JPH10317995A - 暖機促進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の負荷を過大に上昇させずとも簡単
に暖機を促進させ、その結果、燃費を良好にすること。 【解決手段】エンジン１の排気ポート９に排気ガスの流
れを絞る排気絞り弁１３を設けて、エンジン１の冷間時
に排気絞り弁１３の作動によって暖機を促進させる暖機
促進装置において、排気ポート９には、そのうちの少な
くとも排気絞り弁１３が設けられている箇所に対応させ
て冷却水通路１４Ａを設けるとともに、排気ポート９の
少なくとも一部の内壁面を、排気ガスの流れ方向に沿う
形態になるように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、暖機促進装置、
詳しくは内燃機関の始動後、オーバクール状態から内燃
機関を暖めて適温にする、いわゆる暖機を促進するため
の暖機促進装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関は一定の温度範囲でうまく作動
するように作られているので、オーバヒートもまずいが
オーバクールも好ましくない。

【０００３】オーバクール状態では、内燃機関全体の温
度が低いため、燃料が気化しにくかったり着火しにくか
ったり、あるいは、燃焼速度が低下してしまったりす
る。また、内燃機関を構成する各部品のクリアランス
は、想定する温度範囲で丁度良くなるように設計されて
いるので、その温度範囲から外れた低温状態では各部品
間の隙間が大き過ぎてしまう。例えば、シリンダとピス
トンとの関係で述べれば、両者の間の隙間が大きいとそ
の隙間から混合気や燃焼ガスが吹き抜け易い。また、他
の部品間にあってもクリアランスが大きければ回転部や
摺動部等で叩かれるような現象が起こり易い。

【０００４】さらに、オーバクール状態ではエンジンオ
イルの温度が低いので、その粘度が高く、したがってフ
リクションが大きくなってしまう。以上の理由から内燃
機関の始動時等のオーバクール状態では、内燃機関本来
のパワーやスロットルレスポンスは望めず、またオーバ
クール状態で大きな負荷を掛ければ内燃機関を痛めるこ
とにもなる。

【０００５】それ故、内燃機関の始動直後には暖機が必
要であり、内燃機関を早く暖機状態におくことが必要と
なる。そこで、エンジン低温時に排気管通路を絞ること
で暖機を促進するようにした技術が、例えば実開昭６２
−１３７３４０９号公報に示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報にも見られるようなこれまでの技術は、単に排気管を
絞ってポンピング損を増やし、これによってエンジンの
負荷を増大させ、エンジンの冷却水受熱量を増やすこと
で暖機を促進させるというものであるから、暖機促進に
は内燃機関の負荷を過大に上昇させなければならず、そ
の結果、燃費悪化を招来していた。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、内燃機関の負荷を過大に上昇させずとも簡単に暖
機を促進させ、その結果、燃費を良好にすることができ
る暖機促進装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の暖機促進装置は、以下の構成とした。すな
わち、本発明の暖機促進装置は、内燃機関の排気通路に
排気ガスの流れを絞る排気絞り手段を設けて、前記内燃
機関の冷間時に前記排気絞り手段の作動によって暖機を
促進させる暖機促進装置において、前記排気通路には、
そのうちの少なくとも前記排気絞り手段が設けられてい
る箇所に対応させて、冷却水通路を設けたことを特徴と
する。また、前記排気通路の少なくとも一部の内壁面
を、これが前記排気絞り手段による絞り時における前記
排気ガスの流れの方向に沿う形態になるように形成すれ
ば好適である。

【０００９】さらに、排気通路のうち前記排気絞り手段
が設けられている箇所における排気通路内壁面または／
および前記冷却水通路の内壁面をフィン形状にすれば一
層好適である。

【００１０】本発明の暖機促進装置では、排気絞り手段
を作動させて排気ガスの流れを絞ると、そのときの圧力
損失によって、排気通路のうち排気絞り手段の設けられ
ている部分で発熱するが、排気絞り手段に対応した位置
に冷却水通路が設けられているので、前記発熱はその多
くが冷却水通路内を流れる冷却水によって回収される。
すなわち、冷却水によって効率よく発熱が回収されるの
で、暖機を促進させるのに内燃機関の負荷を過大に上昇
させずともよい。このため、燃費が良好となる。

