(57)【要約】【課題】  内燃機関から排出される排気ガスの冷却能力を向上させることが可能な排気マニホールドの冷却構造を提供する。【解決手段】  ４気筒エンジン１の各気筒に排気ガス上流側端部が接続されて４気筒エンジン１から排出された排気ガスＧを排気ガス下流側端部へ流すヘッダーパイプ２と、ヘッダーパイプ２の内部を横断させて設けられ、該ヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧを冷却する冷却水を流す内部冷却水路６と、ヘッダーパイプ２の外側に設けられ、ヘッダーパイプ２排気ガスＧを冷却する冷却水を流す外部冷却水路８と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各気筒に排気ガス上流側端部が接続されて前記内燃機関から排出された排気ガスを排気ガス下流側端部へ流すヘッダーパイプと、
該ヘッダーパイプの内部を横断して設けられ、該ヘッダーパイプ内を流れる前記排気ガスを冷却する冷却水を流す内部冷却水路と、
前記ヘッダーパイプの外側に設けられ、前記ヘッダーパイプ内を流れる前記排気ガスを冷却する冷却水を流す外部冷却水路と、
を備えたことを特徴とする排気マニホールドの冷却構造。
【請求項２】
請求項１に記載の排気マニホールドの冷却構造において、
前記内部冷却水路と外部冷却水路内における前記冷却水の流れ方向を互いに逆方向にする、
ことを特徴とする排気マニホールドの冷却構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の排気マニホールドの冷却構造において、
前記内部冷却水路と前記外部冷却水路とは、前記排気ガスの温度に応じて前記冷却水の供給・遮断が制御される、
ことを特徴とする排気マニホールドの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載した内燃機関から排出された排気を冷却可能な排気マニホールドの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンの気筒から排出された排気ガスを、内燃機関に連結された排気マニホールドにおいて冷却水で冷却する排気マニホールドの冷却構造を用いることで、排気マニホールドや触媒などの排気系部品の耐久性を向上させている。
【０００３】
このような従来の排気マニホールドの冷却構造としては、自動車用内燃機関の各気筒に連結された排気マニホールドの、少なくとも内燃機関の各気筒に対応するヘッダーパイプ、場合によってはさらにコレクタ部の外側を水ジャケットで覆い、この水ジャケットの一方の気筒側から他方の気筒側へエンジン長手方向に沿って冷却水を流してヘッダーパイプを気筒順にその中を流れる排気ガスをそれぞれ冷却するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
また、別の従来の排気マニホールドの冷却構造としては、排気マニホールドの支管内を、内部にウォータジャケットを含んだ水冷部が貫通横断するようにしたものが知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２６０９５８号公報
【特許文献２】特開２００５−２１４１６２号公報
【特許文献３】特開２００９−１５６０４８号公報
【特許文献４】特開２０１０−２０３３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の各排気マニホールドの冷却構造には以下に説明するような問題がある。
上記特許文献１〜３に記載の排気マニホールドの冷却構造では、排気マニホールド外周側だけしか排気ガスを冷却することができず、しかも、排気マニホールドの長さはそれほど長くないので、その冷却能力が不足する場合がある。
【０００７】
上記特許文献４に記載の排気マニホールドの冷却構造では、排気マニホールドの内部に水冷部を設けているので、排気ガスの流れ抵抗を小さく抑える必要性および排気マニホールドの長さが短いことを考慮した場合、この水冷部はそれほど大きく、また長くすることはできず、この場合にもその冷却能力が不足する場合がある。
【０００８】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、内燃機関から排出される排気ガスの冷却能力を向上させることが可能な排気マニホールドの冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のため、請求項１に記載の本発明による排気マニホールドの冷却構造は、
内燃機関の各気筒に排気ガス上流側端部が接続されて内燃機関から排出された排気ガスを排気ガス下流側端部へ流すヘッダーパイプと、
ヘッダーパイプの内部を横断して設けられ、ヘッダーパイプ内を流れる排気ガスを冷却する冷却水を流す内部冷却水路と、
