(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路の途中に排ガス熱交換器を配置したエンジンであって、前記排ガス熱交換器の大断面を上下方向に位置させ、この排ガス熱交換器内の排気通路は前記大断面の中央部の側面に排気入口があり、前記中央部から渦巻き状に広がるように形成されて一旦上方に向う部分を有し、この排気通路の前記排気入口より上方に触媒を配置し、この触媒下流の排気通路に冷却水との熱交換壁を配置し、前記排気入口から触媒までの排気通路壁の外周を冷却しないか、冷却するにしてもこの部分の熱交換壁の面積より、前記触媒から排気出口までの熱交換壁の面積の方が大きく、さらに前記排気通路の途中に前記排気入口より下方となる下部にドレン水出口を設けたことを特徴とする排ガス浄化用触媒付きエンジン。
【請求項２】
前記触媒の下流部に膨張室を設け、さらに前記排ガス熱交換器の下流の排気通路の途中に排気サイレンサを配置したことを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化用触媒付きエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、排ガス浄化用触媒付きエンジンに係り、排気通路の途中に排ガス熱交換器を配置し、エンジン排熱を利用するようにした排ガス浄化用触媒付きエンジンに関する。例えば、エンジン廃熱を冷媒に回収させるようにした圧縮式冷凍機、圧縮式熱ポンプ装置の駆動用エンジン、エンジン廃熱により給湯するようにした発電機駆動用エンジン等がある。
【０００２】
【従来の技術】
このような排ガス浄化用触媒付きエンジンとして、出願人は特願平９−１１０９６８号を提案した。この排ガス浄化用触媒付きエンジンは、触媒の温度低下によるアルデヒドの除去不十分が起こることがないようにし、触媒の短期間の劣化を防止し、さらに部品点数の増加を防止することが可能と、ドレン水入口が触媒の下流であり、触媒により圧力降下がある分ドレン水通路から中和器へ大きな排気圧力が作用しにくく、中和器内ドレン水面を下げず、中和性能の低下がないようにしたものであり、特に、排ガス熱交換器内の排気通路の上流部に触媒を配置することを提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、排ガス熱交換器は排気ガスと冷却水との熱交換をするものであり、内部の排気通路の途中で排ガス中の水蒸気が凝縮することがあり、単に排ガス熱交換器内の排気通路の上流部に触媒を配置しても、触媒位置によっては水蒸気が凝縮して生成するドレン水が触媒に付着し、触媒の排気浄化性能を低下する可能性がある。
【０００４】
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、触媒上流でドレン水が発生しにくいとともに、ドレン水が溜っても触媒に付着せずに触媒の排気浄化性能を低下を軽減することが可能な排ガス浄化用触媒付きエンジンを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。
【０００６】
請求項１記載の発明は、『排気通路の途中に排ガス熱交換器を配置したエンジンであって、前記排ガス熱交換器の大断面を上下方向に位置させ、この排ガス熱交換器内の排気通路は前記大断面の中央部の側面に排気入口があり、前記中央部から渦巻き状に広がるように形成されて一旦上方に向う部分を有し、この排気通路の前記排気入口より上方に触媒を配置し、この触媒下流の排気通路に冷却水との熱交換壁を配置し、前記排気入口から触媒までの排気通路壁の外周を冷却しないか、冷却するにしてもこの部分の熱交換壁の面積より、前記触媒から排気出口までの熱交換壁の面積の方が大きく、さらに前記排気通路の途中に前記排気入口より下方となる下部にドレン水出口を設けたことを特徴とする排ガス浄化用触媒付きエンジン。』である。
【０００７】
