(57)【要約】【課題】  簡易な構造で、排気から冷却水への廃熱回収を容易に制御できる廃熱回収装置を提供する。【解決手段】  廃熱回収装置は、エンジンの排気ポート３１と、排気ポート３１に隣り合って設けられ、冷却水が循環されるウォータジャケット２３と、排気ポート３１内に設けられたバルブ５１と、バルブ５１に接続されたアクチュエータとを備える。アクチュエータは、排気ポート３１に流れる排気の流速分布が変化するようにバルブ５１の開閉を制御する。【選択図】        図３
2006057579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ポートと、
前記排気ポートに隣り合って設けられ、冷却水が循環されるウォータジャケットと、
前記排気ポート内に設けられた第１のバルブと、
前記第１のバルブに接続され、前記排気ポートに流れる排気の流速分布が変化するように前記第１のバルブの開閉を制御するアクチュエータとを備える、廃熱回収装置。
【請求項２】
前記排気ポートは、シリンダヘッドの内壁に囲まれて形成されており、
前記ウォータジャケットは、前記内壁の所定位置を挟んで前記排気ポートの反対側に位置して、前記シリンダヘッドに形成されており、
廃熱回収を積極的に行なう時、前記アクチュエータは、前記第１のバルブを開いた状態と比較して、前記内壁の所定位置に沿って流れる排気の流速が大きくなるように、前記第１のバルブを閉じる側に制御する、請求項１に記載の廃熱回収装置。
【請求項３】
前記廃熱回収を積極的に行なう時は、前記内燃機関の暖機途上の間を含む、請求項２に記載の廃熱回収装置。
【請求項４】
前記廃熱回収を積極的に行なう時は、暖房要求が高い時を含む、請求項２または３に記載の廃熱回収装置。
【請求項５】
前記排気ポートには、前記第１のバルブに対して前記排気ポートに流れる排気の下流側に位置して、触媒が接続されており、
前記アクチュエータは、前記内燃機関の始動時から所定の期間、前記第１のバルブを開いた状態に制御する、請求項１から４のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項６】
前記アクチュエータは、前記内燃機関の暖機後であって、かつ暖房要求が存在しない時は、前記第１のバルブを開いた状態に制御する、請求項１から５のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項７】
前記第１のバルブは、前記ウォータジャケットに対して前記排気ポートに流れる排気の上流側に配置されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項８】
前記排気ポートは、排気の流れ方向の直交方向の断面において、略円形の形状を有し、
前記第１のバルブは、略半円形状を有し、
前記第１のバルブは、前記略円形の中心を通り、前記略半円形状の弦に沿って延びる回転軸を中心に回転する、請求項１から７のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項９】
前記排気ポートは、排気の流れ方向の直交方向の断面において、略円形の形状を有し、
前記第１のバルブは、所定の軸を中心にした一方の側が周縁から欠けた不完全円形状を有し、
前記第１のバルブは、前記略円形の中心を通り、前記所定の軸に沿って延びる回転軸を中心に回転する、請求項１から７のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項１０】
前記排気ポート内に、前記第１のバルブと排気の流れ方向に並んで設けられた第２のバルブをさらに備える、請求項１から９のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項１１】
前記第２のバルブは、前記第１のバルブに対して前記排気ポートに流れる排気の下流側に位置しており、
