(57)【要約】【課題】排気冷却水回路をエンジン冷却水回路に接続して排気消音装置として作用するエンジンの排気冷却装置にあって、エンジン等の状態に対応した冷却水の制御が可能なエンジンの排気冷却装置を提供することにある。また他の目的は、ラジエータに対する負荷を可及的に小さくしてラジエータの大型化を極力回避することが可能なエンジンの排気冷却装置を提供することにある。【解決手段】排気管２を分断して間に排気クーラー１を介在させた第一通路４ａと、これと並列に第二通路４ｂを設け、この並列通路４各通路を排気制御弁５で開閉制御して排気との熱交換をエンジン状態等に応じて制御するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排気通路に設けられて排気を冷却するエンジンの排気冷却装置において、両端が閉塞された筒状の外筒と、該外筒の両閉塞端を貫通して両側に突出する複数の小排気管と、これら複数の小排気管の周囲に形成される冷却水通路と、該冷却水通路に一端を臨ませて前記外筒の側面を貫通して固設された導入ポートおよび排出ポートとを備えた排気クーラーを大径の大排気管内に収容すると共に、前記排気通路を構成する排気管を分断して間に前記大排気管を介装し、該大排気管内に前記排気クーラーの複数の小排気管を経由する第一通路と排気クーラーの外部の第二通路とからなる並列通路を構成して、少なくとも該並列通路の一方の通路を開閉する制御弁を排気クーラーに併設したことを特徴とするエンジンの排気冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたエンジンの排気冷却装置において、前記制御弁が前記第一通路のみを開閉するように配設されていることを特徴とするエンジンの排気冷却装置。
【請求項３】
請求項１に記載されたエンジンの排気冷却装置において、前記制御弁が前記第二通路のみを開閉するように配設されていることを特徴とするエンジンの排気消音装置。
【請求項４】
請求項１に記載されたエンジンの排気冷却装置において、前記制御弁が前記第一と通路前記第二通路を交互に開閉するように配設されていることを特徴とするエンジンの排気消音装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４に記載されたエンジンの排気冷却装置において、前記制御弁が比例式の制御弁であり、全閉と全開との間の任意の開度に制御されることを特徴とするエンジンの排気消音装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気通路に設けられた排気消音器の消音作用をより効果的に高めるエンジンの排気冷却装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排気通路に設けられた排気消音器の上流側に排気ガス冷却装置を配設し、この排気ガス冷却装置に冷却水を循環させて排気ガス温度を低下させ、温度低下による排気ガス流量の減少によって排気騒音を低減させるエンジンの排気消音装置は公知である。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７０５２８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のエンジンの排気消音装置にあっては、冷却水の供給源および供給回路に関しては何ら配慮されておらず、以下のような問題点を内包するものであった。
【０００５】
即ち、一般に水冷エンジンではエンジンとラジエータ間に冷却水回路を構成しているので、排気消音装置の冷却水の供給源としてこの冷却水回路を利用するのは搭載設備の増加を伴わない点でも好ましいが、エンジン冷却水回路に排気消音装置を単に接続するだけではエンジン等に不具合をきたす恐れがある。例えば、エンジンの状態によって冷却水の循環量を制御する必要があるが、排気クーラーへの冷却水の循環を配慮した冷却水回路の構成が望まれるところ、このような構成が何ら開示されておらず、実用に供するには問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、排気冷却水回路をエンジン冷却水回路に接続して排気消音装置として作用するエンジンの排気冷却装置にあって、エンジン等の状態に対応した冷却水の制御が可能なエンジンの排気冷却装置を提供することにある。