ヘッダーパイプの外側に設けられ、ヘッダーパイプ内を流れる排気ガスを冷却する冷却水を流す外部冷却水路と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の本発明による排気マニホールドの冷却構造は、請求項１に記載の排気マニホールドの冷却構造において、
内部冷却水路と外部冷却水路内における冷却水の流れ方向を互いに逆方向にする、
ことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の本発明による排気マニホールドの冷却構造は、請求項１または２に記載の排気マニホールドの冷却構造において、
内部冷却水路と外部冷却水路とが、排気ガスの温度に応じて冷却水の供給・遮断が制御される、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の本発明による排気マニホールドの冷却構造にあっては、内部冷却水路により排気マニホールドの内側から、また外部冷却水路により排気マニホールドの外側から、同時に排気マニホールド内を流れる排気ガスを冷却することが可能としたので、その排気マニホールドの長さが短いにも関わらず、排気ガスの温度が高いときであっても、排気ガスを十分冷却することができ、排気マニホールドや触媒などの排気系部品の寿命を向上させることができる。
【００１３】
請求項２に記載の本発明の排気マニホールドの冷却構造にあっては、ヘッダーパイプの内外を横断する内部冷却水路と外部冷却水路内における冷却水の流れ方向を互いに逆方向にすることで、複数本のヘッダーパイプ内を流れる排気ガスの冷却効果のバラツキを抑制することができる。
【００１４】
請求項３に記載の本発明の排気マニホールドの冷却構造にあっては、排気ガスの温度に応じて、内部冷却水路と外部冷却水路との一方、両方に選択的に冷却水を供給したり、内部冷却水路と外部冷却水路との両方とも冷却水を供給しないようにしたりして、排気ガスの温度に応じた冷却水の最適な冷却制御が可能となり、排気マニホールドや触媒などの排気系部品の寿命を向上させることができるとともに、排気ガスの浄化性能も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１の排気マニホールドの冷却構造を示す全体図である。
【図２】図１のＳ２−Ｓ２線における縦断面図である。
【図３】図１のＳ３−Ｓ３線における縦断面図である。
【図４】本発明の実施例２の排気マニホールドの冷却構造を示す模式図である。
【図５】本発明の実施例２の排気マニホールドの冷却構造の制御内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
まず、実施例１の全体構成を説明する。なお、この実施例１では直列４気筒エンジンに適用される排気マニホールドの冷却構造を例にとって説明する。
【００１８】
この実施例１の排気マニホールドの冷却構造は、図１〜３に示すように、直列４気筒エンジン１の各気筒に排気ガス上流側端部が接続されて４気筒エンジン１から排出された排気ガスを排気ガス下流側端部へ流す４本のヘッダーパイプ２と、４本のヘッダーパイプ２の排気ガス上流側端部に設けられたヘッド側フランジ３と、４本のヘッダーパイプ２の排気ガス下流側端部に設けられた排気マニホールド側フランジ４と、ヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧをヘッダーパイプ２の内部から冷却する内部冷却水路管５と、ヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧをヘッダーパイプ２の外側から冷却する外部冷却水路管７と、備える。
なお、ヘッダーパイプ２は上流側排気マニホールドを構成する。
【００１９】
ヘッド側フランジ３は、図１に示すように、直列４気筒エンジン１のシリンダヘッドに取り付けられる。排気マニホールド側フランジ４には、多岐パイプ９ａとコレクタ部９ｂとからなる下流側排気マニホールド９のフランジ９ｃが取り付けられる。これにより、直列４気筒エンジン１の各気筒から排出された排気ガスＧは、上流側排気マニホールドを構成する各ヘッダーパイプ２を経由して下流側排気マニホールド９へ流される。そして、各多岐パイプ９ａに流れ込んだ排気ガスは、コレクタ部９ｂで統合され、図示を省略した下流側の触媒、マフラー等へ流れる。
【００２０】
内部冷却水路管５は、ヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧを冷却する冷却水を流す内部冷却水路６を形成する。
この内部冷却水路管５は、図２、３に示すように、その断面がヘッダーパイプ２の長手方向に沿った扁平で、ヘッダーパイプ２の内側、すなわち、４本のヘッダーパイプ２の中心部を貫通して横断する状態で設けられる。
そして、この内部冷却水路管５の供給側端部と排出側端部には、図２に示すように、内部冷却用配管１０が接続される。
【００２１】
外部冷却水路管７は、ヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧを冷却する冷却水を流す外部冷却水路８を形成する。
