(57)【要約】【課題】簡易に製造することができ、排気の圧力損失を発生させず、排気系部品の表面温度を冷却することができるエンジンを提供する。【解決手段】複数の気筒を備え、各気筒と連結する水冷排気マニホールド１０を備えるエンジン１において、前記水冷排気マニホールド１０の下流に消臭触媒ユニット３０を配置し、該消臭触媒ユニット３０の側面全周に伝熱板６０を巻回し、前記水冷排気マニホールドで前記伝熱板６０を支持する。また、前記伝熱板６０と消臭触媒ユニット３０との間および伝熱板６０の外周に断熱材７１・７２を設ける。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を備え、各気筒と連結する水冷排気マニホールドを備えるエンジンにおいて、
前記水冷排気マニホールドの下流に排気系部品を配置し、
該排気系部品の側面全周に伝熱板を巻回し、
前記水冷排気マニホールドで前記伝熱板を支持することを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記伝熱板と排気系部品との間および伝熱板の外周に断熱材を設けることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の気筒を備え、各気筒と連結する水冷排気マニホールドを備えるエンジンの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンから排出された排気ガスは非常に高温であり、排気マニホールドの下流に配置される排気系部品は、排気ガスの熱により、側面外周が高温となっていた。排気系部品は、例えば、排気ガスを排出するための排気管、マフラー、消音器、熱交換器、および触媒ユニット等である。
【０００３】
そこで、排気系部品を冷却させる機能を備えたエンジンとして、第一に、排気系部品の一例である排気管に放熱フィンを設ける構成が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
また、第二に、排気系部品の一例であるマフラーの出口温度を下げるために、マフラーに冷却プレートを設ける構成が公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２０７８４３号公報
【特許文献２】特許第３６４８４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、第一の公知となったエンジンは、排気管を構成するパイプ本体と放熱フィンとは溶接などにより接合しなければならず、製造過程の手間が増加し、生産コストが高くなっていた。
また、第二の公知となったエンジンは、マフラー内を流れる排気が一旦冷却プレートにぶつかる構成であるから、排気ガスの圧力損失が増大していた。
【０００５】
そこで、本発明は係る課題に鑑み、簡易に製造することができ、排気の圧力損失を発生させず、排気系部品の表面温度を冷却することができるエンジンを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、複数の気筒を備え、各気筒と連結する水冷排気マニホールドを備えるエンジンにおいて、前記水冷排気マニホールドの下流に排気系部品を配置し、該排気系部品の側面全周に伝熱板を巻回し、前記排気マニホールドで前記伝熱板を支持するものである。
【０００８】
請求項２においては、前記伝熱板と排気系部品との間および伝熱板の外周に断熱材を設けるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
請求項１においては、排気マニホールド下流の排気系部品の表面温度を下げることができる。また、排気系部品近傍の部品に対する熱害を防止し、排気系部品近傍の部品の信頼性を向上させることができる。
【００１１】
請求項２においては、伝熱板と排気系部品との間に設けられる断熱材によって、伝熱板自体の耐熱性能を超える温度上昇を防止することができ、伝熱板の外周に設けられる断熱材によって排気系部品からの熱輻射を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの全体的な構成を示した斜視図。
【図２】熱交換器を取り外した状態のエンジンを示した斜視図。
【図３】エンジンの左側面図。
【図４】エンジンの排気系部品を示したブロック図。
【図５】消臭触媒ユニットの平面一部断面図。
【図６】消臭触媒ユニット、内側断熱材、伝熱板、および外側断熱材を示す斜視図。
