(57)【要約】【課題】排気ガスの熱を廃熱回収管の流体に熱交換する内燃機関において、伝熱効率を確保しつつ、流体が局部的に高温化して変質・劣化することを防止する。【解決手段】廃熱回収管１１の受熱部１２は、排気マニホールド２及び触媒収納部５を覆う遮熱板１０の内側に配置されており、受熱部１２と触媒収納部５及び遮熱板１０との間には空間が空いている。受熱部１２は金属製の連結具１３によって遮熱板１０に取り付けられている。受熱部１２は、触媒収納部５から直接放射される輻射熱と遮熱板１０を反射した輻射熱とでまんべんなく加熱される。走行風による過冷却は遮熱板１０で阻止される。連結具１３を流体の温度が高い部分に配置して伝熱性を高めることで、流体の変質・劣化を防止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路の外側に流体が流れる廃熱回収管を配置し、前記廃熱回収管を、前記排気通路の外側に配置された支持部材に連結具で取り付けている構成であって、
前記廃熱回収管は、前記排気通路及び支持部材との間に空間を空けた状態で配置されており、前記廃熱回収管のうち流体が高温化しやすい部分又はその近傍部と支持部材との間に、伝熱性の前記連結具又は伝熱部材を介在させている、
内燃機関。
【請求項２】
前記支持部材は前記排気通路の始端部を覆う遮熱板であって、前記連結具は弾性を有する金属板製であり、弾性に抗して開き変形することで前記廃熱回収管を抱持するスナップ係合式になっている、
請求項１に記載した内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、廃熱回収手段を備えた内燃機関燃料に関するもので、特に、車両（自動車）用の内燃機関を好適な対象にしている。
【背景技術】
【０００２】
車両用内燃機関において、排気ガスの熱を回収して有効活用することが提案されている。その例として特許文献１には、車体のフロアーの下に配置された排気管をフスアーの側からチャンネル状の遮熱板で覆い、遮熱板の上面に廃熱回収管を押え固定することが開示されている。また、特許文献２には、排気マニホールドを覆う遮熱板（インシュレータ）の内面に廃熱回収管を当接させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３３６０７号公報
【特許文献２】特開昭６２−２６８７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、車両用内燃機関の場合、廃熱回収管を通る流体は水とオイルとに大別される。更に、水は、機関の冷却水である場合と車内の暖房用とに大別されると云える。そして、水は沸点を超えない限り性質には変化はないため、廃熱回収管が局部的に高温になっても水の劣化という問題は生じない。
【０００５】
そして、特許文献１，２のように廃熱回収管の全体を遮熱板に当接させていると、遮熱板の温度分布がそのまま廃熱回収管に反映されるため、廃熱回収管が局部的に高温になることが有り得るが、廃熱回収管を流れる流体が水であればさほどの問題は発生しないと云える。
【０００６】
他方、暖機運転時に廃熱回収管に機関の潤滑油を流して、潤滑油を早期昇温させることで機械的損失を低減することが考えられるが、オイルは、になると沸騰して劣化したり固化（コーキング）してオイルの機能を失うことがあるため、特許文献１，２のように廃熱回収管を遮熱板に全体的に当接させていると、廃熱回収管が全体的に加熱され過ぎてオイルが全体的に劣化したり、廃熱回収管が局部的に高温化してその部分にオイルのコーキングが発生したりする虞がある。
【０００７】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、廃熱回収管を備えた内燃機関において、廃熱回収管を流れる流体がオイルのように温度に対してデリケートな性質を有する場合であって、劣化させることなく適切に熱交換できるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の請求項１，２の構成である。このうち請求項１の発明に係る内燃機関は、  排気通路の外側に流体が流れる廃熱回収管を配置し、前記廃熱回収管を、前記排気通路の外側に配置された支持部材に連結具で取り付けている構成であって、前記廃熱回収管は、前記排気通路及び支持部材との間に空間を空けた状態で配置されており、前記廃熱回収管のうち流体が高温化しやすい部分又はその近傍部と支持部材との間に、伝熱性の前記連結具又は伝熱部材を介在させている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、前記支持部材は前記排気通路の始端部を覆う遮熱板であって、前記連結具は弾性を有する金属板製であり、弾性に抗して開き変形することで前記廃熱回収管を抱持するスナップ係合式になっている。
【００１０】
