JPH05312035A - 内燃機関の排ガス熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は従来の大型の排ガス熱交換器に換え
て、コストが安く、かつ熱交換効率の高い排ガス熱交換
器を提供せんとするものである。その為に多気筒の内燃
機関の各シリンダ毎に、小型の排ガス熱交換器を付設す
べく構成し、各排ガス熱交換器はすべて同一のものを使
用することで、一種類の排ガス熱交換器で数種類の内燃
機関に使用可能としたものである。 【構成】 多気筒内燃機関の排ガス熱交換器において、
同一形状の排ガス熱交換器を内燃機関の気筒毎に同数だ
け併置し、該排ガス熱交換器Ａを大径管３と小径管４に
より構成し、大径管３の内部に複数の小径管４を挿入
し、小径管４の内部に排気ガスを通過させ、小径管４と
大径管３の間に冷却水を通過させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排ガスの高温
を、冷却水温度に変換する排ガス熱交換器の構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来からエンジンヒートポンプ等におい
て、内燃機関の排ガス温を冷却水温に変換する排ガス熱
交換器が用いられていた。しかし従来の排ガス熱交換器
は、図１６の従来技術の図面において示す如く、多気筒
内燃機関の各シリンダからの排ガスを、一旦排気マニホ
ールドにより集めて、大型の１台の排ガス熱交換器４０
に集中し、熱交換を行っていたのである。そして該排ガ
ス熱交換器４０にて熱交換を終了後の排ガスは、排気消
音器５に案内されていたのである。故に、排ガス熱交換
器が大型となり、高価格となるという不具合があったの
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の大型の
排ガス熱交換器に換えて、コストが安く、かつ熱交換効
率の高い排ガス熱交換器を提供せんとするものである。
その為に多気筒の内燃機関の各シリンダ毎に、小型の排
ガス熱交換器を付設すべく構成し、各排ガス熱交換器は
すべて同一のものを使用することで、一種類の排ガス熱
交換器で数種類の内燃機関に使用可能としたものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の解決すべき課題
は以上の如くであり、次に該課題を解決する手段を説明
する。即ち、多気筒内燃機関の排ガス熱交換器におい
て、同一形状の排ガス熱交換器を内燃機関の気筒毎に同
数だけ併置したものである。

【０００５】また、内燃機関の排ガス熱交換器におい
て、該排ガス熱交換器Ａを大径管３と小径管４により構
成し、大径管３の内部に複数の小径管４を挿入し、小径
管４の内部に排気ガスを通過させ、小径管４と大径管３
の間に冷却水を通過させたものである。

【０００６】また、排ガス熱交換器Ａを大径管３の内部
に複数の小径管４を挿入して構成し、小径管４の内部に
排気ガスを通過させ、小径管４と大径管３の間に冷却水
を通過させる構成において、排ガス出口部における小径
管４と大径管３との間には、弾性体により構成した栓体
８を嵌装したものである。

【０００７】また、排ガス熱交換器Ａを大径管３の内部
に複数の小径管４を挿入して構成し、小径管４の内部に
排気ガスを通過させ、小径管４と大径管３の間に冷却水
を通過させる構成において、冷却水出口部における大径
管３の周囲に複数の出口孔を開口し、該出口孔の周囲を
弾性体継手６により外嵌被覆したものである。

【０００８】

【作用】次に作用を説明する。内燃機関Ｅのシリンダの
内部で燃焼後の排ガスは、排気弁２を通過して、排ガス
熱交換器Ａの小径管４の内部に案内される。そして該小
径管４の外周と大径管３との間を通過する冷却水により
冷却されて、排ガスの熱は冷却水に交換される。そして
低温化した排ガスは排気消音器５に案内されて、外部に
排出される。小径管４と大径管３の間の冷却水は、取り
出されて温水として他の用途に使用されるのである。

