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JP2001164907A - 多気筒内燃機関の廃熱回収装置 - Google Patents

多気筒内燃機関の廃熱回収装置

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Publication number
JP2001164907A
JP2001164907A JP35186299A JP35186299A JP2001164907A JP 2001164907 A JP2001164907 A JP 2001164907A JP 35186299 A JP35186299 A JP 35186299A JP 35186299 A JP35186299 A JP 35186299A JP 2001164907 A JP2001164907 A JP 2001164907A
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JP
Japan
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internal combustion
combustion engine
exhaust
cylinders
cylinder internal
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Pending
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JP35186299A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Niikura
裕之 新倉
Tsuneo Endo
恒雄 遠藤
Yuichi Ito
有一 伊藤
Naoki Ota
直樹 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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Priority to US10/149,016 priority patent/US6761030B2/en
Priority to PCT/JP2000/008703 priority patent/WO2001042626A1/ja
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多気筒内燃機関の気筒数よりも熱交換器の数
を減らして，その熱交換器の休止時間を短縮すると共に
その熱交換器の占有スペースを減少し得るようにした廃
熱回収装置を提供する。 【解決手段】 多気筒内燃機関１の各気筒Ｉ〜IVから延
出する複数の排気管１１〜１４のうち，排気干渉を生じ
にくい複数の排気管１１，１４；１２，１３を集合させ
て１以上の集合管７を構成する。その１以上の集合管７
に排気ガスの熱を回収するための熱交換器２１，２２を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多気筒内燃機関の廃
熱回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，この種の廃熱回収装置としては，
多気筒内燃機関の各気筒から延出する複数の排気管にそ
れぞれ熱交換器を設けたもの（例えば，特開昭５６−１
５６４０７号公報参照），および多気筒内燃機関の各気
筒から延出する複数の排気管を集合させ，その集合管に
熱交換器を設けたもの（例えば，特開平５−３４０２４
１号公報参照）が公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前者にお
いては気筒数と同数の熱交換器を必要とするので，例え
ば，点火順位１番の気筒における熱交換器が稼働した
後，再び稼働するためには，点火順位最終の気筒におけ
る排気行程終了間際まで待たねばならず，その結果，各
熱交換器の休止期間が長くなるため，その間に各熱交換
器が冷却されて熱回収効率が悪い，という問題があっ
た。また前者を車載用とすると，各気筒に蒸発器が付設
されることから，相隣る両気筒間隔を蒸発器取付けのた
めに広げる等の機関自体の大型化や，機関室内における
それら蒸発器の占有スペースが大となって，他の部品の
設置スペースの確保に支障を来たす，といった問題もあ
った。
【０００４】一方，後者においては，排気干渉を回避す
べく排気ポートから長く距離をおいて集合部を形成し，
そこに蒸発器を設けた場合，排気ガスの温度が降下して
しまうため蒸発器による熱回収効率が悪い，という問題
があった。逆に，高温排気ガスを利用すべく，集合部を
排気干渉を考慮せずに排気ポートから短い距離に設ける
と，排気干渉により内燃機関の出力が低下すると共に，
排気脈動の低下が生じ，蒸発器による熱回収効率が悪く
なるといった問題が生じる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は多気筒内燃機関
の出力を低下させることが少なく，またその機関の気筒
数よりも熱交換器の数を減らして，熱交換器の休止期間
を短縮すると共にその熱交換器の占有スペースを減少し
得るようにした前記多気筒内燃機関の廃熱回収装置を提
