JP3108382B2

JP3108382B2 - 排気管の冷却装置

Info

Publication number: JP3108382B2
Application number: JP09089842A
Authority: JP
Inventors: 康司鈴木; 真志太田
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 2000-11-13
Anticipated expiration: 2017-04-09
Also published as: JPH10280940A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関における排
気管の冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の排気系においては、冷間時の触媒
活性化（触媒作動温度への到達促進）を狙って、触媒の
上流側排気管に断熱性の高い二重管を用いることが多
い。この二重管は、内管と外管の間に設けた空隙（エア
ギャップ）を断熱層として利用するのであるが、エンジ
ンの高負荷時には高温の排気ガスが内管を加熱し内管は
その耐熱限界に近いほどの高温となり、熱歪みを生じて
破損に至るおそれがある。

【０００３】これを解決すべく実開昭６０−７８９２５
号においては、通常運転時は空隙に強い負圧を導入して
真空状態として保護性を確保し、高負荷時には大気を導
入している。しかし、高負荷時には、大気暴露では内管
を十分に冷却することができない。また、通常運転に戻
った際には、低耐熱である吸気系が高温の空隙内空気を
導入して溶損するなどの問題がある。

【０００４】一方、車両の排気系における排気エミッシ
ョン対策として、暖機が完了して触媒が十分な転換作用
を開始するまで、エンジン駆動または電動式のエアポン
プによって強制的に排気管内に二次空気を送り込み、不
足する酸素を補って触媒の活性化を早める技術が実開平
３−６５８６５号公報に開示されている。この技術は上
記二次空気導入と吸気系へのアシストエア導入とを１つ
の電源ポンプを切り替えて行うようにしたものである。

【０００５】この実開平３−６５８６５号公報の技術に
ついて図７及び図８により説明する。図８において、加
圧ポンプ１は、アシストエア供給用と排気浄化用二次空
気供給用に兼用される空気ポンプである。加圧ポンプ１
の上流側に第１の空気切替弁２が、下流側に第２の空気
切替弁３が設けられる。

【０００６】第１の空気切替弁２は２つの入口と１つの
出口を有する。２つの入口の一方は加圧ポンプ用エアク
リーナ８に接続され、他方は加圧ポンプ用エアフローメ
ータ６に接続されている。出口は加圧ポンプ１に接続さ
れている。

【０００７】第２の空気切替弁３は１つの入口と２つの
出口を有する。入口は加圧ポンプ１に接続されている。
２つの出口のうち一方はエアアシストタイプの電子制御
式燃料噴射弁７に接続するエアアシスト導管１１に接続
され、他方は排気浄化用の二次空気導管１２に接続され
ている。燃料噴射弁７は燃料をエンジン１５の吸気系１
４に噴射する。二次空気導管１２を通るエアは二次空気
としてエンジンの排気系１０に供給される。エンジン排
気系１０には、二次空気注入部位より下流に酸素センサ
１６が設けられ、それよりさらに下流に触媒コンバータ
１７が設けられる。

【０００８】第１の空気切替弁２はダイアフラム式弁か
ら成り、その負圧室への負圧の導入のＯＮ−ＯＦＦは第
１の負圧切替弁４によって行われる。同様に、第２の空
気切替弁３はダイアフラム式弁から成り、その負圧室へ
の負圧の導入のＯＮ−ＯＦＦは第２の負圧切替弁５によ
って行われる。第１，第２の負圧切替弁４，５は、エン
ジン吸気系の絞り弁１８下流に接続され、そこから負圧
をとっており、負圧と大気圧との切り替えは、マグネッ
トにより行われる。

【０００９】加圧ポンプ１、第１，第２の負圧切替弁
４，５は、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣ
Ｕという）１３として機能するコンピュータに接続され
ており、ＥＣＵ１３の指令に従ってＯＮ−ＯＦＦする。
ＥＣＵ１３には、各種エンジン運転条件信号、水温（油
温）、エンジン回転数、排気温、酸素センサ、その他の
信号、たとえば車速の信号が入力される。図７におい
て、二次空気導入管１２にはチェックバルブ９が設けら
れている。

【００１０】図８は、ＥＣＵ１３のセントラルプロセッ
サユニット（ＣＰＵ）部での演算フローを示している。
図８において、ステップ１００で演算をスタートし、ス
テップ１０１で車速が所定車速（たとえば、４０マイル
／時）以下か否かを判断する。所定車速以上ならエアア
シストもエアインジェクションも必要でないので、ステ
ップ１０３に進み加圧ポンプＯＦＦの信号を加圧ポンプ
１に送って停止させ、ステップ１０９に移って演算を終
了する。

