JP5267089B2

JP5267089B2 - 排気系冷却構造

Info

Publication number: JP5267089B2
Application number: JP2008311034A
Authority: JP
Inventors: 達哉都築
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-12-05
Also published as: JP2010132171A

Description

本発明は、エンジンに連結された排気系を冷却する排気系冷却構造に関する。

従来、自動車のエンジンに連結されたエキゾーストマニホールドを冷却する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
特開平５―１６６７８号公報。特開２００４―１１４９８４号公報。特開平８―９３４７０号公報。特開平１１―１９８６６３号公報。特開昭６１―１２９２３号公報。

従来の排気系の冷却構造では、走行時に、エキゾーストマニホールドに向けて外気を当てるようにダクト等を設けているが、停車時に、エキゾーストマニホールドの冷却に用いられた加熱された空気が上昇し、該加熱された空気によってエンジンルーム内の部品に影響を与える場合があった。

本発明は上記事実を考慮し、エキゾーストマニホールドを効率的に冷却すると共に、エキゾーストマニホールドに当たって高温になった空気による他部品への影響を抑えることのできる排気系冷却構造の提供を目的とする。

請求項１に記載の排気管冷却構造は、エンジンに連結されるエキゾーストマニホールドと、車体の前面から導入した外気を、少なくとも熱交換器よりも前方から導入して前記エンジンの上方に導く外気導入ガイドと、前記エンジンとエンジンフードとの間に形成され、前記外気導入ガイドで導かれた外気を導入して車両後方へ向けて排出する流路と、前記エキゾーストマニホールドの周囲を覆って、遮熱を行うエキゾーストマニホールドヒートインシュレータと、前記エキゾーストマニホールドヒートインシュレータの上側に設けられ、前記流路から排出された外気を導入し、前記エキゾーストマニホールドと前記エキゾーストマニホールドヒートインシュレータとの間の隙間に向けて、前記導入した外気を排出する集風器と、前記集風器に設けられ、車両走行に伴って上流側から流入する外気による風圧を受けた際に開いてエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ側へ外気を通過させ、前記風圧を受けない場合に閉じてエキゾーストマニホールド側からの空気が前記集風器の上流側端部から流出することを抑制する開閉手段と、を有する。

次に、請求項１に記載の排気管冷却構造の作用を説明する。
請求項１に記載の排気管冷却構造を備える車両が走行すると、フロントグリル等、車体の前面から導入された外気は、外気導入ガイド、及び通風路を介して集風器に流入する。

集風器に設けられた開閉手段は、走行によって流入した外気の風圧を受けて開き、集風器に流入した外気がエキゾーストマニホールドとエキゾーストマニホールドヒートインシュレータとの間の隙間に向けて排出され、エキゾーストマニホールドの冷却が行われる。

一方、車両が停止すると、集風器に設けられた開閉手段は、走行風圧を受けないので閉じる。車両停止時には、エキゾーストマニホールドとエキゾーストマニホールドヒートインシュレータとの間の隙間にある空気が、エキゾーストマニホールドの熱によって加熱され、加熱された空気が上昇しようとするが、集風器に設けられた開閉手段が閉じているため、加熱された空気が集風器の上流側端部から排出されることは無い。

このため、集風器の上流側端部から、加熱された空気が排出されることに起因するエンジンルーム内の部品の熱害を回避することができる。

以上説明したように本発明の排気管冷却構造によれば、エキゾーストマニホールドを効率的に冷却すると共に、エキゾーストマニホールドに当たって高温になった空気による他部品への影響を抑えることができる。

図１には、エンジンルーム１２が断面図にて示されている。なお、図中、矢印Ｆｒは車両前方向、矢印Ｒｅは車両後方向を表している。
図１に示すように、車両１０のエンジンルーム１２には、エンジン１４が配置されて、車両１０の前面側には、上側にアッパグリル１６、下側にロアグリル１８が設けられている。

エンジン１４の前側には、エンジンの冷却水を冷却するためのラジエータ２０が配置され、ラジエータ２０の前側には、エアコン用のコンデンサ２２が配置され、走行時に、アッパグリル１６、及びロアグリル１８を通過して導入される走行風が、冷却風としてコンデンサ２２、及びラジエータ２０に導かれる。

また、コンデンサ２２の前面側には、フロントバンパリンフォース２４が配置され、さらにその前面側にはフロントバンパカバー２６が配置されている。

図１、及び図２に示すように、コンデンサ２２の前側には、４方フルシールデフレクタ２８が配置されている。４方フルシールデフレクタ２８は、コンデンサ２２の周囲の４方、即ち、車両幅方向の両側部、及び車両上下方向の両側部から各々車両前方に向けて延びる４枚の板状のデフレクタ２８Ａによって枠状に形成されており、コンデンサ前面側の空気（走行風）を、コンデンサ２２に確実に導入するようになっている。なお、各デフレクタ２８Ａの前縁には、フロントバンパカバー２６、アッパグリル１６、ロアグリル１８の裏面との間に隙間が生じない様にウレタン等の弾性体（図示せず）が取り付けられている。

