JPH0720332Y2 - 内燃機関のシリンダブロツク構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、排気系に排気ガス浄化用の触媒を備えた内燃
機関のシリンダブロック構造に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の暖機性は高い程好ましい。暖機性が悪いと、
冷間時、機関各部のフリクションロスが大きくなるため
燃費の悪化を招き、また、暖機のために燃料増量等を行
うと、排気ガスのエミッション悪化や燃費の悪化が問題
となる。

これとは別に、排気系に触媒を設けた排気ガス浄化シス
テムにおいては、一般に以下のような問題がある。つま
り、従来の触媒配置構造は、大きく分類して２つのタイ
プがあり、そのうちの一つはアンダーフロア触媒システ
ムであり、これは排気管の途中に触媒担体を内蔵した触
媒コンバータが設けられる。もう一つは、マニホルドコ
ンバータ触媒システムであり、これはエキゾーストマニ
ホールド直下に触媒コンバータが設けられる。触媒は、
一般にある温度以上に暖機されて初めて良好なガス浄化
作用を発揮できるが、アンダーフロア触媒システムで
は、触媒コンバータがエンジンから離れた位置に配設さ
れるため、触媒の暖機性が悪く、冷間時のエミッション
悪化を招きやすい。マニホルドコンバータ触媒システム
では、アンダーフロア触媒システムよりは触媒の暖機性
は向上されるが、触媒コンバータを含めたエンジン本体
の幅が大きくなり、スペースをとるという問題がある。

また、触媒は、一般にある温度を越えると、劣化の度合
が急激に増加し、そのために浄化率の低下、エミッショ
ンの悪化を招く。したがって、触媒の過熱は極力防止さ
れなければならない。

従来、前述のエンジンの暖機性の問題と、触媒に関する
問題とを関連づけて、その両方を同時に解決しようとす
る提案はなかった。たとえば実開昭56−99004号公報、
実開昭57−134310号公報には、触媒コンバータ周りに冷
却媒体を通して触媒の過熱を防止する構造が示されてい
るが、これら従来構造では、触媒の過熱は防止できても
エンジン本体の暖機性を向上することはできなかった。

そこで、上記のエンジン本体側の問題点と触媒側の問題
点を互に関連づけ、エンジン本体をできるだけ小型化し
つつエンジンの暖機性と触媒の暖機性を向上し、かつ暖
機後には触媒の過熱を防止するようにした内燃機関のシ
リンダブロック構造が先に本出願人により提案されてい
る（実願昭61−191701号）。

この内燃機関のシリンダブロック構造は、シリンダブロ
ック内に排気ガス通路が通され、該排気ガス通路のシリ
ンダブロック内部分に触媒が配設され、その近傍にウォ
ータジャケットが設けられている。

このようなシリンダブロック構造においては、触媒がシ
リンダブロック内に配設されるので、触媒まで含めたエ
ンジン本体の寸法が小となり、エンジン本体の小型化が
はかられるとともに、触媒はエンジン本体に最も近い位
置にて直接熱を受けるので、触媒の暖機性が向上され
る。また、触媒は、その排気ガス浄化作用により自身が
高温になるので、ウォータジャケット内の冷却水と触媒
との間で熱の授受が行われ、冷却水がす早く暖められて
エンジン本体の暖機性が向上される。そして暖機後に
は、エンジンからの高温の排気ガスにより触媒は過熱さ
れるおそれがあるが、このときには逆にウォータジャケ
ット内の冷却水によって冷却されるので、触媒の過熱は
適切に防止される。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述の実願昭61−191701号のシリンダブ
ロック構造では、触媒はシリンダを冷却するウォータジ
ャケットのみによって片側から冷却されるだけなので、
触媒を冷却する能力はまだ不十分であり、触媒の劣化が
懸念される。

したがって、暖機後の触媒の冷却能力を高めるためには
さらに効果的な冷却水の流れを考えなければならない
が、同時に触媒の暖機性促進と機関の暖機促進も合わせ
て考慮する必要がある。