【００１１】ステップ１０１で車速が所定車速以下なら
ステップ１０２に進んで加圧ポンプＯＮの信号を加圧ポ
ンプ１に送って加圧ポンプ１を駆動する。この状態はエ
アアシストかエアインジェクションの何れか一方が必要
な状態である。どちらが必要かをステップ１０４に進ん
で判断する。ステップ１０４では、エンジン冷却水の水
温が所定温度（たとえば３０℃）以下か否かを判断す
る。水温が所定水温以下のときは、エンジン暖機中であ
り、このような場合はエンジンが未だ冷えているから空
燃比Ａ／Ｆをリッチにして燃焼させなければならないか
ら、排気ガス中にＨＣ，ＣＯが多く酸欠状態にありＨ
Ｃ，ＣＯを触媒コンバータ１７部位で十分に酸化するた
めに排気系に二次空気を導入することが必要になる。

【００１２】他方、水温が所定水温以上なら暖機後であ
るから、二次空気導入は必要でなく、燃料噴射弁７にア
シストエアを送って、燃料微粒化を促進させ、燃料改善
をはかることが必要となる。

【００１３】ステップ１０４にて水温が所定温度以下、
すなわちエアインジェクションが必要な時は、ステップ
１０５に進み、第１の負圧切替弁４をＯＦＦにして第１
の空気切替弁２の負圧室への負圧導入をＯＦＦにし第１
の空気切替弁２をＯＦＦにしてエアクリーナ８側に開と
なるようにし、かつ第２の負圧切替弁５をＯＦＦにして
第２の空気切替弁３の負圧室への負圧導入をＯＦＦにし
第２の空気切替弁３をＯＦＦにして二次空気導管１２側
が開となるようにする。この状態で、ステップ１０６の
エアインジェクションＯＮ、エアアシストＯＦＦの状態
が得られ、ステップ１０９に進んで演算を終了する。

【００１４】ステップ１０４にて水温が所定温度以上、
すなわちエアアシストが必要な時は、ステップ１０７に
進み、第１の負圧切替弁４をＯＮにして第１の空気切替
弁２をＯＮにし第１の空気切替弁２をエアフローメータ
６側に開とするとともに、第２の負圧切替弁５をＯＮに
して第２の空気切替弁３をＯＮにし第２の空気切替弁３
をエアアシスト導管１１側に開とする。この状態でステ
ップ１０８のエアアシストＯＮ、エアインジェクション
ＯＦＦが得られ、さらにステップ１０９に進んで演算を
終了する。

【００１５】また、エアクリーナ８、エアフローメータ
６は、加圧ポンプ１に供給するエア用のものであって、
エンジンの吸気系１４には、絞り弁１８上流に、エンジ
ン吸気用のエアクリーナ、エアフローメータ（図示略）
が設けられる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記実開平３−６５８
６５号公報のものにおいては、その加圧ポンプがエンジ
ンの暖機時と減速時に共用され、それ以外のとき、すな
わち所定の車速以上（高負荷時）のときには加圧ポンプ
は使用されない。

【００１７】そこで本発明は、二重排気管において、そ
の内管を強制的に冷却して内管の加熱による上記のよう
な不具合を防止するとともに、上記のように高負荷時に
は使用されない加圧ポンプを有するものにおいては、そ
の加圧ポンプを有効利用して上記従来のような内管の加
熱による不具合を防止する排気管の冷却装置を提供する
ことを目的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１記載の第１の発明は、エンジンの排気管
を、排気通路を形成する内管の外周に所定の空間部を設
けて外管を配設して構成し、前記外管に加圧空気導入口
と加圧空気排出口を設け、前記排気通路には二次空気導
入口を設け、エンジンの運転状況もしくは内管の温度に
応じて加圧空気を、上記加圧空気導入口と二次空気導入
口に選択的に供給するようにしたことを特徴とするもの
である。

【００１９】本発明においては、加圧空気が空間部内を
強制的に流通されて外部へ排出されるので、その加圧空
気によって内管が強制的に冷却される。したがって、熱
境界層を破壊するとともに内管表面から積極的に熱が奪
われて管外へ放出される。更に、１個の加圧空気供給源
により、エンジンの低負荷時には二次空気導入側へ加圧
空気を供給し、高負荷時には外管の加圧空気導入口側へ
加圧空気を供給する。通常、低負荷時には排気通路への
二次空気の供給が要求される反面排気管の冷却は要求さ
れず、また、高負荷時には排気通路への二次空気の供給
が要求されない反面排気管の冷却が要求される。そのた
め、１個の加圧空気供給源からの加圧空気を選択的に使
用して二次空気供給の要求と排気管冷却の要求を満たす
ことができる。

【００２０】

【００２１】

【００２２】請求項２記載の第２の発明は、上記第１の
発明において、加圧空気を、エンジン駆動もしくは電動
機駆動によるポンプにより造るようにしたものである。

【００２３】本第２の発明においては、加圧ポンプを自
動車に搭載されている既設の駆動源で駆動できる。そし
て、請求項３記載の第３の発明は、上記第１又は第２の
発明において、空間部に放熱体を配したものである。