前記第２のバルブは、前記第１のバルブによって流速が高められなかった排気の流れを変化させる、請求項１０に記載の廃熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、廃熱回収装置に関し、より特定的には、内燃機関の排気ポートに流れる排気ガスから廃熱を回収する廃熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の廃熱回収装置に関して、たとえば、特開２００３−１４８２４１号公報には、内燃機関の排気ポートからシリンダヘッドに伝達される熱を最大限に回収することを目的とした内燃機関が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された内燃機関では、迷路状の水通路が形成された第１および第２カバー部材が、排気ポートの内壁を覆うように設けられている。供給ポンプから供給された水は、これらのカバー部材に形成された水通路を通過し、その間に高温の排気ポートおよびその周辺のバルブシートやバルブガイドを冷却する。これにより、水自身は、温度上昇して、内燃機関の廃熱を回収する。
【特許文献１】特開２００３−１４８２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
内燃機関で排出される排気ガスの熱は、内燃機関の冷間始動時の触媒暖機やヒーターを用いた暖房等に使用されている。しかし、さらに積極的に排気ガスの熱を利用したい場合であっても、排気ガスの余った熱は、ラジエータ等により空気中に放出されてしまうため、これを有効に利用することができない。
【０００４】
これに対して、上述の特許文献１では、排気ガスの熱を最大限に回収するため、排気ポートに、迷路状の水通路が形成されたカバー部材を設けている。しかしながら、構成部品が増加することや微細な水通路を設けなければならないことから、特許文献１では、製造コストや製造時間が増加するという問題が発生する。また、排気ポートの肉厚が薄くなることやシール個所が増大することから、排気ポートを設けるシリンダヘッドの耐久性が低下する。また加えて、カバー部材に形成された水通路の容量は小さく、水通路内で蒸気が発生するため、ランキンサイクルを装備しないと熱回収を行なうことができない。
【０００５】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、簡易な構造で、排気から冷却水への廃熱回収を容易に制御できる廃熱回収装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に従った廃熱回収装置は、内燃機関の排気ポートと、排気ポートに隣り合って設けられ、冷却水が循環されるウォータジャケットと、排気ポート内に設けられた第１のバルブと、第１のバルブに接続されたアクチュエータとを備える。アクチュエータは、排気ポートに流れる排気の流速分布が変化するように第１のバルブの開閉を制御する。なお、第１のバルブは、第１のバルブの開閉にかかわらず排気ポート内に位置して設けられている。このため、排気ポートから内燃機関の燃焼室にまで延びて形成され、これらの間を開閉するために設けられた排気バルブと、本発明における第１のバルブとは、異なる。
【０００７】
このように構成された廃熱回収装置によれば、第１のバルブによって、排気の流れを排気ポート内のウォータジャケットに隣り合う位置に向け、その位置に流れる排気の流速を高めることができる。これにより、排気からウォータジャケットを循環する冷却水への熱伝達を促進し、冷却水に回収する熱量を増大させることができる。また、本発明では、排気ポート内に、開閉自在に制御される第１のバルブを設けるだけで良い。このため、廃熱回収を容易に制御できる廃熱回収装置を、簡易な構造で実現することができる。
【０００８】
また、排気ポートは、シリンダヘッドの内壁に囲まれて形成されている。ウォータジャケットは、内壁の所定位置を挟んで排気ポートの反対側に位置して、シリンダヘッドに形成されている。廃熱回収を積極的に行なう時、アクチュエータは、第１のバルブを開いた状態と比較して、内壁の所定位置に沿って流れる排気の流速が大きくなるように、第１のバルブを閉じる側に制御する。なお、第１のバルブを閉じる側に制御するとは、第１のバルブが排気の流れ方向に傾きを持って延在するように制御することを指す。また、第１のバルブを開いた状態とは、第１のバルブが排気の流れ方向に沿って延在する状態を指す。