本考案は、機関の暖機性と触媒の暖機性が共に促進で
き、かつ暖機完了後の触媒を十分に冷却することのでき
る内燃機関のシリンダブロック構造を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的に沿う本考案の内燃機関のシリンダブロック構
造は、 シリンダブロック内を通る排気ガス通路と、 前記排気ガス通路のシリンダブロック内部分に形成さ
れ、触媒が収納される触媒室と、 前記シリンダブロックの前記触媒室の周囲に形成される
触媒冷却用ウォータジャケットと、 前記シリンダブロックに形成されたシリンダ冷却用ウォ
ータジャケットと前記触媒冷却用ウォータジャケットと
を連通する通路と、 前記通路に設けられ、機関の暖機時初期には閉とされ、
前記シリンダ冷却用ウォータジャケットの冷却水温が上
昇するにつれて開度が大となる冷却水流量調整手段と、 を備えたものから成る。

〔作用〕

このように構成された内燃機関のシリンダブロック構造
においては、触媒室の周囲に触媒冷却用ウォータジャケ
ットが形成されるので、触媒と冷却水との熱交換効率が
高められる。この装置では、機関の暖機時初期には冷却
水流量調整手段が閉となるので、シリンダ冷却用ウォー
タジャケットから触媒冷却用ウォータジャケットへの冷
却水の流れが遮断され、触媒の暖機が促進される。そし
て、シリンダ冷却用ウォータジャケットの冷却水温が上
昇するにつれて冷却水流量調整手段の開度が徐々に大き
くなり、シリンダ冷却用ウォータジャケットから触媒冷
却用ウォータジャケットに流入し、ここで加熱された冷
却水が再びシリンダ冷却用ウォータジャケット内に流入
される。そのため、シリンダ冷却用ウォータジャケット
内を流れる冷却水の温度が高められ、機関の暖機も促進
される。そして、冷却水温の温度がさらに高くなって暖
機が完了すると、冷却水流量調整手段の開度が最大とな
り、シリンダヘッド冷却用ウォータジャケットから触媒
冷却用ウォータジャケットへ流れる冷却水量が著しく増
加する。したがって、触媒冷却用ウォータジャケットを
流れる冷却水により触媒は十分に冷却され、触媒の劣化
が防止される。

〔実施例〕

以下に、本考案に係る内燃機関のシリンダブロック構造
の望ましい実施例を、図面を参照して説明する。

第１実施例 第１図および第２図は、本考案の第１実施例に係る内燃
機関のブロック構造を示している。図中、１は４気筒用
のシリンダブロックを示し、シリンダブロック１にはピ
ストン（図示略）が嵌挿される４個のシリンダ２が形成
されている。シリンダブロック１には、各シリンダ２の
外周に冷却水を流すためのシリンダ冷却用ウォータジャ
ケット３が形成されており、該シリンダ冷却用ウォータ
ジャケット３にはシリンダブロック１の一方から他方へ
冷却水が流れるようになっている。つまり、冷却水はシ
リンダブロック１の一方に形成された冷却水入口４から
流入し、各シリンダの外周を連通するシリンダ冷却用ウ
ォータジャケット３を通り、他方に形成された冷却水出
口５から流出するようになっている。

シリンダブロック１には、各気筒から排出される排気ガ
スを流す排気ガス通路５が形成されている。この排気ガ
ス通路５の一部は、後述する触媒が収納される触媒室６
となっている。触媒室６の周囲には、触媒室６を包囲し
触媒室６の外周に冷却水を流すための触媒冷却用ウォー
タジャケット７が形成されている。この触媒冷却用ウォ
ータジャケット７は、触媒室６の外周に沿って楕円状に
形成されている。触媒冷却用ウォータジャケット７は、
第２気筒と第３気筒との間に位置しており、通路８を介
して、シリンダ冷却用ウォータジャケット３と連通され
ている。通路８は、第２図に示すように、シリンダ冷却
用ウォータジャケット３から触媒冷却用ウォータジャケ
ット７に冷却水が流入する入口部8aと、触媒冷却用ウォ
ータジャケット７に流入した冷却水が再びシリンダ冷却
用ウォータジャケット３へ流出する出口部8bとから構成
されており、入口部8aは出口部8bの下方に位置してい
る。