【００２４】本第３の発明においては、放熱体により放
熱面積が大きくなり、内管及び内管内を流通する排気ガ
スの熱の積極的放出作用がより一層高くなる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１乃至図６に示す実施例に基づ
いて本発明の実施の形態について説明する。図１に示す
構造は、上記図７に示す従来構造におけるエアアシスト
導管１１を排気系冷却用の導管とし、排気系１０を冷却
可能構造にした点が相違するもので、その他の構造は上
記図７に示す従来構造と同一である。

【００２６】したがって、図１において図７と同一部材
については、重複説明を避けるために同一符号を付して
その説明は省略し、相違部について説明する。図１にお
いて、エンジン１５に接続したエキゾーストマニホール
ド２１の下流部には排気管２２が接続され、該排気管２
２の下流部は触媒コンバータ１７を通じて更に下流の排
気系へ接続されている。

【００２７】上記排気管２２は、内管２３の外周に、所
定の空間部２４を設けて外管２５を配した二重管からな
り、図２に示すようにその内管２３の上流端２３ａと外
管２５の上流端２５ａにはフランジ２６が固着され、該
フランジ２６は上記エキゾーストマニホールド２１のフ
ランジ２７と連結されている。そして、内管２３内の排
気通路２８の上流端２８ａは上記エキゾーストマニホー
ルド２１に連通し、空間部２４の上流端２４ａはフラン
ジ２６で閉塞されている。

【００２８】また、図３に示すように、内管２３の下流
部は上記触媒コンバータ１７部へ接続されて排気通路２
８の下流部が触媒コンバータ１７へ連通し、外管２５の
下流端２５ｂは大気に開口されて排出口を形成し、空間
部２４の下流部２４ｂが大気に開口連通している。

【００２９】上記外管２５の下流部には、該部と内管２
３間に接触するように緩衝材２９が設けられており、外
管２５の下流部２５ｂを、内外管２３，２５の熱膨張差
による相対移動を許容して支持している。この緩衝材２
９は例えばステンレスメッシュウール等の耐熱性材料で
形成されている。更に、該緩衝材２９は、図４に示すよ
うに、内外管２３，２５の周方向に部分的に設けられて
おり、該緩衝材２９が存在しない部分が加圧空気排出口
２４ｃとなっている。なお、緩衝材２９をステンレスメ
ッシュウール等の繊維体で構成した場合には、その繊維
の隙間も加圧空気の排出通路となる。

【００３０】また、外管２５の上流側には図２に示すよ
うに加圧空気導入口３０が形成され、該加圧空気導入口
３０が上記空間部２４と連通している。図１に示す第２
の切替弁３は、そのＯＦＦ作動により加圧ポンプ１から
の加圧空気を二次空気導入管１２へ供給し、ＯＮ作動に
より加圧ポンプ１からの加圧空気を冷却用導管３１へ供
給するように選択切替可能に構成されている。

【００３１】上記二次空気導入管１２における二次空気
導入口１２ａはエキゾーストマニホールド２１の上流部
に開口されている。また、上記冷却用導管３１の下流部
は、チェックバルブ３２を介して上記加圧空気導入口３
０に連通されている。

【００３２】次に、上記切替弁３の切替制御について図
６のフローチャートにより説明する。図６において、ス
テップ１００で演算をスタートし、ステップ１０１で車
速が所定車速以下（例えば４０ｍｐｈ）以下か否かを判
断する。車速が所定車速以下の場合はステップ１０２で
加速ポンプ１を作動させ、更にステップ１０４でエンジ
ン冷却水温が３０℃以下ならば暖機中と判断してステッ
プ１０５の処理、すなわち、負圧切替弁４，５及び空気
切替弁２，３をＯＦＦ作動して、加圧ポンプ１の加圧空
気を二次空気導入管１２へ供給し、排気ガスに二次空気
を導入する。このとき、冷却用導管３１へは加圧ポンプ
１からの加圧空気は導入されない。

【００３３】ステップ１０１で車速が所定車速以上なら
ばステップ１１０に進むが、排気温度が６００℃より低
ければ、二次空気の導入及び排気管２２の内管２３の冷
却も不要と判断してステップ１０３で加圧ポンプ１を停
止する。

【００３４】一方、排気温度が６００℃より高ければ、
「所定車速以上かつ排気ガス高温→エンジン高負荷→内
管２３の冷却の必要あり」と判断してステップ１０４に
進む。そして、ステップ１０４で、エンジン冷却水温が
３０℃以上である（非暖機中）ことを確認した上でステ
ップ１０７の処理、すなわち、負圧切替弁４，５及び空
気切替弁２，３をＯＮ作動して、ステップ１０８によう
に、加圧ポンプ１の加圧空気を冷却用導管３１を通じて
排気管２２の空間部２４に導入し、二次空気導入管１２
側への加圧空気の導入を遮断する。