なお、連結具も高温になるので、連結具はばね鋼やステンレス板のような弾性を有する金属板製とするのが好ましい。また、本願発明は廃熱回収管のうち温度が低い部分を支持部材に連結することを排除するものではない（温度が低い部分からの伝熱を阻止したい場合は、遮熱材を介して支持部材に連結したらよい。）。また、連結具や支持部材にフィンのような放熱遮断を設けることも可能である。本願発明の伝熱部材は、支持部材とは別部材である場合と、遮熱板等の支持部材に一体に設けたものとの両方を含んでいる。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明では、廃熱回収管と排気通路及び支持部材との間には空間が空いているため、廃熱回収管が過度に加熱されたり過度に冷却されたりすることはなく、排気通路から放射した輻射熱と支持部材から反射した輻射熱とを外周全体に受けて、廃熱を効果的に受熱できる。そして、廃熱回収管のうち局部的に温度が高くなる部分から連結具又は伝熱部材を介して支持部材に放熱できるため、廃熱回収管の内部を流れる流体がオイルであっても、沸騰やコーキングのような劣化現象を発生させることなく適切に熱交換できる。
【００１２】
排気通路の始端部は排気マニホールドとこれに接続された排気管の一部とで構成されており、排気マニホールドや排気管（特に触媒部）を遮熱板で覆うことが多いが、一般に、車両用内燃機関では、遮熱板は車両の前進方向に向いた側に配置していることが多い。従って、請求項２のように、廃熱回収管を排気通路の始端部を覆う遮熱板の内側に配置すると、車両に搭載した内燃機関であっても、廃熱回収管が走行風によって冷却されることを防止できるため、効率良く廃熱を回収することができる。
【００１３】
また、遮熱板はその性質からしてかなりの面積を有するため、請求項２のように廃熱回収管を遮熱板に取り付けると、廃熱回収管からの伝熱を確実化できる利点もある。また、請求項２の連結具は金属製であって伝熱性が高いため、これを放熱手段として使用することができる。従って、連結具をそのまま放熱手段に兼用できるため、それだけ構造を単純化してコスト抑制に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の正面図である。
【図２】側面図である。
【図３】頭２のIII-III 視底面図である。
【図４】図１の IV-IV視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
(1).図示の実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は車両用内燃機関に適用している。そして、方向を特定するため上下・左右・前後の文言を使用するが、上下は鉛直線方向と同義であり、前後は車両の前進方向を基準にしており、左右は車両の前進方向と対向した状態を基準にしている。
【００１６】
本実施形態の内燃機関は、クランク軸が左右方向に長く延びる横向き姿勢で車両に搭載されており、シリンダヘッド１（図２，３参照）の前面に排気ポート（図示せず）が開口している。従って、排気マニホールド２はシリンダヘッド１の前面１ａに固定されている。
【００１７】
本実施形態の内燃機関は３気筒であり、このため、排気マニホールド２は３つの枝管３とこれらに連通した集合管４とを有している。集合管４は下向きに開口しており、これに、排気管の始端部としての大径の触媒収納部５が固定されている。また、排気マニホールド２は各枝管３の入口部に繋がったフランジ６を備えており、フランジ６がボルト（図示せず）でシリンダヘッド１に固定されている。図１に示す符号７は、ボルトが挿通される取り付け穴である。
【００１８】
触媒収納部５は上部と下部とをテーパ部５ａ，５ｂと成した円筒形態であり、下テーパ部５ｂに連続した継手筒８にフランジ９を設けており、継手管８はフランジ９を使用して小径の排気管（図示せず）が接続される。フランジ９には、シリンダヘッド１に固定される取り付け部９ａを上向きに突設している。
【００１９】
排気マニホールド２と触媒収納部５とは排気通路の始端部を構成しており、排気マニホールド２の全体と触媒収納部５の大部分とは、薄金属板製の遮熱板１０で手前側及び上側から覆われている。遮熱板１０の後端は、その大部分がシリンダヘッド１に近接しており、このため、排気マニホールド２及び触媒収納部５から放射された輻射熱は殆どが遮熱板１０で遮られる。
【００２０】
図示していないが、遮熱板１０は、その複数箇所（例えば３カ所）が排気マニホールド２及び触媒収納部５に設けたボス部（図示せ）にビスで固定されている。図示していないが、遮熱板１０には、熱気を逃がす放熱穴が空いている。
【００２１】
遮熱板１０と触媒収納部５との間には、暖機運転時に潤滑油を加熱する廃熱回収管１１の受熱部１２が配置されている。廃熱回収管１１の受熱部１２は触媒収納部５を手前側から半周程度囲いつつ上下方向に向かってジグザグ状に曲がっており、従って、受熱部１２の一端部１２ａと他端部１２ｂとは高さが相違している。本実施形態では、オイルは一端部１２ａから他端部１２ｂに向けて流れる（逆でもよい。）。図２のとおり、遮熱板１０には、廃熱回収管１１が衝突しないように、後ろ向きに開口した逃がし溝１０ａを切り開き形成している。
【００２２】
廃熱回収管１１の受熱部１２はクランク状に曲がることでジグザグの形態になっており、このため、左右横長の複数の水平部１２ｃと、上下長手の複数の縦長部１２ｄと、これらを繋ぐ複数のコーナー部１２ｅとを有している（上下の水平部１２ｃを半円状の湾曲部で繋ぐことも可能である。）。