シリンダ冷却用ウォータジャケット３と触媒冷却用ウォ
ータジャケット７とを連通する通路８の入口部8aには、
機関の暖機時初期には閉となり、冷却水温が上昇するに
つれて開度が大となる冷却水流量調整手段としての制御
バルブ９が設けられている。制御バルブ９は、ECU（電
子制御装置）10に接続されており、このECU10はシリン
ダ冷却用ウォータジャケット３の冷却水出口下流に配置
された水温センサ11と接続されている。つまり、制御バ
ルブ９は、冷却水温を感知する水温センサ11からの信号
に基づいて出力信号を出力するECU10によって開度制御
されるようになっている。第３図は、水温センサ11が配
置される冷却水出口５の下流の冷却水温度と制御バルブ
９の開度量との関係を示しており、冷却水温が低温であ
る機関の暖機初期には、図のＡに示すように制御バルブ
９は完全に閉じており、暖機途中は冷却水温の温度上昇
とともに制御バルブ９の開度が徐々に大となり、暖機完
了後は図のＢに示すように制御バルブ９の開度は最大と
なる。つまり、暖機初期には、シリンダ冷却用ウォータ
ジャケット３から触媒冷却用ウォータジャケット７には
冷却水は全く流れず、制御バルブ９の開度が大きくなる
につれてその流量が増加するようになっている。

シリンダブロック１内に形成された排気ガス通路５の一
部を構成する触媒室６内には、保持部材12、13によって
保持された触媒14が配設されている。触媒14の下流に
は、触媒14を通過した排気ガスを下流側へと送るメイン
排気管15が設けられている。触媒14の出口側には、開口
部6aが設けられて触媒室６に連通可能となっている。触
媒室６には、サブ排気管16が接続されており、サブ排気
管16はシリンダブロック１外にてメイン排気管15に合流
されている。

触媒14の出口とメイン排気管15との間には、触媒14を通
過した排気ガスのメイン排気管15内への流入を制御可能
な開閉弁17が設けられている。開閉弁17は、ECU10から
の信号に基いて作動され、ECU10には、排気温センサ
（図示略）からの信号が入力されるようになっている。

このように構成された第１実施例においては、常時、シ
リンダ冷却用ウォータジャケット３の下流の冷却水温が
水温センサ11によって測定される。水温センサ11からの
信号はECU10に入力され、冷却水温の低い機関の暖機初
期には、シリンダ冷却用ウォータジャケット３と触媒冷
却用ウォータジャケット７とを連通する通路８の入口部
8aが制御バルブ９によって閉じられる。すなわち、触媒
冷却用ウォータジャケット７にはシリンダ冷却用ウォー
タジャケット３を流れる冷却水が流入されず、触媒室６
内に収納された触媒14の暖機が促進される。

シリンダ冷却用ウォータジャケット３を流れる冷却水の
温度が上昇すると、ECU10から冷却水温に応じた開信号
が出力され、制御バルブ９は所定の角度まで開かれる。
そのため、シリンダ冷却用ウォータジャケット３を流れ
る冷却水の一部が入口部8aから触媒冷却用ウォータジャ
ケット７に流入し、流入した冷却水はここで加熱され、
再び出口部8bを通ってシリンダ冷却用ウォータジャケッ
ト３に流入する。これにより、シリンダ冷却用ウォータ
ジャケット３を流れる冷却水の温度が高められ、機関の
暖機が促進される。

さらに、シリンダ冷却用ウォータジャケット３の下流側
を流れる冷却水の温度が高くなって暖機完了が確認され
ると、ECU10から制御バルブ９に全開の信号が出力さ
れ、入口部8aは全開状態となる。これにより、シリンダ
冷却用ウォータジャケット３から触媒冷却用ウォータジ
ャケット７に大量の冷却水が流入するようになり、触媒
14は積極的に冷却される。したがって、触媒14の冷却効
果は十分なものとなり、触媒14の劣化は防止される。