【００１１】また、排気絞り手段によって排気ガスの流
れを絞った時の排気ガスの流れ方向に沿う形態になるよ
うに、排気通路の内壁面のうちの少なくとも一部の内壁
面を形成したので、排気ガスの流れがスムーズになり、
排気ガス流量が増加するので、内燃機関の負荷を過大に
上昇させずとも冷却水が回収する発熱量が増大すること
になる。

【００１２】さらに、排気絞り手段が設けられている箇
所における排気通路内壁面または／および前記冷却水通
路の内壁面をフィン形状にしたことで排気絞り手段が設
けられている箇所における受熱面積が増大するので、排
気絞り手段で排気ガスの流れを絞ったときの圧力損失に
起因して発生する熱の回収効率が向上する。したがっ
て、この場合、燃費が一層良好となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
した図面に基づいて説明する。 〈装置構成の説明〉図１および図２に基づいて説明す
る。

【００１４】内燃機関としてのディーゼルエンジン１の
シリンダブロック２に形成されたシリンダボア２ａに
は、ピストン３が上下動可能に設けられている。また、
ピストン３は、コンロッド４を介して図示しないクラン
クシャフトに連結されている。

【００１５】ピストンヘッド３ａには燃焼室用の凹部
（以下「燃焼室」という。）６が形成されている。シリ
ンダブロック２には、その上部にシリンダヘッド７が載
置固定され、シリンダヘッド７の内部には燃焼室６に臨
む吸気ポート８と排気ポート９が設けられている。ま
た、吸気ポート８および排気ポート９には、それぞれ吸
気バルブ８ａおよび排気バルブ９ａが組み込まれてい
る。そして、吸気バルブ８ａと排気バルブ９ａとの間に
はインジェクション１１が燃焼室６に臨んだ状態で配置
されており、インジェクション１１から燃焼室６に燃料
が噴射される。インジェクション１１は、図示しないイ
ンジェクションポンプによって適切な時期に適正量の燃
料を高圧で燃焼室６に圧送する。前記インジェクション
ポンプにはエンジン回転数を検出する回転数センサ１１
ａが取付けられている。

【００１６】また、吸気ポート８には吸気管８ｂが接続
されており、排気ポート（排気通路）９には排気管（排
気通路）９ｂが接続されている。吸気ポート８には、ス
ロットルバルブ１２が組み込まれており、スロットルバ
ルブ１２の回転軸に設けられているアイドルスイッチ
（スロットルセンサ）１２ａによってその開度が検出さ
れる。

【００１７】図示しないエアクリーナから吸気管８ａを
介して吸気ポート８に外気が導入されるとともに、イン
ジェクタ１１から燃焼室６に向けて燃料が噴射され、こ
の噴射燃料と前記外気とからなる混合気が燃焼工程にお
いて燃焼するときの高圧により、ピストン３はシリンダ
ボア２ａを下降せしめられ、コンロッド４を介してクラ
ンクシャフトを回転する。

【００１８】そして、排気工程において、燃焼ガスは、
排気バルブ９ａが開かれる際に、排気ポート９から排気
管９ｂを通じて外部へと排出される。排気ポート９には
排気絞り弁（排気絞り手段）１３が設けられている。こ
の排気絞り弁１３はスロットルバルブ１２とともに、図
示しない駆動モータ等の駆動手段によって駆動される。
なお、排気絞り弁１３にもスロットルバルブ１２と同
様、その開度を検知するためのセンサが備えられている
が、ここでは省略してある。

【００１９】そして、シリンダヘッド７のうち排気絞り
弁１３の設けられている箇所に対応させて排気ポート９
周りには、冷却水通路１４が形成されている。冷却水通
路１４は、排気ポート９周りだけでなく、吸気ポート８
周りにおよびシリンダブロック２のうちシリンダボア２
ａ周りにも形成してある。これらの冷却水通路１４のう
ち、少なくとも排気ポート９周りの冷却水通路１４には
水温センサ１４ａが備えられている。なお、この排気ポ
ート９周りの冷却水通路１４のことを他の冷却水通路１
４と区別するために便宜上符号１４Ａで示す。

