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JP2003097265A - Exhaust port cooling device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust port cooling device for internal combustion engine

Info

Publication number
JP2003097265A
JP2003097265A JP2001294423A JP2001294423A JP2003097265A JP 2003097265 A JP2003097265 A JP 2003097265A JP 2001294423 A JP2001294423 A JP 2001294423A JP 2001294423 A JP2001294423 A JP 2001294423A JP 2003097265 A JP2003097265 A JP 2003097265A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
jacket
water
liner
valve
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001294423A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Kubo
進 久保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2001294423A priority Critical patent/JP2003097265A/en
Publication of JP2003097265A publication Critical patent/JP2003097265A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust port cooling device capable of suppressing the lowering of an exhaust gas temperature in an exhaust port at engine start to elevate a catalyst temperature and also of sufficiently cooling the exhaust port after warming up. SOLUTION: During the catalyst temperature is low at engine start, an exhaust side cooling water jacket 6 is separated from a cooling water circulation system by closing the fourth and fifth valves 9 and 10, and such a state that air can be introduced into the jacket 6 is prepared by opening a third valve 19. Further, the water in the jacket 6 is discharged into a discharge water tank 20 by opening a second valve 22 to replace water with air in the jacket 6. When the catalyst temperature is substantially elevated, cooling water is poured into the jacket 6 by closing the second valve 22 and alternatively opening a first valve 17 and then, the first and third valves 17 and 19 are closed in such a state that the jacket 6 is filled with water. Subsequently, the jacket 6 is connected to the cooling water circulation system by opening the fourth and fifth valves 9 and 10.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ポ
ート冷却装置に関し、詳しくは、始動時における触媒の
昇温に適した排気ポート冷却装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust port cooling device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust port cooling device suitable for raising the temperature of a catalyst at the time of starting.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、内燃機関の排気ポート冷却装置と
しては、特開平5−133225号公報及び特開平6−
185404号公報に開示されるようなものがあった。
前記特開平5−133225号公報には、排気ポートに
断熱層を備えたポートライナを嵌め込み、ポートライナ
内に形成される冷却液通路に対するシリンダヘッドや排
気ガスからの入熱を遮断して、冷却液通路内の冷却液が
弁シートの冷却にのみ供されるよう構成した冷却装置が
開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an exhaust port cooling device for an internal combustion engine, JP-A-5-133225 and JP-A-6-63225 have been used.
There was one disclosed in Japanese Patent No. 185404.
In Japanese Patent Laid-Open No. 5-133225, a port liner having a heat insulating layer is fitted in an exhaust port to block heat input from a cylinder head or exhaust gas to a cooling liquid passage formed in the port liner to cool the port. A cooling device is disclosed in which the cooling liquid in the liquid passage is provided only for cooling the valve seat.

【0003】前記特開平6−185404号公報には、
排気ポートに嵌合される排気ライナの外周面と排気ポー
トの内周面との間に、空気断熱層として機能する微小隙
間を形成し、該微小隙間によって始動時における断熱性
を図り、連続駆動時には、前記排気ライナの径方向にお
ける熱膨張によって前記微小隙間が消失することで熱伝
達性が増し、排気ガスの過昇温を抑える構成の開示があ
る。
Japanese Patent Laid-Open No. 6-185404 discloses that
A minute gap that functions as an air heat insulating layer is formed between the outer peripheral surface of the exhaust liner fitted to the exhaust port and the inner peripheral surface of the exhaust port, and the minute gap achieves heat insulation at the time of starting and continuous drive. At times, there is a disclosure of a configuration in which the minute gap disappears due to the thermal expansion in the radial direction of the exhaust liner, the heat transfer property increases, and the excessive temperature rise of the exhaust gas is suppressed.