【図７】消臭触媒ユニット、内側断熱材、および伝熱板を示す斜視図。
【図８】伝熱板を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態に係るエンジン１の全体構成について図１から図４を用いて、簡単に説明する。ここで、図１において、矢印方向を前後方向とする。詳しくは、図３において、紙面左方向を右方向とし、紙面右方向を左方向とし、また、紙面手前方向を前方向とし、紙面奥方向を後方向とする。また、紙面上下方向を上下方向とする。
【実施例１】
【００１５】
エンジン１は、複数の気筒を有するエンジンであり、本実施形態においては、図１から図４に示すように、４気筒のガスエンジンである。エンジン１は、シリンダブロック２、シリンダヘッド３、ボンネット５、フライホイル６、クランク軸７、排気ポート９（図４参照）、および、各気筒と連結する水冷排気マニホールド１０等を備える。
【００１６】
エンジン１の本体は、上部のシリンダブロック２およびシリンダヘッド３から構成されている。シリンダブロック２は、内部中央に気筒（図示なし）を上下方向に形成して、この気筒内にピストンを収納し、下部をクランクケースとしている。
【００１７】
シリンダヘッド３に形成された排気ポート９（図４参照）は、排気弁によって、シリンダブロック２のシリンダ室と連通・遮断される。また、ボンネット５は、シリンダヘッド３上に配置されている。
【００１８】
フライホイル６は、エンジン１の前面において、出力軸となるクランク軸７に固定され、慣性力を利用してクランク軸７の回転エネルギーを駆動対象に伝達する回転体である。エンジン１の爆発力は各気筒で順に発生するため、クランク軸７に伝わる力にはムラができることから、重い鉄製のフライホイル６の慣性力でクランク軸７の回転を滑らかにする。
【００１９】
排気ポート９は、エンジン１の本体の一面、詳しくはシリンダヘッド３の右側面に開口している。そして、水冷排気マニホールド１０は、シリンダヘッド３の右側面に取り付けられて、排気ポート９と連結されている。
【００２０】
水冷排気マニホールド１０は、排気ポート９を介して各気筒と連結されている。水冷排気マニホールド１０は、排気ポート９から排出された排気ガスを集合し排出させる環状部材である。
水冷排気マニホールド１０の下流端部は下部後側に設けられており、排気マニホールド側フランジ部１０ａが形成されている。
【００２１】
また、図４に示すように、水冷排気マニホールド１０の周囲には、第一冷却水通路１１が設けられている。第一冷却水通路１１は、後述する熱交換器４０の周囲に設けられた第二冷却水通路４１と連通されており、第二冷却水通路４１を通過した冷却水は、第一冷却水通路１１へと流入する。また、第一冷却水通路１１は、エンジン１の本体内部と連結しており、第一冷却水通路１１を通過した冷却水は、エンジン１の本体内部のウオータージャケットへと流出する。第一冷却水通路１１を冷却水が通過することにより、水冷排気マニホールド１０が冷却される。
【００２２】
また、図４に示すように、水冷排気マニホールド１０の下流には、排気系部品である排気管２０、消臭触媒ユニット３０、熱交換器４０、排気マフラー５０、および、ミストセパレーター５１が設けられている。
【００２３】
水冷排気マニホールド１０の下流には、排気管２０が設けられている。排気管２０は排気ガスを通過させるための管状部材である。
排気管２０は、水冷排気マニホールド１０の下流端と消臭触媒ユニット３０の上流端とを繋ぐための上流側排気管２１と、消臭触媒ユニット３０の下流端と熱交換器４０の上流端とを繋ぐための下流側排気管２２とから形成される。
【００２４】
上流側排気管２１は、図１、図２および図５に示すように、上流端から右下方へ傾斜した部分と、前記傾斜した部分の下流端から平面視略Ｕ字状に屈曲した部分とから構成されており、Ｕ字状に屈曲した部分の下流端は消臭触媒ユニット３０の側面部（右側面側）において消臭触媒ユニット３０の上流部と連結されている。上流側排気管２１のＵ字状に屈曲した部分は右方向へ凸となるように屈曲されている。
【００２５】
上流側排気管２１の上流端部には排気管側フランジ部２１ａが形成されている。図２に示すように、上流側排気管２１と水冷排気マニホールド１０とは、排気管側フランジ部２１ａと排気マニホールド側フランジ部１０ａとを接合して螺子等で締結することにより連結する。
【００２６】
