(57)【要約】【課題】内燃機関の運転停止後における冷却水の沸騰を抑制することができる排気システムを提供する。【解決手段】  排気システム（１００）は、内燃機関（１０）の排気ポート（１２）から排出される排気を冷却水によって冷却する排気冷却部（１１０）と、排気冷却部と排気ポートから排出される排気を浄化する触媒を有する触媒部（３０）とを連通する排気通路（１２０，１２２）と、排気通路に配置され、排気通路の遮断状態と非遮断状態とを切替えるバルブ（１３０）と、内燃機関が運転状態であるか運転停止状態であるかを検出する運転状態検出手段（１４０）と、運転状態検出手段の検出結果に基づいて、バルブを制御する制御手段（１５０）と、を備えることを特徴とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ポートから排出される排気を冷却水によって冷却する排気冷却部と、
前記排気冷却部と前記排気ポートから排出される前記排気を浄化する触媒を有する触媒部とを連通する排気通路と、
前記排気通路に配置され、前記排気通路の遮断状態と非遮断状態とを切替えるバルブと、
前記内燃機関が運転状態であるか運転停止状態であるかを検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、前記バルブを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする排気システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記運転状態検出手段の検出結果が前記運転状態の場合は前記排気通路が前記非遮断状態になるように前記バルブを制御し、前記運転状態検出手段の検出結果が前記運転停止状態の場合は前記排気通路が前記遮断状態になるように前記バルブを制御する請求項１記載の排気システム。
【請求項３】
前記冷却水の状態を評価できるパラメータを取得する取得手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記取得手段の取得結果に基づいて、前記バルブを制御する請求項１記載の排気システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記取得手段の取得結果が閾値より小さい場合または前記運転状態検出手段の検出結果が前記運転状態の場合は、前記排気通路が前記非遮断状態となるように前記バルブを制御し、前記取得手段の取得結果が前記閾値以上の場合かつ前記運転状態検出手段の検出結果が前記運転停止状態の場合は、前記排気通路が前記遮断状態になるように前記バルブを制御する請求項３記載の排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関において、内燃機関の排気ポートから排出される排気は排気マニホールドを通過した後に排気浄化用の触媒を有する触媒部を通過する。このような内燃機関において、排気が高温になるおそれがある。そこで、特許文献１には、シリンダヘッドと排気マニホールドとの間に冷却水通路を有する水冷式の排気冷却部（排気冷却用アダプタ）を設けることによって、排気の温度上昇を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６４−１５７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に係る技術では、内燃機関の運転が停止されると排気冷却部に供される冷却水の循環も停止される。この場合、内燃機関の運転停止後に冷却水が沸騰するおそれがある。冷却水が沸騰した状態で内燃機関が運転再開されると、排気冷却部の機能を発揮させることが困難になるおそれがある。
【０００５】
本発明は、内燃機関の運転停止後における冷却水の沸騰を抑制することができる排気システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る排気システムは、内燃機関の排気ポートから排出される排気を冷却水によって冷却する排気冷却部と、前記排気冷却部と前記排気ポートから排出される前記排気を浄化する触媒を有する触媒部とを連通する排気通路と、前記排気通路に配置され、前記排気通路の遮断状態と非遮断状態とを切替えるバルブと、前記内燃機関が運転状態であるか運転停止状態であるかを検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、前記バルブを制御する制御手段と、を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係る排気システムによれば、運転状態検出手段の検出結果が運転停止状態の場合は排気通路を遮断状態にすることができる。それにより、内燃機関の運転停止後における触媒部側から逆流した気体による冷却部の加熱、触媒部の輻射熱による冷却部の加熱が抑制される。その結果、内燃機関の運転停止後における冷却水の沸騰を抑制することができる。
