JPH0519535Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は排気系に触媒を備えたエンジンに関す
るものであつて、特に当該エンジンの排気熱を有
効利用すべく備えられて該排気熱の回収を行う排
気熱回収装置に関する。

（従来の技術） 空調用機器として用いられるヒートポンプ等の
コンプレツサを駆動するエンジンには、その燃焼
室から排出された排気ガスの熱を回収する排気熱
回収装置が備えられることがある。この装置は、
例えば当該エンジンの排気系にウオータジヤケツ
トを形成して、該ジヤケツト内を循環する冷却水
と排気ガスとの間で熱交換を行わせ、この熱交換
により高温状態とされた冷却水を上記ヒートポン
プの空調用熱交換器に導入することにより、暖房
負荷の軽減等を図るようにしたものである。

一方、自動車用エンジンの排気系には、排気ガ
ス中の有害成分を浄化するための触媒が備えられ
るのが通例であるが、この触媒は排気ガス温度が
低くなるエンジン運転領域においてはその反応温
度が低いことに起因して良好な浄化作用が行われ
ないという難点がある。このような排気浄化に関
する問題に対しては、例えば実開昭51−59711号
公報に示されているように排気マニホルドを構成
するケース（リアクタケース）の内部にインナコ
ア及びアウタコアを配設し且つこの両コア間に断
熱材を充填して、上記インナコアの内部通路つま
り排気通路を通過する排気ガスの温度をできるだ
け低下させないようにすることが知られている。

更に、実開昭58−195014号公報によれば、排気
系に触媒と上記のような排気熱回収用の熱交換器
とを設置すると共に、触媒の周囲にウオータジヤ
ケツトを設けて、該ジヤケツト内の冷却水と触媒
との間で熱交換を行わせるようにしたものが示さ
れている。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、上記実開昭51−59711号公報に
示された断熱構造を有する排気系に触媒を設置す
る場合、該触媒による熱害等を回避した上で良好
な浄化作用を行うにはその配設位置が重要となる
のは勿論のこと、上記実開昭58−195014号公報に
示されているように、排気熱回収装置が備えられ
たエンジンの排気系に上記触媒を設置する場合、
該排気系に備えられるウオータジヤケツトと触媒
とが夫々適切配置されていないと、以下に示すよ
うな問題が生じる。

即ち、当該エンジンの運転領域が高回転領域に
ある場合には、上記触媒から放射される多量の熱
が効率良く回収されず、そのため排気熱が有効利
用できなくなると共に、その放射熱によつて排気
系に種々の熱害が生じ、更には排気ガス温度の過
上昇により排圧が上昇してエンジンの出力低下を
招くことになる。一方、エンジン低回転領域等に
おいては、排気ガス温度が低いことに起因して触
媒による良好な浄化作用が行われず、特にこの問
題は、始動直後等における排気ガス温度のみなら
ずエンジン自体の温度が低い場合に一層顕著とな
る。また、エンジン運転領域が高回転領域から低
回転領域に移行した場合には、排気ガス温度が急
激に低下することにより排気通路内に多量の凝縮
水が発生し、そのため該通路内壁等に腐食が生じ
ることになる。

本考案は排気熱回収装置が備えられたエンジン
に触媒を設置する場合の上記のような問題に対処
するもので、当該エンジンの排気系に備えられる
ウオータジヤケツトと触媒との適切配置等によ
り、エンジン高回転域における触媒からの放射熱
を効率良く回収して排気熱の有効利用を図り且つ
排気系に生じる熱害及び排圧上昇に伴うエンジン
出力の低下等を防止すると共に、エンジン低回転
域における触媒の浄化作用の安定化及び排気熱の
有効利用、更には凝縮水発生量の低減等を図り、
加えて始動直後等のエンジン冷却水の低温時にも
触媒による所要の排気ガス浄化作用が得られるよ
うにすることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 即ち、本考案に係る触媒付エンジンの排気熱回
収装置は、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒
と、該排気ガスとの間で熱交換を行う冷却水が循
環されるウオータジヤケツトとを備えた構成にお
いて、上記触媒を排気通路の上流側に設置し、且
つ該触媒の設置箇所を覆うように上記ウオータジ
ヤケツトを形成する。そして、このウオータジヤ
ケツト内の冷却水と触媒との間で熱交換が行われ
るように構成すると共に、該触媒の設置箇所に、
その上流側の排気通路から該触媒の外周囲を経て
下流側に一部の排気ガスを通過させる貫通孔を設
ける。

（作用） 上記の構成によれば、排気通路の上流側つまり
燃焼室の近傍に触媒を設置したことにより、排気
ガスがその温度低下を招くことなく該触媒に供給
されることになつて、例えば排気通路の下流側に
触媒を設けた場合と比較して良好な浄化作用が行
われ得ることになる。

