JPH08189334A

JPH08189334A - 自動車の排気冷却装置

Info

Publication number: JPH08189334A
Application number: JP6328896A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Shimonosono; 均下野園; Satoru Imabetsupu; 悟今別府; Ryuichi Toba; 隆一鳥羽; Yasunori Iwakiri; 保憲岩切
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1996-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】高負荷走行時の排気ガス冷却性能を向上さ
せ、触媒入口ガス温の低下を図る。【構成】少なくともエンジンＥの冷却水温度が一定以
上のとき駆動されるラジエータファン２Ａ、２Ｂと、エ
ンジンＥの排気マニホールド１０の下流側に接続され、
且つラジエータファン２Ａ、２Ｂの後流側に対向する部
分を持ち、エンジンＥの排気ガスを下流の触媒１２に導
く単管の排気管１１とからなる自動車の排気冷却装置で
あって、前記排気管１１の部分の外表面に冷却フィン１
３，１４，１５を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の排気冷却装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車においては、排気管の下流部に触
媒を配置し、排気ガスの浄化を図ることが行われてい
る。この場合、浄化効率の面ではエンジンの低温始動時
が問題となる。低温始動時は、触媒及び排気ガス温度が
低いため触媒が活性化しにくい。

【０００３】通常の車両ではエンジンの低温始動時に
は、ラジエータファンが駆動されないことで、排気管内
を通る排気ガスの保温が図られている。

【０００４】また、従来では、排気管を外管と内管の二
重管で構成し、排気ガスの接触する内管を薄肉に形成し
て熱容量を小さくすることにより、排気ガスの昇温特性
の向上を図ることが行われている（実開昭６２−６７９
２２号公報、実開昭５６−６５１２３号公報等参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術では、低温始動時には、排気ガスが保温されて触媒が
活性化されるものの、高負荷走行時には、触媒の入口温
度が高くなり過ぎ、触媒劣化を早めることがあった。特
に、二重排気管を用いて排気ガスの保温を図ったもので
は、保温がきき過ぎて、排気ガス温が高くなり過ぎるこ
とがあった。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮し、高負荷走行
時の排気ガスの過熱を抑えて、触媒の早期劣化を防止す
る排気冷却装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、少な
くともエンジンの冷却水温度が一定以上のとき駆動され
るラジエータファンと、前記エンジンの排気マニホール
ドの下流側に接続され、且つ前記ラジエータファンの後
流側に対向する部分を持ち、前記エンジンの排気ガスを
下流の触媒に導く単管の排気管とからなる自動車の排気
冷却装置であって、前記排気管の部分の外表面に冷却フ
ィンを設けたことを特徴とする。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１記載の自動車
の排気冷却装置であって、前記冷却フィンを前記ラジエ
ータファンの後流に向かう方向へ指向させたことを特徴
とする。

【０００９】請求項３の発明は、請求項２記載の自動車
の排気冷却装置であって、前記ラジエータファンに、前
記排気管の前方において下向き後流を生成するファンシ
ュラウドを設けると共に、前記冷却フィンの前端を、前
記下向き後流中に延ばし且つ該下向き後流と平行な方向
に湾曲させたことを特徴とする。

【００１０】請求項４の発明は、請求項３記載の自動車
の排気冷却装置であって、前記排気管の垂直に配された
部分に、前記冷却フィンを上下に複数段設けると共に、
上側の冷却フィンの前端よりも下側の冷却フィンの前端
を前方に延ばしたことを特徴とする。

【００１１】請求項５の発明は、請求項３または４記載
の自動車の排気冷却装置であって、前記ラジエータファ
ンが左右方向に並列に２台設置されると共に、各ラジエ
ータファンの回転方向が、両ラジエータファン間の中央
部において下向きとなるよう設定され、且つ前記排気管
の部分が両ラジエータファン間の中央部に配置されてい
ることを特徴とする。