【０００８】
上記構成において、前記制御手段は、前記運転状態検出手段の検出結果が前記運転状態の場合は前記排気通路が前記非遮断状態になるように前記バルブを制御し、前記運転状態検出手段の検出結果が前記運転停止状態の場合は前記排気通路が前記遮断状態になるように前記バルブを制御してもよい。
【０００９】
上記構成は、前記冷却水の状態を評価できるパラメータを取得する取得手段をさらに備え、前記制御手段は、前記取得手段の取得結果に基づいて、前記バルブを制御してもよい。
【００１０】
この構成によれば、取得手段の取得結果が閾値以上かつ内燃機関が運転停止となった場合には排気通路を遮断状態とすることができる。この場合、冷却水の沸騰を抑制することができる。
【００１１】
上記構成において、前記制御手段は、前記取得手段の取得結果が閾値より小さい場合または前記運転状態検出手段の検出結果が前記運転状態の場合は、前記排気通路が前記非遮断状態となるように前記バルブを制御し、前記取得手段の取得結果が前記閾値以上の場合かつ前記運転状態検出手段の検出結果が前記運転停止状態の場合は、前記排気通路が前記遮断状態になるように前記バルブを制御してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内燃機関の運転停止後における冷却水の沸騰を抑制することができる排気システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施例１に係る排気システムが用いられる車両の模式図である。
【図２】図２は、内燃機関が運転停止状態の場合の車両の模式図である。
【図３】図３は、実施例１に係るＥＣＵのフローチャートの一例を示す図である。
【図４】図４は、実施例２に係る排気システムが用いられる車両の模式図である。
【図５】図５は、実施例２に係るＥＣＵのフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例１に係る排気システム１００について説明する。図１は、実施例１に係る排気システム１００が用いられる車両２００の模式図である。車両２００は、内燃機関１０と、冷却水用回路２０と、触媒部３０と、排気システム１００と、を備える。内燃機関１０のシリンダブロックには、吸気ポート１１および排気ポート１２が形成されている。
【００１６】
冷却水用回路２０は、後述する排気冷却部１１０に供される冷却水が循環するための回路である。冷却水用回路２０は、主としてラジエタ２１と、冷却水循環ポンプ２２と、リザーブタンク２３と、を備える。ラジエタ２１は、排気冷却部１１０に供される冷却水を外気との熱交換によって冷却する。冷却水循環ポンプ２２は、冷却水を循環させるためのポンプである。冷却水循環ポンプ２２は、内燃機関１０が運転を開始するとともに運転を開始し、内燃機関１０が運転を停止するとともに運転を停止する。リザーブタンク２３は、冷却水用回路２０を循環する冷却水を貯留するタンクである。
【００１７】
触媒部３０は、後述する排気管１２２の下流に接続されている。触媒部３０は、排気ポート１２から排出される排気を浄化するための触媒を有している。触媒部３０としては、例えば三元触媒装置等を用いることができる。
【００１８】
排気システム１００は、排気冷却部１１０と、排気通路（排気マニホールド１２０および排気管１２２）と、バルブ１３０と、運転状態検出手段１４０と、ＥＣＵ１５０と、を備える。
【００１９】
排気冷却部１１０は、排気ポート１２から排出される排気を冷却水によって冷却する装置である。本実施例において、排気冷却部１１０は、内燃機関１０のシリンダブロックに接続されている。排気冷却部１１０は、排気ポート１２から排出された排気が排気冷却部１１０を通過するための通路を有する。また、排気冷却部１１０は、冷却水が流動するための通路（以下、冷却水通路と称する）を有する。冷却水通路を流動する冷却水によって、排気ポート１２から排出された排気は排気冷却部１１０を通過する際に冷却される。なお、排気の冷却に供された冷却水は、ラジエタ２１において冷却されて、再び排気冷却部１１０に供給される。
【００２０】
排気通路は、排気冷却部１１０と触媒部３０とを連通する通路である。本実施例において、排気通路は、排気マニホールド１２０および排気管１２２を含む。排気マニホールド１２０は、排気冷却部１１０の下流に接続されている。排気管１２２は、排気マニホールド１２０の下流に接続されている。
【００２１】
バルブ１３０は、排気通路に配置されている。本実施例においては、バルブ１３０は、排気管１２２内に配置されている。バルブ１３０は、ＥＣＵ１５０からの指示を受けて、排気通路の遮断状態と非遮断状態とを切替える。具体的には、バルブ１３０が閉じることによって、排気通路は遮断状態となる。また、バルブ１３０が開くことによって、排気通路は非遮断状態となる。排気通路が非遮断状態となった場合、触媒部３０と排気冷却部１１０とは連通する。なお、図１においてバルブ１３０は開いている。
【００２２】
