JP2010159680A - Exhaust system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気システムに関する。 The present invention relates to an exhaust system.
従来の内燃機関において、内燃機関の排気ポートから排出される排気は排気マニホールドを通過した後に排気浄化用の触媒を有する触媒部を通過する。このような内燃機関において、排気が高温になるおそれがある。そこで、特許文献1には、シリンダヘッドと排気マニホールドとの間に冷却水通路を有する水冷式の排気冷却部(排気冷却用アダプタ)を設けることによって、排気の温度上昇を抑制する技術が開示されている。 In a conventional internal combustion engine, exhaust discharged from an exhaust port of the internal combustion engine passes through an exhaust manifold and then passes through a catalyst portion having an exhaust purification catalyst. In such an internal combustion engine, the exhaust may become hot. Therefore, Patent Document 1 discloses a technique for suppressing a rise in exhaust gas temperature by providing a water-cooled exhaust cooling unit (exhaust cooling adapter) having a cooling water passage between a cylinder head and an exhaust manifold. ing.
特許文献1に係る技術では、内燃機関の運転が停止されると排気冷却部に供される冷却水の循環も停止される。この場合、内燃機関の運転停止後に冷却水が沸騰するおそれがある。冷却水が沸騰した状態で内燃機関が運転再開されると、排気冷却部の機能を発揮させることが困難になるおそれがある。 In the technique according to Patent Document 1, when the operation of the internal combustion engine is stopped, the circulation of the cooling water provided to the exhaust cooling unit is also stopped. In this case, the cooling water may boil after the operation of the internal combustion engine is stopped. If the internal combustion engine is restarted in a state where the cooling water has boiled, it may be difficult to exert the function of the exhaust cooling unit.
本発明は、内燃機関の運転停止後における冷却水の沸騰を抑制することができる排気システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an exhaust system capable of suppressing boiling of cooling water after the operation of an internal combustion engine is stopped.
本発明に係る排気システムは、内燃機関の排気ポートから排出される排気を冷却水によって冷却する排気冷却部と、前記排気冷却部と前記排気ポートから排出される前記排気を浄化する触媒を有する触媒部とを連通する排気通路と、前記排気通路に配置され、前記排気通路の遮断状態と非遮断状態とを切替えるバルブと、前記内燃機関が運転状態であるか運転停止状態であるかを検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、前記バルブを制御する制御手段と、を備えることを特徴とするものである。 An exhaust system according to the present invention includes an exhaust cooling unit that cools exhaust discharged from an exhaust port of an internal combustion engine with cooling water, and a catalyst that purifies the exhaust discharged from the exhaust cooling unit and the exhaust port. An exhaust passage that communicates with the exhaust passage, a valve that is disposed in the exhaust passage and switches between a shut-off state and a non-cut-off state of the exhaust passage, and detects whether the internal combustion engine is in an operating state or a stopped state An operation state detection unit and a control unit for controlling the valve based on a detection result of the operation state detection unit are provided.
本発明に係る排気システムによれば、運転状態検出手段の検出結果が運転停止状態の場合は排気通路を遮断状態にすることができる。それにより、内燃機関の運転停止後における触媒部側から逆流した気体による冷却部の加熱、触媒部の輻射熱による冷却部の加熱が抑制される。その結果、内燃機関の運転停止後における冷却水の沸騰を抑制することができる。 According to the exhaust system of the present invention, the exhaust passage can be shut off when the detection result of the operation state detection means is the operation stop state. Thereby, the heating of the cooling part by the gas flowing backward from the catalyst part side after the operation of the internal combustion engine is stopped and the heating of the cooling part by the radiant heat of the catalyst part are suppressed. As a result, boiling of the cooling water after the operation of the internal combustion engine is stopped can be suppressed.