図１に示すように、エンジンルーム１２には、コンデンサ２２の上側に第１ダクト３０が配置されている。第１ダクト３０は、車両前方側の空気取入口が、４方フルシールデフレクタ２８よりも上方で、かつコンデンサ２２よりも車両前側に配置されている。

第１ダクト３０は、車両後方側で流路３０Ａと流路３０Ｂの２つに上下に分岐しており、流路３０Ａの空気排出口は、後述する第１の擬似流路３８の車両前側の空気取入口と対向している。一方、流路３０Ｂの空気排出口は、エンジン回りに配置された部品を冷却するために、該部品に向けられている。

エンジン１４の上部には、上面を平滑にしたエンジン意匠カバー３２が設けられている。エンジンフード３４の下面は補強等により凹凸しているが、エンジンフード３４の下面の凹凸は、表面が平滑とされたフードインナー３６で覆われている。また、フードインナー３６は、車両幅方向両縁部に、下側に向けて延びると共に、車両前後方向に延びる縦壁３６Ａを備えている。

エンジン意匠カバー３２、フードインナー３６の下面、及び１対の縦壁３６Ａによって囲まれる空間部分は、車両前後方向に延びる第１の擬似流路３８となっており、走行時に流路３０Ａの空気排出口から排出された空気を、車両前側の空気取入口から導入して車両後方側の空気排出口から車両床下後方へ向けてスムーズに排出する役目を有している。

また、カウル４０の下面には、カウル４０の下面の凹凸を覆うように平滑なカウルカバー４２が取り付けられている。なお、カウルカバー４２とエンジン意匠カバー３２との間は、車両前後方向に延びる第２の擬似流路４４となっている。第２の擬似流路４４は第１の擬似流路３８の下流側に直列に設けられており、第１の擬似流路３８から排出された空気を、車両前側から導入して車両後方へ向けてスムーズに排出する役目を有している。

なお、カウル４０の前部にはカウルルーバー４６が延びており、フードインナー３６、カウルルーバー４６、及びカウルカバー４２がスムーズに連結するように構成されている。

図１、及び図３に示すように、本実施形態では、エンジン１４の車両後壁から車両後方に向けて４本のエキゾーストマニホールド４８が延びている。エキゾーストマニホールド４８の排気ガス排出側には、触媒コンバータ４９及びメインマフラー５１が順に配置されている。

エキゾーストマニホールド４８の上側には遮熱用のエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ上部５０が配置され、エキゾーストマニホールド４８の下側には遮熱用のエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ下部５２が配置され、エキゾーストマニホールドヒートインシュレータ上部５０とエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ下部５２とによって、エキゾーストマニホールド４８の周囲を覆っている。

エキゾーストマニホールド４８とエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ上部５０との間、及びエキゾーストマニホールド４８とエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ下部５２との間には、冷却風を通すための隙間が設けられており、冷却後の加熱された空気は該隙間のヒートインシュレータ後端側から車両後方に向けて排出可能となっている。このように、エキゾーストマニホールドヒートインシュレータ上部５０とエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ下部５２とで、エキゾーストマニホールド４８の周囲を隙間無く囲んでいるので、エキゾーストマニホールドヒートインシュレータ上部５０とエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ下部５２との間の隙間から、エキゾーストマニホールド４８によって高温化した空気が、該隙間から横に漏れて、エンジンルーム内で部品熱害が生ずることを防止している。

エキゾーストマニホールドヒートインシュレータ上部５０には、２つの開口５３が形成されている。なお、各開口５３は、各々２本のエキゾーストマニホールド４８に対応して形成されている。本実施形態では、開口５３を２つ設けているが、１つでも良く、３つ以上であっても良い。

図１に示すように、エンジン１４とダッシュパネル５４との間で、かつエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ上部５０の上方には、上下方向に延びる第２ダクト５６が、各開口５３に対応して配置されている。
第２ダクト５６は、上側の空気取入口が第２の擬似流路４４の空気排出口に対向して配置されており、下側の空気排出口がエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ上部５０の開口５３に連結されている。

なお、第２ダクト５６の空気取入口の開口面積は、下側の空気排出口の開口面積よりも大きく設定されており、大きな開口面積を有する上側の空気取入口によって、冷却用の空気を効率的に集風する構成となっている。

