JPS63208607A - 排気マニホルド冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野］ 本発明は、水噴射により排気マニホルドを効率よく冷却
するようにした排気マニホルド冷却装置に関し、とくに
エンジンの状態に応じて排気マニホルド冷却の度合を最
適化できるようにした装置に閏ηる。

［従来の技術１ 排気マニホルド自身の耐久性や過給機の耐熱性を向上す
るため、おるいは排気温を低減させて燃料のＯＴ　（０
ｖｅｒ　ｒｅｍｐｅｒａｌｌｌｒｅ　）増ωの低減、Ｗ
ＯＴ　（Ｗｉｄｅ　ＯＢ＋ｅｎ丁ｈｒｏｌｔｌｅ）燃費
のイ匹渉（をはがる１コめ、さらには機関の出力トルク
等の性能向上、ノッキング抑制をはかるために、排気マ
ニホルドの冷却が有効でおる口とか知られている。

排気マニホルドの強制冷却法としては、実開昭６１−５
７１１８号公報や実開昭６１−７８２１３号公報の排気
管冷却にみられると同様に空冷による方法も考えられる
が、空冷の場合には冷ム（Ｉ能力か限られるため、大ぎ
な効果を期待できない。

効率の高い冷却法として、従来から水冷によるものが種
々提案されている。

たとえば、実開昭６１−２１８１４号公報、実開昭６１
−１３４５１３号公報には、排気マニホルドの外周にウ
ォータジャケットを８２け、該つΔ−タジ（・々ツ（・
に冷Ｊ、（１水を流−１」、うにしｌこ構造が開示され
ている。また、１ノ１気ン二ボルトの冷Ｍを対印とした
しのではないか、機関のシリンダ外壁に水シヤワーをか
けるようにした構造も知られている（実開昭５６−１３
８１１３号公報）。さらに、冷Ｎｊヒレ例さの機関全体
に、微細な水滴を含む冷却用空気の流れを当てるように
した構造も知られている（特開昭５５−６０６１８号公
報）。

しかしながら、実開昭６１−２１８１４号公報、実開昭
６１−１３４５１３号公報（こ示された構造では、排気
マニホルド外周に形成されたウオータシセケッ１〜内に
冷却水を充満させる構造になっているので、水の介在に
より排気マニホルドの熱量けが増し、機関の暖は性か悪
化するという問題がある。また、上記のような水冷構造
の場合、排気□　　マニホルドで吸収した熱量をエンジ
ン冷却水用ラジェータで大気へ故山する必要かあり、ラ
ジェータの大型化か必要になるという問題もある。

また、実開昭５６−１３８１１３号公報に示された構造
は、排気マニホルドを対中と覆るものではないか、この
ような構造を仮に排気マニホルド外因の１７Δ＝タシャ
ケツｌ−４こ適用したとしても、単に水シヤワーをかＧ
−Ｊるだｔプであるので、ウォータジャケット内に均一
に水シヤワーがゆきわたらり、したかってＩＪ［気マニ
ホルドが均一に冷ム［１されないという問題がある。高
温の排気マニホルドが不均一に冷却されると、却って排
気マニホルドの熱歪を助長することにもなりかねない。

上記のような問題を解消Ｊるために、先に本出願人によ
り、排気マニホルド外周周囲に形成されたつＡ−タジャ
ケット内に水噴射手段からの噴霧状の水を導入し、該水
噴霧の気化潜熱を利用することにより、排気マニホルド
部の熱容量をとくに増大させることなく、排気マニホル
ド外周のウォータジャケット内に水噴霧を均一にゆきわ
たらせ、排気マニホルドを均一にかつ効率よく冷却する
ようにした装置か提案されている。とくに、過給空気の
一部をウォータジャケットに導入し、その流れにのせて
水噴霧を導入Ｊることにより、噴霧をウォータジャゲッ
ト内に均一に分散させることができ、−喘均一な冷却が
可能となる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記光に本出願人により提案された排気マニ
ホルド冷ｆ、［１装置の改良に係るものであり、排気マ
ニホルドの冷却ｍ合をエンジンの状態に応して最適化可
能に覆ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段１ この目的に沿う本発明の排気マニホルド冷却装置は、排
気マニホルドの周囲に形成されたウォータジャケラ１−
と、該ウォータシ（ｌクツ（〜内に向けて噴霧状の水を
噴射可能な水噴射量０とを備えた排気ン二ホルト冷却装
置において、上記水噴射手段を、該水噴射手段からの水
噴射量をエンジン回転数とエンジン旬間とに応じて制御
する制御装置に接続したものから成っている。