この請求項１記載の発明によれば、排ガス熱交換器の大断面を上下方向に位置させ、この排ガス熱交換器内の排気通路は大断面の中央部の側面に排気入口があり、中央部から渦巻き状に広がり、この排気通路の排気入口より上方に触媒を配置し、この触媒下流の排気通路に冷却水との熱交換壁を配置しており、排気通路の途中で排ガス中の水蒸気が凝縮してドレン水が溜っても、触媒に付着しにくい。また、排気入口から触媒までの排気通路壁の外周を冷却しないか、冷却するにしてもこの部分の熱交換壁の面積より、触媒から排気出口までの熱交換壁の面積の方が大きく、さらに排気通路の途中に排気入口より下方となる下部にドレン水出口を設けたから、触媒は上流部において排気ガスが冷却されにくく、触媒上流でドレン水が発生しにくく、触媒に付着せず触媒の排気浄化性能を低下を軽減することが可能である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、『前記触媒の下流部に膨張室を設け、さらに前記排ガス熱交換器の下流の排気通路の途中に排気サイレンサを配置したことを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化用触媒付きエンジン。』である。
【０００９】
この請求項２記載の発明によれば、触媒の下流部に膨張室を設けたから、排気脈動を膨張室で軽減することができ、さらに排ガス熱交換器の下流の排気通路の途中に排気サイレンサを配置したから、下流の排気サイレンサの壁からのシェル音を軽減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の排ガス浄化用触媒付きエンジンの実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は排ガス浄化用触媒付きエンジンを備えるエンジン駆動式ヒートポンプの構成図である。
【００１１】
エンジン駆動式ヒートポンプ１は、室外ユニット２と、室内ユニット３とで構成されている。室内ユニット３は、冷媒用室内熱交換器１２及び減圧用の膨張弁１１を備えている。室外ユニット２は、排ガス浄化用触媒付きエンジン７、圧縮機８、アキュムレータ９、冷媒用室外熱交換器１０及び四方弁１３とを備えている。
【００１２】
排ガス浄化用触媒付きエンジン７として４サイクルの水冷式ガス燃料エンジンが用いられている。排ガス浄化用触媒付きエンジン７のクランク軸１４には始動モータ１５が始動クラッチ１６を介して接続され、また排ガス浄化用触媒付きエンジン７の出力軸１７に出力クラッチ１８を介して圧縮機８が接続される。
【００１３】
排ガス浄化用触媒付きエンジン７の吸気ポート１９には吸気通路２０が接続され、この吸気通路２０にはスロットル２１、エアクリーナ２２が配置され、吸気通路２０の開口部２０ａは外部に開口している。スロットル２１はクランク軸１４に接続されたクランク動力を利用したガバナ装置２３により駆動される。スロットル２１とエアクリーナ２２の間の吸気通路２０には、ベンチュリー部８０が設けられている。ベンチュリー部８０により構成された混合部Ｘで燃料供給通路２４が吸気通路２０に合流され、燃料供給通路２４により吸気通路２０に燃料ガス源２５が接続される。燃料供給通路２４にはゼロガバナ（減圧器）２６が配置され、ゼロガバナ２６の下流側には流量制御弁２８が配置され、上流側には２つの開閉弁２７，２９が配置されている。
【００１４】
排ガス浄化用触媒付きエンジン７の排気ポート３０には、直接排ガス熱交換器３２が接続され、この排ガス熱交換器３２に途中排気サイレンサ３３が配置された排気通路３１が接続され、排気通路３１の開口部３１ａは外部に開口している。排ガス熱交換器３２及び排気サイレンサ３３からそれぞれドレン水管１０００が中和器３４に接続され、排気ガス中の水蒸気が冷えて凝縮してドレン水となると中和器３４へ排出される。
【００１５】
エンジン駆動式ヒートポンプ１には冷却水循環システムＳが備えられている。冷却水循環システムＳは冷却水温度が所定値以下のエンジン冷機時に、排ガス浄化用触媒付きエンジン７の冷却水ジャケット３５、サーモスタット３６、冷却水ポンプ３７を循環する第１循環路Ｓ１と、エンジン冷機時に、排ガス熱交換器３２、リニア三方弁３８、一方はラジエータ３９、他方はアキュムレータ９内の熱交換部４０、第２の冷却水ポンプ４１を循環する第２循環路Ｓ２からなるとともに、冷却水温度が所定値を越えた場合のエンジン暖機時に、第２の冷却水ポンプ４１から分岐し一方は第１の冷却水ポンプ３７、排ガス浄化用触媒付きエンジン７の冷却水ジャケット３５、サーモスタット３６へ循環し、他方は排ガス熱交換器３２へ循環した後合流し、リニア三方弁３８、一方はラジエータ３９、他方はアキュムレータ９内の熱交換部４０、第２の冷却水ポンプ４１の順で循環する第３循環路Ｓ３を有している。