【００２０】前記回転数センサ１１ａ，アイドルスイッ
チ１２ａおよび水温センサ１４ａは、エンジン電子制御
装置（以下「ＥＣＵ」という）１６に電気的に接続され
ている。そして、これら各センサ１１ａ，１２ａおよび
１４ａによって出力されたパラメータをＥＣＵ１６が演
算処理することで、前記排気絞り弁１３の駆動手段を駆
動させ、その結果、排気絞り弁１３がディーゼルエンジ
ン１の運転状況に応じて適宜開弁するようになってい
る。

【００２１】〈フロー〉次に図３および図４に示すフロ
ーチャートに基づいて排気絞り弁の開閉制御ルーチンを
説明する。

【００２２】エンジン１の始動後において、処理がこの
ルーチンへ移行すると、先ずステップ１０１において、
エンジン回転数が例えば毎分２０００回転数以下かどう
かを回転数センサ１１ａのパラメータに基づいてＥＣＵ
１６が判定する（以下、ＥＣＵ１６が判定することを単
に「判定する」という。）。この数値は、暖機を機能さ
せるための一つの目安であって固定された数値ではな
く、走行条件や車種によって当然異なる。なお、このフ
ローチャートにおいて以下に示す他の数値についても同
様であって、単なる一つの例示的数値に過ぎない。

【００２３】エンジン回転数が毎分２０００回転数以下
であれば肯定判定しステップ１０２に進む。そして、エ
ンジン回転数が毎分２０００回転数よりも多い場合は否
定判定してステップ１０３に進み、排気絞り弁１３を開
いて、元のステップ１０１へ戻る。

【００２４】ステップ１０２では、エンジン水温である
冷却水通路１４Ａの水温が例えば６０゜Ｃ以下かどうか
を判定する。エンジン水温が６０゜Ｃ以下であるとき
は、肯定判定してステップ１０４に進む。そして、エン
ジン水温が６０゜Ｃよりも高い場合は否定判定してステ
ップ１０３に進み、排気絞り弁１３を開いて元のステッ
プ１０１へ戻る。

【００２５】ステップ１０４では、エンジン１がアイド
ル状態かどうか、すなわちアイドルスイッチ１２ａがＯ
ＮかＯＦＦかを判定する。アイドルスイッチ１２ａがＯ
Ｎであるときは、肯定判定して図４のステップ１０５に
進む。そして、アイドルスイッチ１２ａがＯＦＦである
ときは、否定判定してステップ１０６に進み、スロット
ルバルブ１２の開度を検出する。アイドルスイッチ１２
ａのパラメータに基づいて、例えば開度が４０゜以下か
どうかを判定し、そうであれば肯定判定してステップ１
０７へ進み、排気絞り弁１３を閉じて元のステップ１０
１へ戻る。

【００２６】ステップ１０５では、エンジン負荷を高め
てエンジンの冷却水受熱量を増やして暖機機能を向上さ
せるためにアイドル回転数を上昇させ、例えば毎分１２
００回転に設定する。この数値は、アイドル時において
暖機機能を維持するに必要な値（以下この値のことを
「目標値」という。）よりも予め高めに設定しておくの
が好ましい。このように高めに設定することで、目標値
へのセッティングが迅速にできるようになる。

【００２７】ステップ１０５で所定の回転数（１２００
ｒｐｍ）に設定したら、次のステップ１０８では、排気
絞り弁１３を閉弁し、目標値に向けて次のステップ１０
９にてアイドル回転数を下げるように制御する。例えば
目標値を毎分１１００回転としてアイドル回転数を制御
する。