下流側排気管２２は、上前方へ湾曲して形成されており、その上流端は、消臭触媒ユニット３０の底面部（前面側）において消臭触媒ユニット３０の下流部と連結されている。
【００２７】
下流側排気管２２の下流端部には排気管側フランジ部２２ａが形成されている。下流側排気管２２と熱交換器４０とは、図２および図３に示すように、排気管側フランジ部２２ａと熱交換器側フランジ部４０ｂとを接合して螺子等で締結することにより連結する。
【００２８】
上流側排気管２１と下流側排気管２２との間には、排気ガス中に含まれる未燃焼ガスに添加された付臭材を除去するための消臭触媒ユニット３０が設けられている。
【００２９】
消臭触媒ユニット３０は、図５に示すように、消臭触媒担体３１と、消臭触媒担体３１を収納する触媒ケース３２と、消臭触媒担体３１を触媒ケース３２内で支持する支持部材３３とから構成されている。消臭触媒ユニット３０は、エンジン１のクランク軸７と平行になるように配置している。言い換えれば、消臭触媒ユニット３０は、長手方向がエンジン１の前後方向と平行になるように配置している。
【００３０】
消臭触媒担体３１は、未燃焼ガスに添加された付臭材を除去するための白金などの触媒が塗布された担体である。消臭触媒担体３１は、円柱状に形成されており、触媒ケース３２の内部に長手方向がエンジン１の前後方向と平行になるように配置されている。
触媒ケース３２は円筒状に形成されており、長手方向がエンジン１の前後方向と平行になるように配置されている。また、触媒ケース３２は、図５に示すように、上流半部３２ａと下流半部３２ｂとに二分割される構成となっている。言い換えれば、触媒ケース３２は、長手方向中心部で二分割される構成となっている。
【００３１】
また、触媒ケース３２の上流半部３２ａに連結する上流側排気管２１の下流端部は触媒ケース３２の右側面部に連通している。また、触媒ケース３２の下流半部３２ｂに連結する下流側排気管２２は、触媒ケース３２の下流半部３２ｂの底面部（前面側）の中心と連結している。このように構成することにより、下流側排気管２２は触媒ケース３２内の消臭触媒担体３１の出口面に対向して開口される。
【００３２】
支持部材３３は、触媒ケース３２の内周に沿って前面視環状に形成されており、触媒ケース３２の前後中央の外周に設けられている。支持部材３３は、触媒ケース３２に溶接等によって固設されている。
【００３３】
また、消臭触媒ユニット３０の外周には、図６に示すように、内側断熱材７１、伝熱板６０、および外側伝熱材７２が内側から順に巻回されている。
【００３４】
また下流側排気管２２の下流には、排気ガスを冷却するための熱交換器４０が設けられている。
熱交換器４０は、排気ガスの温度を下げるための排気系部品であり、内部には排気ガスを通過させるための排気通路４０ａ（図４参照）が形成されている。また、排気通路４０ａの上流端部には下流側排気管２２の排気管側フランジ部２２ａと連結するための熱交換器側フランジ部４０ｂが設けられている。また、本実施形態においては、熱交換器側フランジ部４０ｂは、水冷排気マニホールド１０と一体に設けられている。
また、熱交換器４０の排気通路４０ａの周囲には冷却水が通過する第二冷却水通路４１が設けられている。
【００３５】
排気通路４０ａは、排気管２０と連結されており、排気管２０を通過した排気ガスが排気通路４０ａ内に流入する。また、排気通路４０ａは、排気マフラー５０と連結しており、排気通路４０ａを通過した排気ガスは、排気マフラー５０へと流出する。
【００３６】
第二冷却水通路４１は、ラジエータ４５と連結されており、ラジエータ４５を通過した冷却水は、第二冷却水通路４１へと流入する。また、第二冷却水通路４１は、第一冷却水通路１１と連結しており、第二冷却水通路４１を通過した冷却水は、第一冷却水通路１１へと流出する。
【００３７】
排気通路４０ａ内に排気ガスを通過させると、排気通路４０ａ周面の温度が上昇する。温度が高くなった排気通路４０ａ周面の周囲の第二冷却水通路４１を冷却水が通過することにより、排気通路４０ａが冷却される。
【００３８】
図４に示すように、熱交換器４０の下流には排気マフラー５０が設けられている。
排気マフラー５０は、熱交換器４０の排気通路４０ａと連結されており、排気通路４０ａを通過した排気ガスが排気マフラー５０内に流入する。また、排気マフラー５０は、ミストセパレーター５１と連結しており、排気マフラー５０を通過した排気ガスは、ミストセパレーター５１へと流出する。
【００３９】
図４に示すように、排気マフラー５０の下流には、ミストセパレーター５１が設けられている。
