(57)【要約】【課題】エンジン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と、ラジエータに対する負荷を可及的に小さくした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】排気通路１の排気コンバータ４下流に排気クーラー５を設けると共に、該排気クーラー５にエンジンの冷却水回路１０から通水するように構成し、通水量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を浄化する排気コンバータの下流の排気通路に設けられて排気音を低減する排気消音器を備えると共に、該排気消音器と前記排気コンバータとの間の排気通路にエンジンとラジエータとの間のエンジン冷却水回路に接続されてエンジン冷却水が循環する排気クーラーを設け、該排気クーラーで冷却した後の排気を前記排気消音器に流通させるエンジンの排気消音装置において、前記排気クーラーの冷却水導入ポートにはエンジンを冷却された後の冷却水を導入すると共に、該排気クーラーの排出ポートをラジエータからエンジンへの供給通路に接続して該接続部より上流の前記供給通路に冷却水制御弁を設け、該冷却水制御弁を冷却水の温度に応じて開閉制御することを特徴とするエンジンの排気消音装置。
【請求項２】
エンジンからの排気を浄化する排気コンバータの下流の排気通路に設けられて排気音を低減する排気消音器を備えると共に、該排気消音器と前記排気コンバータとの間の排気通路にエンジンとラジエータとの間のエンジン冷却水回路に接続されてエンジン冷却水が循環する排気クーラーを設け、該排気クーラーで冷却された後の排気を前記排気消音器に流通させるエンジンの排気消音装置において、前記排気コンバータの下流の排気通路の一部に並列通路を形成し、該並列通路のうち少なくとも一方の通路にエンジンの作動状態に応じて該通路を開閉制御する排気制御弁を設けると共に、他方の通路に前記排気クーラーを設け、前記排気制御弁の制御状態に応じて前記排気クーラーに流通させる排気流量を制御することを特徴とするエンジンの排気消音装置。
【請求項３】
請求項２に記載されたエンジンの排気消音装置において、前記排気クーラーの冷却水導入ポートにはエンジンを冷却した後の冷却水を導入すると共に、該排気クーラーの排出ポートをラジエータからエンジンへの供給通路に接続して該接続部の上流の前記供給通路に冷却水制御弁を設け、該冷却水制御弁を冷却水の温度に応じて開閉制御す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消音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たエンジンの排気冷却装置にあって、エンジン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を浄化する排気コンバータの下流の排気通路に設けられて排気音を低減する排気消音器を備えると共に、該排気消音器と前記排気コンバータとの間の排気通路にエンジンとラジエータとの間のエンジン冷却水回路に接続されてエンジン冷却水が循環する排気クーラーを設け、該排気クーラーで冷却した後の排気を前記排気消音器に流通させるエンジンの排気消音装置において、前記排気クーラーの冷却水導入ポートにはエンジンを冷却された後の冷却水を導入すると共に、該排気クーラーの排出ポートをラジエータからエンジンへの供給通路に接続して該接続部より上流の前記供給通路に冷却水制御弁を設け、該冷却水制御弁を冷却水の温度に応じて開閉制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明では、エンジンからの排気を浄化する排気コンバータの下流の排気通路に設けられて排気音を低減する排気消音器を備えると共に、該排気消音器と前記排気コンバータとの間の排気通路にエンジンとラジエータとの間のエンジン冷却水回路に接続されてエンジン冷却水が循環する排気クーラーを設け、該排気クーラーで冷却された後の排気を前記排気消音器に流通させるエンジンの排気消音装置において、前記排気コンバータの下流の排気通路の一部に並列通路を形成し、該並列通路のうち少なくとも一方の通路にエンジンの作動状態に応じて該通路を開閉制御する排気制御弁を設けると共に、他方の通路に前記排気クーラーを設け、前記排気制御弁の制御状態に応じて前記排気クーラーに流通させる排気流量を制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明では、請求項２に記載されたエンジンの排気消音装置において、前記排気クーラーの冷却水導入ポートにはエンジンを冷却した後の冷却水を導入すると共に、該排気クーラーの排出ポートをラジエータからエンジンへの供給通路に接続して該接続部の上流の前記供給通路に冷却水制御弁を設け、該冷却水制御弁を冷却水の温度に応じて開閉制御することを特徴とする