供することを目的とする。
【０００６】前記目的を達成するため本発明によれば，
多気筒内燃機関の各気筒から延出する複数の排気管のう
ち，排気干渉を生じにくい複数の排気管を集合させた１
以上の集合管を有し，その１以上の集合管に排気ガスの
熱を回収するための熱交換器を設けた多気筒内燃機関の
廃熱回収装置が提供される。
【０００７】排気期間が一部重なる複数の気筒から延出
する排気管を，それらの長さを短縮して集合させると，
排気干渉が生じるため内燃機関の出力が低下するが，排
気期間が重ならない複数の気筒から延出する排気管を，
それらの長さを短縮して集合させても排気干渉は生じに
くいので内燃機関の出力が低下することは少ない。
【０００８】この観点に基づいて，前記のように構成し
たものであり，したがって各排気管の長さを短くして集
合させても内燃機関の出力低下を招くことは少ない。ま
た熱交換器の数は気筒数よりも少なく，したがってその
熱交換器の休止期間を短縮することが可能である。
【０００９】前記のように排気管の長さを短くすると，
排気ガスを，それの温度降下を極力抑制して熱交換器に
導入することが可能となり，また熱交換器の休止期間が
短縮されていることもあって，排気ガスの熱回収効率を
高めることができる。その上，熱交換器の削減に伴い，
その占有スペースを減じて装置のコンパクト化およびコ
ストダウンを達成することができ，車載用として好適で
ある。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１において，多気筒内燃機関１
の廃熱回収装置２はランキンサイクルを適用したもの
で，内燃機関１の廃熱，例えば排気ガスを熱源として，
温度および圧力の上昇を図られた蒸気，つまり昇温昇圧
蒸気を発生する熱交換器としての蒸発器３と，その昇温
昇圧蒸気の膨脹によって出力を発生する膨脹器４と，そ
の膨脹器４から排出される，前記膨脹後の，温度および
圧力が降下した蒸気，つまり降温降圧蒸気を液化する凝
縮器５と，凝縮器５からの液体，例えば水を蒸発器３に
供給する供給ポンプ６とを有する。
【００１１】図２において，多気筒，この場合，直列４
気筒内燃機関１は第１〜第４気筒I〜IVを有し，その点
火順序は図２，３に括弧付アラビア数字（１）〜（４）
で示すように，第１気筒Ｉ，第３気筒III ，第４気筒I
V，第２気筒IIの順である。図３において，山形線部ａ
は排気弁リフトを模式化したものであり，したがって山
形線部ａの一方の裾から他方の裾までの間隔は排気弁が
開いている期間，つまり排気期間ｂを示す。したがっ
て，第１，第３気筒Ｉ，III ；第３，第４気筒III，I
V；，第４，第２気筒IV，IIおよび第２，第１気筒II，
Ｉの排気期間ｂが一部重なっていることから，例えば第
１，第３気筒Ｉ，III から延出する排気管を，それらの
長さを短縮して集合させると排気干渉が生じる。
【００１２】この場合，第１，第４気筒Ｉ，IVおよび第
２，第３気筒II，III については，それらの排気期間ｂ
が重なっていないことから排気干渉を生じることは少な
い。そこで，図２に示すように，排気干渉を生じにくい
第１，第４気筒Ｉ，IVから延出する排気管１１，１４お
よび第２，第３気筒II，III から延出する排気管１２，
１３を短縮すると共にそれら１１，１４；１２，１３を
集合させた２つの集合管７を形成し，それら集合管７に
それぞれ第１，第２蒸発器２１，２２を設けたものであ
る。
【００１３】前記のように構成すると，各排気管１１，
１４および１２，１３の長さを短くして集合させても，
排気干渉は生じにくいので内燃機関１の出力低下を招く
ことは少ない。また蒸発器の数は「２」であって，それ
は気筒数「４」よりも少なく，したがってそれら第１，
第２蒸発器２１，２２の休止期間を短縮することが可能
である。
【００１４】図４，（ａ）は図２の実施例における第
１，第２蒸発器２１，２２の稼働期間および休止期間を
示し，また図４，（ｂ）は従来例における第１〜第４蒸
発器の稼働期間および休止期間を示す。図中，Ｉ〜IVは
排気行程にある第１〜第４気筒をそれぞれ示す。図４か
ら明らかなように，実施例における第１および第２蒸発
器２１，２２の休止期間は，それらを交互に稼働させる
ことから従来例のそれの３分の１となる。
【００１５】前記のように排気管１１〜１４の長さを短
くすると，排気ガスを，それの温度降下を極力抑制して
第１，第２蒸発器２１，２２に導入することが可能とな
り，また第１，第２蒸発器２１，２２の休止期間が短縮
されていることもあって，排気ガスの熱回収効率を大い
に高めることができる。
【００１６】その上，熱交換器の削減に伴い，その占有
スペースを減じて装置のコンパクト化およびコストダウ
ンを達成することができ，車載用として好適である。
【００１７】前記排気干渉は直列４気筒以上の内燃機関
について問題となるものであり，３気筒内燃機関におい
ては，爆発間隔が，クランク角にて広いため，図５に示
すように第１〜第３気筒Ｉ〜III 間において排気期間の
一部重なり，といったことは起らず，したがって排気干
渉は生じにくい。これは２気筒内燃機関についても同じ
である。本発明は２，３気筒内燃機関についても適用さ
れる。
【００１８】図６〜１０は，各種の直列多気筒内燃機関
１に本発明を適用した場合の例を示す。図中，ローマ数
字Ｉ〜VIIIは第１気筒〜第８気筒をそれぞれ示し，また
