JP2009002166A - エキゾーストマニホールド用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エキゾーストマニホールドを冷却する冷却水の流通量等を簡便に制御することにある。
【解決手段】ウオーターポンプ４０とシリンダヘッド１８とを連通させる通路４８の途中から分岐し冷却水を導入する第１連通路５０ａと、前記シリンダヘッド１８の冷却水通路１２に連通し冷却水を導出する第２連通路５０ｂにそれぞれ接続され、各エキゾーストマニホールド３０ａ（３０ｂ）の上面部及び下面部をそれぞれ被覆する第１カバー部材５２ａ及び第２カバー部材５２ｂと、前記第１カバー部材５２ａ及び第２カバー部材５２ｂの内空部内にそれぞれ設けられたウオータージャケット５４に沿って流通する冷却水の流量をそれぞれ制御する第１流量制御弁５６ａ及び第２流量制御弁５６ｂと、前記第１流量制御弁５６ａ及び第２流量制御弁５６ｂに対して制御信号を導出することにより、弁体の弁開度を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）５８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気側に設けられるエキゾーストマニホールドを冷却する冷却水の流量、流通経路等を好適に制御することが可能なエキゾーストマニホールド用冷却装置に関する。

従来から、例えば、車両等の内燃機関であるエンジンのオーバーヒートを防止するために、前記エンジンを適温に保持する冷却装置が設けられている。この冷却装置は、ラジエータから供給された冷却水をエンジンのシリンダブロックに形成されたウオータージャケットに沿って循環させることにより、発熱したエンジンを冷却している。

また、従来では、前記エンジンの排気側において、燃焼室で発生した燃焼ガスを排気するためのエキゾーストマニホールドが前記シリンダブロックに連結され、前記エキゾーストマニホールドは、前記ウオータージャケットに供給された冷却水を利用して冷却されるようになっている。

この種のウオータージャケットに関連する先行技術文献として、例えば、特許文献１には、温水式ヒータのエンジン冷却水通路を、エキゾーストマニホールド内を通る水通路とバイパス水通路との２系統に分けて構成し、水温センサが所定温度より低い値を示した時、前記バイパス水通路の途中に配置されたバイパス弁を閉じて温水式ヒータへ供給されるエンジン冷却水がエキゾーストマニホールド内の水通路のみを流通するようにし、エンジン冷却水を高温の排気ガスの熱で加熱することにより、前記温水式ヒータの暖房性能を向上させたとする内燃機関の暖機促進装置が開示されている。
特開昭５９−６８５４５号公報（第１頁右下欄第１３行〜第２頁左上欄第４行、第１図）

しかしながら、従来技術では、エキゾーストマニホールドに流入する冷却水の流量が、前記ウオータージャケットに供給される冷却水と同様に、ウオーターポンプのポンプ作用によってエンジンの回転速度（回転数）に比例するように制御されている。すなわち、冷却水を循環させるウオーターポンプは、クランクシャフトの回転を利用して駆動されるように構成されているため、エンジンの回転速度が上昇することにより前記ウオーターポンプによる冷却水の循環も高速となり、前記冷却水の供給量がエンジンの回転速度に比例して増大する。

従って、従来技術では、エキゾーストマニホールドに流入する冷却水の流量が、エンジンの回転速度（回転数）によって設定されるため、例えば、アルミニウム製のエキゾーストマニホールドに対して、材料温度的に必要十分以上の冷却水量が流れ込むという問題がある。換言すると、エンジンの運転状況によっては、必要以上にエキゾーストマニホールドを冷却し過ぎるときがあり、冷却水によってエキゾーストマニホールドから必要以上に放熱させている。

このことにより、エンジンの始動時に導入される排気ガスの温度がその浄化性能に大きく影響する排気処理装置（例えば、三元触媒）では、昇温（立ち上がり温度）が遅くなって浄化性能（酸化還元能力）が円滑に作用せず、前記エキゾーストマニホールド以降の下流側における排気エミッション性能が低下するという問題がある。

また、従来技術では、前記エキゾーストマニホールドに流入する冷却水の流量を制御するために、例えば、エキゾーストマニホールドに設けられたウオータージャケットの形状を変更し、又は、冷却水を循環させるウオーターポンプの吐出性能（ポンプ性能）を変更すること等が考えられる。しかしながら、エンジン全体を流通する冷却水の全流通量に対し、シリンダヘッド近傍のエキゾーストマニホールドのウオータージャケットに流入する冷却水の割合は、エンジンの大きさやエンジン性能等に対応して個別的に設定されるため、前記のようなウオータージャケットの形状変更や吐出性能の変更等によってエキゾーストマニホールドに流入される冷却水の流量を汎用的（一般的）に制御することは困難である。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、エキゾーストマニホールドを冷却する冷却水の流通量等を簡便に制御することが可能なエキゾーストマニホールド用冷却装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、内燃機関の排気側に設けられるエキゾーストマニホールドをエンジン用の冷却水によって冷却するために、前記エキゾーストマニホールドの外周面を被覆し、内部に設けたウオータージャケットに沿って前記冷却水を流通させることにより前記エキゾーストマニホールドの所定部位を冷却する、少なくとも２以上のカバー部材と、前記各ウオータージャケットを流通する冷却水の流量等を制御する流量制御機構を設ける。