そして、特に本考案によれば、上記触媒の設置
箇所を覆うようにウオータジヤケツトを形成し
て、該ジヤケツト内の冷却水と触媒との間で熱交
換を行わせる構成としたことにより、エンジン高
回転時に発生する触媒からの多量の放射熱が上記
冷却水により効率良く回収されて、この回収され
た熱が例えばヒートポンプの暖房負荷軽減に有効
利用されることになる。また、これに加えて、上
記放射熱による排気系の熱害や排圧上昇に伴うエ
ンジン出力の低下等が防止ないし抑制されること
になる。

一方、エンジン低回転時においては、上記触媒
の周囲に高温状態の冷却水が存在していることに
より該触媒内が保温されているので、排気ガス温
度が低くても触媒による浄化作用が良好に行われ
ると共に、この時に発生する反応熱も上記冷却水
により効率良く回収されることになる。また、始
動直後等の冷却水温度が低いため、該冷却水によ
る触媒の保温作用が期待できない場合でも、一部
の排気ガスが排気通路の上流側から触媒の外周囲
を経て下流側に通過するので、この排気ガスによ
り触媒が加熱され、所要の浄化作用が得られるこ
とになる。更に、エンジン高回転域から低回転域
への移行等に伴つて排気ガス温度が急激に低下し
ても、上記触媒の放射熱により高温状態とされた
冷却水が排気通路内を保温しており、しかも排気
ガスは触媒の反応熱により高温状態となつている
ため、該通路内に発生する凝縮水は極少量とな
る。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。

先ず、第１図に基づいて本考案に係る触媒付エ
ンジンの排気熱回収装置の概略構成を説明する
と、同図に示すように当該エンジン１の一側部に
は、主排気通路２と該通路２の上流側で分岐され
た４本の分岐通路２₁〜２₄とをその内部に有する
排気マニホルド３がガスケツト４を介して固設さ
れている。そして、上記各分岐通路２₁〜２₄の上
流端は夫々、排気弁５…５（第２図参照）を介し
て燃焼室１₁〜１₄に通じる各排気ポート６₁〜６₄
の下流端に接続されている。

一方、上記排気マニホルド３には、各燃焼室１
_１〜１₄から排出された排気ガスとの間で熱交換を
行うための冷却水が強制循環されるウオータジヤ
ケツト７が形成されている。そして、上記熱交換
を行うことにより高温状態とされたウオータジヤ
ケツト７内の冷却水は、ポンプ８の作動により該
ジヤケツト７の出口７ａから径路a₁を介して吸い
出されると共に、径路a₂を経て例えばヒートポン
プに備えられる熱回収用機器（空調用熱交換器）
９に供給されることにより該ポンプの暖房負荷軽
減に利用される。更に、この冷却水は、径路a₃を
経て当該エンジン１の排気系に備えられた熱交換
器１０に導入され、且つ径路a₄で示すように該交
換器１０内を通過する際に、排気マニホルド３か
ら該交換器１０内に導かれた排気ガス（矢印ｂで
示す）との間で熱交換を行い、然る後、径路a₅を
介して上記マニホルド３のウオータジヤケツト７
内に帰還されるようになつている。

然して、上記排気マニホルド３における各分岐
通路２₁〜２₄の上流端には、排気ガス中の有害成
分を浄化する触媒１１₁〜１１₄が夫々配設されて
いる。この触媒１１₃，１１₁，１１₂，１１₄は
（第２図参照）、両端が開口された筒状のケース１
２内にその外周面との間にクツシヨン部材１３を
介在させ且つ該ケース１２のフランジ部１２ａを
上記マニホルド３とエンジン１との両側面間に挟
持させることにより、各排気ポート６₁〜６₄の下
流端に連接した状態に保持されている。

以上の構成に加えて上記排気マニホルド３にお
いては、各触媒１１₁〜１１₄の配設位置を覆うよ
うに上記ウオータジヤケツト７が形成されてお
り、上記各触媒１１₁〜１１₄が覆われたエンジン
側ジヤケツト部分７ｂ…７ｂを通過する冷却水
と、これらの触媒１１₁〜１１₄との間で熱交換が
行われるようになつている。また、第３，４図に
示すように、上記触媒１１₃，１１₁，１１₂，１
１₄を保持するケース１２のフランジ部１２ａに、
一端が排気ポート６₃，６₁，６₂，６₄に開口し、
且つ他端が分岐通路２₃，２₁，２₂，２₄の内壁面
とケース１２の外周面との間の隙間ｘに開口する
複数の貫通孔１２ｂ…１２ｂが略等角度間隔毎に
形成されている。尚、これらの貫通孔１２ｂ…１
２ｂの大きさは、各孔１２ｂ…１２ｂを通過する
排気ガスが排気浄化に対して何ら悪影響を及ぼさ
ない程度の大きさに設定されている。

上記の構成によれば、エンジン１の作動時に各
燃焼室１₁〜１₄から排気ポート６₁〜６₄に夫々排
出された高温状態の排気ガスは、排気マニホルド
３における各分岐通路２₁〜２₄の上流端に夫々設
置された触媒１１₁〜１１₄内に即座に供給される
ことになるので、この触媒を例えば排気系の下流
側に設けた場合と比較して良好な排気ガスの浄化
作用が行われることになる。