【０００９】
このように構成された廃熱回収装置によれば、第１のバルブを開いた状態では、冷却水に回収する熱量が小さく抑えられており、第１のバルブを閉じる側に制御することによって、冷却水に回収する熱量を増大させることができる。また、第１のバルブを開いた状態では、排気の流れが第１のバルブによって妨げられないため、排気効率の維持を図ることができる。
【００１０】
また好ましくは、廃熱回収を積極的に行なう時は、内燃機関の暖機途上の間を含む。暖機途上の間とは、冷却水が、一定推移する所定の温度まで上昇するまでの間を指す。このように構成された廃熱回収装置によれば、冷却水の温度を積極的に上昇させることで、その冷却水が送られるヒーターの暖房性能を早期に確保することができる。
【００１１】
また好ましくは、廃熱回収を積極的に行なう時は、暖房要求が高い時を含む。このように構成された廃熱回収装置によれば、冷寒地にある場合等、暖房要求が高い場合に、ヒーターの暖房性能を十分に向上させることができる。
【００１２】
また好ましくは、排気ポートには、第１のバルブに対して排気ポートに流れる排気の下流側に位置して、触媒が接続されている。アクチュエータは、内燃機関の始動時から所定の期間、第１のバルブを開いた状態に制御する。このように構成された廃熱回収装置によれば、触媒の暖機を早め、内燃機関の始動直後のエミッション性能を向上させることができる。
【００１３】
また好ましくは、アクチュエータは、内燃機関の暖機後であって、かつ暖房要求が存在しない時は、第１のバルブを開いた状態に制御する。このように構成された廃熱回収装置によれば、廃熱回収を積極的に行なう必要がない場合、排気効率の維持により、内燃機関の排気圧損が増大することを防止できる。
【００１４】
また好ましくは、第１のバルブは、ウォータジャケットに対して排気ポートに流れる排気の上流側に配置されている。このように構成された廃熱回収装置によれば、ウォータジャケットの近傍で、排気の流速を高めることができる。これにより、排気から冷却水に回収される熱量を、より大きく増大させることができる。
【００１５】
また好ましくは、排気ポートは、排気の流れ方向の直交方向の断面において、略円形の形状を有する。第１のバルブは、略半円形状を有する。第１のバルブは、略円形の中心を通り、略半円形状の弦に沿って延びる回転軸を中心に回転する。このように構成された廃熱回収装置によれば、第１のバルブをバタフライバルブの略半分の形状とすることで、排気ポート内の排気の流れを、効果的に制御することができる。また、排気ポートの断面の半分には、第１のバルブの開閉にかかわらず常時、排気が流れるため、排気圧損への悪影響を小さくすることができる。
【００１６】
また好ましくは、排気ポートは、排気の流れ方向の直交方向の断面において、略円形の形状を有する。第１のバルブは、所定の軸を中心にした一方の側が周縁から欠けた不完全円形状を有する。第１のバルブは、略円形の中心を通り、所定の軸に沿って延びる回転軸を中心に回転する。このように構成された廃熱回収装置によれば、排気ポート内の排気に偏流が生じている場合に、流速の速い位置に流れる排気を、流速の遅い位置により積極的に導くことができる。これにより、ウォータジャケットが流速の遅い側に位置して設けられている場合であっても、冷却水に回収される熱量を、効果的に増大させることができる。
【００１７】
また好ましくは、廃熱回収装置は、排気ポート内に、第１のバルブと排気の流れ方向に並んで設けられた第２のバルブをさらに備える。このように構成された廃熱回収装置によれば、排気ポート内の排気の流れを、ウォータジャケットが設けられた位置に合った、より適切な方向に変化させることができる。これにより、廃熱回収の制御をより容易に行なうことができる。
【００１８】