この場合、本発明では、前記２以上のカバー部材にそれぞれ設けられた前記各ウオータージャケットを流通する冷却水の流量を流量制御機構によってそれぞれ制御することにより、例えば、エキゾーストマニホールドに対して冷却作用を及ぼす冷却水の流通量の他、例えば、流通部位、流通時間、流通するタイミング等をそれぞれ簡便に制御することができる。

換言すると、本発明では、エキゾーストマニホールドを２以上の複数のカバー部材によって被覆し、前記各カバー部材にエンジン用の冷却水が流通するウオータージャケットをそれぞれ設け、前記ウオータージャケットを流通する冷却水を流量制御機構によってそれぞれ制御することにより、前記エキゾーストマニホールドの所望の部位のみに対して冷却作用を及ぼし、また所望のタイミングで冷却作用等を及ぼすことができる。

なお、前記流量制御機構として、前記各カバー部材にそれぞれ設けた流量制御弁によって構成し、しかも、前記流量制御弁の弁開度を制御する制御手段を設けることにより、構造が簡素化されると共に、複雑な制御方法を用いることがなく簡便に制御することができる。

エキゾーストマニホールドを冷却する冷却水の流通量等を簡便に制御することが可能なエキゾーストマニホールド用冷却装置を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るエキゾーストマニホールド用冷却装置が適用された自動車用冷却システムの概略構成図であり、図２は、前記エキゾーストマニホールド用冷却装置を含むエンジンの斜視図である。

図１に示すように、この自動車用冷却システム１０は、外周部に冷却水通路１２及びシリンダ用ウオータージャケット１４がそれぞれ形成されたシリンダブロック１６及びシリンダヘッド１８を有するＶ型６気筒のエンジン２０と、前記エンジン２０からの戻りの冷却水を外気によって冷却して再びエンジン２０に向かって送給する第１循環通路２２及び第２循環通路２４が接続されたラジエータ２６と、モータ２７の回転駆動作用下に前記ラジエータ２６に対して送風するファン２８とを含む。

また、前記自動車用冷却システム１０は、前記エンジン２０の排気側に連結された一対のエキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂ（図２参照）と、複数の分割通路を有し前記一対のエキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂを前記エンジン２０に供給される冷却水を用いてそれぞれ冷却するエキゾーストマニホールド用冷却装置３２（以下、単に冷却装置３２という）と、前記シリンダヘッド１８の冷却水通路１２に連通する第１通路３４ａ及び後記するサーモスタット３８に連通する第２通路３４ｂを介して流通する冷却水を加熱するヒータ３６とを備える。

なお、図１中では、側面視してシリンダがＶ字形に相互に対向して配列されたＶ型６気筒のエンジン２０の一方の部分（３気筒）のみを示して他方の部分（３気筒）を省略していると共に、冷却水の流通状態を分かりやすくするために、シリンダブロック１６のシリンダ用ウオータージャケット１４とシリンダヘッド１８の冷却水通路１２を簡略化して平面的に示している。

さらに、前記自動車用冷却システム１０は、ラジエータ２６とエンジン２０との間の第１循環通路２２中に配置され、流通する冷却水が所定温度となることにより前記ラジエータ２６との間の第１循環通路２２を開成するサーモスタット３８と、前記ラジエータ２６と前記エンジン２０との間で冷却水を循環させるウオーターポンプ４０とを有する。

前記エンジン２０の排気側であるエキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂの下流側には、図２に示されるように、排気ガスの温度を検出するガス温度センサ４１と、前記排気ガス中に含まれる有害物資（主として炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、窒素酸化物ＮＯｘ）を酸化・還元して浄化する三元触媒４２と、前記浄化された排気ガスを大気中に向かって排気するマフラー４４とがそれぞれ設けられる。前記三元触媒４２には、三元触媒温度Ｔ２（後記する）を検出する三元触媒温度センサ４６が付設される。