【００１２】請求項６の発明は、請求項５記載の自動車
の排気冷却装置であって、前記ファンシュラウドが前記
ラジエータファンの上部側から前記冷却フィンの前端部
上方まで延出され、且つ前記ラジエータファンの回転中
心から前記ファンシュラウドまでの距離が、両ラジエー
タファン間の中央部で最小で、ラジエータファンの回転
方向と逆方向へ向かうほど大きく設定されていることを
特徴とする。

【００１３】請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれ
かに記載の自動車の排気冷却装置であって、前記排気マ
ニホールドが二重管で構成されていることを特徴とす
る。

【００１４】

【作用】請求項１の発明では、エンジンの低温始動時は
ラジエータファンが駆動されないから、排気ガスの保温
がなされる。エンジンが高温時には、ラジエータファン
が駆動されるから、排気管の周囲に冷却風が送られる。
その際、ラジエータファンの後流が冷却フィンに流れる
から、排気管の冷却が積極的に行われ、排気ガスの過熱
が抑えられる。

【００１５】請求項２の発明では、ラジエータファンの
後流を冷却フィンに効率良く接触させることができる。

【００１６】請求項３の発明では、ラジエータファンに
設けたファンシュラウドにより、排気管の前方において
下向き後流を生成するので、ラジエータファン後流によ
って周囲に撒き散らされていた熱流が、前記の下向き後
流によってエンジンルーム下方に導かれる。また、その
下向き後流中に冷却フィンの前端が流れを捕らえる形で
延ばされているので、効率良く冷却風を冷却フィンに沿
って排気管の周囲に導くことができる。

【００１７】請求項４の発明では、複数段の冷却フィン
に平均して冷却風を流すことができる。

【００１８】請求項５の発明では、両ラジエータファン
の中間に強力な下向き後流が生成され、冷却フィンに沿
って排気管の周囲へ導かれる冷却風量が増大する。

【００１９】請求項６の発明では、ラジエータファンの
後流が効率良く前記下向き後流になる。

【００２０】請求項７の発明では、エンジンの低温始動
時には、二重管で構成された排気マニホールドで排気ガ
スが保温されるので、排気ガスの昇温性能が高まる。ま
た、高温駆動時には、単管で構成された排気管の周囲に
ラジエータファンの後流を効率良く取り込むことができ
るので、排気ガスの放熱を促進することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００２２】図１は本発明の一実施例の側面図、図２は
平面図である。

【００２３】この実施例の車両は、横置きエンジン式の
ＦＦ車であり、エンジンルームＥＲ内には、中央にエン
ジンＥが配置され、エンジンＥの前方に排気マニホール
ド１０が配置され、排気マニホールド１０の更に前方に
ラジエータ１及びラジエータファン２Ａ、２Ｂが配置さ
れている。ラジエータファン２Ａ、２Ｂは軸流式の電動
ファンからなり、左右に２台並列配置されている。３は
ファン駆動モータを示す。これらのラジエータファン２
Ａ、２Ｂは、少なくともエンジンＥの冷却水温度が一定
以上のときに駆動され、それ以下のときには駆動されな
い。

【００２４】排気マニホールド１０は、外管の内部に隙
間をもって薄肉の内管（例えば肉厚０．５ｍｍ）を配し
た二重管構造のものであり、この排気マニホールド１０
の下流端には、フランジ１７、１８を介して、フロント
チューブ（排気管）１１が連結されている。このフロン
トチューブ１１は、熱容量低減のため薄肉化された単管
（肉厚０．８ｍｍ）からなり、フランジ１８から垂直に
下降して、Ｌ字形に水平方向に曲げられ、エンジンＥの
下方を通って後方に導かれ、触媒１２に達している。こ
のフロントチューブ１１は、２台のラジエータファン２
Ａ、２Ｂのちょうど中間部後方に位置している。