また好ましくは、第２のバルブは、第１のバルブに対して排気ポートに流れる排気の下流側に位置している。第２のバルブは、第１のバルブによって流速が高められなかった排気の流れを変化させる。このように構成された廃熱回収装置によれば、上述の効果をさらに効果的に得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、この発明に従えば、簡易な構造で、排気から冷却水への廃熱回収を容易に制御できる廃熱回収装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における廃熱回収装置が搭載されたエンジンの冷却系を示す斜視図である。図１を参照して、車両用のエンジン１０は、シリンダヘッド１１を備える。シリンダヘッド１１には、エンジン１０の吸気ポートや排気ポートの周りを通って延びるウォータジャケットが、シリンダブロックとの間に渡って形成されている。そのウォータジャケットは、ホースを介してラジエータ１３に接続されている。ウォータジャケットには、ラジエータ１３から冷却水が供給され、その冷却水は、エンジン１０を冷却する。冷却によって温度が上昇した冷却水は、その一部が図示しないヒーターに導かれ、残る部分がラジエータ１３に戻される。
【００２２】
図２は、図１中のエンジンに搭載された廃熱回収装置を示す断面図である。図３は、図２中のバルブを閉じる側に制御した時の廃熱回収装置を示す断面図である。図２および図３を参照して、本実施の形態における廃熱回収装置は、シリンダヘッド１１に形成された排気ポート３１と、排気ポート３１に隣り合ってシリンダヘッド１１に形成され、その内部に冷却水が循環されるウォータジャケット２３と、排気ポート３１内に設けられたバルブ５１と、バルブ５１を、図２および図３のそれぞれに示す開閉状態へと制御する図示しないアクチュエータとを備える。
【００２３】
シリンダヘッド１１には、シリンダブロックのシリンダから延びて形成された燃焼室２５と、それぞれ異なる方向から燃焼室２５に連通する吸気ポート２６および排気ポート３１とが設けられている。排気ポート３１は、シリンダヘッド１１の内壁２２に囲まれた空間に形成されている。吸気ポート２６および排気ポート３１には、燃焼室２５とそれぞれのポートとの間を開閉する吸気バルブ２７および排気バルブ２８が設けられている。吸気バルブ２７および排気バルブ２８は、それぞれが設けられたポートから燃焼室２５の内部にまで延びて形成されている。
【００２４】
排気ポート３１は、燃焼室２５に連なる一方端３１ｍと、シリンダヘッド１１に取り付けられた図示しないエキゾーストマニホールドへと連なる他方端３１ｎとを有する。排気ポート３１は、まず、一方端３１ｍから排気バルブ２８が延びる方向とほぼ同じ方向へと延び、さらに、吸気ポート２６から離れる方向に曲りながら他方端３１ｎに向けて延びている。排気ポート３１の延びる方向が変わる位置には、曲り部３１ｓが規定されている。排気ポート３１内には、燃焼室２５から排出された排気ガスが、一方端３１ｍから他方端３１ｎに向けて流れる。
【００２５】
シリンダヘッド１１には、排気ポート３１の上下に位置して、相対的に小さい断面形状を有するウォータジャケット２４と、相対的に大きい断面形状を有するウォータジャケット２３とがそれぞれ形成されている。これらのウォータジャケットには、図１中のラジエータ１３から冷却水が供給される。排気ポート３１とウォータジャケット２３との間には、排気ポート３１を形成する内壁２２の部分２２ｐが位置している。部分２２ｐは、続いて説明する排気ポート下部３２の一部を形成している。
【００２６】
ウォータジャケット２４に近い排気ポート３１内の上側半分を、排気ポート上部３３と呼び、ウォータジャケット２３に近い排気ポート３１内の下側半分を、排気ポート下部３２と呼ぶことにすると、排気ポート３１内には、排気ポート上部３３と排気ポート下部３２とのほぼ境界付近に位置して、バルブ５１が設けられている。バルブ５１は、一方端３１ｍと他方端３１ｎとの間に設けられている。より詳細には、バルブ５１は、曲り部３１ｓの近傍であって、排気ガスの流れる方向における部分２２ｐの中心位置から一方端３１ｍ側に寄った位置に設けられている。
【００２７】