【００１０】
【発明の作用および効果】
請求項１記載の発明にあっては、エンジンから排出された排気は排気コンバータで浄化された後で排気クーラーにて冷却されて体積を減少させるので、排気コンバータの排気浄化作用を阻害することなく、下流の排気消音器内での流量が減少して排気音が大幅に減少する。
一方、排気クーラー内での排気との熱交換によって昇温した冷却水はエンジンに戻されエンジンを冷却する。
このとき、排気クーラーからの冷却水の温度が高くなりすぎた場合には、冷却水制御弁を制御してラジエータにて冷却された冷却水を混流させ、エンジンを冷却する冷却水の温度を適正に制御して焼付き等を防止する。
【００１１】
請求項２記載の発明にあっては、所定のエンジン回転数までは排気制御弁を閉制御してエンジンから排出された排気は排気コンバータで浄化された後で排気クーラーにて冷却されて体積を減少させるので、排気コンバータの排気浄化作用を阻害することなく、下流の排気消音器内での流量が減少して排気音が大幅に減少する。
所定のエンジン回転数以上では排気制御弁を開制御して排気クーラーの流量を減少させ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。
【００１２】
請求項３記載の発明にあっては、請求項２記載の発明と同じ作用効果を奏すると共に、排気クーラー内での排気との熱交換によって昇温した冷却水はエンジンに戻されエンジンを冷却する。
このとき、排気クーラーからの冷却水の温度が高くなりすぎた場合には、冷却水制御弁を制御してラジエータにて冷却された冷却水を混流させ、エンジンを冷却する冷却水の温度を適正に制御して焼付き等を防止する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
【００１４】
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例のシステム図、図２は第２実施例のシステム図、図３は第３実施例の排気制御弁の配置を示す部分システム図、図４は第４実施例の排気制御弁の配置を示す部分システム図、図５は排気クーラーへの通水の有無での排気クーラー直後の排気温度をエンジン回転数に応じて対比した排気温度比較図、図６（ａ）、図６（ｂ）は第４実施例に適用される排気制御弁一体の排気クーラーの一実施例の概念図で、排気制御弁の開、閉の状態を示す作動説明図である。
【００１５】
本発明の第１実施例を図１に基づいて説明する。
１は排気通路で、エンジン２に接続された排気マニホールド３から延出しており、上流から排気を浄化する排気コンバータ４、排気クーラー５、排気消音器６が設けられている。
エンジン２は水冷式でラジエータ７との間に設けられた供給通路８と排出通路９とからなる冷却水回路１０が構成されており、供給通路８には該供給通路８を冷却水の温度に応じて開閉する冷却水制御弁１１が設けられている。
【００１６】
前記排気クーラー５は導入ポート５ａがエンジン２冷却後の前記排出通路９に、排出ポート５ｂが前記冷却水制御弁１１の下流の供給通路８にそれぞれ接続されている。
【００１７】
次に、第一実施例の作用を説明する。
エンジン２からの排気は排気コンバータ４にて酸化あるいは還元されて浄化され、高温の状態で排気クーラー５に流入し、冷却されて体積を縮小し排気消音器６を通って排出される。
【００１８】
前記排気クーラー５の直後の排気温度は図５にて明らかなように、排気クーラー５に毎分５リットルの流量で通水した場合には通水しないときよりも全エンジン回転数に亘って約２００℃の温度低下になっており、このために排気クーラー５の下流において排気体積が大幅に減少し排気消音器６内の排気流量が減少するので、エンジン２の全回転数に亘って排気音を低減できる。