【００２８】アイドル回転数が目標値での回転状態にな
ったら次のステップ１１０にてエンジン水温が例えば６
０゜Ｃ以下かどうかを水温センサ１４ａのパラメータに
基づいて判定する。エンジン水温が６０゜Ｃ以下であれ
ば肯定判定して次のステップ１１１へ進み、そこでエン
ジンがアイドル状態かどうか、すなわちアイドルスイッ
チ１２ａがＯＮかＯＦＦかを判定する。ＯＮであれば肯
定判定してステップ１０９に戻る。ＯＦＦであれば否定
判定して図３のステップ１０１へ戻り、このルーチンを
繰り返す。

【００２９】話をステップ１１０に戻す。エンジン水温
が６０゜Ｃよりも高ければ否定判定して図３のステップ
１０３に戻り、排気絞り弁１３を開く。その後、元のス
テップ１０１へ戻り、このルーチンを繰り返す。 〈実施形態の作用効果〉次に、上記のように構成したエ
ンジン１の作用効果について説明する。

【００３０】既述したルーチンによって排気絞り弁１３
が作動すると、そのときの圧力損失によって、排気ポー
ト９のうち排気絞り弁１３の設けられている部分で発熱
するが、排気絞り弁１３に対応した位置に冷却水通路１
４Ａが設けられているので、前記発熱はその多くが冷却
水通路１４Ａ内を流れる冷却水によって回収される。す
なわち、冷却水によって効率よく発熱が回収されるの
で、暖機を促進させるのにエンジン１の負荷を過大に上
昇させずともよい。このため、燃費が良好となる。

【００３１】〈変形例〉尚、この発明は前記実施の形態
に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範
囲で構成の一部を適宜に変更して次のようにすることも
できる。 （第１の変形例）図５および図６を参照して第１の変形
例を説明する。

【００３２】この第１の変形例が前記実施の形態と異な
る点は、排気ポート９の内表面９ｃをフィン形状にした
ことだけであって他の部分は同一であるので、この異な
る部分についてのみ詳しく述べる。

【００３３】フィン形状部を符号１８で示す。フィン形
状部１８は、排気ポート９の内表面９ｃに複数設けられ
ている。具体的には、排気ポート９の内表面９ｃから排
気ポート９の内部側に向けて櫛歯状にまっすぐ、また隣
接するフィン形状部１８同士の間にある程度の間隔をお
いて、かつ排気ポート９の長手方向に沿って延在されて
いる。

【００３４】このようにフィン形状部１８を排気ポート
９の内表面９ｃに設けることで排気絞り弁１３が設けら
れている箇所における受熱面積がそれだけ増大するの
で、排気絞り弁１３が作動したとき圧力損失に起因して
発生する熱の回収効率が向上する。したがって、この場
合、燃費が一層良好となる。 （第２の変形例）図７〜図９を参照して第２の変形例を
説明する。

【００３５】この第２の変形例が第１の変形例と異なる
点は、排気絞り弁１３による絞り時における排気ガスの
流れ方向に沿うように、フィン形状部１８を形成した点
にあり、他の部分は同一であるので、この異なる部分に
ついてのみ詳しく述べる。

【００３６】ここで、図７および図８は、それぞれ排気
絞り弁１３を閉じたときおよび排気絞り弁１３を開いた
ときの排気ガスの流れ方向を示す図である。また、図９
はフィン形状部の拡大図である。

【００３７】第２の変形例に係るフィン形状部は、上部
に位置する上部フィン１８Ｕと下部に位置する下部フィ
ン１８Ｄとが、それぞれ次のような節部からなる。すな
わち、図９に示すように、上部フィン１８Ｕは、その長
手方向に行くに連れて排気バルブ９ａ側から順次、節部
１９−２０−２１−２２−２３−２４−２５を連ねてな
り、各節部は隣接する節部に連続して、全体としてなだ
らかな稜線形状をしている。そして、図７からわかるよ
うに、各節部１９〜２５の傾斜具合いは、排気絞り弁１
３による絞り時における排気ガスの流れ方向（点線矢印
参照）に沿うように設定されている。