【００１６】
排ガス浄化用触媒付きエンジン７は、出力軸１７から出力クラッチ１８を介して圧縮機８を駆動し、圧縮機８の吐出口は冷媒管路４２、冷房運転位置に切り替えられた四方弁１３、冷媒管路４３を介して冷媒用室外熱交換器１０、膨張弁１１、冷媒用室内熱交換器１２に接続されている。この冷媒用室内熱交換器１２は冷媒管路４４、四方弁１３、冷媒管路４５、アキュムレータ９内の熱交換部４０、冷媒管路４６を介して、アキュムレータ９は、冷媒管路４６を介して圧縮機８の吸い込み口に接続されている。
【００１７】
冷房として運転する場合には四方弁１３を操作して、第１のポート１３ａと第３のポート１３ｃとを連通させ、同時に第４のポート１３ｄと第２のポート１３ｂとを連通させた状態とする。
【００１８】
これによって、排ガス浄化用触媒付きエンジン７により圧縮機８を駆動し、冷媒を圧縮し、この圧縮され、高温、高圧になった冷媒ガスは室外ユニット２の冷媒用室外熱交換器１０で、外気によって冷却され液化する。この液化した冷媒は室内ユニット３の膨張弁１１で減圧され、低圧となった冷媒液は冷媒用室内熱交換器１２で室内空気から熱を奪って蒸発する。この時の蒸発熱により冷却効果が生じて室内の冷房を行なう。蒸発した冷媒ガスは、アキュムレータ９で液相の冷媒が分離され、ガス成分のみ再び圧縮機８に戻り、同様なサイクルを繰返す。
【００１９】
また、暖房として運転する場合には、四方弁１３を操作して、第１のポート１３ａを第４のポート１３ｄに連通させるとともに、第３のポート１３ｃを第２のポート１３ｂに連通させた状態とする。
【００２０】
これによって、排ガス浄化用触媒付きエンジン７により圧縮機８を駆動し、冷媒を圧縮し、この圧縮され、高温、高圧になった冷媒ガスは室内ユニット３の冷媒用室内熱交換器１２で、室内空気によって冷却され液化する。この時、室内空気は凝縮熱によって暖められ、暖房効果を生じる。この液化した冷媒は膨張弁１１で減圧され、低圧となった冷媒液は室外ユニット２の冷媒用室外熱交換器１０で外気の熱を奪い、蒸発した冷媒ガスは再び圧縮機８に戻り、同様なサイクルを繰返す。
【００２１】
排ガス浄化用触媒付きエンジン７には、排気系の途中の排ガス熱交換器３２内の排気通路に少なくとも酸化触媒からなる第１種触媒１００が配置されている。排ガス浄化用触媒付きエンジン７の燃焼室内において燃料が酸化する過程で生じるアルデヒドが排気ガス成分として混じる場合があるが、排気ガスの大気中への排出前に、第１種触媒１００によりＣＯ成分、ＨＣ成分、ＮＯｘ成分に加え、アルデヒド成分を浄化することができ、部品点数を増加することなく、低コストで排ガス浄化用触媒を配置することができる。
【００２２】
酸化触媒としては、例えば、ゼオライト触媒、Ａｌ２Ｏ３触媒、Ｐｔ触媒、Ｐｄ触媒、Ｐｔ／Ｐｄ触媒、Ａｕ系触媒等が挙げられる。酸化触媒は運転中、内部発熱の結果を含んで２００℃〜６００℃となるような位置に配置することが好ましい。
【００２３】
また、排ガス熱交換器３２内の排気通路の下流、即ち排気サイレンサ３３の下流にはＨｎＣｍ浄化用触媒２００が配置されている。燃焼室で発生し第１種触媒１００で浄化し切れなかったアルデヒドや第１種触媒１００によるＨＣ成分を浄化する過程で生成され浄化し切れなかったアルデヒドがＨｎＣｍ浄化用触媒２００により水とＣＯ2にまで浄化して排出する。ＨｎＣｍ浄化用触媒２００としては、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、銅−クロム（Ｃｕ−Ｃｒ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、パラジウム−銀（ＺｎＯ）、銅−亜鉛−クロム（Ｃｕ−Ｚｎ−Ｃｒ）のいずれかを基本成分とするもの、あるいはこれらを混合したもの等が上げられる。このＨｎＣｍ浄化用触媒２００は運転中、内部発熱の結果を含んで６０〜３００°Ｃとなるような位置に配置することが好ましい。なお、ＨｎＣｍ浄化用触媒２００は、第１種触媒１００の容量が大きい場合には配置しなくてもよい。