冷却装置３２は、図１に示すように、ウオーターポンプ４０とシリンダヘッド１８とを連通させる通路４８の途中から分岐し冷却水を導入する第１連通路５０ａと、前記シリンダヘッド１８の冷却水通路１２に連通し冷却水を導出する第２連通路５０ｂにそれぞれ接続され、各エキゾーストマニホールド３０ａ（３０ｂ）の上面部を被覆する第１カバー部材５２ａと、各エキゾーストマニホールド３０ａ（３０ｂ）の下面部を被覆する第２カバー部材５２ｂとを含む（図３参照）。この場合、冷却水を導入する第１連通路５０ａをラジエータ２６に直接接続し、前記ラジエータ２６から冷却装置３２内に冷却水を導入するように構成してもよい。

前記第１カバー部材５２ａ及び第２カバー部材５２ｂは、それぞれ部品点数削減の観点から、好ましくは同一に構成されるとよい。また、前記第１カバー部材５２ａ及び第２カバー部材５２ｂは、図３に示すように、エキゾーストマニホールド３０ａ（３０ｂ）の断面円形状の管体部に対応する断面曲線部を有する複数の舌片部が、前記管体部の軸線と直交する方向に略平行に延在し、且つその一端部側で連結して構成される。なお、隣接する舌片部との間には、前記舌片部の一端部の手前で閉塞するスリットが形成される。

また、前記冷却装置３２は、前記第１カバー部材５２ａ及び第２カバー部材５２ｂの内空部内にそれぞれ設けられたウオータージャケット５４（図３中の切り欠き部参照）に沿って流通する冷却水の流量をそれぞれ制御する流量制御機構として機能する第１流量制御弁５６ａ及び第２流量制御弁５６ｂと、前記第１流量制御弁５６ａ及び第２流量制御弁５６ｂに対して制御信号を導出することにより、図示しない弁体の弁開度（着座部との弁体との間の離間間隔）を制御する制御手段として機能する電子制御装置（ＥＣＵ）５８とを備える。前記第１流量制御弁５６ａ及び第２流量制御弁５６ｂは、例えば、ソレノイドバルブ、パイロット圧に作動するパイロット弁、又はスプール弁等によって構成されるとよい。なお、図３中では、ウオータージャケット５４に沿って流通する冷却水を破線で簡略化して示している。

なお、前記第１流量制御弁５６ａ及び第２流量制御弁５６ｂは、例えば、図示しない公知のバタフライ弁又はシャッタ弁等によって構成され、着座部に対する弁体の変位量（弁体と着座部との離間距離又は弁体の傾動角度）が前記ＥＣＵ５８によって制御可能に設けられる。

本実施形態では、前記第１流量制御弁５６ａ及び第２流量制御弁５６ｂをそれぞれ第１カバー部材５２ａ及び第２カバー部材５２ｂの上流側に配設して、前記第１カバー部材５２ａ及び第２カバー部材５２ｂに流入される冷却水の流通量をそれぞれ制御するように構成しているが、これに限定されるものでなく、例えば、前記第１流通制御弁５６ａ及び第２流通制御弁５６ｂを、第１カバー部材５２ａ及び第２カバー部材５２ｂの下流側に配設して冷却水の循環量を制御するようにしてもよい。また、前記第１流通制御弁５６ａ及び第２流通制御弁５６ｂを、例えば、前記第１カバー部材５２ａ及び第２カバー部材５２ｂに直接付設して一体的に設けるように構成してもよい。さらに、前記第１流通制御弁５６ａ及び第２流通制御弁５６ｂに代替して、サーモスタット３８の開閉動作を利用して冷却水の流通量を制御してもよい。

ヒータ３６の上流側には、前記ヒータ３６に供給される冷却水の流量を制御するヒータ用流量制御弁６０が設けられ、前記ヒータ用流量制御弁６０は、ＥＣＵ５８から出力される制御信号に基づいて図示しない弁体の弁開度が制御される。

前記第１カバー部材５２ａ及び第２カバー部材５２ｂには、ウオータージャケット５４を流通する冷却水の温度をそれぞれ検出し、その検出信号をＥＣＵ５８に導出する一組の第１温度センサ６２ａ、６２ｂが設けられる。また、一対のエキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂには、各エキゾーストマニホールド３０ａ（３０ｂ）自体の温度を検出し、その検出信号をＥＣＵ５８に導出する一対の第２温度センサ６４ａ、６４ｂが設けられる。

本発明の実施の形態に係るエキゾーストマニホールド用冷却装置３２が組み込まれた自動車用冷却システム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