ここで、水噴割手段は、たとえば水噴射ノズル、あるい
は過給空気の一部をつ４−タジャケットに導入し、該過
給空気導入通路にベンチュリを設（プて該ヘンチュリ部
に水タンクから水を吸引させ、該水供給路に電磁弁又は
流量制御弁を設けたものからなる。

水噴射手段が水噴α１ノズルである場合には、水哨１；
）Ｊ＠の制御は、連続噴射、断続噴射、停止のいすれか
１制御することにより行なわれる。

［作　　用１ このような排気マニホルド冷却装置においては、噴霧状
の水が排気マニホルド周囲のつΔ−タジャ々ツト内に導
入され、ウォータジャケット内に均一に分散されて、主
として水噴霧が排気マニホルドの熱により気化される際
の気化潜熱ｔこより高温の排気マニホルドが効率よく冷
却されるが、エンジン回転数とエンジン匂荷によりエン
ジンの状態か推定され、その機関の状態に応じて、水噴
射量が予め定められた最適ωになるように制御される。

したかって、排気マニホルドはエンジンの状態に応じて
最適な温磨に保たれるように冷却される。

（の結宋、排気マニホルド温か最適化され、排気カス温
最適化による排気エミッション向上、？！ｉ費の向上、
また、過熱防止、急冷防１Ｆによる排気マニホルドの耐
久性、信頼性向上、ざらには１暖機性の確保等が効率よ
く達成される。

（実施例Ｉ Ｌｘ下に、本発明の望ましい実施例を図面を参照してβ
（四重る。

第１実施例 第′１図は、本発明の第１実施例に係る排気マニホルド
の冷却装置を示している。図において、１はエンジン、
２はシリンダブロック、３はシリンタｌ＼ット、４は吸
気ポート５へと接続される吸気ン二ホルト、６は排気ポ
ート７から接続される排気マニホルドを、ぞれぞれ示し
ている。排気マニホルド６には、過給機８が取付けられ
ており、そのタービン９に排気ガスが導入され、エアフ
ローメータ１０、吸入タクト１１を介して吸入された空
気か、」ンプレッリ１２で圧縮される。圧縮された空気
は、過給空気として、吸気ダクト１３を介してインタク
ーラ１４に送られ、インタクーラ１４から吸気タクト１
５を介して吸気系へと送られる。１６はスロットルバル
ブを示している。

ここまでは通常の過給機イ」エンジンと同じ構造である
が、本発明においては次のような機構が設（プられる。

排気マニホルド６の外周には、その略全域にわたる、つ
Δ−タシ１／ケット１７か設けられている。

ウォータジャケット１７は、排気マニホルド６を二手管
構ｊ貴とすることにより形成されている。このつＡ−タ
シャノｌット１１と吸気タクト１５との間には、両者を
連通ｑ能に接続りる過給空気導入通路１８か設けられて
おり、過給空気導入通路１８を通して過給空気の一部を
導入できるようになっている。過給空気導入通路１８の
吸気ダクト１５／＼の接続部には、過給空気導入通路１
８側から吸気ダクト１５側ｌ＼の空気の逆流を防ｔｈづ
る逆止弁１９か設（Ｊられている。

過給空気導入通路１８のつＡ−タシャ／７ツ１〜１７人
ロ近傍には、つΔ−タシャケッ１〜１７内に向（りて噴
霧状の水を哨用する水噴射ノズル２０か設けられている
。この水噴射ノズル２０は、制御装置としての［ＥＣＬ
Ｊ２１に接続されてＥＣＵ２１からの信号に基づ“いて
作動される。ＥＣＵ２１には、本実施例では、エンジン
の冷却水水温信号２２、フューエルカッ１〜信号２３、
エンジン回転数信号２４、エンジン負荷信号としてのＱ
／Ｎ信号２５（Ｑ：吸気量、Ｎ：エンジン回転数）が入
力されている。この水噴射ノズル２０は、基本的にはＥ
ＦＩ制御における燃料噴射ノスルと同様の構成、機能を
有し、つ４−タジャケット１７人ロ部に向けて水を、制
御された母だけ哨剣覆る。