【０００９】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。図１は本発
明の内燃機関の排ガス熱交換器システムを示す正面図、
図２は同じく内燃機関の排ガス熱交換器の平面図、図３
は内燃機関と排ガス熱交換器Ａの配置を示す他の実施例
を示す正面図、図４は同じく内燃機関と排ガス熱交換器
Ａの配置を示す側面図、図５は排ガス熱交換器Ａを冷却
水の搬送経路として使用した実施例の正面図、図６は冷
却水パイプ２０をオイルパン１７の内部を通過した実施
例の正面図、図７は冷却水パイプ２０と潤滑油吸入管２
４の配置を示す側面図、図８は冷却水搬送パイプ２５と
排ガス熱交換器Ａの位置関係を示す側面図、図９は冷却
水パイプ２０を潤滑油冷却筒２１内に通過した実施例の
正面断面図、図１０は図９の側面断面図、図１１は本発
明の内燃機関の排ガス熱交換器の正面断面図、図１２は
排ガス熱交換器Ａの取付ブラケット９部分の平面図、図
１３は排ガス熱交換器Ａを構成する大径管３と小径管４
の断面を示す図１１のＣ−Ｃ断面矢視図、図１４は栓体
８の断面図、図１５は栓体８の平面図、図１６は従来の
排ガス熱交換システムを示す正面図である。

【００１０】図１・図２において、本発明の要部を説明
する。従来は図１６に示す如く、大型で単体の排ガス熱
交換器４０を配置し、多気筒の内燃機関の各シリンダか
ら、排気マニホールドを介して排気を一本のパイプに集
中し、排ガス熱交換器４０の内部を通過させていたので
ある。故に、大型の排ガス熱交換器４０の値段が高く、
形状もコンパクトに構成することが出来なかったのであ
る。

【００１１】本発明の場合には、多気筒のシリンダ毎に
排ガス熱交換器Ａを付設したのである。内燃機関Ｅはオ
イルパン１７とシリンダブロック１６とシリンダヘッド
１を中心に構成されている。該シリンダヘッド１の内部
には、排気弁２と吸気弁と弁腕１３と弁ばね１４等が配
置されている。該弁腕１３の上部を弁腕室カバー１９に
より被覆して、潤滑油の飛散を防止している。

【００１２】そしてシリンダヘッド１の排気弁２から吐
出される排気を、排ガス熱交換器Ａの内部の複数の小径
管４内に案内するのである。該小径管４の内部は、内燃
機関Ｅのシリンダと排気消音器５の内部を連通してい
る。該小径管４の周囲を被覆する大径管３には、小径管
４との間に冷却水が通過すべく構成されている。そし
て、図１においては、シリンダヘッド１の冷却水ジャケ
ット内の冷却水をそのまま、小径管４と大径管３の間の
空間に案内し、冷却水排出口１２から排水している。１
０は内燃機関Ｅの基台である。

【００１３】図２において示す如く、内燃機関Ｅの各気
筒毎に、排ガス熱交換器Ａが配置されており、各排ガス
熱交換器Ａは弾性体継手１１を介して排気消音器５に集
められている。そして排ガス熱交換器Ａは３気筒の場合
であるので、３本が配置されているが、該排ガス熱交換
器Ａはすべて共通部品により構成するものとする。

【００１４】図１と図２の実施例においては、シリンダ
ヘッド１の冷却水ジャケットの冷却水をそのまま大径管
３の内部に案内していた。図３・図４の実施例において
は、シリンダヘッド１のジャケットの冷却水ではなく
て、別に冷却水入口７から低温の冷却水を導入すべく構
成している。そして冷却水入口７から大径管３の内部に
案内された冷却水は、大径管３の下方の弾性体継手６の
部分から排出される。一方、シリンダヘッド１の冷却水
ジャケット内の冷却水は、別に冷却水排出口１８から排
出される。

【００１５】図５に示す実施例においては、冷却水入口
７から流入した冷却水を、大径管３内に通過させ、その
後は冷却水パイプ１８により、再度シリンダブロック１
６の冷却水ジャケットに案内し、シリンダブロック１６
とシリンダヘッド１の冷却を行っている。図６において
は、大径管３内の冷却水は、排気を冷却した後に、オイ
ルパン１７内の冷却水パイプ２０を通過し、該冷却水パ
イプ２０から出た部分において冷却水パイプ２５によ
り、再度シリンダブロック１６内の冷却水ジャケットに
案内すべく構成している。