ミストセパレーター５１は、排気ガス中に含まれる水分を除去する装置であり、排気マフラー５０と連結されており、排気マフラー５０を通過した排気ガスがミストセパレーター５１に流入する。ミストセパレーター５１内で水分を除去された排気ガスは外部へと排出される。
【００４０】
次に伝熱板６０および断熱材７１・７２の構成について図６から図８を用いて説明する。
伝熱板６０は、左右一対の板状部材を折り曲げ形成したものであり、一方の右伝熱板６０Ｒは、正面視略「Ｃ」字状の曲面部６０Ｒａと、曲面部６０Ｒａの下側端部から外側（半径方向）へ突設したフランジ部６０Ｒｂと、フランジ部６０Ｒｂと反対の曲面部６０Ｒａの上端部から外側（半径方向・上方）へ突設した連結部６０Ｒｃとから構成され、他方の左伝熱板６０Ｌは、正面視略弓形状の曲面部６０Ｌａと、曲面部６０Ｌａの下端部から外側（半径方向・斜め下方）へ突設した二つのフランジ部６０Ｌｂ・６０Ｌｂと、曲面部６０Ｌａの上端部から外側（半径方向・上方）へ突設した連結部６０Ｌｃから構成される。なお、曲面部６０Ｒａおよび曲面部６０Ｌａは、向かい合わせることにより正面視円状となるように形成されている。また、伝熱板６０は、熱伝導率の高い素材で構成されている。
【００４１】
伝熱板６０の曲面部６０Ｒａ・６０Ｌａは、排気系部品である消臭触媒ユニット３０の触媒ケース３２の半周面に沿うように湾曲して形成されており、消臭触媒ユニット３０の触媒ケース３２の側面全周に巻回されている。
【００４２】
このように構成することにより、伝熱板６０の曲面部６０Ｒａ・６０Ｌａは、消臭触媒ユニット３０の触媒ケース３２の外側に巻回されるので、消臭触媒ユニット３０内部の排気ガスの流れを妨げることがない。
【００４３】
伝熱板６０のフランジ部６０Ｒｂ・６０Ｌｂは、左右一対の伝熱板６０Ｒ・６０Ｌを接合するために設けられた部分である。また、伝熱板６０の連結部６０Ｒｃ・６０Ｌｃの一部も伝熱板６０・６０を接合するフランジの役割を兼ねる。
【００４４】
左右一対の伝熱板６０Ｒ・６０Ｌを消臭触媒ユニット３０の触媒ケース３２の側面全周に巻回すると、フランジ部６０Ｒｂとフランジ部６０Ｌｂが接合するように配置されている。接合した二枚のフランジ部６０Ｒｂ・６０Ｌｂに螺子等の連結部材を螺挿して固定することにより、二枚の伝熱板６０Ｒ・６０Ｌの下部が接合されて固定される。また、左右一対の伝熱板６０を消臭触媒ユニット３０の触媒ケース３２の側面全周に巻回すると、連結部６０Ｒｃの根元部６０Ｒｄと連結部６０Ｌｃとが接合するように配置されている。この接合した根元部６０Ｒｄと連結部６０Ｌｃとに螺子等の連結部材を螺挿して固定することにより、二枚の伝熱板６０Ｒ・６０Ｌの上部が固定される。これにより、伝熱板６０Ｒ・６０Ｌは消臭触媒ユニット３０の触媒ケース３２の側面全周に巻回される。
【００４５】
このように構成することにより、消臭触媒ユニット３０の触媒ケース３２に対して左右一対の伝熱板６０Ｒ・６０Ｌを簡易に巻回することができる。また、既存の消臭触媒ユニット３０の触媒ケース３２に対しても後付けで巻回することができる。
【００４６】
右伝熱板６０Ｒの連結部６０Ｒｃは、水冷排気マニホールド１０と連結するための部分である。連結部６０Ｒｃは、根元部６０Ｒｄがフランジ部６０Ｒｂの役割を兼ねており、先端部６０Ｒｅは、根元部６０Ｒｄよりも前後方向両側に張り出しており、水冷排気マニホールド１０と連結するための複数の連結孔６０Ｒｆ・６０Ｒｆ・６０Ｒｆが設けられている。
【００４７】
連結孔６０Ｒｆは、水冷排気マニホールド１０の右側面に設けた連結孔と対応する位置に配置されている。連結孔６０Ｒｆと水冷排気マニホールド１０側の連結孔とに螺子等の連結部材を螺挿して固定することにより、連結部６０Ｒｃは水冷排気マニホールド１０に固定される。このように構成することにより、伝熱板６０は、水冷排気マニホールド１０で支持される。
【００４８】
また、図６および図７に示すように、伝熱板６０Ｒ・６０Ｌの曲面部６０Ｒａ・６０Ｌａ内側（触媒ケース３２側）の面と触媒ケース３２外周面との間には内側断熱材７１が設けられている。内側断熱材７１は、合成繊維やカーボン等熱伝導率の低い材質で構成されており、触媒ケース３２の外周面に沿うように湾曲して形成されており、消臭触媒ユニット３０の触媒ケース３２の側面全周に巻回されている。
伝熱板６０と消臭触媒ユニット３０との間に設けられる内側断熱材７１によって、伝熱板６０が高熱によって損傷するのを防ぐことができる。
【００４９】