【0004】また、ライナに形成される冷却室内を空気
と水との入れ替える構成の冷却装置が実開平5−089
835号公報に開示されている。前記実開平5−089
835号公報のものは、シリンダライナの外周に形成さ
れる冷却室を、上部冷却室と下部冷却室とに仕切り、高
負荷運転時には、前記下部冷却室内に冷却水ポンプによ
って冷却水を導入させ、低負荷運転時には、前記下部冷
却室内にエアーポンプによって空気を導入させる構成で
ある。
Further, a cooling device having a construction in which a cooling chamber formed in a liner is exchanged with air and water has been disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 5-089.
It is disclosed in Japanese Patent No. 835. Actual Kaihei 5-089
In Japanese Patent No. 835, the cooling chamber formed on the outer circumference of the cylinder liner is partitioned into an upper cooling chamber and a lower cooling chamber, and cooling water is introduced into the lower cooling chamber by a cooling water pump during high load operation. At the time of low load operation, air is introduced into the lower cooling chamber by an air pump.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、始動時に
は、機関の排気通路に介装される触媒を速やかに活性温
度にまで昇温させて、触媒の浄化性能を発揮させること
が要求され、そのためには、排気ガスをなるべく高い温
度のまま、触媒に導入させることが必要となる。しか
し、前記特開平5−133225号公報に開示される排
気ポート構造は、高負荷運転時の耐ノック性向上を目的
とするものであり、低負荷運転時において排気ガス温度
の低下を抑制して、触媒の昇温を図れる構造ではない。
By the way, at the time of starting, it is required to quickly raise the temperature of the catalyst interposed in the exhaust passage of the engine to the activation temperature so as to exert the purification performance of the catalyst. Requires the exhaust gas to be introduced into the catalyst at a temperature as high as possible. However, the exhaust port structure disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-133225 is intended to improve knock resistance during high load operation, and suppresses a decrease in exhaust gas temperature during low load operation. However, it is not a structure capable of increasing the temperature of the catalyst.

【0006】また、前記特開平6−185404号公報
に開示されるものでは、低負荷運転時に排気ポートが空
気層で断熱されて、排気ガス温度の低下が抑制される
が、2種類の材質の熱膨張差によって微小隙間を確保す
る構成であり、排気系の高温に適用する金属系材料の熱
膨張差では、充分な隙間を確保することが困難であると
いう問題がある。
Further, in the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-185404, the exhaust port is insulated by the air layer during the low load operation to suppress the decrease of the exhaust gas temperature. The configuration is such that a minute gap is secured by the difference in thermal expansion, and there is a problem that it is difficult to secure a sufficient gap due to the difference in thermal expansion of the metal-based material applied to the high temperature of the exhaust system.

【0007】また、高負荷運転時には、シリンダヘッド
とライナとを接触させないと、充分な冷却効果が得られ
ないため、両者を接触させる温度の設定を低くする必要
が生じるが、設定温度以上の温度条件では、熱膨張差が
シリンダヘッド内の応力となり、シリンダヘッドの疲労
・破壊の要因になるという問題がある。また、断熱と冷
却とを切り換える構成として、前記実開平5−0898
35号公報に開示されるように、冷却水と空気とに入れ
替える構成があるが、このものは、シリンダライナの温
度を適温に保つことで、低負荷運転時の燃費悪化を防止
する構成であって、排気温度を上昇させる構成ではな
く、更に、冷却室内の空気・水の入れ替えにおいて、通
常の冷却水ポンプに加え、エアーポンプを必要とするた
め、システムコストが高くなってしまうという問題があ
った。
Further, during high load operation, a sufficient cooling effect cannot be obtained unless the cylinder head and the liner are brought into contact with each other. Therefore, it is necessary to set the temperature at which they are brought into contact with each other at a low temperature. Under the conditions, there is a problem that the difference in thermal expansion causes stress in the cylinder head, which causes fatigue and breakage of the cylinder head. Further, as a configuration for switching between heat insulation and cooling, the above-mentioned actual Kaihei 5-0898 is used.
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 35-35, there is a configuration in which cooling water and air are exchanged, but this is a configuration that prevents deterioration of fuel efficiency during low load operation by maintaining the temperature of the cylinder liner at an appropriate temperature. In addition to the structure that raises the exhaust temperature, when replacing the air and water in the cooling chamber, an air pump is required in addition to the normal cooling water pump, which raises the problem of increased system cost. It was

【0008】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、シリンダヘッド内に応力を発生させることなく、
高負荷運転時に排気ガスの過昇温を確実に抑えることが
でき、かつ、低負荷運転時における排気ガス温度の低下
を抑制して、触媒の昇温を促進させることができる内燃
機関の排気ポート冷却装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above problems, and does not generate stress in the cylinder head.
Exhaust port of an internal combustion engine capable of reliably suppressing excessive temperature rise of exhaust gas during high load operation and suppressing decrease of exhaust gas temperature during low load operation to promote temperature rise of catalyst An object is to provide a cooling device.