【００１６】図７に示す如く、オイルパン１７内に配置
された冷却水パイプ２０の側方に、潤滑油吸入管２４を
配置し、冷却水パイプ２０により冷却した後の、低温の
潤滑油を吸引すべく構成している。図８においては、大
径管３から冷却水パイプ２０を経て冷却水パイプ２５に
至る経路を側面から見ている。図９の実施例において
は、オイルパン１７の内部には、潤滑油冷却筒２１を設
け、該潤滑油冷却筒２１から潤滑油吸入管２４により、
低温の潤滑油を吸引すべく構成している。該潤滑油冷却
筒２１の内部に冷却水パイプ２０が配置されている。従
って図７の方式に較べて、該冷却水パイプ２０の内部の
潤滑油のみを積極的に冷却するので、他の部分よりも低
温の潤滑油を冷却水パイプ２２から吸引することができ
るのである。

【００１７】図１０においては、図９の冷却水パイプ２
０と潤滑油冷却筒２１の構成が側方から図示されてい
る。潤滑油吸入管２２は潤滑油ポンプと連通している。
次に図１１と図１２と図１３と図１４と図１５により、
排ガス熱交換器Ａの具体的な構成について説明する。本
発明の排ガス熱交換器Ａは、大径管３と小径管４の如
く、通常よく使用される管材を使用して、低コストで排
ガス熱交換器を構成することを目的としている。即ち、
大径管３も小径管４も市販されている管でよく、小径管
４を大径管３の内部に入れて、曲げ加工等を施している
のである。

【００１８】大径管３と小径管４の始端部は、取付ブラ
ケット９により一体化され、小径管４の端部の開口は空
いているが、大径管３の側の端部の開口は、取付ブラケ
ット９により閉鎖されている。この構成により、大径管
３内の冷却水は出ることが出来ず、多気筒内燃機関Ｅの
各シリンダからの排ガスが、本実施例では３本の小径管
４の内部に案内されるのである。そして該小径管４内の
排ガスは、下端の栓体８の部分も空いているので、該部
分から外気に排出される。そして冷却水は、冷却水入口
７の部分に供給されて、大径管３と小径管４の間を通過
する間に、排ガスとの温度交換を行い、冷却水の下端の
弾性体継手６から外部に吐出される。該弾性体継手６の
部分の大径管３には、出口孔３ａが開口されており、該
出口孔３ａの周囲を弾性体継手６により被覆している。

【００１９】図１４・図１５に示す栓体８は、弾性体に
より構成しているが、該小径管４内の排ガスの高温は、
弾性体部では熱交換により冷却されているので、該栓体
８が燃えることは無いのである。

【００２０】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するのである。即ち、請求項１の如く、
多気筒内燃機関の排ガス熱交換器において、同一形状の
排ガス熱交換器を内燃機関の気筒毎に同数だけ併置した
ので、同一部品である排ガス熱交換器Ａを気筒の分だけ
使用することで、一種類の排ガス熱交換器Ａにより数種
類の内燃機関Ｅに使用でき、コストを安くすることが出
来るのである。また排ガス熱交換器Ａは大径管３と小径
管４により構成したものであるので、場所をとらずコン
パクトに構成することが出来たのである。

【００２１】請求項２の如く、排ガス熱交換器Ａを大径
管３と小径管４により構成し、大径管３の内部に複数の
小径管４を挿入し、小径管４の内部に排気ガスを通過さ
せ、小径管４と大径管３の間に冷却水を通過させたの
で、大量生産されているパイプ材料を使用して排ガス熱
交換器Ａとすることが出来るので、コスト的に有利に製
造することが出来るのである。また最初から各気筒毎に
排ガス熱交換器Ａを構成しているので、排気マニホール
ドを用意する必要がなくなったのである。この点からも
コストを安くすることが出来たのである。