バルブ１３０は、ＥＣＵ１５０からの指示を受けて排気通路の遮断状態と非遮断状態とを切替えることができるものであれば、特に限定されない。バルブ１３０として、電動バルブ等を用いることができる。あるいは、バルブ１３０として、ＥＧＲ導入に使用する排気絞り弁を排気通路の遮断状態と非遮断状態とを切替えることができるように応用したものを用いてもよい。
【００２３】
運転状態検出手段１４０は、内燃機関１０が運転状態であるか運転停止状態であるかを検出して、検出結果をＥＣＵ１５０に伝える。運転状態検出手段１４０としては、特に限定されないが、例えばエンジン回転数センサ等を用いることができる。
【００２４】
ＥＣＵ１５０は、ＣＰＵ１５１、ＲＯＭ１５２およびＲＡＭ１５３を備えるマイクロコンピュータである。ＥＣＵ１５０は、運転状態検出手段１４０の検出結果に基づいてバルブ１３０を制御する制御手段としての機能を有する。
【００２５】
続いて、車両２００および排気システム１００の動作について説明する。まず、内燃機関１０が運転を開始すると、ＥＣＵ１５０はバルブ１３０が開くようにバルブ１３０を制御する。それにより、排気通路は非遮断状態となる。この場合、排気ポート１２から排出された排気は、排気冷却部１１０、排気マニホールド１２０、排気管１２２を流動して触媒部３０に到達する。触媒部３０において、排気は浄化される。触媒部３０を流動した排気は、その後車両２００の外部へ排出される。
【００２６】
また、内燃機関１０が運転を開始すると冷却水循環ポンプ２２は、冷却水の循環を開始する。それにより、排気冷却部１１０によって、排気ポート１２から排出された排気は冷却される。その結果、排気の温度上昇が抑制される。なお、冷却水は、ラジエタ２１によって冷却される。そのため、内燃機関１０が運転状態の場合、冷却水の沸騰は抑制されている。
【００２７】
図２は、内燃機関１０が運転停止状態の場合の車両２００の模式図である。内燃機関１０が運転停止状態となった場合、排気は発生しない。また、冷却水循環ポンプ２２の運転は停止される。ＥＣＵ１５０は、バルブ１３０が閉じるようにバルブ１３０を制御する。バルブ１３０が閉じることによって、排気通路は遮断状態となる。
【００２８】
ここで、内燃機関１０が運転状態の場合には、触媒部３０は、排気によって加熱される。よって、内燃機関１０が運転状態の場合、触媒部３０の温度は常温より高くなる。一方、内燃機関１０の運転停止後には触媒部３０は排気によって加熱されなくなる。しかしながら、内燃機関１０の運転停止後に触媒部３０の温度が直ちに常温にまで低下するとは限らない。そのため、排気システム１００がバルブ１３０を備えていない場合には、内燃機関１０の運転停止後に触媒部３０によって加熱された気体が逆流して排気冷却部１１０を加熱するおそれがある。また、内燃機関１０の運転停止後に触媒部３０の輻射熱が排気冷却部１１０を加熱するおそれがある。排気冷却部１１０が加熱されると、冷却水の沸騰のおそれが生じる。
【００２９】
その点、本実施例に係る排気システム１００によれば、内燃機関１０の運転停止後にバブル１３０が閉じるように制御される。それにより、内燃機関１０の運転停止後に触媒部３０側から逆流した気体によって排気冷却部１１０が加熱されることを抑制することができる。また、内燃機関１０の運転停止後に触媒部３０の輻射熱によって排気冷却部１１０が加熱されることを抑制することができる。内燃機関１０の運転停止後に排気冷却部１１０が加熱されることが抑制されることによって、冷却水の沸騰が抑制される。また、内燃機関１０が高負荷の状態（例えば車両２００が高速走行、登坂走行等の場合）の後に内燃機関１０の運転が急停止された場合のような、いわゆるデッドソークの場合であっても、冷却水の沸騰を抑制することができる。内燃機関１０の運転停止後における冷却水の沸騰が抑制されることによって、内燃機関１０が運転を再開させた場合に、排気冷却部１１０を早期に機能させることができる。
【００３０】
図３は、本実施例に係るＥＣＵ１５０のフローチャートの一例を示す図である。なお、ＥＣＵ１５０は図３のフローチャートを所定時間毎に繰り返し実行する。まず、ＥＣＵ１５０は、内燃機関１０が運転停止状態か否かを判定する（ステップＳ１０）。具体的には、ＥＣＵ１５０は、運転状態検出手段１４０の検出結果が運転停止状態であるか運転状態であるかを判定することによって、内燃機関１０が運転停止状態であるか否かを判定することができる。
【００３１】
ステップＳ１０において、内燃機関１０が運転停止状態であると判定された場合、ＥＣＵ１５０は、バルブ１３０を閉じるように制御する（ステップＳ２０）。それにより、排気通路は遮断状態となる。その結果、内燃機関１０の運転停止後における冷却水の沸騰が抑制される。次いで、ＥＣＵ１５０は、フローチャートの実行を終了する。
【００３２】
ステップＳ１０において、内燃機関１０が運転停止状態であると判定されなかった場合、ＥＣＵ１５０は、バルブ１３０を開くように制御する（ステップＳ３０）。この場合、排気通路は非遮断状態となる。それにより、排気ポート１２からの排気は排気冷却部１１０によって冷却された後に、排気通路および触媒部３０を通過して、外部に排出される。次いで、ＥＣＵ１５０は、フローチャートの実行を終了する。
