水あるいはアルカリ水または中性水で練り、ペースト状にしたものを型込めし、乾燥、焼成して作成し、ハニカム状担体、ペレット状担体にする。ハニカム状あるいはペレッ卜状担体表面に、単体あるいは複数の触媒(複数種の触媒を混合する場合を含む)の構成成分の微粉末を酸性水あるいはアルカリ水または中性水で練り、ペースト状にしたものを塗り込み、乾燥、焼成して作成する。ペーストから乾燥、焼成して作成した担体表面に、単体あるいは複数の触媒構成成分(複数種の触媒を混合する場合を含む)の塩溶解液を含浸し、構成成分を析出させて触媒とする。
【0053】
図7の実施の形態は、触媒材料を調合した後、ハニカム構造体に成形し、焼成する。図8の実施の形態は、触媒材料をハニカム状に成形されたコージェライト担体の内部に塗り込み乾燥、焼成して作製する。図9の実施の形態は、触媒材料をハニカム状に成形されたメタル(耐熱性合金)担体の内部に塗り込み乾燥、焼成して作製する。
【0054】
図10(A)の実施の形態は、触媒材料を調合した後、球状に成形し、焼成する。図10(B)の実施の形態は、触媒材料を球状アルミナの外周部に塗り乾燥、焼成して作製する。図10(C)の実施の形態は、触媒材料を球状コージェライトの外周部に塗り乾燥、焼成して作製する。
【0055】
【発明の効果】
前記したように、請求項1記載の発明では、排ガス熱交換器の大断面を上下方向に位置させ、この排ガス熱交換器内の排気通路は大断面の中央部の側面に排気入口があり、中央部から渦巻き状に広がり、この排気通路の排気入口より上方に触媒を配置し、この触媒下流の排気通路に冷却水との熱交換壁を配置しており、排気通路の途中で排ガス中の水蒸気が凝縮してドレン水が溜っても、触媒に付着しにくい。また、排気入口から触媒までの排気通路壁の外周を冷却しないか、冷却するにしてもこの部分の熱交換壁の面積より、触媒から排気出口までの熱交換壁の面積の方が大きく、さらに排気通路の途中に排気入口より下方となる下部にドレン水出口を設けたから、触媒は上流部において排気ガスが冷却されにくく、触媒上流でドレン水が発生しにくく、触媒に付着せず触媒の排気浄化性能を低下を軽減することが可能である。
【0056】
請求項2記載の発明では、触媒の下流部に膨張室を設けたから、排気脈動を膨張室で軽減することができ、さらに排ガス熱交換器の下流の排気通路の途中に排気サイレンサを配置したから、下流の排気サイレンサの壁からのシェル音を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】排ガス浄化用触媒付きエンジンを備えるエンジン駆動式ヒートポンプの構成図である。
【図2】排ガス熱交換器部分の構成配置図である。
【図3】図2のIII-III線に沿う断面図である。
【図4】図2のIV-IV線に沿う断面図である。
【図5】図2のV-V線に沿う断面図である。
【図6】排ガス熱交換器の分解斜視図である。
【図7】触媒材料を調合した後、ハニカム構造体に成形し、焼成する実施の形態を示す図である。
【図8】触媒材料をハニカム状に成形されたコージェライト担体の内部に塗り込み乾燥、焼成して作製する実施の形態を示す図である。
【図9】触媒材料をハニカム状に成形されたメタル(耐熱性合金)担体の内部に塗り込み乾燥、焼成して作製する実施の形態を示す図である。
【図10】(A)の実施の形態は、触媒材料を調合した後、球状に成形し、焼成し、(B)の実施の形態は、触媒材料を球状アルミナの外周部に塗り乾燥、焼成して作製し、(C)の実施の形態は、触媒材料を球状コージェライトの外周部に塗り乾燥、焼成して作製する実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
7 排ガス浄化用触媒付きエンジン
31 排気通路
32 排ガス熱交換器
100 第1種触媒
120 排気出口
126 排気入口
127 排気通路
Claims (2)
- 排気通路の途中に排ガス熱交換器を配置したエンジンであって、前記排ガス熱交換器の大断面を上下方向に位置させ、この排ガス熱交換器内の排気通路は前記大断面の中央部の側面に排気入口があり、前記中央部から渦巻き状に広がるように形成されて一旦上方に向う部分を有し、この排気通路の前記排気入口より上方に触媒を配置し、この触媒下流の排気通路に冷却水との熱交換壁を配置し、前記排気入口から触媒までの排気通路壁の外周を冷却しないか、冷却するにしてもこの部分の熱交換壁の面積より、前記触媒から排気出口までの熱交換壁の面積の方が大きく、さらに前記排気通路の途中に前記排気入口より下方となる下部にドレン水出口を設けたことを特徴とする排ガス浄化用触媒付きエンジン。
- 前記触媒の下流部に膨張室を設け、さらに前記排ガス熱交換器の下流の排気通路の途中に排気サイレンサを配置したことを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化用触媒付きエンジン。
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