図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った廃熱回収装置の断面図である。図中に示す断面は、排気ガスの流れる方向に直交する平面で、排気ポート３１を切断して得られる断面である。図４を参照して、排気ポート３１は、略円形の断面形状を有する。このため、排気ポート上部３３は、その略円形の上側半分に相当する略半円の断面形状を有し、排気ポート下部３２は、その略円形の下側半分に相当する略半円の断面形状を有する。排気ポート上部３３と排気ポート下部３２との間には、回転軸１０２が延びている。バルブ５１は、回転軸１０２に沿って延在する弁軸５２と、弁軸５２から略半円状に延在する弁体５３とから構成されている。弁軸５２は、軸受け部材５４を介してシリンダヘッド１１に支持されており、回転軸１０２を中心に回転自在に設けられている。
【００２８】
図５は、図４中のバルブを開閉駆動させるためのアクチュエータを示す模式図である。図５を参照して、バルブ５１は、吸気ポート２６に生じる負圧を作動源とするアクチュエータ４０に接続されている。アクチュエータ４０は、弾性を有するダイヤフラム４５が設けられたハウジング４１と、ダイヤフラム４５と弁軸５２とを連結するロッド４６とを備える。ハウジング４１内には、ダイヤフラム４５を挟んで、大気圧室４２と負圧室４３とが区画形成されている。
【００２９】
大気圧室４２は、ハウジング４１外に連通して形成されている。ロッド４６は、ダイヤフラム４５から大気圧室４２側へと延び、弁軸５２に向かっている。負圧室４３には、そのロッド４６が延びる方向に弾性力を有するコイルバネ４４が設けられている。負圧室４３は、吸気通路を介して吸気ポート２６に接続されている。アクチュエータ４０は、その吸気通路上に位置して設けられたバキュームタンク４８をさらに備える。バキュームタンク４８と負圧室４３との間、バキュームタンク４８と吸気ポート２６との間には、それぞれ、スイッチングバルブ４７およびチェック弁４９が設けられている。
【００３０】
吸気ポート２６に発生する負圧は、まずバキュームタンク４８に蓄圧される。その状態で、スイッチングバルブ４７を開いてバキュームタンク４８と負圧室４３との間を連通させると、バキュームタンク４８内の負圧に基づき、負圧室４３からバキュームタンク４８へと空気が流れ込む。これにより、ダイヤフラム４５は、コイルバネ４４の弾性力に抗して変形し、ロッド４６を負圧室４３側へと移動させる。また、スイッチングバルブ４７を閉じた場合には、バキュームタンク４８と負圧室４３との間が遮断される。これにより、ダイヤフラム４５は、コイルバネ４４の弾性力によって元の形状に戻り、ロッド４６を負圧室４３側から引き離す方向へと移動させる。
【００３１】
アクチュエータ４０では、このような構成によってロッド４６を移動させ、その移動を弁軸５２の回転運動に変換してバルブ５１を開閉駆動させる。なお、以上に説明したアクチュエータ４０のほか、弁軸５２に直接、直流モータやステッピングモータを接続して、アクチュエータを構成しても良い。
【００３２】
図２を参照して、バルブ５１を開いた状態では、弁体５３が、排気ガスの流れる方向に沿って延在するように位置決めされる。このとき、排気ガスの流れは、バルブ５１から影響を受けない。このため、排気ガスからウォータジャケット２３内の冷却水への熱伝達が、抑制され、冷却水に回収される熱量が比較的小さくなる。また、排気ガスは、弁体５３によって妨げられることなく排気ポート３１内を流れるため、通常のエンジンと同様の排気圧損を得ることができる。
【００３３】
図３および図４を参照して、一方、バルブ５１を閉じた状態では、弁軸５２が回転することによって、弁体５３が、排気ポート下部３２側へと揺動する。これにより、弁体５３が、排気ガスの流れる方向に対して傾いた状態となる。より詳細には、弁体５３の表面と内壁２２の部分２２ｐとの間の距離が、排気ガスの流れる方向に沿って徐々に小さくなるように、弁体５３が傾く。弁体５３と内壁２２の部分２２ｐとの間には、所定の大きさの隙間が確保されている。
【００３４】
このとき、排気ポート下部３２に流れる排気ガスは、弁体５３に案内されて、弁体５３と部分２２ｐとの間に形成された隙間に流れ込む。このため、部分２２ｐに沿った排気ガスの流速が増大し、その位置からシリンダヘッド１１への熱伝達率が大きくなる。これにより、排気ガスからウォータジャケット２３内の冷却水への熱伝達が促進され、バルブ５１を開いた状態と比較して、より多くの廃熱を冷却水に回収することができる。なお、廃熱は、シリンダヘッド１１の内壁２２から冷却水へと伝わるほか、排気ガスの流れの中に配置されたバルブ５１から、軸受け部材５４およびシリンダヘッド１１を順に介して、冷却水へと伝わる。