第２ダクト５６の内部には、ダクト内の空気の通過を抑制乃至阻止可能なシャッター５８が設けられている。
シャッター５８は、第２ダクト５６の車両前方内壁面にヒンジ６０を介して揺動可能に取り付けられている。シャッター５８は、図示しないスプリングで図面の反時計回り方向（矢印Ａ方向とは反対方向）に弱い力で付勢され、車両停止時には、ストッパ用の突起５６Ａに当接して略水平位置となって流路を塞ぎ（実線で図示する状態）、走行により風圧を受けることで、矢印Ａ方向に回転してダクト内流路を開放し（２点鎖線で図示する状態）、上方から下方へ空気を通過可能としている。
なお、車速に応じてシャッター５８をアクチュエータ等で自動開閉する構成としても良い。また、シャッター５８を、他の構成の逆止弁としても良い。

（作用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
車両走行時には、第１ダクト３０の空気取入口から取り入れられた外気は、第１ダクト３０の流路３０Ａ、第１の擬似流路３８、第２の擬似流路４４を介して第２ダクト５６に流入する。第２ダクト５６のシャッター５８は、風圧を受けることで開き、第２ダクト５６に流入した外気は、第２ダクト５６の内部を通過し、エキゾーストマニホールドヒートインシュレータ上部５０の開口５３を介して、エキゾーストマニホールド４８に吹き付けられる。ここで、第２ダクト５６の空気排出口の開口面積は、空気取入口の開口面積よりも相対的に小さくなっているため、入口側よりも出口側で空気の流速が大きくなる。したがって、エキゾーストマニホールド４８が効率的に冷却される。

なお、エキゾーストマニホールド４８の冷却に使用された熱せられた外気は、エキゾーストマニホールド４８とエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ上部５０、及びエキゾーストマニホールド４８とエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ下部５２との間の隙間を介して、ヒートインシュレータ後端から車両床下後方へ向けて排出される。

一方、車両停止状態では、第２ダクト５６のシャッター５８に走行風圧が作用しなくなるため、シャッター５８が閉じる。エキゾーストマニホールド４８とエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ上部５０との間の隙間、及びエキゾーストマニホールド４８とエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ下部５２との間の隙間の加熱された空気は、上方へ移動しようとするが、シャッター５８が閉じているので第２ダクト５６の上部開口である空気取入口を介してエンジンルーム内に排出されることは無く、停車時に、エキゾーストマニホールド４８の冷却に使用した加熱された空気によってエンジンルーム内の部品が熱害を受けることは無い。

本実施形態の排気系冷却構造では、外気を取り入れる位置が、ラジエータ２０、及びコンデンサ２２の上方であり、外気の通過する経路がエンジン上〜エンジンフード間で、かつ経路の凹凸を、エンジン意匠カバー３２、フードインナー３６、カウルカバー４２によって覆って平滑化しているため、通風抵抗が小さく、低温で高速流の外気をスムーズにエンジン後方へ導くことができる。

また、フードインナー３６の車両幅方向両側に、車両前後方向に延びる縦壁３６Ａが設けられ、エンジン意匠カバー３２、フードインナー３６の下面、及び１対の縦壁３６Ａによって、車両前後方向に延びる第１の擬似流路３８が形成されているので、第１の擬似流路３８は、走行時に、流路３０Ａの空気排出口から排出された空気を車両前側から導入して車両後方へ向けてスムーズに排出することが出来る。

また、第１の擬似流路３８の下流側には、平滑なカウルカバー４２を有する第２の擬似流路４４が設けられているため、第１の擬似流路３８から排出された空気を、速い流速を維持しながら下流側に配置された第２ダクト５６に送り込むことが出来る。

第２の擬似流路４４の下流側に配置された第２ダクト５６は、空気排出口よりも空気取入口の開口面積を大きく設定しているので、エンジン後方に流れてきた空気を集めて、効率的にエキゾーストマニホールド４８に当てて、エキゾーストマニホールド４８の冷却効率を高めることができる。

第１ダクト３０の空気取入口が、４方フルシールデフレクタ２８よりも上方で、かつコンデンサ２２よりも車両前側に配置されているため、走行時に、冷却に用いて加熱された外気が第１ダクト３０の空気取入口に流入することは無く、エキゾーストマニホールド４８を、低温の外気で効率的に冷却することができる。

また、第１ダクト３０の空気取入口に流入する外気は、ラジエータ２０、コンデンサ２２を通過して速度の低下した外気よりも高速であるため、低温、かつ高速の外気を取り入れてエキゾーストマニホールド４８の冷却を効率的に行うので、排気ガス温度が下がり、触媒コンバータ４９の内部に設けられた触媒担持体の温度も下がり、結果的に、高速、高負荷走行時の燃料増量開始温度を高めることが可能となって、燃費向上につながる。