先ず、ラジエータ２６から送給された冷却水は、第１循環通路２２及びサーモスタット３８を介してウオーターポンプ４０に導入され、前記ウオーターポンプ４０の回転駆動作用下にエンジン２０側に向かって供給される。前記エンジン２０側では、シリンダヘッド１８の冷却水通路１２に沿って冷却水が流通した後、前記冷却水がシリンダブロック１６のシリンダ用ウオータージャケット１４に供給され、さらに、冷却水は、エンジン２０の戻り側である第２循環通路２４を介してラジエータ２６に導入されて循環される。

このようにラジエータ２６とエンジン２０との間で冷却水が循環している状態において、例えば、ＥＣＵ５８は、ガス温度センサ４１及び第２温度センサ６４ａ、６４ｂからの検出信号に基づいてエンジン２０の運転状況により必要以上にエキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂが冷却されて前記エキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂの温度が低下していると判断したとき、第１流量制御弁５６ａ及び／又は第２流量制御弁５６ｂに対して制御信号を導出する。なお、温度制御の具体的内容については、図４〜図７に示されるフローチャートに沿って後で詳細に説明する。

第１流量制御弁５６ａ及び／又は第２流量制御弁５６ｂでは、前記ＥＣＵ５８からの制御信号に基づいて図示しない弁体が着座部から変位して所望の弁開度に設定される。前記設定された弁開度に基づいてその流通量が制御された冷却水が第１カバー部材５２ａ及び／又は第２カバー部材５２ｂのウオータージャケット５４に供給されて流通することにより、エキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂに対する冷却作用が抑制される。

この場合、ＥＣＵ５８の制御作用下に、第１流量制御弁５６ａ及び第２流量制御弁５６ｂの両方への冷却水の流通を停止させ、又は、第１流量制御弁５６ａにのみ冷却水を流通させ、且つ第２流量制御弁５６ｂへの冷却水の流通を停止し、若しくは、前記とは反対に第２流量制御弁５６ｂにのみ冷却水を流通させ、且つ第１流量制御弁５６ａへの冷却水の流通を停止することが可能である。

第１流量制御弁５６ａ及び第２流量制御弁５６ｂに対するＥＣＵ５８の制御によって、
エキゾーストマニホールド３０ａ（３０ｂ）の全面に対する冷却作用を停止させ、又は、第１カバー部材５２ａによってエキゾーストマニホールド３０ａ（３０ｂ）の上面部のみに冷却作用を及ぼし、若しくは、第２カバー部材５２ｂによってエキゾーストマニホールド３０ａ（３０ｂ）の下面部のみに冷却作用を及ぼすことが可能となる。

このように、第１流量制御弁５６ａ及び／又は第２流量制御弁５６ｂの弁切換作用により、エキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂに対して冷却作用を及ぼす部位を所望の部位とすることができると共に、所望のタイミングで冷却作用を及ぼすことができる。

その際、第１流量制御弁５６ａ及び第２流量制御弁５６ｂにそれぞれ設けられた図示しない弁体の弁開度（弁切換位置）を調整することにより、第１カバー部材５２ａ及び第２カバー部材５２ｂにそれぞれ設けられたウオータージャケット５４への冷却水の流通量をデジタル的（段階的）に又はアナログ的に制御することが可能となる。

本実施形態では、エキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂに対して冷却作用を及ぼす冷却水の流通量、流通部位、流通時間、流通するタイミング等を、前記第１流量制御弁５６ａ及び第２流量制御弁５６ｂを介して簡便に制御することができる。

また、本実施形態では、第１カバー部材５２ａに設けられたウオータージャケット５４、第２カバー部材５２ｂに設けられたウオータージャケット５４を含む複数分割された冷却水流通回路を有することにより、ＥＣＵ５８の制御作用下に、必要な部位のみに冷却水を流入させてエキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂの各部に対し必要最低限の冷却作用を及ぼすことができる。この結果、本実施形態では、エキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂの下流側における排気ガス温度の低下を最小限に抑制することができ、排気エミッション性能を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、第１流量制御弁５６ａ及び第２流量制御弁５６ｂによりエンジン２０の回転速度と無関係に冷却水の流通量を制御することで、冷却水への受熱量を必要最小限とすることができ、冷却系要素（例えば、ラジエータ２６、ファン２８、ファン駆動用のモータ２７等）の小型化及び軽量化を達成することができると共に、狭小なスペースの効率化（レイアウトの自由化）を図り、製造コストを低減させることができる。

さらにまた、本実施形態では、ＥＣＵ５８によって、エキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂに対して冷却作用を及ぼす冷却水の流通量を制御することにより、例えば、排気ガス温度の上昇によって前記エキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂの下流側に設けられる過給器（図示せず）や三元触媒４２等に発生する熱害を好適に阻止することができる。