【００３８】下部フィン１８Ｄも上部フィン１８Ｕと同
様な観念からなり、その構成部位である節部２６−２７
−２８−２９は、排気絞り弁１３による絞り時における
排気ガスの流れ方向に沿うように設定されている。

【００３９】なお、図８に示す点線矢印は、排気絞り弁
１３を開いたときの排気ガスの流れ方向を示している。
また、図８からわかるように、排気絞り弁１３が完全に
開いている状態において、排気絞り弁１３の傾斜方向が
排気ガスの流れ方向に合致するように設定してある。

【００４０】このように排気絞り弁１３によって排気ガ
スの流れを絞った時の排気ガスの流れ方向に沿うよう
に、下部フィン１８Ｄおよび上部フィン１８Ｕを排気ポ
ート９の内表面９ｃに形成したので、排気ガスの流れが
スムーズになる。その結果、排気ガス流量が増加するの
で、エンジン１の負荷を過大に上昇させずとも冷却水が
回収する発熱量を増大することができる。したがって、
燃費が一層良好となる。

【００４１】（第３の変形例）図１０および図１１を参
照して第３の変形例を説明する。この第３の変形例が前
記した各実施の形態と異なる点は、排気バルブ１３およ
び排気絞り弁１３に対応して設けられる冷却水通路１４
Ａの位置が異なること、およびそれに関連した部位が異
なることだけであるので、他の同一部分には同一符号を
付して説明を省略する。

【００４２】第３の変形例における排気絞り弁１３およ
び冷却水通路１４Ａは、排気管９ｂの水平部３０を構成
するジョイント３１に設けられている。詳しくは、排気
絞り弁１３は、ジョイント３１の通路３１ａ内に設定さ
れ、冷却水通路１４Ａは、ジョイント３１の壁部３３の
肉厚内に形成されかつ排気バルブ１３の周囲を取り囲む
ように配設されている。この冷却水通路１４ＡにもＥＣ
Ｕ１６と電気的に接続されている水温センサ１４ａが備
えられている。冷却水通路１４Ａの冷却水は、ウォータ
ポンプ３４によってエンジン１内の冷却水通路１４に送
り込まれて、ヒータ機構３５によって暖機に寄与した
後、再度冷却水通路１４Ａに送り返される。このように
して第３の変形例に係る冷却水は、エンジン１と、排気
管９ｂの水平部３０との間を循環する。

【００４３】この第３の変形例にあっても排気絞り弁１
３が作動すると、そのときの圧力損失によって、排気絞
り弁１３の設けられている部分で発熱するが、排気絞り
弁１３に対応した位置に冷却水通路１４Ａが設けられて
いるので、前記発熱はその多くが冷却水通路１４Ａ内を
流れる冷却水によって回収される。すなわち、冷却水に
よって効率よく発熱が回収されるので、暖機を促進させ
るのにエンジン１の負荷を過大に上昇させずともよい。
このため、燃費が良好となる。

【００４４】（第４の変形例）図１２および図１３を参
照して第４の変形例を説明する。この第４の変形例が前
記第３の変形例と異なる部分は、第３の変形例に係る排
気管９ｂのジョイント部３１の内壁面３１ｂにフィン形
状部３８を設けた点だけであるので、他の同一部分には
同一符号を付して説明を省略する。

【００４５】フィン形状部３８は、内壁面３０ａから排
気管９ｂの内部側に向けて櫛歯状にまっすぐ、またある
程度の間隔をおいて、かつ水平なジョイント部３１の長
手方向に沿って延在されている。

【００４６】この第４の変形例にあってもフィン形状部
３８が排気絞り弁１３が設けられている箇所に対応して
設けられているので、排気絞り弁１３が設けられている
箇所における受熱面積が増大し、その結果、熱の回収効
率が向上する。したがって、この場合も、燃費が良好と
なる。

【００４７】なお、前記実施の形態では、いずれも排気
通路の内壁面をフィン形状にしたものとして示したが、
冷却水通路１４Ａの内壁面をフィン形状にするようにし
ても同様の効果を得られる。