【００２４】
さらに、ＨｎＣｍ浄化用触媒２００より下流の排気通路には、付臭成分除去触媒３００が配置される。燃料ガスには、例えば３種類の付臭剤を含有する燃料ガスを用いた場合があり、この内大部分の付臭剤は燃焼室で酸化し、ＳＯXと水、Ｏ2となる。一部のものは未燃焼のまま排気通路に流れ、排気ガスに臭気を残してしまう。この未燃焼のまま排気通路を流れる付臭剤の脱臭を付臭成分除去触媒３００で行なう。燃料ガスの中でも、側えば都市ガス製造会社が異なれば３種類の付臭剤、即ちメルカプタン系付臭剤、サルファイド系付臭剤及びチオフェン系付臭剤を含有する場合がある。このような燃料ガスを用いた場合は、メルカプタン系付臭剤に対する触媒として、Ｃｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒等があり、サルファイド系付臭剤に対する触媒として、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒等があり、チオフェン系付臭剤に対する触媒として、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒等を用いるのが好ましく、また、サルファイド系付臭剤及びチオフェン系付臭剤の両者を除去できる触媒として、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒等を使用することもできる。排気ガス中のＳＯXは三元触媒に吸着されるか、あるいは凝縮水中に溶け込み、凝縮水とともに中和器３４に流れる。
【００２５】
また、排ガス浄化用触媒付きエンジン７より上流の燃焼室への燃料供給通路２４の途中に、即ちゼロガバナ２６の上流側には開閉弁２７との間には付臭成分除去触媒４００を配置してもよく、燃料ガスに混合された付臭剤が付臭成分除去触媒４００により除去される。この燃料供給通路２４の途中に付臭成分除去触媒４００を配置する場合、ＨｎＣｍ浄化用触媒２００より下流の排気通路には付臭成分除去触媒３００を配置しなくてもよい。また、排ガス浄化用触媒付きエンジン７より上流の給気通路、あるいは給気通路の途中に付臭成分除去触媒４００を配置し、燃料ガスに混合された付臭剤を付臭成分除去触媒４００により除去するようにしてもよい。
【００２６】
このように、排ガス熱交換器３２内の排気通路３１に、少なくとも酸化触媒からなる第１種触媒１００を配置することで、燃焼室内において燃料が酸化する過程で生じるアルデヒドが排気ガス成分として混じる場合があるが、排気ガスの大気中への排出前に、第１種触媒１００によりＣＯ成分、ＨＣ成分、ＮＯｘ成分に加え、アルデヒド成分を浄化することができる。第１種触媒１００は、エンジン内の排気通路に配置してもよい。また、酸化触媒に加え、三元触媒、あるいは還元触媒の内少なくとも一つ、あるいは両方の触媒を混合あるいは直列配置したものからなる第１種触媒１００を配置するようにしてもよい。
【００２７】
三元触媒としては、例えば、Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ系触媒、Ｐｔ／Ｐｄ系触媒、Ｐｔ／Ｒｈ系触媒、Ｐｄ／Ｒｈ系触媒等が挙げられる。還元触媒としては、例えば、Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ２触媒、Ｃｕ−ＺＳＭ−５触媒、ペロブスカイト触媒、Ａｕ系触媒等が拳げられる。
【００２８】
還元触媒及び三元触媒は、運転中、内部発熱あるいは吸熱の結果を含んで４００℃〜７００℃となるような位置に配置することが好ましく、望ましくは５００℃となるような位置に配置することが好ましい。還元触媒と三元触媒は、いずれか一方を上流側として直列に配置するか、混合して触媒を構成する。必要に応じこの下流に酸化触媒を配置する。
【００２９】
また、排ガス熱交換器３２内の排気通路に少なくとも酸化触媒あるいは、さらに三元触媒または還元触媒の内少なくとも一つ、あるいは両方の触媒を混合あるいは直列配置したものからなる第１種触媒１００を配置し、排ガス熱交換器３２内の排気通路の上流部に別の第１種触媒１００を配置してもよく。