上記構成において、前記制御手段は、前記運転状態検出手段の検出結果が前記運転状態の場合は前記排気通路が前記非遮断状態になるように前記バルブを制御し、前記運転状態検出手段の検出結果が前記運転停止状態の場合は前記排気通路が前記遮断状態になるように前記バルブを制御してもよい。 In the above configuration, the control unit controls the valve so that the exhaust passage is in the non-blocking state when the detection result of the operation state detection unit is the operation state, and the detection result of the operation state detection unit When the operation is stopped, the valve may be controlled so that the exhaust passage is in the shut-off state.
上記構成は、前記冷却水の状態を評価できるパラメータを取得する取得手段をさらに備え、前記制御手段は、前記取得手段の取得結果に基づいて、前記バルブを制御してもよい。 The above configuration may further include an acquisition unit that acquires a parameter that can evaluate the state of the cooling water, and the control unit may control the valve based on an acquisition result of the acquisition unit.
この構成によれば、取得手段の取得結果が閾値以上かつ内燃機関が運転停止となった場合には排気通路を遮断状態とすることができる。この場合、冷却水の沸騰を抑制することができる。 According to this configuration, the exhaust passage can be shut off when the acquisition result of the acquisition means is equal to or greater than the threshold value and the internal combustion engine is stopped. In this case, boiling of the cooling water can be suppressed.
上記構成において、前記制御手段は、前記取得手段の取得結果が閾値より小さい場合または前記運転状態検出手段の検出結果が前記運転状態の場合は、前記排気通路が前記非遮断状態となるように前記バルブを制御し、前記取得手段の取得結果が前記閾値以上の場合かつ前記運転状態検出手段の検出結果が前記運転停止状態の場合は、前記排気通路が前記遮断状態になるように前記バルブを制御してもよい。 In the above-described configuration, the control unit is configured so that the exhaust passage is in the non-blocking state when the acquisition result of the acquisition unit is smaller than a threshold value or when the detection result of the operation state detection unit is the operation state. The valve is controlled, and when the acquisition result of the acquisition unit is equal to or greater than the threshold value and when the detection result of the operation state detection unit is the operation stop state, the valve is controlled so that the exhaust passage is in the cutoff state. May be.
本発明によれば、内燃機関の運転停止後における冷却水の沸騰を抑制することができる排気システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the exhaust system which can suppress the boiling of cooling water after the operation stop of an internal combustion engine can be provided.
以下、本発明を実施するための形態を説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
本発明の実施例1に係る排気システム100について説明する。図1は、実施例1に係る排気システム100が用いられる車両200の模式図である。車両200は、内燃機関10と、冷却水用回路20と、触媒部30と、排気システム100と、を備える。内燃機関10のシリンダブロックには、吸気ポート11および排気ポート12が形成されている。