ウォータジャケット１７の下部には、ウォータジレノ７
ット１７から過給空気とともに水を排出する排出路とし
てのドレンパイプ２６か接続されている。

トレンパイプ２６には、冷却フィン２７か設けられ、空
冷にてつＡ−ウシ１２ケツト１７からの水噴霧を凝縮ざ
ぜるようになっている。ドレンパイプ２６の下端はトレ
ンタンク２８に接続され、トレンタンク２８の上部空間
でドレンパイプ２６からの気水が分離され、下部に水が
溜められるようになっている。ドレンタンク２８はポン
プ２９に接続され、ポンプ２９によりトレンタンク２８
内の水を水リターンパイプ３０を介して再び水噴射ノズ
ル２０へと循環させるようになっている。また、３１は
バッフルプレート、３２は気水分離フィルタを示してお
り、水切りされた過給空気が、リターンパイプ３３を介
して過給＋１８のコンブレラ＋Ｊ−１２の上流側へと戻
されるようになっている。

上記のよう（こ構成された実施例装置においては水噴射
ノズル２０から哨銅された水は、過給空気導入通路１８
から導入されてくる過給空気の流れにのり、Ｕ＾霧状と
なって、ウォータジャケット１７内に均一に分散する。

そして、その気化潜熱にまり抽気マニホルド６の熱を効
率よく奪い、ドレンバイブ２６で冷却されて凝縮し、ト
レンタンク２８に溜められる。溜められた水は再び水哨
用噴則ノスル２０１＼と送られ、気水分離された過給空
気は」ンプレッ＋７１２上流側に戻される。

このような系において、水噴４＝１ノズル２０からの水
噴射量はエンジンの状態に応じて次のように制御される
。

第２図にＥＣＵ２１における制御を示すように、まり、
ステップ１０１において、水温ｔにより水噴射制御を行
うか行わないかの判別をする。その基準として、排気系
に設けられる触媒の活性開始（または、フィードバック
制御開始）点からα゛ＣＣ上胃水温と覆る。

これは水噴射によって排気ガス温か低下しても、触媒活
性を失わない排気温ｖとするため、やや水温の上昇した
点、覆なわも排気温度がやや上昇した点にて、排気冷却
を行わせるｌζめである。なお、αの値については、適
合により決定覆る。

水温ｔが規定以下の場合、Ａへ進み、水噴射は行わない
。規定を越えた場合、ステップ１０２１＼進む。ステッ
プ１０２ではフューエルカット中か否かを判別Ｊる。フ
ューエルカット中であれば、Ｂへ進み、数回の断続噴射
後停止とし、排気マニホルド温低下（よるフューエルカ
ット復帰時の排気温低下を防止する。次にフューエルカ
ット中でない場合、ステップ１０３へ進む。ステップ１
０３．１０４．１０５にて、連続噴射、断続噴射、停止
の選択を行う。まず、第３図に示すように、エンジン回
転数Ｎとエンジン９荷Ｑ／Ｎの関係から、ＱＴ（Ｏｖｅ
ｒＴｅｍｐｅｒａｔｌｌｒｅ）増母域の境となる回転数
ａ、負荷すの２つのパラメータにより判別する。そして
各領域ア、イ、つ、工（応じて次のように制御される。

（１）Ｎ≦ａ、Ｑ／Ｎ≦ｂ、 ステップ１０３→１０５→Ａ［領域アの部分１領域アに
おける低負荷、低回転域では、排気マニホルド湿は過熱
するまでに至らす、排気冷却は行わない。

（２＞Ｎ＞ａ、Ｑ／Ｎ≦ｂ、 ステップ１０３→１０４→Ｃ［領域イの部分１領域イに
おＣプる低口荷、高回転域では、やや排気マニホルド温
は上昇するため、断続噴射４ごて冷却を行う。ＯＮ、　
ＯＦＦの時間設定は適合により決定する。

（３）Ｎ≦ａ、Ｑ／Ｎ＞ｂ、 ステップ１０３→１０５→Ｃ［領域つの部分１領域つに
おける高負荷、低回転域では、（２）と同様やや排気マ
ニホルド温は上昇するため、断続噴射にて冷却を行う。