【００３０】
さらに、排ガス熱交換器３２内の排気通路の上流部に第１種触媒１００を配置することで、触媒の温度低化によるアルデヒドの除去不十分が起こることがないようにし、第１種触媒の温度を活性温度まで高くできる。
【００３１】
また、排ガス交換器３２より下流の排気通路３１にＨｎＣｍ浄化用触媒２００を配置したから、前記に加え、さらに第１種触媒１００によるＨＣ成分を浄化する過程で生成されるアルデヒドがＨｎＣｍ浄化用触媒２００により水とＣＯ2にまで浄化して排出することができる。また、第１種触媒１００より下流の排ガス熱交換器３２内の排気通路にＨｎＣｍ浄化用触媒２００を配置してもよい。
【００３２】
さらに、排ガス浄化用触媒付きエンジン７が付臭剤を混合した燃料ガスを燃料とするガスエンジンであり、排ガス熱交換器３２より下流の排気通路に付臭成分除去触媒３００を配置し、さらに燃料ガスに混合された付臭剤を付臭成分除去触媒３００により除去することができる。
【００３３】
また、排ガス熱交換器３２内には、第１種触媒１００が排気入口より上方に配置され、この触媒下流の排気通路に冷却水との熱交換壁を配置し、排気入口から触媒までの排気通路壁の外周を冷却しないか、冷却するにしてもこの部分の熱交換壁の面積より、第１種触媒１００から排気出口までの熱交換壁の面積の方が大きくする。このように排気通路の排気入口より上方に第１種触媒１００を配置し、この触媒下流の排気通路に冷却水との熱交換壁を配置することで、排気通路の途中で排ガス中の水蒸気が凝縮してドレン水が溜っても、第１種触媒１００に付着しにくい。また、排気入口から第１種触媒１００までの排気通路壁の外周を冷却しないか、冷却するにしてもこの部分の熱交換壁の面積より、第１種触媒１００から排気出口までの熱交換壁の面積の方が大きすることで、第１種触媒１００は上流部において排気ガスが冷却されにくく、触媒上流でドレン水が発生しにくく、第１種触媒１００に付着せず第１種触媒１００の排気浄化性能を低下を軽減することが可能である。
【００３４】
次に、図２乃至図６に基づいて排ガス熱交換器に第１種触媒を配置する実施の形態を説明する。図２は排ガス熱交換器部分の構成配置図、図３は図２のIII-III線に沿う断面図、図４は図２のIV-IV線に沿う断面図、図４は図２のV-V線に沿う断面図、図６は排ガス熱交換器の分解斜視図である。
【００３５】
排ガス浄化用触媒付きエンジン７は、防振マウント１２３を介して支持フレーム１２５上に設置され、エンジン収容ケース１２４内に収納される。シリンダヘッド１０３の吸気通路１３１ｂから混合気が矢印のように供給され、吸気弁１０８ｂを介して燃焼室内に導入され、燃焼後の排気ガスが排気弁１０８ａを介して排気通路１３１ａに排出される。排気通路１３１ａは、シリンダヘッド１０３に直接取り付けされる排ガス熱交換器３２の排気ガス入口１２６に接統される。
【００３６】
排ガス熱交換器３２は、ボルト挿通孔１３１を有し、図示しないボルトにより排ガス浄化用触媒付きエンジン７の側面に取り付けられる。排ガス熱交換器３２は、内部に排気入口１２６に連通する排気通路１２７を有する。この排気通路１２７の途中には膨張室１３２が形成される。この膨張室１３２は、Ｌ字状の排ガス熱交換器３２の下部の幅の広い部分に形成される。排気通路１２７を挟んで、シリンダ側に第１冷却水ジャケット１２８及びシリンダから離れた側に第２冷却水ジャケット１２９が設けられる。第１、第２冷却水ジャケット１２８，１２９は直列に連結され、冷却水入口１２１から冷却水が流入し、最初に第１冷却水ジャケット１２８内を流れて排気通路１２７のエンジンシリンダ側の面を冷却し、続いて第２冷却水ジヤケット１２９内を流れてシリンダから離れた側の面を冷却し、これにより排気通路１２７を両面から順番に冷却し熱交換が行なわれる。
【００３７】
図３は排ガス熱交換器３２の排気通路１２７の構成を示す。排ガス熱交換器３２のほぼ中央部に形成された排気入口１２６から流入した排気ガスは、矢印で示すように、排気通路１２７内を流れる。即ち、排気ガスは中央部から外側に向かって実質上渦巻き状に流れ、外周部の排気出口１２２から排出される。排気出口１２２には、排気圧センサＳ１１が取り付けられている。
【００３８】