またさらに、本実施形態に係る冷却装置３２をディーゼルエンジンに適用した際、前記ディーゼルエンジンでは熱効率が高いために冷却水の温度が緩やかに上昇して、ヒータ３６の暖気作用が迅速に発揮されないようなとき、後記するように、ＥＣＵ５８の制御作用下にヒータ３６を流通する冷却水の流通量を増大させて冷却水の水温を早期に上昇させることにより、ヒータ３６の暖気性能を向上させることができる（図７参照）。なお、本実施形態では、自動車用冷却システム１０に適用した場合をその一例として示しているが、車両に限定されるものではなく、例えば、船舶、耕運機、発電機等の内燃機関に対して適用することができることは勿論である。

次に、図４に示すフローチャートに沿って、エキゾーストマニホールド３０ａの冷却制御方法の一例を以下に説明する。なお、前提として、エキゾーストマニホールド３０ａの基準温度を、例えば、２５０℃に設定した温度予測マップ（後記する）がＥＣＵ５８の図示しないメモリ内に格納されて適宜読み出し可能に設けられ、また、流量制御弁５６ａの弁開度は、全閉状態である弁開度０から全開である弁開度５までの６段階に分けて弁位置の切換が制御可能に設けられているものとする。

先ず、第２温度センサ６４ａによってエキゾーストマニホールド３０ａの温度Ｔ１を検出し（ステップＳ１）、その温度検出信号をＥＣＵ５８に出力する。ＥＣＵ５８では、前記第２温度センサ６４ａから出力されたエキゾーストマニホールド３０ａの温度Ｔ１が予め温度予測マップに設定された基準温度である２５０℃よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２）。

前記エキゾーストマニホールド３０ａの温度Ｔ１が２５０℃より大きい場合（ステップＳ２でＹＥＳのとき→ステップＳ３）、続いて、ＥＣＵ５８は、流量制御弁５６ａの現在の弁開度が５（全開）となっているか否かを判断する。

前記ステップＳ３の工程において、流量制御弁５６ａの現在の弁開度が５（全開）である場合（ステップＳ３でＹＥＳのとき→ステップＳ５）、ＥＣＵ５８は、さらに、第２温度センサ６４ａによって検出された前記エキゾーストマニホールド３０ａの温度Ｔ１が、予め温度予測マップによって設定された所定温度よりも大きいか否かを判断する。この温度予測マップによって設定された所定温度は、基準温度である２５０℃よりも大きく、例えば、３００度に設定される。

これに対し、前記ステップＳ３の工程において、流量制御弁５６ａの現在の弁開度が５（全開）ではなく、弁開度が４以下である場合（ステップＳ３でＮＯのとき→ステップＳ４）、ＥＣＵ５８は、流量制御弁５６ａに制御信号を導出して弁体の弁開度を１段階だけ上昇させるように弁位置を切換制御し（ステップＳ４）、従前と比較して冷却水の流通量を所定量だけ増大させる。例えば、そのときの流量制御弁５６ａの弁開度が３であるとき、弁体の弁開度を１段階だけ上昇させた弁開度４（３＋１＝４）とすることにより、流量制御弁５６ａを流通する冷却水の流通量を増大させて冷却作用を高めることができる。

前記ステップＳ５の工程において、前記エキゾーストマニホールド３０ａの温度Ｔ１が所定温度よりも大きい場合（ステップＳ５でＹＥＳのとき→ステップＳ６）、ＥＣＵ５８は、モータ２７に付勢信号を導出してファン２８を強運転で所定時間だけ高速回転駆動させた後（ステップＳ６）、続いて、エンジン２０の出力制御を行ってエキゾーストマニホールド３０ａの発熱量を低減させる（ステップＳ７）。このエンジン２０の出力制御は、例えば、ＥＣＵ５８から図示しない燃料噴射弁に対して制御信号を導出して燃料噴射量を抑制する等によって行われる。

一方、前記エキゾーストマニホールド３０ａの温度Ｔ１が所定温度以下の場合（ステップＳ５でＮＯのとき→ステップＳ８）、ＥＣＵ５８は、モータ２７に付勢信号を導出してファン２８を弱運転で所定時間だけ低速回転駆動させた後（ステップＳ８）、続いて、モータ２７に駆動切換信号を導出して前記ファン２８を所定時間だけ高速回転させる強運転に切換制御する（ステップＳ９）。なお、前記ファン２８は、図示しないタイマ回路によって所定時間計測された後、ＥＣＵ５８からの滅勢信号がモータ２７に導入されてオフ状態となる（ステップＳ９ａ）。