【００２３】
廃熱回収管１１の受熱部１２は、連結具１３で遮熱板１０に取り付けられている。図４に示すように、連結具１３は、ばね鋼のような弾性を有する金属板から成っており、遮熱板１０に重なる基部１３ａと、基部１３ａに繋がった一対の挟持部１３ｂとを有していて全体として二股状の形態である。廃熱回収管１１の受熱部１２を挟持部１２ｂの間に押し込むと、両挟持部１２ｂがいったん広がり変形してから戻るスナップ作用により、受熱部１２は連結具１３で脱落不能に保持される。
【００２４】
挟持部１３ｂは廃熱回収管１１の受熱部１２の外周に部分的に重なると共に、基部１３ａと反対側に突出したガイド片１３ｃを有しており、一対のガイド片１３ｃを基部１３ａと反対側に向けて広がるハの字の姿勢とすることにより、受熱部１２の誘い込みを容易ならしめている。基部１３ａには、ビス１４がその軸１４ａを外向き突出させた状態で溶接等で固定されている一方、遮熱板１０にはビス１４の軸１４ａが貫通する取り付け穴１５が空いており、ビス１４の軸１４ａに遮熱板１０の外側からナット１６をねじ込むことにより、連結具１３を遮熱板１０の内面に締結している。
【００２５】
以上の構成において、廃熱回収管１１の受熱部１２は触媒収納部５から放射された輻射熱によって加熱されると共に、触媒収納部５の輻射熱が遮熱板１０に反射することによって生じる内向きの輻射熱によっても加熱される。このため、受熱部１２の外周の全体をまんべんなく加熱することができて、オイルに効率良く熱交換できる。
【００２６】
そして、受熱部１２の熱は金属製品である連結具１３から遮熱板１０に放熱されるため、連結具１３を特に温度上昇が激しい部分又はその近傍に配置することで、受熱部１２が局部的に異常高温化することを防止できる。このため、オイルの沸騰やコーキングのような劣化・変質に至る現象を防止できる。従って、実施形態では連結具１３が放熱手段を兼用している。
【００２７】
図１に実線で示した連結具１３は便宜的に水平部１２ａに配置しているが、実際には、オイルはコーナー部１２ｅで高温化することが多い。従って、連結具１３は、できるだけコーナー部１２ｅに近付けて配置するのが好ましい。コーナー部１２ｅからより的確に放熱したい場合は、図１に一点鎖線で示すように、１つのコーナー部１２ｅを挟んだ両側に２つの連結具１３を配置したり、長さの長い連結具１３をコーナー部１２ｅの近傍に配置するのが好適である。
【００２８】
受熱部１２を流れるオイルは出口に近づくほど昇温するので、受熱部１２のうち出口側での連結具１３の配置密度を高くすることも有益である。また、連結具１３として、図示したように直接部を連結するものと、コーナー部１２ｅをダイレクトに連結するＬ型のものとを２種類用意して、必要に応じて使い分けることも可能である。
【００２９】
排気ガスを浄化する触媒は排気ガスの温度が高いほど効率が良くなる性質があるため、触媒の機能を発揮させるためには、触媒収納部５も必然的に高温に保持される。従って、実施形態のよう廃熱回収管１１の受熱部１２を触媒収納部５の外周面に沿って配置すると、有効に受熱できて好適である。また、遮熱板１０の内側に配置されているので、車両の走行に伴う走行風で受熱部１２が過冷却されることも防止できる。
【００３０】
(2).その他
本願発明は、様々に具体化できる。例えば、廃熱回収管の受熱部はジグザグ状に曲がっている必要はない。ジグザグ状の場合、左右方向に向けてジグザグの形態とすることも可能である。受熱部１２は、触媒収納部等の排気通路を巻いた状態に配置することも可能である。遮熱板に多数の取り付け穴を空けておいて、連結具の取り付け位置を選択できるようにすることも可能である。
【００３１】
連結具も様々の形態を採用できる。固定方法としては、リベットによる締結や溶接による固着も採用できる。連結具を、いわゆる嵌め殺し構造により、その弾性に抗して遮熱板に嵌め込み装着することも可能である。
【００３２】
本願発明は、連結具を除いた部分での放熱を排除するものではない。従って、遮熱板等の支持部材に廃熱回収管に当接する接触部を膨出形成して、この接触部を伝熱部材として機能させたり、熱伝導率が高い部材からなる伝熱スペーサ（伝熱部材）を廃熱回収管と支持部材との間に介在させたりすることも可能である。伝熱性の連結具と連結機能がない伝熱部材とを併用してしもよい。廃熱回収管は、排気マニホールドと遮熱板との間に配置することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本願発明は実際に内燃機関に適用できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１  シリンダヘッド
２  排気マニホールド
５  排気管の始端を構成する触媒収納部
１１  廃熱回収管
１２  廃熱回収管の受熱部
１２ｃ  水平部
１２ｄ  縦長部
１２ｅ  コーナー部
１３  連結具
１３ａ  基部
１３ｂ  挟持部
１３ｃ  ガイド片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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