【００３５】
本実施の形態では、排気ポート３１が途中で曲りながら延びているため、ポート内に流れる排気ガスに偏流が生じている。つまり、曲り部３１ｓのすぐ下流において、排気ポート上部３３で排気ガスの流速が速く、排気ポート下部３２で排気ガスの流速が遅い。このため、排気ポート下部３２側に設けられたウォータジャケット２３では、排気ポート上部３３側に設けられたウォータジャケット２４と比較して、効率良く廃熱回収できない構造となっている。しかしながら、本実施の形態では、曲り部３１ｓにバルブ５１を設けることで、排気ポート下部３２に流れる排気ガスを部分２２ｐに沿った位置に導き、ウォータジャケット２３でより多くの廃熱を回収することが可能となる。
【００３６】
また、図４に示すように、バルブ５１の弁体５３を略半円状に形成することで、排気ガスは、バルブ５１の開閉にかかわらず排気ポート上部３３の全体に流れる。これにより、バルブ５１を閉じた場合に、排気ポート３１における排気圧損が著しく増大することを防止できる。
【００３７】
図６は、本実施の形態における廃熱回収装置が搭載されたエンジンのヒートバランスを示す図である。図６を参照して、エンジン１０で発生した熱エネルギーは、車両を駆動させるための出力のほか、冷却損失や排気損失などによって消費される。バルブ５１を閉じた場合、排気ガスから冷却水により多くの熱が回収されるため、バルブ５１を開いた場合と比較して、排気損失が小さくなり、その分、冷却損失が大きくなる。
【００３８】
続いて、バルブ制御のタイミングを説明するため、図１中のエンジン１０に接続される触媒について、簡単な説明を行なう。図７は、図１中のエンジンのエキゾースト系を示す斜視図である。図７を参照して、エンジン１０には、シリンダヘッド１１に形成された排気ポートに連通するように、エキゾーストマニホールド６１が接続されている。エキゾーストマニホールド６１からマフラーへと延びる排気経路上には、三元触媒６２が２箇所に設けられている。
【００３９】
図８は、本実施の形態における廃熱回収装置のバルブ制御のタイミングを示す図である。図８を参照して、まず、エンジン１０の始動初期には、バルブ５１を開いた状態に制御することで、冷却水に回収される熱量を低く抑え、排気ガスの温度を上昇させる。これにより、図７中の三元触媒６２が早期に暖機され、エンジン始動時のエミッション性能の向上を図ることができる。
【００４０】
次に、暖機中には、バルブ５１を閉じた状態に制御する。これにより、ヒーターに送られる冷却水の温度を短時間で上昇させ、暖房性能を早期に向上させることができる。次に、サーモスタットが作動し、冷却水がラジエータに供給されるようになれば、再びバルブ５１を開いた状態に制御する。これにより、冷却水の急激な温度上昇を抑え、ラジエータの冷却ファンが頻繁に駆動することを防止できる。また、エンジン１０が搭載された車両が寒冷地を走行している場合などには、バルブ５１を閉じた状態に制御し、暖房性能を確保すればよい。なお、以上に説明したバルブ制御のタイミングは、一例であり、その時々の状況に応じて適当な制御を行なうことが可能である。
【００４１】
この発明の実施の形態１における廃熱回収装置は、内燃機関としてのエンジン１０の排気ポート３１と、排気ポート３１に隣り合って設けられ、冷却水が循環されるウォータジャケット２３と、排気ポート３１内に設けられた第１のバルブとしてのバルブ５１と、バルブ５１に接続されたアクチュエータ４０とを備える。アクチュエータ４０は、排気ポート３１に流れる排気の流速分布が変化するようにバルブ５１の開閉を制御する。
【００４２】
排気ポート３１は、シリンダヘッド１１の内壁２２に囲まれて形成されている。ウォータジャケット２３は、内壁２２の所定位置としての部分２２ｐを挟んで排気ポート３１の反対側に位置して、シリンダヘッド１１に形成されている。廃熱回収を積極的に行なう時、アクチュエータ４０は、バルブ５１を開いた状態と比較して、内壁２２の部分２２ｐに沿って流れる排気の流速が大きくなるように、バルブ５１を閉じる側に制御する。