【００１９】
一方、冷却水の通水制御は、冷却水温度が低い場合には冷却水制御弁１１を閉じてエンジン２冷却後の冷却水を導入ポート５ａから排気クーラー５に流入して排気を冷却した分温度を上昇させて排出ポート５ｂから排出されエンジン２に還流し、エンジン２を冷却して再び排気クーラー５へ送出される。
【００２０】
以上のように冷却水制御弁１１を閉じて冷却サイクルを行っていくと遂にはエンジン２が高温になり冷却水温も上昇し、冷却水が沸騰してエンジン２が焼きつく恐れが出てくる。
このような冷却水の高温状態に到ったときには冷却水制御弁１１を開にしてラジエータ７からの通水が開始されて冷却水の過剰な温度上昇が防止される。
【００２１】
即ち、排気クーラー５からの高温の帰還水はラジエータ７からの低温の冷却水と供給通路８にて合流してエンジン２内に送給され、エンジン２を冷却後に一部は排出通路９からラジエータ７に還流し他は排気クーラー５に再送給され、冷却サイクルが継続される。
【００２２】
次に第２実施例を図２に基づいて説明する。
この第２実施例の構成のうち第１実施例と共通の構成には同一の符番を付して説明する。
【００２３】
この第２実施例が第１実施例と異なるのは、排気コンバータ４の下流で排気消音器６の上流の排気通路１に並列通路１２の区間を設け、該並列通路１２のうち一方の通路にエンジンの作動状態に応じて該通路を開閉制御する排気制御弁１３を設けると共に、他方の通路に前記排気クーラー５を設け、前記排気制御弁１３の制御状態に応じて前記排気クーラー５に流通させる排気流量を制御するようになっている。
前記排気制御弁１３は比例式制御弁でエンジン回転数、スロットル弁開度、冷却水温度の条件に応じて比例制御される。
【００２４】
次に第２実施例の作用を説明する。
【００２５】
一般に排気流量はエンジン回転数の増加に伴って増大し、排気流量の増大に応じて背圧が増加して排気損失が増大するので、この排気損失が過大になって全体効率を悪化させないようにするために、所定のエンジン回転数になったら排気通路１を拡大して排気損失を抑制することが好ましい。
また回転数の増加と共に、図５からも明らかなように排気温度も上昇するので、排気クーラー５での熱交換によって、冷却水温度が上昇するためにラジエータ７の負担が増大する。従って、この点でもエンジン回転数に応じた制御が望まれる。
【００２６】
本実施例では１２０ヘルツのエンジン回転数（４気筒エンジンの場合は３６００ｒｐｍ、６気筒エンジンの場合は２４００ｒｐｍ）までは排気制御弁１３を閉として、排気の全量を排気クーラー５内を通過させて冷却し排気体積を減少させて排気音を低減させる。
【００２７】
次に１２０ヘルツ以上のエンジン回転数では排気制御弁１３の開度を徐々に大きくして、排気クーラー５を通過する排気流量を減少させる。
これによって背圧の上昇が抑制されると共に排気クーラー５での熱交換量が抑制されて冷却水温度の上昇が抑制される。
【００２８】
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。
【００２９】
図３は並列通路１２の両方に排気制御弁１３，１４を介装した第３実施例で、これら排気制御弁１３，１４を開閉逆に切り替えることによって、ラジエータ７に対する負担をさらに軽減できる。
図４は排気制御弁１４を排気クーラー５側の通路だけに設けた第４実施例で、略対応する図６（ａ），図６（ｂ）を参照して説明する。
【００３０】
図６（ａ）において排気クーラー５は両端が閉塞された円筒状の外筒５ｄと、該外筒５ｄの両閉塞端を貫通して両側に突出する複数の小排気管５ｃと、外筒５ｄの一側と他側の側面をそれぞれ貫通して固設された導入ポート５ａ，排出ポート５ｂと、外筒５ｄの外周面を囲繞して設けられた断熱材５ｅとから構成されている。
また前記導入ポート５ａと排出ポート５ｂも内部の冷却水が排気熱によって加熱されて沸騰するのを防止するために、二重管構造になっている。
【００３１】
このように構成された排気クーラー５は、排気通路１を構成する排気管１ａの途中を分断し、分断された排気管１ａの各端部が外筒５ｄの両端外周に嵌合して固定され、外筒５ｄの内部の前記複数の小排気管５ｃの間に導入ポート５ａから排出ポート５ｂへの冷却水通路が形成されている。
【００３２】