また、内側断熱材７１の厚さは変更することができる。内側断熱材７１の厚さを薄くした場合には、遮断する熱が少なくなるため、消臭触媒ユニット３０から伝熱板６０へ伝導する熱が多くなり、効率よく消臭触媒ユニット３０の温度を低下させることができる。
また、内側断熱材７１の厚さを厚くした場合は、遮断する熱が多くなるため、消臭触媒ユニット３０から伝熱板６０へ伝導する熱が少なくなり、消臭触媒ユニット３０の温度を低下させる効率は薄い場合と比較して低くなる。しかし、消臭触媒ユニット３０の温度が非常に高い場合であっても、伝熱板６０が高熱によって損傷するのを防ぐことができる。
【００５０】
また、図６に示すように、伝熱板６０Ｒ・６０Ｌの曲面部６０Ｒａ・６０Ｌａ外側（外周側）の面の周囲には外側断熱材７２が設けられている。外側断熱材７２は、合成繊維やカーボン等熱伝導率の低い材質で構成されており、伝熱板６０の曲面部６０ａ外側の面に沿うように湾曲して形成されており、伝熱板６０の曲面部６０ａの全周面に巻回されている。
伝熱板６０の外側に設けられた外側断熱材７２によって、消臭触媒ユニット３０からの熱輻射を低減することができる。
【００５１】
また、外側断熱材７２の厚さは変更することができる。外側断熱材７２の厚さを薄くした場合には、遮断する熱が少なくなるため、消臭触媒ユニット３０からの熱輻射が多くなり、効率よく消臭触媒ユニット３０の温度を低下させることができる。
また、外側断熱材７２の厚さを厚くした場合は、遮断する熱が多くなるため、消臭触媒ユニット３０からの熱輻射が少なくなり、消臭触媒ユニット３０の温度を低下させる効率は薄い場合と比較して低くなる。しかし、消臭触媒ユニット３０の温度が非常に高い場合であっても、消臭触媒ユニット３０付近の部品が高熱によって損傷するのを防ぐことができる。
【００５２】
次に消臭触媒ユニット３０から伝熱板６０への熱伝導について説明する。
消臭触媒ユニット３０内に高温の排気が流入することにより、消臭触媒ユニット３０の触媒ケース３２の表面温度が上昇する。高温になった消臭触媒ユニット３０の触媒ケース３２は、内側断熱材７１を介して伝熱板６０へ熱を伝導する。この際、内側断熱材７１を介することにより、触媒ケース３２から伝熱板６０へ直接熱を伝導する場合と比較して、伝熱板６０の温度が低くなる。これは、触媒ケース３２から伝熱板６０への熱の伝導を内側断熱材７１により一部遮断するためである。このように構成することにより、伝熱板６０自体の耐熱性能を超える温度上昇を防止することができる。
【００５３】
また、伝熱板６０の外側に設けられた外側断熱材７２によって伝熱板６０の曲面部６０ａ外面からの熱輻射を抑制し、消臭触媒ユニット３０からの熱輻射を低減させる。これにより、消臭触媒ユニット３０付近の温度上昇が抑制されるため、消臭触媒ユニット３０付近のエンジン各部が熱害を受けるのを防止することができる。
【００５４】
また、右伝熱板６０Ｒの曲面部６０Ｒａに伝導された熱は、右伝熱板６０Ｒの曲面部６０Ｒａから連結部６０Ｒｃへ順次伝導される。左伝熱板６０Ｌの曲面部６０Ｌａに伝導された熱は、左伝熱板６０Ｌの連結部６０Ｌｃへ伝導され、連結部６０Ｌｃから右伝熱板６０Ｒの連結部６０Ｒｃへと伝導される。
【００５５】
そして、右伝熱板６０Ｒの連結部６０Ｒｃへ伝導された熱は、伝熱板６０と接触する水冷排気マニホールド１０の右側面に伝導される。水冷排気マニホールド１０へ伝導された熱は第一冷却水通路１１内を通過する冷却水に奪われる。
これにより、伝熱板６０の連結部６０Ｒｃが冷却されることとなるため、伝熱板６０は、消臭触媒ユニット３０の触媒ケース３２から伝導された熱を水冷排気マニホールド１０に伝え、消臭触媒ユニット３０を冷却することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１    エンジン
１０    水冷排気マニホールド
２０    排気管
３０    消臭触媒ユニット
４０    熱交換器
５０    排気マフラー
５１    ミストセパレーター
６０    伝熱板
６０Ｒａ・６０Ｌａ    曲面部
６０Ｒｂ・６０Ｌｂ    フランジ部
６０Ｒｃ・６０Ｌｃ    連結部
７１    内側断熱材（断熱材）
７２    外側断熱材（断熱材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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