【００３５】上記空間部２４内に加圧空気が導入される
と、その加圧空気は空間２４内を下流側へ流れ、主とし
て緩衝材２９が存在しない排出口２４ｃから外部へ放出
される。この加圧空気によって内管２３が強制的に冷却
されるため、熱境界層を破壊するとともに内管表面から
積極的に熱を奪って管外へ放出する。そのため、内管２
３の加熱による不具合が防止される。

【００３６】なお、上記ステップ１０１の設定車速、１
０４の設定水温、ステップ１１０の設定排気温は、いず
れも必要に応じて任意に設定するものである。図５は上
記排気管２２における内外管２３，２５の空間部に放熱
体４０を設けたものである。該放熱体４０は、金属板を
波形に折曲し、その波方向を内管２３の周方向に向けて
内管２３の外周面に巻設固着したフィンで形成されてお
り、空間部２４内を流通する加圧空気の流れを阻害しな
いようにしてある。

【００３７】この実施例によれば、放熱体４０による放
熱面積が大きくなり、内管２３の熱の積極的放出作用が
より一層高くなり、上記の冷却効率が向上する。なお、
放熱体は上記実施例のフィン形状に限定するものではな
く、放熱作用を促進するものであればよく、その断面形
状は任意であり、更にその取付方法や設置範囲も任意で
ある。なお、図１のエキゾーストマニホールド２１も上
記排気管２２と同様の二重管構造として、その空間部に
上記冷却時における加圧空気を同時に導入して、エキゾ
ーストマニホールド２１を冷却するようにしてもよい。

【００３８】また、排気管２２における加圧空気の排出
口は、外管２５の周壁を開口して形成してもよい。更
に、上記加圧ポンプ１は、エンジン駆動によるポンプで
あってもよく、また、電源機駆動によるポンプであって
もよい。

【００３９】上記実施例は、エンジンの低負荷時のみ使
用される加圧ポンプを冷却用として活用した例である
が、上記の加圧ポンプとは別に、冷却用の加圧ポンプを
独自に設け、この冷却用のポンプから上記二重管からな
る排気管２２の空間部２４内へ加圧空気を強制的に導入
するようにして、排気ガスの高温時に加圧空気を導入す
るようにしてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上のようであるから、請求項１及び２
記載の発明によれば、排気管の内管を加圧空気により積
極的に冷却することができるため、従来のような内管の
過熱による不具合を防止できる。更に、内管内を流通す
る排気ガスの温度も下げられるので、高温の排気ガスに
起因する触媒の不具合も避けられる。

【００４１】更に、エンジンの低負荷時に二次空気を供
給するための加圧空気供給源を設けた制御システムにお
いて、高負荷時には遊休状態にあるその加圧空気供給源
を活用して上記のような内管の強制冷却を実施すること
ができる。そのため、既存の加圧空気供給源や制御シス
テムをそのまま活用し、加圧空気の流れを選択する選択
手段などのわずかな部品の付加で排気管の強制冷却が可
能になり、その強制冷却が、問題とならないわずかな重
量増加とコスト増加で実現できる。

【００４２】請求項３記載の発明によれば、更に、内管
の冷却効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す系統図。

【図２】図１の排気管における上流部の拡大断面図。

【図３】図１の排気管における下流部の拡大断面図。

【図４】図３におけるＸ−Ｘ線断面図。

【図５】本発明における排気管の他の実施例を示す横断
面図。

【図６】図１の装置の作動制御を示すフローチャート。

【図７】従来の装置を示す系統図。

【図８】従来の装置の作動制御を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…加圧空気供給源である加圧ポンプ１２…二次空気導入口２２…排気管２３…内管２４…空間部２４ｃ…加圧空気排出口２５…外管３０…加圧空気導入口４０…放熱体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭61−78213（ＪＰ，Ｕ) 実開平３−51125（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−54813（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/02 F01N 3/22 F01N 3/30 F01N 7/08 F01N 7/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気管を、排気通路を形成す
る内管の外周に所定の空間部を設けて外管を配設して構
成し、前記外管に加圧空気導入口と加圧空気排出口を設
け、前記排気通路には二次空気導入口を設け、エンジン
の運転状況もしくは内管の温度に応じて加圧空気を、上
記加圧空気導入口と二次空気導入口に選択的に供給する
ようにしたことを特徴とする排気管の冷却装置。
【請求項２】加圧空気を、エンジン駆動もしくは電動
機駆動によるポンプにより造るようにした請求項１記載
の排気管の冷却装置。
【請求項３】空間部に放熱体を配した請求項１又は２
記載の排気管の冷却装置。