また、ステップＳ２の工程において、前記エキゾーストマニホールド３０ａの温度Ｔ１が２５０℃以下である場合（ステップＳ２でＮＯのとき→ステップＳ１０）、ＥＣＵ５８は、続いて流量制御弁５６ａの弁開度が０（全閉）であるか否かを判断し（ステップＳ１０）、前記弁開度が０であるときはそのまま終了し、一方、前記弁開度が０でないときは、流量制御弁５６ａの現在の弁開度を１段階だけ下降させた弁位置とする（ステップＳ１１）。例えば、そのときの流量制御弁５６ａの弁開度が３であるとき、弁体の弁開度を１段階だけ下降させた弁開度２（３−１＝２）とする。

図４に示される上記の冷却制御方法は、各エキゾーストマニホールド３０ａ（３０ｂ）毎に適用され、各エキゾーストマニホールド３０ａ（３０ｂ）毎に温度をそれぞれ制御することが可能である。

続いて、エキゾーストマニホールド３０ａ、３０ｂの各部における温度予測マップについて説明する。

この温度予測マップは、図５に示すように、ガス温度センサ４１によって検出された排気ガス温度データと、図示しない燃料噴射弁の燃料噴射量データと、エンジン負荷特性と、図示しないインテークマニホールドにおけるエア吸入量データ等に基づいて予め設定されたものであり、ＥＣＵ５８の図示しないメモリ内に格納されている。そして、ＥＣＵ５８は、必要に応じて適宜、前記温度予測マップを読み出して、各エキゾーストマニホールド３０ａ（３０ｂ）に設けられたウオータージャケット５４を流通する冷却水の流通量をフィードバック制御する。

次に、エキゾーストマニホールド３０ａの下流側に設けられる三元触媒４２を保護するための冷却制御方法の一例に関するフローチャートを図６に示す。なお、前提として、三元触媒４２の基準温度を、例えば、８５０℃に設定した温度予測マップがＥＣＵ５８の図示しないメモリ内に格納されて適宜読み出し可能に設けられ、また、流量制御弁５６ａの弁開度は、全閉状態である弁開度０から全開である弁開度５までの６段階に分けて弁位置の切換が制御可能に設けられている点は前記と同様である。

先ず、三元触媒温度センサ４６によって三元触媒温度Ｔ２を検出し（ステップＳ２１）、その温度検出信号をＥＣＵ５８に出力する。ＥＣＵ５８では、前記三元触媒温度センサ４６から出力された三元触媒温度Ｔ２が予め温度予測マップに設定された基準温度である８５０℃よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２２）。

前記三元触媒温度Ｔ２が８５０℃より大きい場合（ステップＳ２２でＹＥＳのとき→ステップＳ２３）、続いて、ＥＣＵ５８は、流量制御弁５６ａの現在の弁開度が５（全開）となっているか否かを判断する。

前記ステップＳ２３の工程において、流量制御弁５６ａの現在の弁開度が５（全開）である場合（ステップＳ２３でＹＥＳのとき→ステップＳ２５）、ＥＣＵ５８は、さらに、三元触媒温度センサ４６によって検出された前記三元触媒温度Ｔ２が、予め温度予測マップによって設定された所定温度よりも大きいか否かを判断する。この温度予測マップによって設定された所定温度は、基準温度である８５０℃よりも大きく、例えば、９５０度に設定される。

これに対し、前記ステップＳ２３の工程において、流量制御弁５６ａの現在の弁開度が５（全開）ではなく、弁開度が４以下である場合（ステップＳ２３でＮＯのとき→ステップＳ２４）、ＥＣＵ５８は、流量制御弁５６ａに制御信号を導出して弁体の弁開度を１段階だけ上昇させるように弁位置を切換制御し（ステップＳ２４）、従前と比較して冷却水の流通量を所定量だけ増大させる。例えば、そのときの流量制御弁５６ａの弁開度が３であるとき、弁体の弁開度を１段階だけ上昇させた弁開度４（３＋１＝４）とすることにより、流量制御弁５６ａを流通する冷却水の流通量を増大させて冷却作用を高めることができる。

前記ステップＳ２５の工程において、前記三元触媒温度Ｔ２が所定温度よりも大きい場合（ステップＳ２５でＹＥＳのとき→ステップＳ２６）、ＥＣＵ５８は、モータ２７に付勢信号を導出してファン２８を強運転で所定時間だけ高速回転駆動させた後（ステップＳ２６）、続いて、エンジン２０の出力制御を行って三元触媒４２の発熱量を低減させる（ステップＳ２７）。このエンジン２０の出力制御は、例えば、ＥＣＵ５８から図示しない燃料噴射弁に対して制御信号を導出して燃料噴射量を抑制する等によって行われる。