【００４３】
排気ポート３１は、燃焼室２５に連通する一方端３１ｍと、エキゾーストマニホールドに接続される他方端３１ｎと、一方端３１ｍと他方端３１ｎとの間に位置し、曲りながら延びる曲り部３１ｓとを有する。バルブ５１は、曲り部３１ｓに位置して設けられている。
【００４４】
このように構成された、この発明の実施の形態１における廃熱回収装置によれば、バルブ５１の開閉駆動により、ウォータジャケット２３内の冷却水に回収される熱量を容易に制御することができる。これにより、必要に応じた適当な量の廃熱を排気ガスから冷却水へと回収することができ、その熱を有効に利用することができる。また、廃熱を回収する必要がないときには、排気効率を維持することで、エンジン１０の性能が損なわれることを防止できる。
【００４５】
（実施の形態２）
図９は、この発明の実施の形態２における廃熱回収装置を示す断面図である。図中では、排気ポート部分が拡大して示されており、実施の形態１における図３と同様、バルブを閉じる側に制御した時の状態が示されている。図１０は、図９中のＸ−Ｘ線上に沿った廃熱回収装置の断面図である。本実施の形態における廃熱回収装置は、実施の形態１における廃熱回収装置と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
【００４６】
図９および図１０を参照して、本実施の形態では、実施の形態１におけるバルブ５１と同様の位置に、バルブ７１が設けられている。バルブ７１は、回転軸１０２に沿って延在する弁軸７２と、弁軸７２から延びる弁体７３とから構成されている。弁体７３は、弁軸７２から略半円状に延在する半円部７３ｗと、弁軸７２から、半円部７３ｗとは反対側に所定の距離だけ突出する突出部７３ｕとを有する。突出部７３ｕが弁軸７２から突出する距離は、半円部７３ｗの半径よりも小さい。
【００４７】
バルブ７１を開いた状態では、実施の形態１におけるバルブ５１と同様に、弁体７３が、排気ガスの流れる方向に沿って延在するように位置決めされる。このとき、ウォータジャケット２３内の冷却水に回収される熱量が、比較的小さくなり、通常のエンジンと同様の排気圧損を得ることができる。
【００４８】
一方、バルブ７１を閉じた状態では、弁軸７２が回転することによって、弁体７３の半円部７３ｗが、排気ポート下部３２側へと揺動し、弁体７３の突出部７３ｕが、排気ポート上部３３側へと揺動する。これにより、弁体７３が、排気ガスの流れる方向に対して傾いた状態となる。より詳細には、弁体７３の表面と内壁２２の部分２２ｐとの間の距離が、排気ガスの流れる方向に沿って徐々に小さくなるように、弁体７３が傾く。このような構成により、本実施の形態では、排気ポート下部３２に流れる排気ガスに加えて、排気ポート上部３３に流れる排気ガスの一部が、突出部７３ｕに案内されて、弁体７３と内壁２２の部分２２ｐとの間に形成された隙間へと流れ込む。これにより、部分２２ｐに沿った排気ガスの流速を、より大きく増大させることができる。
【００４９】
このように構成された、この発明の実施の形態２における廃熱回収装置によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、バルブ７１に突出部７３ｕを設けることによって、偏流によって遅かった排気ポート下部３２側の排気ガスの流速を、大きく増大させることができる。これにより、ウォータジャケット２３での廃熱回収を、さらに効果的に促進させることができる。
【００５０】
（実施の形態３）
図１１は、この発明の実施の形態３における廃熱回収装置を示す断面図である。図中では、排気ポート部分が拡大して示されており、実施の形態１における図３と同様、バルブを閉じる側に制御した時の状態が示されている。本実施の形態における廃熱回収装置は、実施の形態１における廃熱回収装置と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
【００５１】
図１１を参照して、排気ポート３１とウォータジャケット２４との間には、排気ポート３１を形成する内壁２２の部分２２ｑが位置している。部分２２ｑは、排気ポート上部３３の一部を形成している。