また、この実施例装置においては、エンジンおよび触媒
14が暖機途中のとき（暖機前）には、排気温センサの信
号に基づくECU10による制御により、開閉弁17が閉じら
れる。開閉弁17の閉により、触媒14を通過した排気ガス
はメイン排気管15には流れず、開口部6aから触媒室６へ
と流入し、触媒14周りを循環してサブ排気管16より排出
される。この再循環される排気ガスにより触媒14が周囲
からも暖められ、触媒周りに空間がない場合に比べ触媒
14の温度上昇が早まり、触媒14の暖機性が一層向上され
る。また、触媒14の暖機性が向上されると触媒室６も早
く暖められ、シリンダブロック１もす早く暖められてエ
ンジン本体の暖機性も向上される。

また、触媒14の暖機後には、排気温センサ、ECU10を介
して開閉弁17が開かれ、触媒14通過後の排気ガスは直接
メイン排気管15に導かれ排出される。したがって、触媒
室６には排気ガスは再循環されず、高温排気ガスによる
触媒14の過熱はない。

第２実施例 第４図ないし第６図は、本考案の第２実施例に係る内燃
機関のブロック構造を示している。第２実施例が第１実
施例と異なるところは触媒の数と配設される位置とその
近傍の形状であり、その他の部分は第１実施例に準じる
ので、準じる部分に第１実施例と同一の符号を付すこと
により準じる部分の説明を省略し、異なる部分について
のみ説明する。

第４図は、デュアルエキゾーストマニホールド、デュア
ル触媒（マニホルドコンバータあるいはスタートコンバ
ータ）を採用したエンジンのシリンダブロックを示して
いる。シリンダブロック１には２つの排気ガス通路21、
22が通されている。すなわち本実施例では、排気ガス通
路21、22によって触媒室23、24がそれぞれ形成され、こ
の触媒室23、24に触媒25、26が１個ずつ収納されてい
る。触媒室23、24の外周には冷却水を流すための触媒冷
却用ウォータジャケット27が形成されており、この触媒
冷却用ウォータジャケット27は通路８としての入口部8a
と出口部8bとを介して連通可能になっている。

触媒室23と触媒室24とは、適度な間隔をもって配置され
ており、触媒室23と触媒室24との間には、触媒冷却用ウ
ォータジャケット27を中央から分離する隔壁28が形成さ
れている。隔壁28は、触媒冷却用ウォータジャケット27
の一方の壁部から入口部8a、出口部8bに向かって突出す
る壁であり、先端は入口部8a、出口部8bの直前まで延び
ている。第６図は、隔壁28を形成しない場合の触媒冷却
用ウォータジャケット27′を示しているが、この場合は
触媒室23と触媒室24との廻りを流れる冷却水が干渉し合
うので、水廻りが悪く冷却水の流速が遅くなり、それぞ
れの触媒を十分に冷却することが難しい。したがって、
第４図のように隔壁28を形成することで、触媒冷却用ウ
ォータジャケット27における冷却水の流速を早めること
ができ、同一水量でも冷却性能を高めることが可能とな
る。

このように構成された第２実施例においては、機関の暖
機時初期には制御バルブ９が閉じられているので、触媒
冷却用ウォータジャケット27へ冷却水は流入されず、触
媒室23、24に収納された触媒25、26の暖機が促進され
る。冷却水温が上昇すると制御バルブ９は開となり、シ
リンダ冷却用ウォータジャケット３から触媒冷却用ウォ
ータジャケット27に冷却水が流入し、流入した冷却水は
この触媒冷却用ウォータジャケット27にて暖められ、再
び出口部8bを介してシリンダ冷却用ウォータジャケット
３に流入される。そのため、シリンダ冷却用ウォータジ
ャケット３を流れる冷却水の温度が高められ、機関の暖
機が促進される。