然して、上記各触媒１１₁〜１１₄は、排気マニ
ホルド３に形成されたウオータジヤケツト７のエ
ンジン側ジヤケツト部分７ｂ…７ｂにより覆われ
ているので、当該エンジン１の高回転域において
は各触媒１１₁〜１１₄から放射される多量の熱が
上記ジヤケツト部分７ｂ…７ｂを通過する冷却水
により回収されると共に、この時高温状態となつ
た冷却水は径路a₁，a₂を経て熱回収用機器９に供
給される。これにより、排気熱の回収効率が向上
されて該熱がヒートポンプの暖房作用等に有効利
用されることになる。また、このようなエンジン
高回転域で触媒１１₁〜１１₄と冷却水との間で熱
交換が行われることにより、各触媒１１₁〜１１₄
からの多量の放射熱が排気系に種々の熱害を生じ
させるといつた不具合が回避されると共に、排気
ガス温度が好適に低下されて排圧上昇に伴うエン
ジン１の出力低下等が効果的に防止されることに
なる。

一方、エンジン低回転域においては、燃焼室１
_１〜１₄から排気ポート６₁〜６₄に排出される排気
ガスの温度が低くても、各触媒１１₁〜１１₄の周
囲に形成されたエンジン側ジヤケツト部分７ｂ…
７ｂを通過する冷却水が高温であることにより触
媒１１₁〜１１₄が保温された状態となつており、
従つてこのような領域においても良好な浄化能力
が得られると共に、触媒１１₁〜１１₄の反応熱が
上記冷却水により回収されて排気熱の有効利用が
図られることになる。そして、このような排気熱
の利用は、低回転運転を行うヒートポンプに対し
て特に有効となる。また、エンジン１の運転領域
が例えば高回転域から低回転域に移行した場合に
は、排気ガス温度が急激に低下することに起因し
て多量の凝縮水が主排気通路２内等に発生する虞
れがあるが、このような場合においても、上記触
媒１１₁〜１１₄からの放射熱により高温状態とな
つた冷却水が上記主排気通路２を保温しており且
つ排気ガスの温度自体も触媒１１₁〜１１₄を通過
することにより高温となつているため、上記凝縮
水の発生は可及的抑制されることになる。

更に、当該エンジン１の始動直後域は外気温が
低い場合等の冷却水温度が低く、そのため冷却水
による触媒１１₁〜１１₄に対する保温作用が得ら
れない場合にも、第３図に矢印ｙで示すように、
触媒１１₁〜１１₄のケース１２のフランジ部１２
ａに設けられた貫通孔１２ｂ…１２ｂから該ケー
ス１２の外周囲の隙間ｘを一部の排気ガスが通過
することにより、この排気ガスによつて触媒１１
_１〜１１₄が加熱されて所要の浄化作用が得られる
ことになる。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、エンジンの排気
系に備えられる触媒を排気通路の上流側に設置し
且つこの設置箇所を覆うようにウオータジヤケツ
トを形成して、該ジヤケツト内の冷却水と触媒と
の間で熱交換を行わせると共に、一部の排気ガス
を触媒の外周囲を通過させる構成としたから、触
媒からの放射熱ないし反応熱が上記冷却水により
良好に回収されて、排気熱の回収効率が向上する
と共に、触媒が冷却水により保温され域は上記一
部の排気ガスで加熱されることにより、エンジン
の低回転域や始動直後等に良好な排気ガスの浄化
が行なわれることになる。また、上記ウオータジ
ヤケツト内を循環する冷却水の作用及び触媒によ
る反応熱の作用により、排気通路内における凝縮
水の発生量が可及的低減されることになる。更
に、エンジン高回転域における触媒からの多量の
放射熱が上記冷却水によつて回収されることによ
り、この放射熱による排気系の熱害や排圧上昇に
伴うエンジン出力の低下等が効果的に防止される
ことになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示すもので、第１図は
触媒付エンジンの排気熱回収装置を示す概略構成
図、第２図は第１図−線で切断した拡大断面
図、第３図は触媒及びこれを保持するケースの周
辺部を示す要部拡大断面図、第４図は上記ケース
の単体斜視図である。 １……エンジン、２……主排気通路、２₁〜２₄
……分岐通路、７，７ｂ……ウオータジヤケツ
ト、１１₁〜１１₄……触媒。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気ガス中の有害成分を浄化する触媒と、該排
   気ガスとの間で熱交換を行う冷却水が循環するウ
   オータジヤケツトとを有する触媒付エンジンの排
   気熱回収装置であつて、上記触媒が排気通路の上
   流部に設置されていると共に、該触媒と上記冷却
   水との間で熱交換が行われるように、該触媒の設
   置箇所を覆う部位に上記ウオータジヤケツトが形
   成され、且つ該触媒の設置箇所に、その上流側の
   排気通路から該触媒の外周囲の空間を経て一部の
   排気ガスを下流側に通過させる貫通孔が設けられ
   ていることを特徴とする触媒付エンジンの排気熱
   回収装置。