An
冷却水用回路20は、後述する排気冷却部110に供される冷却水が循環するための回路である。冷却水用回路20は、主としてラジエタ21と、冷却水循環ポンプ22と、リザーブタンク23と、を備える。ラジエタ21は、排気冷却部110に供される冷却水を外気との熱交換によって冷却する。冷却水循環ポンプ22は、冷却水を循環させるためのポンプである。冷却水循環ポンプ22は、内燃機関10が運転を開始するとともに運転を開始し、内燃機関10が運転を停止するとともに運転を停止する。リザーブタンク23は、冷却水用回路20を循環する冷却水を貯留するタンクである。
The
触媒部30は、後述する排気管122の下流に接続されている。触媒部30は、排気ポート12から排出される排気を浄化するための触媒を有している。触媒部30としては、例えば三元触媒装置等を用いることができる。
The
排気システム100は、排気冷却部110と、排気通路(排気マニホールド120および排気管122)と、バルブ130と、運転状態検出手段140と、ECU150と、を備える。
The
排気冷却部110は、排気ポート12から排出される排気を冷却水によって冷却する装置である。本実施例において、排気冷却部110は、内燃機関10のシリンダブロックに接続されている。排気冷却部110は、排気ポート12から排出された排気が排気冷却部110を通過するための通路を有する。また、排気冷却部110は、冷却水が流動するための通路(以下、冷却水通路と称する)を有する。冷却水通路を流動する冷却水によって、排気ポート12から排出された排気は排気冷却部110を通過する際に冷却される。なお、排気の冷却に供された冷却水は、ラジエタ21において冷却されて、再び排気冷却部110に供給される。
The exhaust cooling unit 110 is a device that cools the exhaust discharged from the
排気通路は、排気冷却部110と触媒部30とを連通する通路である。本実施例において、排気通路は、排気マニホールド120および排気管122を含む。排気マニホールド120は、排気冷却部110の下流に接続されている。排気管122は、排気マニホールド120の下流に接続されている。
The exhaust passage is a passage communicating the exhaust cooling unit 110 and the
バルブ130は、排気通路に配置されている。本実施例においては、バルブ130は、排気管122内に配置されている。バルブ130は、ECU150からの指示を受けて、排気通路の遮断状態と非遮断状態とを切替える。具体的には、バルブ130が閉じることによって、排気通路は遮断状態となる。また、バルブ130が開くことによって、排気通路は非遮断状態となる。排気通路が非遮断状態となった場合、触媒部30と排気冷却部110とは連通する。なお、図1においてバルブ130は開いている。
The
バルブ130は、ECU150からの指示を受けて排気通路の遮断状態と非遮断状態とを切替えることができるものであれば、特に限定されない。バルブ130として、電動バルブ等を用いることができる。あるいは、バルブ130として、EGR導入に使用する排気絞り弁を排気通路の遮断状態と非遮断状態とを切替えることができるように応用したものを用いてもよい。
The
運転状態検出手段140は、内燃機関10が運転状態であるか運転停止状態であるかを検出して、検出結果をECU150に伝える。運転状態検出手段140としては、特に限定されないが、例えばエンジン回転数センサ等を用いることができる。
The operation
ECU150は、CPU151、ROM152およびRAM153を備えるマイクロコンピュータである。ECU150は、運転状態検出手段140の検出結果に基づいてバルブ130を制御する制御手段としての機能を有する。
The
続いて、車両200および排気システム100の動作について説明する。まず、内燃機関10が運転を開始すると、ECU150はバルブ130が開くようにバルブ130を制御する。それにより、排気通路は非遮断状態となる。この場合、排気ポート12から排出された排気は、排気冷却部110、排気マニホールド120、排気管122を流動して触媒部30に到達する。触媒部30において、排気は浄化される。触媒部30を流動した排気は、その後車両200の外部へ排出される。
Subsequently, operations of the
また、内燃機関10が運転を開始すると冷却水循環ポンプ22は、冷却水の循環を開始する。それにより、排気冷却部110によって、排気ポート12から排出された排気は冷却される。その結果、排気の温度上昇が抑制される。なお、冷却水は、ラジエタ21によって冷却される。そのため、内燃機関10が運転状態の場合、冷却水の沸騰は抑制されている。
Further, when the
図2は、内燃機関10が運転停止状態の場合の車両200の模式図である。内燃機関10が運転停止状態となった場合、排気は発生しない。また、冷却水循環ポンプ22の運転は停止される。ECU150は、バルブ130が閉じるようにバルブ130を制御する。バルブ130が閉じることによって、排気通路は遮断状態となる。
FIG. 2 is a schematic diagram of the