シリンダ冷却用ウォータジャケット３を流れる冷却水の
温度が高くなり暖機完了となると、制御バルブ９の開度
は最大となり、触媒冷却用ウォータジャケット27に流入
する冷却水量は大幅に増加される。この場合、触媒冷却
用ウォータジャケット27には隔壁28が形成されるので、
触媒冷却用ウォータジャケット27に流入した冷却水は各
触媒室23、24に沿って流れ、この流れが互いに干渉する
ことは防止される。したがって、冷却水の流速が早めら
れ、触媒25、26は十分に冷却され劣化が防止される。そ
の他の作用は第１実施例に準じる。なお、上述の各実施
例では、冷却水流量制御手段としてECU10によって制御
される制御バルブ９を用いたが、たとえば冷却水の温度
によって開度が変化するサーモスタット（バイメタ
ル）、形状記憶合金等の手段を用いてもよい。

〔考案の効果〕

本考案の内燃機関のシリンダブロック構造によれば下記
の効果が得られる。

（イ）排気ガス通路のシリンダブロック内部分に触媒を
収納した触媒室を形成し、該触媒室周囲に、シリンダを
冷却するシリンダ冷却用ウォータジャケットと連通する
触媒冷却用ウォータジャケットを設け、シリンダ冷却用
ウォータジャケットと触媒冷却用ウォータジャケットと
を連通する通路に、機関の暖機時初期には閉とされ冷却
水温が上昇するにつれて開度が大とされる冷却水流量調
整手段を設けるようにしたので、エンジン、触媒の暖機
性を共に向上させることができ、かつ暖機完了後におい
ては触媒を十分冷却することが可能となり、触媒の劣化
を防止することができる。

（ロ）暖機後の触媒が十分に冷却されることで、排気ガ
スの温度を低下させることができるようになり、排気ガ
ス温度制御が可能となる方向へ発展させることができ
る。

（ハ）触媒を収納する触媒室をシリンダブロック内に形
成したので、従来のマニホルドコンバータ触媒システム
よりもエンジン全体をコンパクト化することができると
ともに、シリンダブロック自体の剛性を高めることがで
きる。そして、シリンダブロック自体の剛性が高められ
ることにより、エンジンから発生する振動、騒音を低減
することも可能となる。

（ニ）なお、デュアルエキゾーストマニホルド、デュア
ル触媒を採用したエンジンでは触媒冷却用ウォータジャ
ケットに各触媒室を分離する隔壁を設けるようにすれ
ば、各触媒室の周囲を流れる冷却水の流れを早めること
ができ、触媒の冷却効果を著しく高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例に係る内燃機関のシリンダ
ブロック構造の断面図、 第２図は第１図の部分拡大断面図、 第３図は第１図の装置におけるシリンダ冷却用ウォータ
ジャケット下流の冷却水温と制御バルブの開度との関係
を示した関係図、 第４図は本考案の第２実施例に係る内燃機関のシリンダ
ブロック構造の断面図、 第５図は第４図の部分拡大断面図、 第６図は第４図の装置において触媒冷却用ウォータジャ
ケット隔壁が形成されない場合の断面図、 である。 １……シリンダブロック ３……シリンダ冷却用ウォータジャケット ６、23、24……触媒室 ７、27……触媒冷却用ウォータジャケット ８……通路 ９……冷却水流量調整手段 10……ECU（電子制御装置） 11……水温センサ 14、25、26……触媒 28……隔壁

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダブロック内を通る排気ガス通路
   と、 前記排気ガス通路のシリンダブロック内部分に形成さ
   れ、触媒が収納される触媒室と、 前記シリンダブロックの前記触媒室の周囲に形成される
   触媒冷却用ウォータジャケットと、 前記シリンダブロックに形成されたシリンダ冷却用ウォ
   ータジャケットと前記触媒冷却用ウォータジャケットと
   を連通する通路と、 前記通路に設けられ、機関の暖機時初期には閉とされ、
   前記シリンダ冷却用ウォータジャケットの冷却水温が上
   昇するにつれて開度が大となる冷却水流量調整手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック
   構造。