【００４８】また、排気絞りを行うことにより、エンジ
ン負荷が増大し、排気ガス温度が上昇するため、暖機時
の排気浄化触媒の温度が上昇し、エミッションが大幅に
低減する。

【００４９】さらに、減速時に排気絞りを作動させるこ
とで、補助ブレーキとしての機能を発揮する。さらにま
た、エンジンオーバラン時等において排気絞りを作動さ
せれば、オーバラン等の防止に効果的である。

【００５０】そして、排気絞りを行うことによって、エ
ンジン負荷が上がり、排気ガスが上昇するため、排気系
のスス等が燃焼してスス発生を抑制できる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、排
気絞り手段が設けられている箇所に対応させて、冷却水
通路を設けたので、排気絞り手段で排気ガスの流れを絞
ったときの圧力損失に伴う熱の回収効率が向上する。し
たがって、内燃機関の負荷を過大に上昇させずとも簡単
に暖機を促進させ、その結果、燃費を良好にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】・・・本発明に係る暖機促進装置を採用したデ
ィーゼルエンジンの概念構成図

【図２】・・・図２の領域ＩＩ部分の拡大図

【図３】・・・排気絞り弁の開閉制御ルーチンを説明す
るフローチャートの一部

【図４】・・・排気絞り弁の開閉制御ルーチンを説明す
るフローチャートの一部

【図５】・・・第１の変形例を示す図２に相当する図

【図６】・・・第２の変形例を示す図２に相当する図で
あって、排気絞り弁を閉弁した状態を示す図

【図７】・・・図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図

【図８】・・・図６において排気絞り弁を開弁した状態
を示す図

【図９】・・・図６または図８の要部拡大図であって、
排気バルブおよび排気ガスの流れ方向を示す破線矢印を
除去した状態で示す図

【図１０】・・・第３の変形例を示す図１に相当する図

【図１１】・・・図１０の領域ＸＩ部分の拡大図

【図１２】・・・第４の変形例を示す図

【図１３】・・・図１２のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図

【符号の説明】

１…ディーゼルエンジン ２…シリンダブロック ２ａ…シリンダボア ３…ピストン ３ａ…ピストンヘッド ４…コンロッド ６…燃焼室 ８…吸気ポート ８ａ…吸気バルブ ８ｂ…吸気管 ９…排気ポート ９ａ…排気バルブ ９ｂ…排気管 ９ｃ…排気ポート９の内表面 １１…インジェクション １１ａ…回転数センサ １２…スロットルバルブ １２ａ…アイドルスイッチ（スロットルセンサ） １３…排気絞り弁（排気絞り手段） １４…冷却水通路 １４Ａ…冷却水通路 １４ａ…水温センサ １６…ＥＣＵ １８…フィン形状部 １８Ｕ…上部フィン １８Ｄ…下部フィン １９〜２９…節部 ３０…排気管９ｂの水平部 ３０ａ…水平部３０の内壁面 ３１…ジョイント ３３…ジョイント３１の壁部 ３４…ウォータポンプ ３５…ヒータ機構 ３８…フィン形状部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 1/42 Ｆ０２Ｆ 1/42 Ｂ Ｆ０２Ｎ 17/08 Ｆ０２Ｎ 17/08 Ｃ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に排気ガスの流れを
   絞る排気絞り手段を設けて、前記内燃機関の冷間時に前
   記排気絞り手段の作動によって暖機を促進させる暖機促
   進装置において、 前記排気通路には、そのうちの少なくとも前記排気絞り
   手段が設けられている箇所に対応させて、冷却水通路を
   設けたことを特徴とする暖機促進装置。
2. 【請求項２】 前記排気通路の少なくとも一部の内壁面
   を、これが前記排気絞り手段による絞り時における前記
   排気ガスの流れ方向に沿う形態になるように形成するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の暖機促進装置。
3. 【請求項３】 前記排気通路のうち前記排気絞り手段が
   設けられている箇所における前記排気通路の内壁面また
   は／および前記冷却水通路の内壁面をフィン形状にした
   ことを特徴とする請求項２に記載の暖機促進装置。