ここで、内燃機関10が運転状態の場合には、触媒部30は、排気によって加熱される。よって、内燃機関10が運転状態の場合、触媒部30の温度は常温より高くなる。一方、内燃機関10の運転停止後には触媒部30は排気によって加熱されなくなる。しかしながら、内燃機関10の運転停止後に触媒部30の温度が直ちに常温にまで低下するとは限らない。そのため、排気システム100がバルブ130を備えていない場合には、内燃機関10の運転停止後に触媒部30によって加熱された気体が逆流して排気冷却部110を加熱するおそれがある。また、内燃機関10の運転停止後に触媒部30の輻射熱が排気冷却部110を加熱するおそれがある。排気冷却部110が加熱されると、冷却水の沸騰のおそれが生じる。
Here, when the
その点、本実施例に係る排気システム100によれば、内燃機関10の運転停止後にバブル130が閉じるように制御される。それにより、内燃機関10の運転停止後に触媒部30側から逆流した気体によって排気冷却部110が加熱されることを抑制することができる。また、内燃機関10の運転停止後に触媒部30の輻射熱によって排気冷却部110が加熱されることを抑制することができる。内燃機関10の運転停止後に排気冷却部110が加熱されることが抑制されることによって、冷却水の沸騰が抑制される。また、内燃機関10が高負荷の状態(例えば車両200が高速走行、登坂走行等の場合)の後に内燃機関10の運転が急停止された場合のような、いわゆるデッドソークの場合であっても、冷却水の沸騰を抑制することができる。内燃機関10の運転停止後における冷却水の沸騰が抑制されることによって、内燃機関10が運転を再開させた場合に、排気冷却部110を早期に機能させることができる。
In that respect, according to the
図3は、本実施例に係るECU150のフローチャートの一例を示す図である。なお、ECU150は図3のフローチャートを所定時間毎に繰り返し実行する。まず、ECU150は、内燃機関10が運転停止状態か否かを判定する(ステップS10)。具体的には、ECU150は、運転状態検出手段140の検出結果が運転停止状態であるか運転状態であるかを判定することによって、内燃機関10が運転停止状態であるか否かを判定することができる。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a flowchart of the
ステップS10において、内燃機関10が運転停止状態であると判定された場合、ECU150は、バルブ130を閉じるように制御する(ステップS20)。それにより、排気通路は遮断状態となる。その結果、内燃機関10の運転停止後における冷却水の沸騰が抑制される。次いで、ECU150は、フローチャートの実行を終了する。
When it is determined in step S10 that the
ステップS10において、内燃機関10が運転停止状態であると判定されなかった場合、ECU150は、バルブ130を開くように制御する(ステップS30)。この場合、排気通路は非遮断状態となる。それにより、排気ポート12からの排気は排気冷却部110によって冷却された後に、排気通路および触媒部30を通過して、外部に排出される。次いで、ECU150は、フローチャートの実行を終了する。
If it is not determined in step S10 that the
以上のように、本実施例に係るECU150によれば、運転状態検出手段140の検出結果が運転停止状態の場合は排気通路が遮断状態になるようにバルブ130を制御することから、内燃機関10の運転停止後における冷却水の沸騰を抑制することができる。
As described above, the
続いて、本発明の実施例2に係る排気システム100aについて説明する。図4は、実施例2に係る排気システム100aが用いられる車両200aの模式図である。排気システム100aは、冷却水の状態を評価できるパラメータを取得する取得手段をさらに備える点と、ECU150の代わりにECU150aを備える点と、において、図1に示す排気システム100と異なる。その他の構成は、排気システム100と同様のため、説明を省略する。取得手段として、例えば、排気の温度を検出する温度センサ160または冷却水の温度を検出するセンサ、若しくは温度センサ160および冷却水の温度を検出するセンサが用いられる。本実施例においては、取得手段は温度センサ160である。
Then, the
温度センサ160は、排気の温度を検出し、検出結果をECU150aに伝える。すなわち、温度センサ160は、排気の温度を検出する温度検出手段としての機能を有する。本実施例においては、温度センサ160は、排気マニホールド120に配置されて、排気マニホールド120内を通過する排気の温度を検出する。なお、温度センサ160は、排気の温度を直接検出する代わりに、内燃機関10および車両200aにおいて排気が通過する排気通過部位の温度を検出してもよい。排気通過部位としては、例えばシリンダブロック、排気冷却部110、排気マニホールド120、排気管122、触媒部30等が用いられる。
The
ECU150aは、温度センサ160の検出結果に基づいてバルブ130を制御する点において、ECU150と異なる。具体的には、ECU150aは、温度センサ160の検出結果が閾値より小さい場合または運転状態検出手段140の検出結果が運転状態の場合は、バルブ130を開くように制御する。また、ECU150aは、温度センサ160の検出結果が閾値以上の場合かつ運転状態検出手段140の検出結果が運転停止状態の場合は、バルブ130を閉じるように制御する。