排気管１ａの途中に固定された排気クーラー５および両側の排気管１ａの各一部外周を囲繞して大排気管１５が設けられ、その内周にはこれら排気クーラー５および両側の排気管１ａの各一部外周との間に並列通路１２の一方となる環状の排気通路が構成され、前記複数の小排気管５ｃが並列通路１２の他方となる。分断された排気管１ａの上流側および下流側の外周面には複数の小孔１ｂ、１ｃが開口し、上流側の小孔１ｂから並列通路１２の一方を通って下流側の小孔１ｃから再び下流側の排気管１ａに到る排気通路となる。
【００３３】
上流側の排気管１ａの小孔１ｂの下流側には該排気管１ａ内の並列通路１２の他方を開閉する円盤状の弁体１３ａが配設されている。該弁体１３ａは、大排気管１５および排気管１ａを直径方向に貫通して大排気管１５に回動自在に支持された支軸１３ｂに固設されて並列通路１２の他方を開閉可能となっており、これら弁体１３ａと支軸１３ｂとによって排気制御弁１３が構成されている。
【００３４】
また、前記排気管１ａの上流側の小孔１ｂの断面積の総和、即ち、前記排気制御弁１３を閉制御したときの並列通路１２の最小通路断面積は上流側の排気管１ａの断面積に等しいか、これよりも大きく設定されている。
【００３５】
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５は例えば、エンジン２の低回転時には排気制御弁１３の弁体１３ａは図６（ａ）のように並列通路１２の他方を開として排気の大部分を排気クーラー５の小排気管５ｃを通って下流に流すので、排気は小排気管５ｃ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、下流の排気消音器６を介して大気に放出されるときの排気音は低減される。
【００３６】
次にエンジン２が高回転になった場合には図６（ｂ）のように弁体１３ａを駆動して並列通路１２の他方を閉じる。
この場合、排気の全量は小孔１ｂから並列通路１２の一方を通り、該一方の通路は断熱材５ｅによって排気クーラー５と隔成されているので排気クーラー５と熱交換を行うことはなく、冷却水温度が高温となったときにラジエータ７の負荷を大きくすることが回避される。
【００３７】
また、小孔１ｂ、１ｃを通過する際に排気は縮小、拡張を繰り返すので並列通路１２は縮小拡張型消音器として作用する。
さらに、小孔１ｂ（１ｃ）  の総面積は排気管１ａ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。
【００３８】
なお、排気制御弁１３を開と閉の状態の切換弁として説明したが、支軸１３ｂ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。
【００３９】
以上本発明の実施例を説明したが、本発明の構成は実施例のみではなく、例えば、排気クーラー５と排気制御弁１３を別体に構成してもよく、排気クーラー５と排気消音器６を一体に構成してもよい。
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は第１実施例のシステム図である。
【図２】図２は第２実施例のシステム図である。
【図３】図３は第３実施例の排気制御弁の配置を示す部分システム図である。
【図４】図４は第３実施例の排気制御弁の配置を示す部分システム図である。
【図５】図５は排気クーラーへの通水の有無での排気クーラー直後の排気温度をエンジン回転数に応じて対比した排気温度比較図である。
【図６】図６（ａ）、図６（ｂ）は第４実施例に適用される排気制御弁一体の排気クーラーの一実施例の概念図で、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。
【符号の説明】
１  排気通路
２  エンジン
３  エキゾーストマニホールド
４  触媒コンバータ
５  排気クーラー
５ａ  導入ポート
５ｂ  排出ポート
６  排気消音器
７  ラジエータ
８  供給通路
９  排出通路
１０  冷却水回路
１１  冷却水制御弁
１２  並列通路
１３，１４  排気制御弁
【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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【図６】
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