一方、前記三元触媒温度Ｔ２が所定温度以下の場合（ステップＳ２５でＮＯのとき→ステップＳ２８）、ＥＣＵ５８は、モータ２７に付勢信号を導出してファン２８を弱運転で所定時間だけ低速回転駆動させた後（ステップＳ２８）、続いて、モータ２７に駆動切換信号を導出して前記ファン２８を強運転に切換制御する（ステップＳ２９）。なお、前記ファン２８は、図示しないタイマ回路によって所定時間計測された後、ＥＣＵ５８からの滅勢信号がモータ２７に導入されてオフ状態となる（ステップＳ２９ａ）。

また、ステップＳ２２の工程において、前記三元触媒温度Ｔ２が８５０℃以下である場合（ステップＳ２２でＮＯのとき→ステップＳ３０）、ＥＣＵ５８は、続いて流量制御弁５６ａの弁開度が０（全閉）であるか否かを判断し（ステップＳ３０）、前記弁開度が０（全閉）であるときはそのまま終了し、一方、前記弁開度が０でないときは、流量制御弁５６ａの現在の弁開度を１段階だけ下降させた弁位置とする（ステップＳ３１）。例えば、そのときの流量制御弁の弁開度が３であるとき、弁体の弁開度を１段階だけ下降させた弁開度２（３−１＝２）とする。

このようにして三元触媒温度Ｔ２を好適に制御することにより、三元触媒４２や図示しない過給器（ターボチャージャー）における熱害の発生を未然に防止して、好適に保護することができる。

次に、ヒータ３６の暖気作用を早期に発揮させるための冷却制御方法の一例に関するフローチャートを図７に示す。なお、前提として、冷却水温度Ｔ３の基準温度範囲を、例えば、８５〜１１０℃の範囲に設定した温度予測マップがＥＣＵ５８の図示しないメモリ内に格納されて適宜読み出し可能に設けられ、また、流量制御弁５６ａの弁開度は、全閉状態である弁開度０から全開である弁開度５までの６段階に分けて弁位置の切換が制御可能に設けられている点は前記と同様である。

先ず、ＥＣＵ５８から出力された付勢信号によって図示しないヒータスイッチを付勢し、ヒータ３６をオン状態とする（ステップＳ４１）。続いて、第１温度センサ６２ａによって冷却水温度Ｔ３を検出し（ステップＳ４２）、その検出信号をＥＣＵ５８に導出する。ＥＣＵ５８では、前記第１温度センサ６２ａから出力された冷却水温度Ｔ３が予め温度予測マップに設定された基準温度範囲の上限である１１０℃よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ４３）。

前記冷却水温度Ｔ３が基準温度範囲の上限である１１０℃よりも大きいと判断した場合（ステップＳ４３でＹＥＳ→ステップＳ４４）、ＥＣＵ５８は、冷却水が過熱状態にあるため、モータ２７に付勢信号を導出してファン２８を強運転で所定時間だけ高速回転駆動させた後、続いて、エンジン２０の出力制御を行って冷却水の温度を低減させる（ステップＳ４４）。このエンジン２０の出力制御は、例えば、ＥＣＵ５８から図示しない燃料噴射弁に対して制御信号を導出して燃料噴射量を抑制する等によって行われることは、前記と同様である。

これに対して、前記冷却水温度Ｔ３が１１０℃以下である場合（ステップＳ４３でＮＯ→ステップＳ４５）、さらにＥＣＵ５８は、前記第１温度センサ６２ａから出力された冷却水温度Ｔ３が予め温度予測マップに設定された基準温度範囲の下限である８５℃よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ４５）。

ＥＣＵ５８は、前記冷却水温度Ｔ３が８５℃未満の場合（ステップＳ４５でＹＥＳ→ステップＳ４６）、流量制御弁５６ａの弁開度を全開（弁開度５）となるように前記流量制御弁５６ａに制御信号を出力する。流量制御弁５６ａの弁開度が全開となることにより、冷却水の流通量が増大する。一方、前記冷却水温度Ｔ３が８５℃未満でない場合（ステップＳ４５でＮＯ→エンド）、冷却水温度Ｔ３は、８５℃以上１１０℃以下（８５≦Ｔ３≦１１０℃）で基準温度範囲と一致して適温であるため、そのまま終了する。

前記ステップＳ４６において、流量制御弁５６ａの弁開度を全開とした後、ＥＣＵ５８は、ファン２８がオン状態にあるか否かを判断し（ステップＳ４７）、前記ファン２８がオン状態にある場合（ステップＳ４７でＹＥＳ→ステップＳ４８）、モータ２７に滅勢信号を出力してファン２８をオフ状態とし、一方、前記ファン２８がオフ状態にある場合には（ステップＳ４７でＮＯ→ステップＳ４９）、そのままオフ状態を継続する。