【００２２】請求項３の如く、排ガス熱交換器Ａを大径
管３の内部に複数の小径管４を挿入して構成し、小径管
４の内部に排気ガスを通過させ、小径管４と大径管３の
間に冷却水を通過させる構成において、排ガス出口部に
おける小径管４と大径管３との間には、弾性体により構
成した栓体８を嵌装したので、大径管３と小径管４を溶
接する場合の高度な技術を必要とせず、栓体８の部分に
小径管４と大径管３を押し込むだけで簡単に排ガス熱交
換器Ａを構成することが出来たのである。しかもパイプ
材は伸縮が自由であるので、排ガスと冷却水との間で膨
張率の相違により、大径管３と小径管４の溶接部分が剥
がれるという不具合が発生するが、この点を栓体８によ
り連結し吸収することにより、解消することが出来た。

【００２３】請求項４の如く、排ガス熱交換器Ａを大径
管３の内部に複数の小径管４を挿入して構成し、小径管
４の内部に排気ガスを通過させ、小径管４と大径管３の
間に冷却水を通過させる構成において、冷却水出口部に
おける大径管３の周囲に複数の出口孔を開口し、該出口
孔の周囲を弾性体継手６により外嵌被覆したので、大径
管３に金属材により構成した継手を溶接するという、高
度な加工をする必要が無くなったのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の排ガス熱交換器システムを
示す正面図。

【図２】同じく内燃機関の排ガス熱交換器の平面図。

【図３】内燃機関と排ガス熱交換器Ａの配置を示す他の
実施例を示す正面図。

【図４】同じく内燃機関と排ガス熱交換器Ａの配置を示
す側面図。

【図５】排ガス熱交換器Ａを冷却水の搬送経路として使
用した実施例の正面図。

【図６】冷却水パイプ２０をオイルパン１７の内部を通
過した実施例の正面図。

【図７】冷却水パイプ２０と潤滑油吸入管２４の配置を
示す側面図。

【図８】冷却水搬送パイプ２５と排ガス熱交換器Ａの位
置関係を示す側面図。

【図９】冷却水パイプ２０を潤滑油冷却筒２１内に通過
した実施例の正面断面図。

【図１０】図９の側面断面図。

【図１１】本発明の内燃機関の排ガス熱交換器の曲げ加
工をしていない正面断面図。

【図１２】排ガス熱交換器Ａの取付ブラケット９部分の
平面図。

【図１３】排ガス熱交換器Ａを構成する大径管３と小径
管４の断面を示す図１１のＣ−Ｃ断面矢視図。

【図１４】栓体８の断面図。

【図１５】栓体８の平面図。

【図１６】従来の排ガス熱交換システムを示す正面図。

【符号の説明】

Ａ 排ガス熱交換器 １ シリンダヘッド ２ 排気弁 ３ 大径管 ４ 小径管 ５ 排気消音器 ６ 弾性体継手 ７ 冷却水入口 ８ 栓体 ９ 取付ブラケット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多気筒内燃機関の排ガス熱交換器におい
   て、同一形状の排ガス熱交換器を内燃機関の気筒毎に同
   数だけ併置したことを特徴とする内燃機関の排ガス熱交
   換器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の内燃機関の排ガス熱交換
   器において、該排ガス熱交換器Ａを大径管３と小径管４
   により構成し、大径管３の内部に複数の小径管４を挿入
   し、小径管４の内部に排気ガスを通過させ、小径管４と
   大径管３の間に冷却水を通過させたことを特徴とする内
   燃機関の排ガス熱交換器。
3. 【請求項３】 排ガス熱交換器Ａを大径管３の内部に複
   数の小径管４を挿入して構成し、小径管４の内部に排気
   ガスを通過させ、小径管４と大径管３の間に冷却水を通
   過させる構成において、排ガス出口部における小径管４
   と大径管３との間には、弾性体により構成した栓体８を
   嵌装したことを特徴とする内燃機関の排ガス熱交換器。
4. 【請求項４】 排ガス熱交換器Ａを大径管３の内部に複
   数の小径管４を挿入して構成し、小径管４の内部に排気
   ガスを通過させ、小径管４と大径管３の間に冷却水を通
   過させる構成において、冷却水出口部における大径管３
   の周囲に複数の出口孔を開口し、該出口孔の周囲を弾性
   体継手６により外嵌被覆したことを特徴とする内燃機関
   の排ガス熱交換器。