括弧付アラビア数字はそれら気筒の点火順序を示し，さ
らに１５〜１８は排気管を示し，さらにまた２３，２４
は第３，第４蒸発器を示す。図８の直列５気筒内燃機関
１において第３気筒III の排気管１３には単独で第３蒸
発器２３が設けられている。直列３気筒内燃機関まで
は，排気管を短縮すると共にそれらを１つに集合する。
一方，直列４，５，６気筒内燃機関においては，点火順
位ｎ番の気筒に関し集合の対象となる気筒は，点火順位
を１つ以上飛ばして，点火順位ｎ＋２番以上の気筒であ
る。また直列７，８，９気筒内燃機関においては，点火
順位ｎ番の気筒に関し集合の対象となる気筒は，点火順
位を２つ以上飛ばして，点火順位ｎ＋３番以上の気筒で
ある。さらに直列１０，１１，１２気筒内燃機関におい
ては，点火順位ｎ番の気筒に関し集合の対象となる気筒
は，点火順位を３つ以上飛ばして，点火順位ｎ＋４番以
上の気筒である。
【００１９】図１１〜１４は，各種のＶ型多気筒内燃機
関に本発明を適用した場合の例を示す。図中の符号Ｌは
左列，Ｒは右列をそれぞれ示し，またローマ数字，括弧
付アラビア数字等の符号の意義は前記と同じである。こ
の場合，左列Ｌ，右列Ｒをそれぞれ直列機関とみなし
て，その集合の対象となる気筒の選定は前記直列多気筒
内燃機関の場合に準じる。
【００２０】図６〜図１０の直列多気筒内燃機関１およ
び図１１〜１４のＶ型多気筒内燃機関１において，蒸発
器の数が気筒数よりも少ないことが明らかである。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば，前記のように構成する
ことによって，多気筒内燃機関の気筒数よりも熱交換器
の数を減らして，その熱交換器の休止期間を短縮すると
共にその熱交換器の占有スペースを減少させ，これによ
り内燃機関の出力を低下させることが少なく，また熱回
収効率が高く，その上，コンパクト化およびコストダウ
ンを達成した，車載用として好適な多気筒内燃機関の廃
熱回収装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の廃熱回収装置の概略図である。
【図２】直列４気筒内燃機関と蒸発器との関係を示す概
略図である。
【図３】直列４気筒内燃機関におけるクランク角と各気
筒における排気期間との関係を示す説明図である。
【図４】複数の蒸発器における稼働期間と休止期間との
関係を示す説明図である。
【図５】直列３気筒内燃機関におけるクランク角と各気
筒における排気期間との関係を示す説明図である。
【図６】直列２気筒内燃機関と蒸発器との関係を示す概
略図である。
【図７】直列３気筒内燃機関と蒸発器との関係を示す概
略図である。
【図８】直列５気筒内燃機関と蒸発器との関係を示す概
略図である。
【図９】直列６気筒内燃機関と蒸発器との関係を示す概
略図である。
【図１０】直列８気筒内燃機関と蒸発器との関係を示す
概略図である。
【図１１】Ｖ型６気筒内燃機関と蒸発器との関係を示す
概略図である。
【図１２】Ｖ型８気筒内燃機関と蒸発器との関係を示す
概略図である。
【図１３】Ｖ型１０気筒内燃機関と蒸発器との関係を示
す概略図である。
【図１４】Ｖ型１２気筒内燃機関と蒸発器との関係を示
す概略図である。
【符号の説明】
１………………多気筒内燃機関 ２………………廃熱回収装置 ３………………蒸発器（熱交換器） ４………………膨脹器 ５………………凝縮器 ６………………供給ポンプ ７………………集合管 １１〜１８……排気管 ２１〜２４……第１〜第４蒸発器 Ｉ〜VIII………第１〜第８気筒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 有一 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 太田 直樹 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3G081 BA20

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多気筒内燃機関（１）の各気筒（Ｉ）〜
    （VIII) から延出する複数の排気管（１１）〜（１８）
    のうち，排気干渉を生じにくい複数の排気管（１１，１
    ２），（１１〜１３），（１１，１４；１２，１３）…
    …（１１，１８；１２，１７；１３，１６；１４，１
    ５）を集合させた１以上の集合管（７）を有し，その１
    以上の集合管（７）に排気ガスの熱を回収するための熱
    交換器を設けたことを特徴とする多気筒内燃機関の廃熱
    回収装置。
  2. 【請求項２】 排気ガスを熱源として，圧力の上昇を図
    られた蒸気を発生する蒸発器（３）と，その蒸気の膨脹
    によって出力を発生する膨脹器（４）と，その膨脹器
    （４）から排出される，前記膨脹後の，圧力が降下した
    蒸気を液化する凝縮器（５）と，凝縮器（５）からの液
    体を前記蒸発器（３）に供給する供給ポンプ（６）とを
    有するランキンサイクルシステムを備え，前記熱交換器
    は前記蒸発器（３）として機能する，請求項１記載の多
    気筒内燃機関の廃熱回収装置。
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