前記ステップＳ４８でファン２８をオフ状態とした後、さらに、ＥＣＵ５８は、冷却水温度Ｔ３が８５℃以上であるか否かを判断し、前記冷却水温度Ｔ３が８５℃以上である場合、そのまま終了する。一方、前記冷却水温度Ｔ３が８５℃未満である場合、図示しない燃料噴射弁における燃料噴射量を制御すると共に、燃料の噴射タイミングを制御することにより、排気ガスの温度を上昇させ、前記冷却水の温度を基準温度範囲まで上昇させる。

このように冷却水温度Ｔ３の温度制御によってヒータ３６の早期昇温が可能となり、暖気作用を早期に発揮させることにより、例えば、寒冷地等の環境において好適に使用することができる。

次に、本発明の他の実施形態に係るエキゾーストマニホールド用冷却装置３２ａを図８に示す。なお、前記実施形態に係るエキゾーストマニホールド用冷却装置３２と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

この他の実施形態に係るエキゾーストマニホールド用冷却装置３２ａ（以下、単に冷却装置３２ａという）は、図示しない直列４気筒エンジンに適用されるエキゾーストマニホールド１００を冷却するためのものである。

この冷却装置３２ａは、長尺な管体からなるエキゾーストマニホールド１００の上面部を前記管体の軸線方向に沿って冷却する第１カバー部材１０２ａと、前記エキゾーストマニホールド１００の側面中間部を前記管体の軸線方向に沿って冷却する第２カバー部材１０２ｂと、前記エキゾーストマニホールド１００の下面部を前記管体の軸線方向に沿って冷却する第３カバー部材１０２ｃとを有する。

前記第１〜第３カバー部材１０２ａ〜１０２ｃの上流側には、各ウオータージャケット５４を流通する冷却水の流量を制御する第１〜第３流量制御弁５６ａ〜５６ｃが設けられる。このように、長尺な管体からなるエキゾーストマニホールド１００を、例えば、上中下で３分割構成された第１〜第３カバー部材１０２ａ〜１０２ｃを流通する冷却水の流通量を制御することにより、例えば、エンジンの運転状況等に対応して、前記エキゾーストマニホールド１００の各部を必要に応じて適宜冷却することができる。

なお、前記第１〜第３カバー部材１０２ａ〜１０２ｃを一体成形して図示しない単一のカバー部材とし、前記単一のカバー部材の内部に複数のウオータージャケット５４を配置して各ウオータージャケット５４を流通する冷却水の流量を制御するように構成してもよい。

本発明の実施形態に係るエキゾーストマニホールド用冷却装置が適用された自動車用冷却システムの概略ブロック構成図である。 前記エキゾーストマニホールド用冷却装置を含むエンジンの斜視図である。 前記エキゾーストマニホールド用冷却装置を構成する第１カバー部材の一部切り欠き斜視図である。 エキゾーストマニホールドの冷却制御方法の一例に関するフローチャートである。 エキゾーストマニホールドの各部における温度予測マップの説明に供される図である。 エキゾーストマニホールドの下流側に設けられる三元触媒を保護するための冷却制御方法の一例に関するフローチャートである。 ヒータの暖気作用を早期に発揮させるための冷却制御方法の一例に関するフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係るエキゾーストマニホールド用冷却装置の斜視図である。

符号の説明

１０ 自動車用冷却システム
２０ エンジン
３０ａ、３０ｂ エキゾーストマニホールド
５２ａ、５２ｂ カバー部材
５４ ウオータージャケット
５６ａ、５６ｂ 流量制御弁
５８ 電子制御装置（ＥＣＵ）

Claims (3)

1. 内燃機関の排気側に設けられるエキゾーストマニホールドをエンジン用の冷却水によって冷却するための装置であって、
   前記エキゾーストマニホールドの外周面を被覆し、内部に設けられたウオータージャケットに沿って前記冷却水が流通することにより、前記エキゾーストマニホールドの所定部位を冷却する、少なくとも２以上のカバー部材と、
   前記各ウオータージャケットを流通する冷却水の流量をそれぞれ制御する流量制御機構と、
   を備えることを特徴とするエキゾーストマニホールド用冷却装置。
2. 請求項１記載のエキゾーストマニホールド用冷却装置において、
   前記流量制御機構は、前記各カバー部材にそれぞれ設けられた流量制御弁からなることを特徴とするエキゾーストマニホールド用冷却装置。
3. 請求項２記載のエキゾーストマニホールド用冷却装置において、
   前記流量制御弁の弁開度を制御する制御手段が設けられることを特徴とするエキゾーストマニホールド用冷却装置。

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