また他の目的は、ラジエータに対する負荷を可及的に小さくしてラジエータの大型化を極力回避することが可能なエンジンの排気冷却装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、エンジンからの排気通路に設けられて排気を冷却するエンジンの排気冷却装置において、両端が閉塞された筒状の外筒と、該外筒の両閉塞端を貫通して両側に突出する複数の小排気管と、これら複数の小排気管の周囲に形成される冷却水通路と、該冷却水通路に一端を臨ませて前記外筒の側面を貫通して固設された導入ポートおよび排出ポートとを備えた排気クーラーを大径の大排気管内に収容すると共に、前記排気通路を構成する排気管を分断して間に前記大排気管を介装し、該大排気管内に前記排気クーラーの複数の小排気管を経由する第一通路と排気クーラーの外部の第二通路とからなる並列通路を構成して、少なくとも該並列通路の一方の通路を開閉する制御弁を排気クーラーに併設したことを特徴とする
【０００８】
請求項２記載の発明では、請求項１に記載されたエンジンの排気冷却装置において、前記制御弁が前記第一通路のみを開閉するように配設されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明では、請求項１に記載されたエンジンの排気冷却装置において、前記制御弁が前記第二通路のみを開閉するように配設されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明では、請求項１に記載されたエンジンの排気冷却装置において、前記制御弁が前記第一と通路前記第二通路を交互に開閉するように配設されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明では、請求項１ないし請求項４に記載されたエンジンの排気冷却装置において、前記制御弁が比例式の制御弁であり、全閉と全開との間の任意の開度に制御されることを特徴とする。
【００１２】
【発明の作用および効果】
請求項１記載の発明にあっては、エンジン等の状態に応じて排気制御弁によって並列通路の少なくとも一方を開閉制御して、排気クーラーを流通する排気の流量を制御することにより、排気クーラーでの熱交換量が調整され、このためラジエータの負荷の増大が抑制されてラジエータの大型化を防止すると共に、排気冷却による所望の消音効果が得られる。
【００１３】
請求項２記載の発明にあっては、例えば所定のエンジン回転数までは排気制御弁を開制御してエンジンから排出された排気の少なくとも一部は第一通路内の排気クーラーを通過して冷却され体積を減少させるので、排気通路内での流量が減少して排気音が大幅に減少する。
次に所定のエンジン回転数以上では排気温度も高温となるが、排気制御弁を閉制御して排気を第二通路から流通をさせて排気クーラーでの熱交換を停止することによって、ラジエータの負担を軽減させることができてラジエータの大型化を回避できる。
以上のように本請求項の発明では、排気騒音の影響が大きいエンジン低回転時には冷却による消音作用を優先し、排気騒音の影響が比較的に小さいエンジン高回転時には排気クーラーの熱交換によるラジエータの熱負荷増大の防止を優先している。
【００１４】
請求項３記載の発明にあっては、例えば所定のエンジン回転数までは排気制御弁を閉制御して排気の全量を第一通路を流通させ排気クーラーで冷却して排気流量を減少させて排気音を低減する。
所定のエンジン回転数以上では排気制御弁を開制御する。このとき排気は流通抵抗の小さい第二通路の流量が大になり、流通抵抗の大きい排気クーラー側の第一通路の流量は小になる。これによって、排気クーラーでの熱交換量を抑制しラジエータの負担を軽減させることができてラジエータの大型化を回避できる。
したがって本請求項の発明にあっても低回転時の騒音低下性能の向上と、高回転時の熱負荷増大の防止を両立させることができる。
【００１５】
請求項４記載の発明にあっては、例えば所定のエンジン回転数までは第一通路の排気制御弁を開制御し、第二通路の排気制御弁を閉制御して排気の全量を第一通路を流通させ排気クーラーで冷却して排気流量を減少させて排気音を低減する。
次に所定のエンジン回転数以上では第一通路の排気制御弁を閉制御し、第二通路の排気制御弁を開制御して排気の全量を第二通路を流通させ、排気クーラーでの熱交換を停止することによってラジエータの負担を軽減させることができてラジエータの大型化を回避できる。
したがって本請求項の発明にあっても低回転時の騒音低下性能の向上と、高回転時の熱負荷増大の防止を両立させることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明では、請求項１ないし請求項４に記載された排気制御弁が比例式の排気制御弁であり、全閉と全開との間の任意の開度に比例制御されることによって、エンジン回転数やスロットル開度や冷却水温度等の状態の細かな変動に応じて連続的に制御することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