【００２５】このフロントチューブ１１の垂直下降部
（ラジエータファンの後流側に対向する部分）１１Ａの
外周には、上下に間隔をおいて３段の冷却フィン１３、
１４、１５が配設されている。これらの冷却フィン１
３、１４、１５は、単管式のフロントチューブ１１の外
周面に溶接等により、フロントチューブ１１の管軸と垂
直な姿勢で、互いに平行に接合されている。冷却フィン
１３、１４、１５の平面形状は、図示例では長方形に形
成しているが、円形や楕円形に形成してもよいし、それ
らを組み合わせた形に形成してもよい。いずれの場合
も、必要な表面積を確保できるものであればよい。冷却
フィンの前端１３ａ、１４ａ、１５ａはラジエータファ
ン２Ａ、２Ｂ側に延び出しており、上側のものから下側
のものに向かって順に、その延び出し量が大きく設定さ
れている。つまり、延び出し量が上から下に行くほど増
えるよう階段状に変化している。

【００２６】これら冷却フィンの前端１３ａ、１４ａ、
１５ａは、ラジエータファン２Ａ、２Ｂのファンシュラ
ウド５によって生成される下向き後流ＦＤ中に届くよう
延設されており、それぞれが上方に向けて緩やかに湾曲
され、その先端縁が前記下向き後流ＦＤの流れ方向と平
行になるよう偏向している。なお、隣接する冷却フィン
の前端１３ａ、１４ａ、１５ａ間には、下向き後流ＦＤ
の一部を取り込めるよう適当な隙間が確保されている。
また、冷却フィンの後端１３ｂ、１４ｂ、１５ｂは、エ
ンジンＥとの間に適当な間隔を開けるよう寸法設定され
ている。また、フランジ１８の下側で冷却フィン１３、
１４、１５の上方には、遮蔽板１９が固定されている。

【００２７】次に、ラジエータファン２Ａ、２Ｂのファ
ンシュラウド４、５について図３、図４を参照しながら
説明する。

【００２８】左右のラジエータファン２Ａ、２Ｂは、そ
れぞれ回転方向が、図４に示すように、両ラジエータフ
ァン２Ａ、２Ｂ間の中央部において下向きとなるよう設
定されている。つまり、左のラジエータファン２Ｂは右
回り（矢印イ方向）、左のラジエータファン２Ａは左回
り（矢印ロ方向）に設定されている。ラジエータファン
２Ａ、２Ｂの周囲には、通常の円形シュラウド４、４が
設けられており、円形シュラウド４、４の外側上部に
は、翼状のファンシュラウド５、５が左右対称に設けら
れている。

【００２９】こられの翼状のファンシュラウド５、５
は、ラジエータファン２Ａ、２Ｂの上部側から冷却フィ
ンの前端１３ａ、１４ａ、１５ａの上方まで延びてお
り、且つラジエータファン２Ａ、２Ｂの回転中心からフ
ァンシュラウド５、５までの距離Ｒが、両ラジエータフ
ァン２Ａ、２Ｂ間の中央部で最小で、ラジエータファン
２Ａ、２Ｂの回転方向と逆方向へ向かうほど大きく設定
されている。

【００３０】次に作用を説明する。

【００３１】エンジンＥの低温始動時はラジエータファ
ン２Ａ、２Ｂが駆動されないから、排気マニホールド１
０及びフロントチューブ１１には、ラジエータファン２
Ａ、２Ｂからの冷却風は当たらず、二重管で構成された
排気マニホールド１０で排気ガスが保温される。よっ
て、排気ガスの昇温性能が高まり、触媒１２が早期に活
性化される。