この外部冷却水路管７は、ヘッダーパイプ２の外側、すなわち、４本のヘッダーパイプ２の上側外周面に沿って４気筒エンジン１の長手方向に連続する上側外部冷却水路８ａを形成する上側外部冷却水路管７ａと、４本のヘッダーパイプ２の下側外周面に沿って４気筒エンジン１の長手方向に連続する下側外部冷却水路８ｂを形成する下側外部冷却水路管７ｂとを備える。
そして、この上下両外部冷却水路管７ａ、７ｂの供給側端部と排出側端部に接続される外部冷却用配管１１は、図２に示すように、１本に集合されている。
【００２２】
なお、この実施例１では、図２に示すように、内部冷却水路６と外部冷却水路８内における冷却水の流れ方向が互いに逆方向になるように、内部冷却用配管１０と、外部冷却用配管１１からそれぞれ冷却水が供給される。
【００２３】
次に、実施例１の作用を説明する。
この実施例１の排気マニホールドの冷却構造では、上述のように構成されるため、直列４気筒エンジン１の各気筒から排出された排気ガスＧは、図１、３に示すように、各ヘッダーパイプ２を経由して下流側排気マニホールド９に流れる。そして、下流側排気マニホールド９で各多岐パイプ９ａに流れ込んだ排気ガスは、コレクタ部９ｂで統合され、図示を省略した下流側の触媒、マフラー等へ流れて浄化及び消音された状態で車外に排出される。
【００２４】
一方、内部冷却用配管１０から内部冷却水路管５に供給された冷却水は、図２に示すように、４本のヘッダーパイプ２の中心部を貫通して横断する状態で設けられた内部冷却水路６内を、図２の左方向から右方向へ向けて流れ、これにより、各ヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧをヘッダーパイプ２の内側から冷却する。
【００２５】
また、外部冷却用配管１１から分岐して上側冷却水路管７ａと下側冷却水路管７ｂに供給された冷却水は、４本のヘッダーパイプ２の上側外周面と下側外周面に沿って上側冷却水路８ａと下側冷却水路８ｂ内を、内部冷却水路６とは逆の図３の右方向から左方向へ向けて流れ、これにより、各ヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧをヘッダーパイプ２の外側上下両面からも冷却する。
【００２６】
すなわち、ヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧを、ヘッダーパイプ２の内側と外側の両面から冷却することで、排気ガスＧを効率的に冷却する。
また、外部冷却水路管７を備えることで、内部冷却水路管５の容量が小さくても排気ガスＧを十分に冷却することができ、これにより、ヘッダーパイプ２の内部に配置される内部冷却水路管５による排気ガスの流れ抵抗を小さく抑えることができる。
【００２７】
また、ヘッダーパイプ２の内外を横断する内部冷却水路６と外部冷却水路８内における冷却水の流れ方向が互いに逆方向であるため、冷却水温度の低い供給側と冷却水温度の高い排出側が、内部冷却水路６と外部冷却水路８で逆になる。これにより、４本のヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧの冷却効果のバラツキが抑制される。
【００２８】
次に、本発明実施例１の効果を説明する。
(1) 実施例１の排気マニホールドの冷却構造にあっては、内部冷却水路６によりヘッダーパイプ２の内側から、また外部冷却水路８によりヘッダーパイプ２の外側から、同時にヘッダーパイプ２内を流れる排気ガＧを冷却することが可能としたので、そのヘッダーパイプ２の長さが短いにも関わらず、排気ガスＧの温度が高いときであっても、排気ガスＧを十分冷却することができ、下流側排気マニホールド９や触媒などの排気系部品の寿命を向上させることができる。
【００２９】
(2) また、外部冷却水路管７を備えることで、内部冷却水路管５の容量が小さくても排気ガスＧを十分に冷却することができ、これにより、ヘッダーパイプ２の内部に配置される内部冷却水路管５による排気ガスの流れ抵抗を小さく抑えることができる。
【００３０】
(3) ヘッダーパイプ２の内外を横断する内部冷却水路６と外部冷却水路８内における冷却水の流れ方向を互いに逆方向にすることで、４本のヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧの冷却効果のバラツキを抑制することができる。
【００３１】
次に、他の実施例について説明する。この他の実施例の説明にあたっては、前記実施例１と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【実施例２】
【００３２】
この実施例２の排気マニホールドの冷却構造は、内部冷却水路６と外部冷却水路８とが、排気ガスＧの温度に応じて冷却水の供給・遮断を制御するようにした点で上記実施例１とは相違したものである。
【００３３】