【００１８】
まず、構成を説明する。
図１は排気制御弁一体の排気クーラーの第１実施例の断面図で、図１（ａ）、図１（ｂ）はそれぞれ排気制御弁の開、閉の状態を示す作動説明図、図２は同じく第２実施例の排気制御弁で、図２（ａ），図２（ｂ）は排気制御弁の開、閉の状態を示す作動説明図、図３は同じく第３実施例の排気制御弁で図３（ａ），図３（ｂ）は排気制御弁の開、閉の状態を示す作動説明図である。
【００１９】
まず図１（ａ），図１（ｂ）に基づいて本発明の第一実施例を説明する。
図１（ａ）において排気クーラー１は両端が閉塞された円筒状の外筒１ａと、該外筒１ａの両閉塞端を貫通して両側に突出する複数の小排気管１ｂと、外筒１ａの一側と他側の側面をそれぞれ貫通して固設された二重管からなる導入ポート１ｃ，排出ポート１ｄと、外筒１ａの外周面を囲繞して設けられた断熱材１ｅとから構成されている。
【００２０】
このように構成された排気クーラー１はエンジンの排気通路を構成する排気管２の途中を分断し、分断された排気管２の各端部を外筒１ａの両端外周に嵌合固定することによって、排気クーラー１内の小排気管１ｂを通る並列通路４の一方としての第一通路４ａが構成され、外筒１ａの内部の前記複数の小排気管１ｂの間に導入ポート１ｃから排出ポート１ｄへの冷却水通路１ｆが形成される。
かくして図外のエンジン冷却水回路から導入ポート１ｃによって排気クーラー１内に導入され排出ポート１ｄからエンジン冷却水回路に帰還する排気冷却水回路が構成される。
【００２１】
また、排気管２の途中に固定された排気クーラー１および両側の排気管２の各一部外周を囲繞して大排気管３が設けられ、その内周にはこれら排気クーラー１および両側の排気管２の各一部外周との間に環状の排気通路が構成される。
【００２２】
一方、分断された排気管２の上流側および下流側の外周面には各々複数の小孔２ａ，２ｂが開口形成され、上流側の小孔２ａから前記環状の排気通路を通って下流側の小孔２ｂから再び下流側の排気管２に到る並列通路４の他方としての第二通路４ｂが構成される。
そして該第二通路４ｂの最小通路となる小孔２ａ（２ｂ）の断面積の総和は上流側の排気管２の断面積に等しいかこれよりも大きく設定されている。
【００２３】
前記上流側の排気管２の小孔２ａの下流側には該排気管２内の第一通路４ａを開閉する円盤状の弁体５ａが配設されている。該弁体５ａは、大排気管３および排気管２を直径方向に貫通して大排気管３に回動自在に支持された支軸５ｂに固設されて第一通路４ａを開閉可能となっており、これら弁体５ａ、支軸５ｂによって排気制御弁５が構成されている。
【００２４】
このように構成された排気制御弁一体型の排気クーラー１は例えば、エンジンの低回転時には排気制御弁５の弁体５ａは図１（ａ）のように第一通路４ａを開として排気の大部分を排気クーラー１の小排気管１ｂを通って下流に流すので、排気は小排気管１ｂ通過時に冷却水と熱交換を行い冷却されて体積を減少し、これによって大気に放出されるときの排気音は低減される。
【００２５】
次にエンジンが高回転になった場合には図１（ｂ）のように弁体５ａを駆動して第一通路４ａを閉じる。
この場合、排気の全量は小孔２ａから第二通路４ｂを通過するので、排気は排気クーラー１と熱交換を行わない。
これによってラジエータの負担を軽減させることができてラジエータの大型化を回避できる。
【００２６】
また前記第二通路４ｂは断熱材１ｅによって排気クーラー１と隔成されているので排気クーラー１と熱交換を行うことはなく、排気クーラー１内に滞留している冷却水の温度が上昇して沸騰するようなことはない。前記導入ポート１ｃ，排出ポート１ｄも二重管構造となっているので第二通路４ｂを通過する排気によって過熱されて沸騰するようなことはない。
【００２７】
さらに、小孔２ａ、２ｂを通過する際に排気は縮小、拡張を繰り返すので第二通路４ｂは縮小拡張型消音器として作用する。
また、小孔２ａ（２ｂ）  の総面積は排気管２の断面積と同じか、これよりも大きく設定されているので、排気流量の大きいエンジン高回転時にも排気圧力の上昇が防止され、エンジン性能を低下させることがない。
【００２８】
なお、排気制御弁５を開と閉の状態の切換弁として説明したが、支軸５ｂの回動を比例制御すれば任意の開度に制御する比例制御弁として電子制御することは可能である。また、切換弁の場合には排気圧応動弁とすることも可能である。
（第２実施例）
【００２９】
次に第２実施例を図２（ａ），図２（ｂ）に基づいて説明する。
この第２実施例は略第１実施例と同一の構成なので、同一の部材には同一の符番を付して重複した説明を省略する。
【００３０】
図２（ａ）において、排気管２は途中で分断され、間に大排気管３が介装されて固定されている。