排気通路１２７は、その流路長を大きくして冷却水との間で熱交換を十分行うようにするために、流路を入り組ませて屈曲させ、上下方向に順番に入組んだ屈曲通路部１２７ａを有している。即ち、排気通路１２７の前後（表面に直角方向）の構成壁をつなぐとともに、排気通路１２７の左右の構成壁から交互に突出するリブ状のガイド壁１５０や、同様に屈曲した排気通路１２７を形成するとともに内部に第１冷却水ジャケット１２８及び第２冷却水ジャケット１２９が形成されるガイド壁１５１を有する。これらのガイド壁１５０，１５１は排気ガスの熱を吸収し、第１冷却水ジャケット１２８及び第２冷却水ジャケット１２９の水へ吸収した熱を伝達する。
【００３９】
このような排気通踏１２７の途中には、容積を急拡大した膨張室１３２が形成される。膨張室１３２を設けることにより、排気脈動を有効に利用してエンジン出力の向上を図ることができる。排気通路１２７を流通して冷却水との間で熱交換された排気ガスは排気出口１２２より、矢印Ｅｘのように、外部に放出される。
【００４０】
この排ガス熱交換器３２は、大断面を上下方向に位置させ、この排ガス熱交換器３２内の排気通路１２７は大断面の中央部の側面に排気入口１２６があり、中央部から渦巻き状に広がるように形成されて一旦上方に向う部分１２７ｂを有し、この排気通路１２７の排気入口１２６より上方に第１種触媒１００が配置されている。第１種触媒１００の下流側には、触媒出口温度センサＳ１２が取り付けられている。
【００４１】
この第１種触媒１００は触媒保持マット５００に保持され、第１種触媒１００はケース３２０に形成された取付開口５０１から挿着して取り付けられる。取付開口５０１には、ガスケット５０２を介して触媒挿入口カバー５０３が当てがわれ、この触媒挿入口カバー５０３をボルト５０４によりケース３２０に締付固定することで排気通路１２７が形成される。
【００４２】
第１種触媒１００の下流部には、膨張室１３２が設けられ、さらに排ガス熱交換器３２の下流の排気通路の途中に、図１に示すように排気サイレンサ３３を配置している。このように第１種触媒１００の下流部に膨張室１３２を設けたから、排気脈動を膨張室１３２で軽減することができ、さらに排ガス熱交換器３２の下流の排気通路の途中に排気サイレンサ３３を配置したから、下流の排気サイレンサ３３の壁からのシェル音を軽減することができる。
【００４３】
排ガス熱交換器３２は金型を用いた鋳造品であり、鋳造時の中子支持用及び砂抜き用の孔を塞ぐための埋め栓１３４が数箇所に設けられている。排気通路１２７の周囲に、第１及び第２冷却水ジャケット１２８，１２９が、幅方向に入組みながらシリンダ側の面及びその反対側の面に形成される。１３３は第１及び第２の冷却水ジャケット１２８，１２９の連通孔であり、１３５Ａはそれぞれ凝縮水排出口としてのパイプであり、凝縮水を中和器３４へ導く。１３５Ｂは水抜き用の打込みパイプである。この水抜き用の打込みパイプ１３５Ｂは点検時以外は埋め栓用キャップが嵌められている。また、取り付け用のボルト挿通孔１３１が、排気入口１２６の周り及び外周部の複数箇所に形成されている。
【００４４】
このように排ガス熱交換器３２内の排気通路の膨張室１３２より上流部に第１種触媒１００を配置し、この第１種触媒１００より下流の排気通路に凝縮水排出口１３５Ａ１を設けており、この凝縮水排出口１３５Ａ１により排気通路１２７に生じる凝縮水を排出することで、第１種触媒１００の温度を活性温度まで高くでき、かつ凝縮が発生しない、且つ凝縮水が分配しないため、触媒に排気ガスが接触できるので浄化機能を維持できる。
【００４５】
図４及び図５は、冷却水ジャケットの構成を示し、図４は第１冷却水ジャケット１２８を示し、図５は第２冷却水ジャケット１２９を示す。図４に示すように、冷却水入口１２１から矢印Ｗｉｎのように導入された冷却水は、第１冷却水ジャケット１２８の通路を矢印で示すように流れ、連通孔１３３を通して図５の第２冷却水ジャケット１２９内に流入する。この第１冷却水ジャケット１２８の冷却水入口１２１は、排気通路１２７の排気出口１２２から離れた位置に設けられ、排気通路１２７の第１種触媒１００の上流部に対向する位置では、排気ガスの渦巻き状の流れと反対方向に冷却水が流れるように流路が形成され、下流部では排気ガスの渦巻き状の流れと同方向に冷却水が流れるように流路が形成されている。流路壁面には溝部１３６が適宜形成され、冷却水ジャケットの流路を排気通路に向けて包み込むように深くして冷却効率を高める。
