JP4575934B2 - Exhaust manifold cooling system - Google Patents
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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。 The present invention relates to an exhaust manifold cooling device that can suitably control the flow rate, flow path, and the like of cooling water that cools an exhaust manifold provided on the exhaust side of an internal combustion engine.
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。 Conventionally, for example, in order to prevent overheating of an engine that is an internal combustion engine such as a vehicle, a cooling device that holds the engine at an appropriate temperature is provided. This cooling device cools the engine that has generated heat by circulating cooling water supplied from a radiator along a water jacket formed in a cylinder block of the engine.
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。 Further, conventionally, on the exhaust side of the engine, an exhaust manifold for exhausting combustion gas generated in a combustion chamber is connected to the cylinder block, and the exhaust manifold uses cooling water supplied to the water jacket. It is designed to be cooled.
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。
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。 However, in the prior art, the flow rate of the cooling water flowing into the exhaust manifold is controlled to be proportional to the engine speed (rotation speed) by the pump action of the water pump, like the cooling water supplied to the water jacket. Has been. That is, the water pump that circulates the cooling water is configured to be driven by using the rotation of the crankshaft. Therefore, the circulation speed of the cooling water by the water pump increases as the rotational speed of the engine increases. The supply amount of the cooling water increases in proportion to the rotational speed of the engine.
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。 Therefore, in the prior art, the flow rate of the cooling water flowing into the exhaust manifold is set by the rotational speed (the number of revolutions) of the engine. Therefore, for example, the material temperature of the exhaust manifold made of aluminum is more than necessary and sufficient. There is a problem that the amount of cooling water flows. In other words, depending on the operating condition of the engine, the exhaust manifold may be cooled excessively more than necessary, and the cooling water causes heat to be radiated from the exhaust manifold more than necessary.
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。 As a result, in an exhaust treatment device (for example, a three-way catalyst) in which the temperature of exhaust gas introduced at the start of the engine greatly affects the purification performance, the temperature rise (rising temperature) becomes slow and the purification performance (oxidation reduction) Capacity) does not work smoothly, and there is a problem that the exhaust emission performance on the downstream side after the exhaust manifold deteriorates.
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。 Further, in the prior art, in order to control the flow rate of the cooling water flowing into the exhaust manifold, for example, the shape of the water jacket provided in the exhaust manifold is changed, or the discharge performance of the water pump that circulates the cooling water It is conceivable to change (pump performance). However, the ratio of cooling water flowing into the water jacket of the exhaust manifold near the cylinder head with respect to the total amount of cooling water flowing through the entire engine is set individually according to the size of the engine and engine performance. For this reason, it is difficult to control the flow rate of the cooling water flowing into the exhaust manifold in a general (general) manner by changing the shape of the water jacket or the discharge performance.
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust manifold cooling device that can easily control the flow rate of cooling water for cooling the exhaust manifold.
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。 In order to achieve the above object, the present invention provides a water jacket that covers an outer peripheral surface of the exhaust manifold and is provided inside the exhaust manifold so as to cool the exhaust manifold provided on the exhaust side of the internal combustion engine with cooling water for the engine. And a flow rate control mechanism for controlling the flow rate of the cooling water flowing through each water jacket, and the like.
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。 In this case, in the present invention, by controlling the flow rate of the cooling water flowing through each of the water jackets provided in each of the two or more cover members by the flow rate control mechanism, for example, the cooling action is performed on the exhaust manifold. In addition to the amount of cooling water flowing, for example, the distribution site, distribution time, distribution timing, and the like can be controlled easily.
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。 In other words, in the present invention, the exhaust manifold is covered with two or more cover members, each jacket member is provided with a water jacket through which cooling water for the engine flows, and the cooling water flowing through the water jacket is flowed. By controlling each by the control mechanism, a cooling action can be exerted only on a desired portion of the exhaust manifold, and a cooling action or the like can be exerted at a desired timing.
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。 The flow rate control mechanism is constituted by a flow rate control valve provided for each cover member, and a control means for controlling the valve opening degree of the flow rate control valve is provided, thereby simplifying the structure. Therefore, the control can be easily performed without using a complicated control method.
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。 It is possible to provide a cooling device for an exhaust manifold that can easily control the flow rate of cooling water for cooling the exhaust manifold.