【００５２】
本実施の形態では、実施の形態１におけるバルブ５１に加えて、排気ポート上部３３と排気ポート下部３２とのほぼ境界付近に位置して、バルブ８１が設けられている。バルブ８１は、バルブ５１よりも排気ガスの流れる方向の下流側、つまりバルブ５１よりも他方端３１ｎに寄った位置に設けられている。
【００５３】
バルブ８１は、バルブ５１の弁軸５２および弁体５３と同様の形状を有する、弁軸８２および弁体８３から構成されている。バルブ８１を開いた状態では、弁体８３が、排気ガスの流れる方向に沿って延在するように位置決めされる。一方、バルブ８１を閉じた状態では、弁軸８２が回転することによって、弁体８３が、排気ポート上部３３側へと揺動する。これにより、弁体８３が、排気ガスの流れる方向に対して傾いた状態となる。より詳細には、弁体８３の表面と内壁２２の部分２２ｑとの間の距離が、排気ガスの流れる方向に沿って徐々に小さくなるように、弁体８３が傾く。
【００５４】
このとき、バルブ５１によって流速が高められなかった排気ポート上部３３に流れる排気ガスが、弁体８３に案内されて、弁体８３と内壁２２の部分２２ｑとの間に形成された隙間へと流れ込む。これにより、部分２２ｑに沿った排気ガスの流速を増大させ、ウォータジャケット２４内の冷却水に、より多くの廃熱を回収することが可能となる。
【００５５】
このように構成された、この発明の実施の形態３における廃熱回収装置によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、曲り部３１ｓを大きく超えて流速が落ちた排気ポート上部３３側の排気ガスに関しても、バルブ８１を設けることで、その流速を再び増大させることができる。これにより、ウォータジャケット２４における廃熱回収を促進させることができる。
【００５６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明の実施の形態１における廃熱回収装置が搭載されたエンジンの冷却系を示す斜視図である。
【図２】図１中のエンジンに搭載された廃熱回収装置を示す断面図である。
【図３】図２中のバルブを閉じる側に制御した時の廃熱回収装置を示す断面図である。
【図４】図３中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った廃熱回収装置の断面図である。
【図５】図４中のバルブを開閉駆動させるためのアクチュエータを示す模式図である。
【図６】本実施の形態における廃熱回収装置が搭載されたエンジンのヒートバランスを示す図である。
【図７】図１中のエンジンのエキゾースト系を示す斜視図である。
【図８】本実施の形態における廃熱回収装置のバルブ制御のタイミングを示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２における廃熱回収装置を示す断面図である。
【図１０】図９中のＸ−Ｘ線上に沿った廃熱回収装置の断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態３における廃熱回収装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  エンジン、１１  シリンダヘッド、２２  内壁、２２ｐ，２２ｑ  部分、２３，２４  ウォータジャケット、３１  排気ポート、４０  アクチュエータ、５１，７１，８１  バルブ。
【図１】
2006057579.tif 000003
【図２】
2006057579.tif 000004
【図３】
2006057579.tif 000005
【図４】
2006057579.tif 000006
【図５】
2006057579.tif 000007
【図６】
2006057579.tif 000008
【図７】
2006057579.tif 000009
【図８】
2006057579.tif 000010
【図９】
2006057579.tif 000011
【図１０】
2006057579.tif 000012
【図１１】
2006057579.tif 000013