【００４６】
第１冷却水ジャケット１２８を循環した冷却水は、その上部に形成された連通孔１３３を通して反対側の第２冷却水ジャケット１２９内に流れる。このように第１冷却水ジャケット１２８を流れる冷却水は、冷却水入口１２１近傍において温度低下した排気ガスと熱交換して温度上昇し、第１冷却水ジャケット１２８の全長を、複数のガイド壁１６０で長くし、一部に連通孔１６０ａを形成することにより、冷却水の流速を低下させないで広い熱伝達面を確保するようにしている。これにより、冷却水が滞留しホットスポートとなる点をなくすことができ、アルミニウム合金製である排ガス熱交換器３２の腐食を防止することができる。
【００４７】
また、図５に示すように、連通孔１３３から流入した冷却水は、第１冷却水ジャケット１２８の場合と同様に、排気通路１２７の第１種触媒１００の上流部に対向する位置では、排気ガスの渦巻き流れに対向する方向に流れ、冷却水出口１２０から矢印Ｗｏｕｔのように流出する。
【００４８】
第２冷却水ジャケット１２９においても同様に、冷却水入口となる連通孔１３３近傍において温度低下した排気ガスと熱交換して温度上昇し、第２冷却水ジャケット１２９の広い範囲で効率よく排気ガスの熱を回収することができる。また、第２冷却水ジャケット１２９の全長を、複数のガイド壁１６１で長くすることにより、冷却水の流速を低下させないで広い熱伝達面を確保するようにしている。これにより、冷却水が滞留しホットスポートとなる点をなくすことができ、アルミニウム合金製である排ガス熱交換器３２の腐食を防止することができる。また、第１冷却水ジャケット１２８と第２冷却水ジヤケツト１２９を直列にしたことにより、排気ガスの熱回収のための冷却水ジヤケット表面積を大きくしつつ、冷却水の流速を確保できるようにしているので、より確実に冷却水の滞留を防止可能である。
【００４９】
また、第２冷却水ジャケット１２９における排気ガスと冷却水との温度差により、上流側となる第１冷却水ジャケット１２８における排気ガスと冷却水との温度差の方を大きくすることができるので、排ガス熱交換器３２の内シリンダヘッド１０３に接する側で温度が上昇し易い前側の壁の冷却能を高め、温度を低下させることができ、排ガス熱交換器３２を全体として温度を下げることができるため、熱腐食をより防止易くできる。
【００５０】
このように排気通路１２７の排気入口１２６より上方に第１種触媒１００を配置し、この触媒下流の排気通路１２７に冷却水との熱交換壁を構成するガイド壁１６０，１６１を配置し、排気入口１２６から第１種触媒１００までの熱交換壁の面積より、第１種触媒１００から排気出口１２０までの熱交換壁の面積の方が大きく形成され、第１種触媒１００は上流部において排気ガスが冷却されにくく、触媒上流でドレン水が発生しにくくなっている。また、この実施の形態では、排気入口１２６から第１種触媒１００までの排気通路壁の外周を冷却しているが、冷却しないようにしてもよい。
【００５１】
また、排気通路１２７の途中に排気入口１２６より下方となる下部にドレン水出口である凝縮水排出口１３５Ａを設けており、排気通路１２７の途中で排ガス中の水蒸気が凝縮してドレン水が溜っても、第１種触媒１００に付着せず第１種触媒１００の排気浄化性能を低下を軽減することが可能である。
【００５２】
第１種触媒１００、ＨｎＣｍ浄化用触媒２００及び付臭成分除去触媒３００の各触媒は、図７あるいは図１０（Ａ）に示すように粉末状の触媒材料をハニカム状、あるいはペレット状に成形焼成して作成したものか、図８、図９あるいは図１０（Ｂ），（Ｃ）に示すようにハニカム状担体あるいはペレット担体に粉末状の触媒を吸着あるいは塗布して担持させた後成形、焼成して作成したものが用いられる。担体は、金属膜で、あるいはガンマＡｌ2Ο3あるいはＴiＯ2の微粉末を酸性水あるいはアルカリ水または中性水で練り、ペースト状にしたものを型込めし、乾燥、焼成して作成し、ハニカム状担体、ペレット状担体にする。ハニカム状あるいはペレッ卜状担体表面に、単体あるいは複数の触媒（複数種の触媒を混合する場合を含む）の構成成分の微粉末を酸性水あるいはアルカリ水または中性水で練り、ペースト状にしたものを塗り込み、乾燥、焼成して作成する。ペーストから乾燥、焼成して作成した担体表面に、単体あるいは複数の触媒構成成分（複数種の触媒を混合する場合を含む）の塩溶解液を含浸し、構成成分を析出させて触媒とする。