図5は、本実施例に係るECU150aのフローチャートの一例を示す図である。なお、ECU150aは図3のフローチャートを所定時間毎に繰り返し実行する。図5は、ステップS10の前にステップS5をさらに備える点において、図3のフローチャートと異なる。その他の構成は図3と同様のため、説明を省略する。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a flowchart of the
ステップS5においてECU150aは、温度センサ160の検出結果が閾値以上か否かを判定する。閾値としては、例えば内燃機関10の運転停止後に冷却水が沸騰すると考えられる温度を用いればよい。
In step S5, the
ステップS5において温度センサ160の検出結果が閾値以上であると判定された場合、ECU150aはステップS10を実行する。一方、ステップS5において温度センサ160の検出結果が閾値以上であると判定されなかった場合、ECU150aはステップS30を実行する。
When it is determined in step S5 that the detection result of the
本実施例に係る排気システム100aによれば、温度センサ160の検出結果が閾値以上のときかつ内燃機関10が運転停止状態となった場合に、排気通路を遮断状態とすることができる。それにより、運転停止後の冷却水の沸騰を抑制することができる。
According to the
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、実施例2に係る排気システム100aは、図5のフローチャートのステップS5において、排気の温度を検出する温度センサ160の代わりに冷却水の温度を検出するセンサを用いてもよい。あるいは、排気システム100aは、ステップS5において、温度センサ160および冷却水の温度を検出するセンサの両方を用いてもよい。あるいは、排気システム100aは、ステップS5において、温度センサ160および冷却水の温度を検出するセンサ、その他の冷却水の状態を評価できるパラメータを取得する取得手段を用いてもよい。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed. For example, the
10 内燃機関
11 吸気ポート
12 排気ポート
20 冷却水用回路
21 ラジエタ
22 冷却水循環ポンプ
23 リザーブタンク
30 触媒部
100 排気システム
110 排気冷却部
120 排気マニホールド
122 排気管
130 バルブ
140 運転状態検出手段
150 ECU
160 温度センサ
200 車両
DESCRIPTION OF
160
Claims (4)
前記排気冷却部と前記排気ポートから排出される前記排気を浄化する触媒を有する触媒部とを連通する排気通路と、
前記排気通路に配置され、前記排気通路の遮断状態と非遮断状態とを切替えるバルブと、
前記内燃機関が運転状態であるか運転停止状態であるかを検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、前記バルブを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする排気システム。 An exhaust cooling section for cooling the exhaust discharged from the exhaust port of the internal combustion engine with cooling water;
An exhaust passage communicating the exhaust cooling unit and a catalyst unit having a catalyst for purifying the exhaust discharged from the exhaust port;
A valve that is disposed in the exhaust passage and switches between a shut-off state and a non-cut-off state of the exhaust passage;
An operation state detection means for detecting whether the internal combustion engine is in an operation state or an operation stop state;
An exhaust system comprising: control means for controlling the valve based on a detection result of the operating state detection means.
前記制御手段は、前記取得手段の取得結果に基づいて、前記バルブを制御する請求項1記載の排気システム。 An acquisition means for acquiring a parameter capable of evaluating the state of the cooling water;
The exhaust system according to claim 1, wherein the control unit controls the valve based on an acquisition result of the acquisition unit.
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