【００３２】一方、高負荷走行時にはラジエータファン
２Ａ、２Ｂが駆動され、それらの後流がフロントチュー
ブ１１に当たる。

【００３３】ここで、二重管を用いた場合と、用いない
場合の触媒入口部でのガスの昇温特性についての調査結
果を述べる。

【００３４】サンプルは、（１）排気マニホールドとフロントチューブを共に二重
管で構成したもの。

【００３５】（２）排気マニホールドを二重管にし、フ
ロントチューブを薄肉単管で構成したもの（冷却フィン
を除いた本実施例に相当）。

【００３６】（３）排気マニホールドとフロントチュー
ブを共に単管で構成したもの（従来例）である。

【００３７】また、調査条件は、車両停止でのソーク、
アイドル放置、一定走行である。

【００３８】結果は、アイドル状態で（１）、（２）は
殆ど差が無い。これは、単管では外部の放熱が大きいた
め昇温性能が悪化するが、始動直後には排気管外表面温
度が高くなっていないため、放熱がそれほど大きくなっ
ていず、熱容量が支配的であるためと考えられる。

【００３９】走行を開始すると、（２）は（１）よりも
低くなる。これは、単管の場合、外表面温度が上昇し、
冷却風による放熱が、外表面温度が低い二重管よりも大
きくなるためと考えられる。しかし、（３）と比較して
アイドル状態での昇温性能に優れるため、触媒の活性確
保ができる。

【００４０】以上のことから、排気マニホールド１０を
二重管で構成した場合、フロントチューブ１１を薄肉単
管で構成しても、昇温性能の向上を図れることがわかっ
た。だが、高負荷走行中の触媒熱劣化を回避するために
は、触媒入口ガス温度をある温度まで低減させる必要が
ある。

【００４１】この点、本実施例では、フロントチューブ
１１に冷却フィン１３、１４、１５を設けるとともに、
ラジエータファン２Ａ、２Ｂに特別な形のファンシュラ
ウド５、５を設けて、フロントチューブ１１の冷却を促
進させている。

【００４２】まず、ラジエータファン２Ａ、２Ｂの後流
の向きについて、図５を参照しながら説明する。図５
（ａ）は通常の円形シュラウド４、４の他に翼状のファ
ンシュラウド５、５が存在する場合（本実施例）の気流
の発生の仕方を示す。図５（ｂ）は通常の円形シュラウ
ド４、４のみが存在する場合（従来例）の気流の発生の
仕方を示す。

【００４３】図５（ｂ）に示す構造では、円形のシュラ
ウド４、４からの吐出流は、周方向速度成分による遠心
力で、外側に拡がりながら、旋回流ＦＲとなって流下し
ていく。よって、両ラジエータファンの中央部Ｃでは、
外側へ向かおうとする流れが合流するため、流れの乱れ
を生じてしまう。このことは、排気管周囲の高温空気を
エンジンルーム内へまき散らすことを意味するる。

【００４４】一方、図５（ａ）に示す構造では、遠心力
により拡がっていく旋回流ＦＲを、ファンシュラウド
５、５で整流して，半径方向速度成分を周方向速度成分
に変えるので、両ファンの中央部Ｃで、流れの方向を合
わせることになり、スムーズに合流させることができ
る。このようにして得られた流れは、両ファンの中央部
で強い斜め下向き後流ＦＤを生成することになるので、
フロントチューブをこの流れに近いところに配置するこ
とにより、フロントチューブ表面を通過する冷却風量を
増大させることができる。

【００４５】また、周囲へまき散らされていた熱流が、
上記の下向き後流ＦＤに沿ってエンジンルーム下方へ導
かれるため、全体的な雰囲気温度を低減でき、部品熱性
能の向上が図れる。

【００４６】このように、ラジエータファン２Ａ、２Ｂ
の後流は、中央部で斜め下向きの強い後流ＦＤとなる。
そして、この下向き後流ＦＤの中には、フロントチュー
ブ１１の冷却フィン１３、１４、１５の前端１３ａ、１
４ａ、１５ａが挿入されているので、冷却風が冷却フィ
ン１３、１４、１５に沿って流れ、フロントチューブ１
１の周囲を通過することになる。よって、フロントチュ
ーブ１１が積極的に冷却され、内部の排気ガスの過熱が
抑えられる。