大排気管３の内部には長手方向に伸びる隔壁６が固設され、内部が半円筒状の２つの通路に隔成され、一方に排気クーラー１が、他方には排気制御弁７の弁体７ａが配設されている。
本実施例の場合排気クーラー１の外筒１ａは断面が半円筒状に形成されている。
かくして排気クーラー１を経由する第一通路４ａと排気制御弁７の弁体７ａにて開閉される第二通路４ｂとからなる並列通路４が構成されている。
【００３１】
次に第２実施例の作用を説明する。
例えば、エンジンの低回転時には排気制御弁７の弁体７ａは図２（ａ）のように第二通路４ｂを閉とし、第一通路４ａを開として排気の全量を排気クーラー１の小排気管１ｂを通って下流に流すので、排気は小排気管１ｂ通過時に冷却水と熱交換を行い冷却されて体積を減少し、これによって大気に放出されるときの排気音は低減される。
【００３２】
次にエンジンが高回転になった場合には図２（ｂ）のように弁体７ａを駆動して第二通路４ｂを開く。
この場合、排気の一部は第一通路４ａを通過するが、小排気管１ｂで構成されている該第一通路４ａは流通抵抗が大きいために排気の大部分は第二通路４ｂを通過することとなり、排気クーラー１での熱交換が抑制され、冷却水の過熱が防止される。
これによってラジエータの負担を軽減させることができてラジエータの大型化を回避できる。
（第３実施例）
【００３３】
次に第３実施例を図３（ａ），図３（ｂ）に基づいて説明する。
この第３実施例が第２実施例と異なるのは、排気制御弁８が第二通路４ｂを開閉する弁体８ａに加えて、第一通路４ａにも弁体８ｃが配設され、第一通路４ａと第二通路４ｂを弁体８ｃと８ａによって交互に開閉するように構成されている点である。
【００３４】
次に、第３実施例の作用を説明する。
例えば、エンジンの低回転時には排気制御弁８の弁体８ａは図３（ａ）のように第二通路４ｂを閉とし、第一通路４ａを開として排気の全量を排気クーラー１の小排気管１ｂを通って下流に流すので、排気は小排気管１ｂ通過時に冷却水と熱交換を行い冷却されて体積を減少し、これによって大気に放出されるときの排気音は低減される。
【００３５】
次にエンジンが高回転になった場合には図３（ｂ）のように弁体８ａ，弁体８ｂを駆動して第二通路４ｂを開き、第一通路４ａを閉じる。
この場合、排気の全量は第二通路４ｂを通過することとなり、排気クーラー１での熱交換が抑制され、冷却水の過熱が防止される。
これによってラジエータの負担を軽減させることができてラジエータの大型化を回避できる。
【００３６】
以上本発明の実施の形態を第１、第２、第３の各実施例にて説明したが、本発明の構成はこれら各実施例のみではなく、例えば各排気制御弁５，７，８を開と閉の状態の切換弁として説明したが、支軸５ｂ、７ｂ、８ｂの回動制御を比例制御すれば任意の開度に制御する比例制御弁として電子制御することは可能である。また、切換弁の場合には排気圧応動弁とすることも可能である。
【００３７】
また上記作用では、エンジン回転数の大小に応じた制御を説明したが、スロットル開度の大小即ちエンジン負荷の大小や、冷却水温度の高低も加味して制御することが好ましい。
要は本発明の目的を逸脱しない限りにおける設計の変更は本発明の範疇にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は排気制御弁一体の排気クーラーの第１実施例の断面図で、図１（ａ）、図１（ｂ）はそれぞれ排気制御弁の開、閉の状態を示す作動説明図である。
【図２】図２は同じく第２実施例の排気制御弁で、図２（ａ），図２（ｂ）は排気制御弁の開、閉の状態を示す作動説明図である。
【図３】図３は同じく第３実施例の排気制御弁で図３（ａ），図３（ｂ）は排気制御弁の開、閉の状態を示す作動説明図である。
【符号の説明】
１              排気クーラー
１ａ            外筒
１ｂ            小排気管
１ｃ            導入ポート
１ｄ            排出ポート
１ｅ            断熱材
１ｆ            冷却水通路
２              排気管
２ａ，２ｂ          小孔
３              大排気管
４              並列通路
４ａ              第一通路
４ｂ              第二通路
５，７，８            排気制御弁
５ａ，７ａ，８ａ，８ｃ    弁体
５ｂ                支軸
６                    隔壁
【図１】
2004245127.tif 000003
【図２】
2004245127.tif 000004
【図３】
2004245127.tif 000005