すなわち、この実施例２では、図４に示すように、下流側排気マニホールド９のコレクタ部９ｂを流れる排気ガスＧの温度を測定する温度センサ１２と、内部冷却用配管１０と外部冷却用配管に配置される開閉弁１３、１４と、温度センサ１２で検出された排気ガスＧの温度に応じて開閉弁１３、１４の開閉制御を行うコントローラ１５と、を備える。その他の構成は実施例１と実質的に同一である。
【００３４】
次に、コントローラ１５の制御内容を図５のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップＳ１では、温度センサ１２で検出されたコレクタ部９ｃを流れる排気ガスＧの温度が第１閾値以上であるか否かが判定され、ＮＯ（第１閾値未満）であるときは、ステップＳ２に進み、内部冷却用開閉弁１３及び外部冷却用開閉弁１４の両方を閉じ、これで１回のフローを終了する。
また、ステップＳ１の判定がＹＥＳ（第１閾値以上）であるときは、ステップＳ３に進み、排気ガス温度が第１閾値より高い第２閾値以上であるか否かが判定され、ＮＯ（第２閾値未満）であるときは、ステップＳ４に進み、内部冷却用開閉弁１３を開き、外部冷却用開閉弁１４を閉じ、これで１回のフローを終了する。
また、ステップＳ３の判定がＹＥＳ（第１閾値以上）であるときは、ステップＳ５に進み、内部冷却用開閉弁１３及び外部冷却用開閉弁１４の両方を開き、これで１回のフローを終了する。
【００３５】
次に、本発明実施例２の作用を説明する。
【００３６】
[エンジン始動初期]
エンジン始動時は排気ガスＧの温度が低く第１閾値未満であるため、ステップＳ１−Ｓ２を経由し、内部冷却用開閉弁１３及び外部冷却用開閉弁１４の両方を閉じる。これにより、エンジン始動時における触媒の温度上昇を早めて浄化効率を高める。なお、第１閾値は、触媒が十分に効果を発揮しうる温度付近の値である。
【００３７】
[通常走行時]
走行を開始して所定時間たつと、排気ガスＧの温度が上昇し、第１閾値以上になると、ステップＳ１〜Ｓ３〜Ｓ４を実施し、まず、内部冷却用開閉弁１３を開き、外部冷却用開閉弁１４を閉じる。これにより、下流側排気マニホールド９や触媒などの排気系部品が必要以上に過熱されるのを防止する。
【００３８】
[過酷走行時]
長く急な登坂走行時など、エンジン回転数が高く維持される過酷走行時では、排気ガスＧの温度が過剰に上昇し、第２閾値以上になるため、ステップＳ１〜Ｓ２〜Ｓ５を経由し、内部冷却用開閉弁１３及び外部冷却用開閉弁１４の両方を開く。これにより、下流側排気マニホールド９や触媒などの排気系部品が過剰に上昇するのを防止する。
【００３９】
次に、本発明実施例２の効果を説明する。実施例２にあっては、実施例１の上記効果に加えて、下記の効果を有する。
(1) 実施例２の排気マニホールドの冷却構造にあっては、排気ガスの温度に応じて、内部冷却水路６と外部冷却水路８との一方、両方に選択的に冷却水を供給したり、内部冷却水路６と外部冷却水路８との両方とも冷却水を供給しないようにしたりして、排気ガスＧの温度に応じた冷却水の最適な冷却制御が可能となり、下流側排気マニホールド９や触媒などの排気系部品の寿命を向上させることができるとともに、排気ガスＧの浄化性能も向上させることができる。
【００４０】
以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。
【００４１】
たとえば、実施例では直列４気筒エンジンに適用した例を示したが、全ての形式のエンジンに適用することができる。
【００４２】
また、実施例では、外部冷却水路８を、４本のヘッダーパイプ２の上側外周面と下側外周面に沿って４気筒エンジン１の長手方向に連続する状態で一体に設けたが、各ヘッダーパイプ２に個別に設けるようにしてもよい。
【００４３】
また、実施例２では、第１閾値以上で開く冷却水路を内側冷却水路６としたが、外側冷却水路８としてもよい。
また、内側冷却水路６と外部冷却水路８とにおけるエンジン冷却水の流れは、同じ方向としても良い。
また、排気ガスＧの温度に応じて冷却水の流量制御を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  直列４気筒エンジン（内燃機関）
２  ヘッダーパイプ
３  ヘッド側フランジ
４  排気マニホールド側フランジ
５  内部冷却水路管
６  内部冷却水路
７  外部冷却水路管
７ａ  上側外部冷却水路管
７ｂ  下側外部冷却水路管
８  外部冷却水路
８ａ  上側外部冷却水路
８ｂ  下側外部冷却水路
９  下流側排気マニホールド
９ａ  多岐パイプ
９ｂ  コレクタ部
９ｃ  フランジ
１０  内部冷却用配管
１１  外部冷却用配管
１２  温度センサ
１３  内部冷却用開閉弁
１４  外部冷却用開閉弁
１５  コントローラ
【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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