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。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an automobile cooling system to which an exhaust manifold cooling device according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 is a perspective view of an engine including the exhaust manifold cooling device.
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。
As shown in FIG. 1, this
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。
The
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。
1, only one part (three cylinders) of a V-type six-
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。
Further, the
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。
As shown in FIG. 2, on the downstream side of the
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
The
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。
In addition, the
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。
The first
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。
In the present embodiment, the first
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。
A heater
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。
The
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。
The
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。
First, the cooling water fed from the
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。
Thus, in a state where the coolant is circulating between the
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。
In the first
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。
In this case, under the control action of the
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。
By controlling the
The cooling action on the entire surface of the
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。
As described above, by the valve switching action of the first flow
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。
At that time, the
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。
In the present embodiment, the first flow
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。
In this embodiment, the
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。
Furthermore, in this embodiment, the amount of heat received by the cooling water is minimized by controlling the flow rate of the cooling water regardless of the rotational speed of the
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。
Furthermore, in the present embodiment, the
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。
Furthermore, when the
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。
Next, an example of a cooling control method for the
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)。
First, the temperature T1 of the
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。
If the temperature T1 of the
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。
In the step S3, when the current valve opening degree of the
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。
On the other hand, in the step S3, when the current valve opening degree of the
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。
In the step S5, when the temperature T1 of the
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)。
On the other hand, when the temperature T1 of the
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。
In step S2, when the temperature T1 of the
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。
The above cooling control method shown in FIG. 4 is applied to each
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。
Next, a temperature prediction map in each part of the
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。
As shown in FIG. 5, the temperature prediction map includes exhaust gas temperature data detected by a
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。
Next, FIG. 6 shows a flowchart relating to an example of a cooling control method for protecting the three-
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)。
First, the three-way
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。
If the three-way catalyst temperature T2 is higher than 850 ° C. (YES in step S22 → step S23), then the
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。
In the step S23, when the current valve opening degree of the
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。
On the other hand, in the step S23, when the current valve opening degree of the
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。
In the step S25, if the three-way catalyst temperature T2 is higher than the predetermined temperature (YES in step S25 → step S26), the
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)。
On the other hand, when the three-way catalyst temperature T2 is equal to or lower than the predetermined temperature (NO in step S25 → step S28), the
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。
Further, in the step S22, when the three-way catalyst temperature T2 is 850 ° C. or lower (NO in step S22 → step S30), the
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。
By suitably controlling the three-way catalyst temperature T2 in this way, it is possible to prevent the occurrence of heat damage in the three-
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。
Next, FIG. 7 shows a flowchart relating to an example of a cooling control method for demonstrating the warming action of the
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)。
First, a heater switch (not shown) is energized by an energization signal output from the
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。
When it is determined that the cooling water temperature T3 is higher than 110 ° C., which is the upper limit of the reference temperature range (YES in step S43 → step S44), the
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)。
On the other hand, when the cooling water temperature T3 is 110 ° C. or lower (NO in step S43 → step S45), the
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。
When the cooling water temperature T3 is lower than 85 ° C. (YES in step S45 → step S46), the
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。
In step S46, after fully opening the valve opening of the
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。
After the
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。
In this way, the temperature of the cooling water temperature T3 can be controlled so that the
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。
Next, FIG. 8 shows an exhaust manifold cooling device 32a according to another embodiment of the present invention. The same constituent elements as those of the exhaust
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。
An exhaust manifold cooling device 32a (hereinafter simply referred to as a cooling device 32a) according to another embodiment is for cooling the
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。
The cooling device 32a includes a
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。
On the upstream side of the first to
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。
The first to
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)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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。 An apparatus for cooling an exhaust manifold provided on an exhaust side of an internal combustion engine with engine coolant,
At least two or more cover members that cover an outer peripheral surface of the exhaust manifold and cool a predetermined portion of the exhaust manifold by circulating the cooling water along a water jacket provided inside;
A flow rate control mechanism for controlling the flow rate of cooling water flowing through each water jacket;
A cooling device for an exhaust manifold, comprising:
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。 In the exhaust manifold cooling device according to claim 1,
The exhaust manifold cooling device, wherein the flow rate control mechanism includes a flow rate control valve provided in each cover member.
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。 In the exhaust manifold cooling device according to claim 2,
A cooling device for an exhaust manifold, comprising a control means for controlling a valve opening degree of the flow control valve.
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