【００４７】この際、各冷却フィン１３、１４、１５の
前端１３ａ、１４ａ、１５ａの位置を、上側のものほど
下向き後流ＦＤに対して後退させ、下側のものほど突き
出させているので、全部の冷却フィン１３、１４、１５
に沿って、平均して冷却風が流れることになる。また、
冷却フィン１３、１４、１５の前端１３ａ、１４ａ、１
５ａを上方に湾曲させることで、各前端１３ａ、１４
ａ、１５ａを下向き後流ＦＤの向きに平行に沿わせてい
るので、冷却フィン１３、１４、１５に流れ込む冷却風
の流れに剥離が生じることがなく、滑らかに冷却フィン
１３、１４、１５の表面に沿って冷却風が流れることに
なり、冷却効率が向上する。

【００４８】従って、高負荷走行時の排気ガスの過熱を
防止して、触媒の早期熱劣化を防止することができる。

【００４９】また、この実施例の冷却ファン１３、１
４、１５は、前端１３ａ、１４ａ、１５ａが上向きに湾
曲していることにより、フロントチューブ１１の表面の
輻射熱が、ラジエータファン２Ａ、２Ｂのファン駆動モ
ータ３に直接当たることを防止している。図７では、フ
ァン駆動モータ３の中心部から冷却フィン１３、１４、
１５の前端１３ａ、１４ａ、１５ａを直線Ｌで結んだ場
合を示している。いずれの直線Ｌも、フロントチューブ
１１の表面に達していないことから、ファン駆動モータ
３にとってフロントチューブ１１は陰になることが分か
る。よって、フロントチューブ１１の輻射熱は、ファン
駆動モータ３に達せず、ファン駆動モータ３の耐久性が
向上する。

【００５０】なお、上記実施例では、冷却フィン１３、
１４、１５のフロントチューブ１１への取付部を、フロ
ントチューブ１１の管軸方向に対して直交するように配
したが、ラジエータファン２Ａ、２Ｂの後流がより角度
をもって斜め下方に向かう場合には、冷却フィン１３、
１４、１５全体を、ラジエータファン２Ａ、２Ｂの後流
と平行な向きに傾斜させて、フロントチューブ１１に固
定してもよい。

【００５１】また、図８に示すように、製作上の利点か
ら、冷却フィン１３、１４、１５を単にフラットな板と
してもよい。その場合は、ラジエータファン２Ａ、２Ｂ
の後流が冷却フィン１３、１４、１５に対して若干沿わ
なくなるが、ある程度の冷却性能の向上は図れる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、エンジンの低温始動時は排気ガスの保温によっ
て触媒の活性化を図ることができる。また、エンジンの
高温駆動時にラジエータファンの後流を冷却フィンによ
って積極的に排気管の周囲に取り込むことができるの
で、排気管の冷却を促進することができる。従って、排
気管の冷却により、排気ガスの過熱が抑えられ、触媒入
口温度を低く抑えることができ、触媒の劣化防止を図る
ことができる。

【００５３】請求項２の発明によれば、冷却フィンに効
率良く冷却風を接触させることができるから、冷却性能
が向上する。

【００５４】請求項３の発明によれば、ラジエータファ
ンの後流によって周囲に撒き散らされていた熱流を、エ
ンジンルーム下方に導くことができるので、エンジンル
ームの全体的雰囲気温度を低下させることができる。ま
た、その下向き後流の一部を冷却フィンによって、効率
良く排気管の周囲に導くことができるので、冷却性能の
向上が図れる。