【００５３】
図７の実施の形態は、触媒材料を調合した後、ハニカム構造体に成形し、焼成する。図８の実施の形態は、触媒材料をハニカム状に成形されたコージェライト担体の内部に塗り込み乾燥、焼成して作製する。図９の実施の形態は、触媒材料をハニカム状に成形されたメタル（耐熱性合金）担体の内部に塗り込み乾燥、焼成して作製する。
【００５４】
図１０（Ａ）の実施の形態は、触媒材料を調合した後、球状に成形し、焼成する。図１０（Ｂ）の実施の形態は、触媒材料を球状アルミナの外周部に塗り乾燥、焼成して作製する。図１０（Ｃ）の実施の形態は、触媒材料を球状コージェライトの外周部に塗り乾燥、焼成して作製する。
【００５５】
【発明の効果】
前記したように、請求項１記載の発明では、排ガス熱交換器の大断面を上下方向に位置させ、この排ガス熱交換器内の排気通路は大断面の中央部の側面に排気入口があり、中央部から渦巻き状に広がり、この排気通路の排気入口より上方に触媒を配置し、この触媒下流の排気通路に冷却水との熱交換壁を配置しており、排気通路の途中で排ガス中の水蒸気が凝縮してドレン水が溜っても、触媒に付着しにくい。また、排気入口から触媒までの排気通路壁の外周を冷却しないか、冷却するにしてもこの部分の熱交換壁の面積より、触媒から排気出口までの熱交換壁の面積の方が大きく、さらに排気通路の途中に排気入口より下方となる下部にドレン水出口を設けたから、触媒は上流部において排気ガスが冷却されにくく、触媒上流でドレン水が発生しにくく、触媒に付着せず触媒の排気浄化性能を低下を軽減することが可能である。
【００５６】
請求項２記載の発明では、触媒の下流部に膨張室を設けたから、排気脈動を膨張室で軽減することができ、さらに排ガス熱交換器の下流の排気通路の途中に排気サイレンサを配置したから、下流の排気サイレンサの壁からのシェル音を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排ガス浄化用触媒付きエンジンを備えるエンジン駆動式ヒートポンプの構成図である。
【図２】排ガス熱交換器部分の構成配置図である。
【図３】図２のIII-III線に沿う断面図である。
【図４】図２のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】図２のV-V線に沿う断面図である。
【図６】排ガス熱交換器の分解斜視図である。
【図７】触媒材料を調合した後、ハニカム構造体に成形し、焼成する実施の形態を示す図である。
【図８】触媒材料をハニカム状に成形されたコージェライト担体の内部に塗り込み乾燥、焼成して作製する実施の形態を示す図である。
【図９】触媒材料をハニカム状に成形されたメタル（耐熱性合金）担体の内部に塗り込み乾燥、焼成して作製する実施の形態を示す図である。
【図１０】（Ａ）の実施の形態は、触媒材料を調合した後、球状に成形し、焼成し、（Ｂ）の実施の形態は、触媒材料を球状アルミナの外周部に塗り乾燥、焼成して作製し、（Ｃ）の実施の形態は、触媒材料を球状コージェライトの外周部に塗り乾燥、焼成して作製する実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
７  排ガス浄化用触媒付きエンジン
３１  排気通路
３２  排ガス熱交換器
１００  第１種触媒
１２０  排気出口
１２６  排気入口
１２７  排気通路
【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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【図９】
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【図１０】
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