【００３３】
以上のように、本実施例に係るＥＣＵ１５０によれば、運転状態検出手段１４０の検出結果が運転停止状態の場合は排気通路が遮断状態になるようにバルブ１３０を制御することから、内燃機関１０の運転停止後における冷却水の沸騰を抑制することができる。
【実施例２】
【００３４】
続いて、本発明の実施例２に係る排気システム１００ａについて説明する。図４は、実施例２に係る排気システム１００ａが用いられる車両２００ａの模式図である。排気システム１００ａは、冷却水の状態を評価できるパラメータを取得する取得手段をさらに備える点と、ＥＣＵ１５０の代わりにＥＣＵ１５０ａを備える点と、において、図１に示す排気システム１００と異なる。その他の構成は、排気システム１００と同様のため、説明を省略する。取得手段として、例えば、排気の温度を検出する温度センサ１６０または冷却水の温度を検出するセンサ、若しくは温度センサ１６０および冷却水の温度を検出するセンサが用いられる。本実施例においては、取得手段は温度センサ１６０である。
【００３５】
温度センサ１６０は、排気の温度を検出し、検出結果をＥＣＵ１５０ａに伝える。すなわち、温度センサ１６０は、排気の温度を検出する温度検出手段としての機能を有する。本実施例においては、温度センサ１６０は、排気マニホールド１２０に配置されて、排気マニホールド１２０内を通過する排気の温度を検出する。なお、温度センサ１６０は、排気の温度を直接検出する代わりに、内燃機関１０および車両２００ａにおいて排気が通過する排気通過部位の温度を検出してもよい。排気通過部位としては、例えばシリンダブロック、排気冷却部１１０、排気マニホールド１２０、排気管１２２、触媒部３０等が用いられる。
【００３６】
ＥＣＵ１５０ａは、温度センサ１６０の検出結果に基づいてバルブ１３０を制御する点において、ＥＣＵ１５０と異なる。具体的には、ＥＣＵ１５０ａは、温度センサ１６０の検出結果が閾値より小さい場合または運転状態検出手段１４０の検出結果が運転状態の場合は、バルブ１３０を開くように制御する。また、ＥＣＵ１５０ａは、温度センサ１６０の検出結果が閾値以上の場合かつ運転状態検出手段１４０の検出結果が運転停止状態の場合は、バルブ１３０を閉じるように制御する。
【００３７】
図５は、本実施例に係るＥＣＵ１５０ａのフローチャートの一例を示す図である。なお、ＥＣＵ１５０ａは図３のフローチャートを所定時間毎に繰り返し実行する。図５は、ステップＳ１０の前にステップＳ５をさらに備える点において、図３のフローチャートと異なる。その他の構成は図３と同様のため、説明を省略する。
【００３８】
ステップＳ５においてＥＣＵ１５０ａは、温度センサ１６０の検出結果が閾値以上か否かを判定する。閾値としては、例えば内燃機関１０の運転停止後に冷却水が沸騰すると考えられる温度を用いればよい。
【００３９】
ステップＳ５において温度センサ１６０の検出結果が閾値以上であると判定された場合、ＥＣＵ１５０ａはステップＳ１０を実行する。一方、ステップＳ５において温度センサ１６０の検出結果が閾値以上であると判定されなかった場合、ＥＣＵ１５０ａはステップＳ３０を実行する。
【００４０】
本実施例に係る排気システム１００ａによれば、温度センサ１６０の検出結果が閾値以上のときかつ内燃機関１０が運転停止状態となった場合に、排気通路を遮断状態とすることができる。それにより、運転停止後の冷却水の沸騰を抑制することができる。
【００４１】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、実施例２に係る排気システム１００ａは、図５のフローチャートのステップＳ５において、排気の温度を検出する温度センサ１６０の代わりに冷却水の温度を検出するセンサを用いてもよい。あるいは、排気システム１００ａは、ステップＳ５において、温度センサ１６０および冷却水の温度を検出するセンサの両方を用いてもよい。あるいは、排気システム１００ａは、ステップＳ５において、温度センサ１６０および冷却水の温度を検出するセンサ、その他の冷却水の状態を評価できるパラメータを取得する取得手段を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０  内燃機関
１１  吸気ポート
１２  排気ポート
２０  冷却水用回路
２１  ラジエタ
２２  冷却水循環ポンプ
２３  リザーブタンク
３０  触媒部
１００  排気システム
１１０  排気冷却部
１２０  排気マニホールド
１２２  排気管
１３０  バルブ
１４０  運転状態検出手段
１５０  ＥＣＵ
１６０  温度センサ
２００  車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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