なおＯＮ、ＯＦＦの時間設定は適合により決定する。

（４）　　Ｎ＞ａ、Ｑ／Ｎ＞ｂ。

ステップ１０３→１０４→Ｄ［領域工の部分］領域工に
おける高負荷、高回転域、ＯＴ増量域では、連続噴射に
て冷却を行う。なお数回の断続噴射を初期に行ない、連
続噴射による急冷から排気マニホルドのυ１れ、ひずみ
（リーマルショック）を防止するのが望ましい。ＯＮ、
　ＯＦＦの時間設定は適合により決定する。

上記のような各噴射パターンは、第４図ないし第７図に
示すように行われる。第４図は、水噴射か停止されてい
る場合、第５図は、数回断続噴射後停止する場合、第６
図は、断続噴射を継続して行う場合、第７図は断続噴射
後連続噴射を行う場合をそれぞれ示している。

第２実施例 次に、第８図に本発明の第２実施例を示す。本実施例に
おいては、水噴射ノズルは設（）られず、過給空気導入
通路１８の途中にベンチュリ４１が設けられている。そ
して、このベンチュリ４１の最小径部に、水タンク４２
からの水を噴射可能に水供給管４３が開口されている。

水供給管４３には、電磁弁（遮断弁）４４が介装されて
おり、水タンク４２から水供給管４３を介してベンヂュ
リ部旧へと吸引されていく水を遮断できるようになって
いる。この電１ｉｆｔｄ４は、遮断とともに水の流量の
調整も可能な流量調整弁であってもよい。４５は、ベン
チユリ４１十流側のり王力と水タンク４２内の圧力をバ
ランスさＩＪるバランスパイプである。また、本実施例
では、トレンパイプ４６にはクーランコンプレッサ４１
から冷媒を導く熱交換パイプ４８が巻かれており、トレ
ンパイプ４６内を通過する水蒸気を凝縮可能に構成され
ている。

このような構成を有づる実施例装置にあっても、電磁弁
４４の制御をＥＣＵ２１によりエンジンの条件に応じて
行うことにより、第１実施例と基本的には回じよう（水
噴射ωの制御を行うことが可能である。なお、上述の如
く、電磁弁４４の代りに流量制御弁とし、水噴射を第１
実施例の如くパルス状ではなく、連続的に行わせ、その
流量を制御するようにすることも可能である。その他の
構成、作用は第１実施例に準じるので、第８図の第１図
と幻応する部位に、第１図と同一の符号を付すことによ
り説明を省略する。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の排気マニボルト冷Ｆ、Ｉ
Ｉ装置によるときは、排気マニホルド外周に形成したウ
ォータジャケット内に向けて水噴ＱｉＪを行うに際し、
その０＾１：Ｊ［をエンジン回転数とエンジン負荷に応
じて最適な母に制御できるようにしたので、排気マニホ
ルド温をエンジンの状態に応じて予め定められた最適値
に制ｉ、Ｉ（ｌづることか可能になり、ＯＴ（曽量域に
おける燃費の向上、排気エミッションの向上、排気マニ
ホルド過熱防止、急冷防出による排気マニホルド耐久性
、（ｇ頼性の向上をはかることができる。

また、暖機中の排気マニホルドの温度低下によるエミッ
ション悪化の防止、フューエルカット時の排気マニホル
ドの温度低下防止をはかることも可能て′ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る排気マニホルド冷却
装置の全体構成図、 第２図は第１図の装置のＥＣＵにおＧフる制御フロー図
、 第３図はエンジン回転数とエンジン負荷とに拓１する水
噴射の制御領域を示す酬念図、 第４図ないし第７図は第１図の水噴ＩＪＪノ又ルの各制
御パターンを示すｔ＄　ｔ、）ｌパルスと時間との関係
図、 第８図は本発明の第２実施例に係る排気マニ小ルト冷ｆ
ＪＪ装置の全体構成図、 でおる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気マニホルドの周囲に形成されたウォータジャ
   ケットと、該ウォータジャケット内に向けて噴霧状の水
   を噴射可能な水噴射手段とを備えた排気マニホルド冷却
   装置において、前記水噴射手段を、該水噴射手段からの
   水噴射量をエンジン回転数とエンジン負荷とに応じて制
   御する制御装置に接続したことを特徴とする排気マニホ
   ルド冷却装置。