【００５５】請求項４の発明によれば、複数の冷却フィ
ン全てに効率良く冷却風を導くことができるので、冷却
性能がより向上する。

【００５６】請求項５の発明によれば、排気管の周囲へ
取り込む冷却風量を増大させることができ、冷却効率の
向上が図れる。

【００５７】請求項６の発明によれば、ラジエータファ
ンの後側に下向き後流を効率良く作ることができるの
で、排気管の冷却性能が向上する。

【００５８】請求項７の発明によれば、低温始動時には
排気ガスの昇温性能を向上させて、触媒の活性化を図る
ことができる。また、高温駆動時には排気ガスの過熱を
抑えて、触媒入口ガス温度を低下させ、触媒の早期劣化
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の側面図である。

【図２】同実施例の平面図である。

【図３】同実施例におけるラジエータファンのファンシ
ュラウドの構成を示す斜視図である。

【図４】同ラジエータファンのファンシュラウドの構成
図で、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側断面図であ
る。

【図５】同ラジエータファンのファンシュラウド（ａ）
と一般的なファンシュラウド（ｂ）の風の流れ方の違い
を説明するための斜視図である。

【図６】本発明の一実施例における排気ガスの昇温特性
を、比較例と比べて示す特性図である。

【図７】同実施例における冷却フィンの機能の説明に用
いる拡大図である。

【図８】本発明の別の実施例の側面図である。

【符号の説明】２Ａ，２Ｂラジエータファン５ファンシュラウド１０排気マニホールド１１フロントチューブ（排気管）１１Ａ垂直下降部１２触媒１３，１４，１５冷却フィン１３ａ、１４ａ，１５ａ前端ＥエンジンＦＤ下向き後流Ｒラジエータファンの回転中心からファンシュラウド
までの距離

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｐ 5/06 ５０４Ｚ (72)発明者岩切保憲神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともエンジンの冷却水温度が一定
以上のとき駆動されるラジエータファンと、前記エンジンの排気マニホールドの下流側に接続され、
且つ前記ラジエータファンの後流側に対向する部分を持
ち、前記エンジンの排気ガスを下流の触媒側に導く単管
の排気管とからなる自動車の排気冷却装置であって、前記排気管の部分の外表面に冷却フィンを設けたことを
特徴とする自動車の排気冷却装置。
【請求項２】請求項１記載の自動車の排気冷却装置で
あって、前記冷却フィンを前記ラジエータファンの後流に向かう
方向へ指向させたことを特徴とする自動車の排気冷却装
置。
【請求項３】請求項２記載の自動車の排気冷却装置で
あって、前記ラジエータファンに、前記排気管の前方において下
向き後流を生成するファンシュラウドを設けると共に、
前記冷却フィンの前端を、前記下向き後流中に延ばし且
つ該下向き後流と平行な方向に湾曲させたことを特徴と
する自動車の排気冷却装置。
【請求項４】請求項３記載の自動車の排気冷却装置で
あって、前記排気管の垂直に配された部分に、前記冷却フィンを
上下に複数段設けると共に、上側の冷却フィンの前端よ
りも下側の冷却フィンの前端を前方に延ばしたことを特
徴とする自動車の排気冷却装置。
【請求項５】請求項３または４記載の自動車の排気冷
却装置であって、前記ラジエータファンが左右方向に並
列に２台設置されると共に、各ラジエータファンの回転
方向が、両ラジエータファン間の中央部において下向き
となるよう設定され、且つ前記排気管の部分が両ラジエ
ータファン間の中央部に配置されていることを特徴とす
る自動車の排気冷却装置。
【請求項６】請求項５記載の自動車の排気冷却装置で
あって、前記ファンシュラウドが前記ラジエータファンの上部側
から前記冷却フィンの前端部上方まで延出され、且つ前
記ラジエータファンの回転中心から前記ファンシュラウ
ドまでの距離が、両ラジエータファン間の中央部で最小
で、ラジエータファンの回転方向と逆方向へ向かうほど
大きく設定されていることを特徴とする自動車の排気冷
却装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の自動車
の排気冷却装置であって、前記排気マニホールドが二重管で構成されていることを
特徴とする自動車の排気冷却装置。