ラジエータ２０、及びコンデンサ２２の前側に４方フルシールデフレクタ２８を設けたため、ラジエータ周辺の隙間風が減少し、ラジエータ通過風量を増加させることができる。このため、アッパグリル１６を通過した外気を、エキゾーストマニホールド冷却用に流用できる。４方フルシールデフレクタ２８の設置により、例えば、車速４０ｋｍ／ｈ時に、ラジエータ通過風量を１０％程度向上することができる。このため、第１ダクト３０によって外気をエンジンルーム内に取り込んでも、必要なラジエータ通過風量を確保することができ、また、同時にＣｄ値の悪化も低く抑えることが出来る。

なお、第１ダクト３０の空気取入口から取り入れられた外気は、分配され、一部が流路３０Ｂを介してエンジンルーム内に排出されてエンジン回りの部品の冷却に用いられる。特に、エンジンルーム前半部は、流路３０Ｂによりピンポイントで冷却が可能なので、部品温度を確実に下げることができる。
また、本実施形態の排気冷却構造によれば、第１の擬似流路３８、第２の擬似流路４４から排出された空気の一部（第２ダクト５６に送り込まれなかった風）がダッシュパネル５４周辺に送られるため、ダッシュパネル５４周辺並びにエンジン後背部に設置される部品の冷却に有効である。

また、本実施形態の排気系冷却構造によれば、エンジンフード３４に外気を導入するダクトを開口させていないので、意匠面への影響がない。

本実施形態の排気系冷却構造は、エンジン後方にエキゾーストマニホールドがあって冷却風が当たり難い、後方排気エンジンで効果が顕著であるが、エンジン横（車両幅方向側方）にエキゾーストマニホールドがある、縦置きエンジン、Ｖ型エンジンにおいても同様の効果が得られる。

［その他の実施形態］
上記実施形態では、エンジンフード３４の下面に設けたフードインナー３６と、エンジン１４の上部に設けたエンジン意匠カバー３２との間を第１の擬似流路３８としたが、図４に示すように、エンジン意匠カバー３２の内部に、第１の擬似流路３８と同様の機能を有する車両前後方向に延びるトンネル３２Ａを設けても良い。
車両走行時には、第１ダクト３０の空気取入口から取り入れられた外気は、第１ダクト３０の流路３０Ａ、トンネル３２Ａ、第２の擬似流路４４を介して第２ダクト５６に流入する。なお、エンジン意匠カバー３２のトンネル部分を車両後方に延長する、または第２ダクト５６を車両前方に延長し、第２の擬似流路４４と同様の機能を延長部分に持たせることができる。
なお、エンジン意匠カバー３２にトンネル３２Ａを設けた場合、エンジンフード３４の凹凸を覆うためのフードインナー３６を省略することが出来る。

車体の前側の要部を示す断面図である。４方フルシールデフレクタを備えたコンデンサ、及びラジエータの斜視図である。エキゾーストマニホールド付近の斜視図である。その他の実施形態に係る車体の前側の要部を示す断面図である。

符号の説明

２０ラジエータ（熱交換機）
２２コンデンサ（熱交換機）
３０第１ダクト（外気導入ガイド）
３２Ａトンネル（流路）
３８第１の擬似流路（流路）
４４第２の擬似流路（流路）
４８エキゾーストマニホールド
５０エキゾーストマニホールドヒートインシュレータ上部
５２エキゾーストマニホールドヒートインシュレータ下部
５６第２ダクト（集風器）
５８シャッター（開閉手段）

Claims

エンジンに連結されるエキゾーストマニホールドと、
車体の前面から導入した外気を、少なくとも熱交換器よりも前方から導入して前記エンジンの上方に導く外気導入ガイドと、
前記エンジンとエンジンフードとの間に形成され、前記外気導入ガイドで導かれた外気を導入して車両後方へ向けて排出する流路と、
前記エキゾーストマニホールドの周囲を覆って、遮熱を行うエキゾーストマニホールドヒートインシュレータと、
前記エキゾーストマニホールドヒートインシュレータの上側に設けられ、前記流路から排出された外気を導入し、前記エキゾーストマニホールドと前記エキゾーストマニホールドヒートインシュレータとの間の隙間に向けて、前記導入した外気を排出する集風器と、
前記集風器に設けられ、車両走行に伴って上流側から流入する外気による風圧を受けた際に開いてエキゾーストマニホールドヒートインシュレータ側へ外気を通過させ、前記風圧を受けない場合に閉じてエキゾーストマニホールド側からの空気が前記集風器の上流側端部から流出することを抑制する開閉手段と、
を有する排気系冷却構造