【0009】また、上記内燃機関の排気ポート冷却装置
を、低コストで構成できるようにすることを目的とす
る。
Another object of the present invention is to enable the exhaust port cooling device for an internal combustion engine to be constructed at low cost.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】そのため、請求項1記載
の発明に係る内燃機関の排気ポート冷却装置は、内燃機
関のシリンダヘッドの排気ポート部に、空気・水の入れ
替えが可能なジャケット又はライナーを独立して形成す
る構成とした。かかる構成によると、排気ポート部に独
立して形成されるジャケット又はライナー内が空気と水
とに入れ替えられ、空気が入れられる状態では空気断熱
層として機能し、水が入れられる状態では冷却効果が得
られる。
Therefore, an exhaust port cooling device for an internal combustion engine according to a first aspect of the present invention is provided with a jacket or liner capable of exchanging air and water in an exhaust port portion of a cylinder head of the internal combustion engine. Are independently formed. According to such a configuration, the inside of the jacket or liner independently formed in the exhaust port is replaced with air and water, and functions as an air heat insulating layer when air is contained, and has a cooling effect when water is contained. can get.

【0011】請求項2記載の発明では、前記シリンダヘ
ッドよりも高い位置に給水タンクを備えると共に、前記
シリンダヘッドよりも低い位置に排水タンクを備え、前
記ジャケット又はライナーと前記給水タンク・排水タン
クとの高低差に基づいて、前記ジャケット又はライナー
からの排水及び前記ジャケット又はライナーへの注水を
行う構成とした。
According to a second aspect of the present invention, a water supply tank is provided at a position higher than the cylinder head and a drainage tank is provided at a position lower than the cylinder head, and the jacket or liner and the water supply tank / drainage tank are provided. Based on the difference in height, the drainage from the jacket or liner and the water injection to the jacket or liner are performed.

【0012】かかる構成によると、シリンダヘッドを挟
んで上下に給水タンク・排水タンクを備え、高い位置に
ある給水タンクからより低いジャケット又はライナーに
対して水を注入させ、前記ジャケット又はライナー内の
水をより低い位置にある排水タンクに排出させて、前記
ジャケット又はライナー内を空気とする。請求項3記載
の発明では、機関の傾きに応じて前記ジャケット又はラ
イナーに対する水の注入口及び前記ジャケット又はライ
ナーからの空気の追い出し口及び排水口を切り換えるよ
う構成した。
According to this structure, the water tank and the drain tank are provided above and below the cylinder head, and water is injected into the lower jacket or liner from the water tank at the higher position, and the water in the jacket or liner is injected. Is discharged to a drainage tank located at a lower position so that the inside of the jacket or liner becomes air. According to the third aspect of the invention, the water inlet for the jacket or liner and the air outlet and drain for the air from the jacket or liner are switched according to the inclination of the engine.

【0013】かかる構成によると、坂道などで機関の傾
きが変わり、前記ジャケット又はライナーにおける最も
高い位置・最も低い位置が変化すると、係る変化に対応
して水の注入口及び空気又は水の排出口を切り換える。
請求項4記載の発明では、機関始動時から機関の排気通
路に介装される触媒温度が所定温度に達するまでの間、
前記ジャケット又はライナー内を空気とし、前記所定温
度に達した後に前記ジャケット又はライナー内を水に入
れ替える構成とした。
According to this structure, when the inclination of the engine changes on a slope or the like, and the highest position or the lowest position of the jacket or liner changes, the water inlet and the air or water outlet correspond to the change. Switch.
According to the invention of claim 4, from the time of starting the engine until the temperature of the catalyst installed in the exhaust passage of the engine reaches a predetermined temperature,
The inside of the jacket or liner is filled with air, and after reaching the predetermined temperature, the inside of the jacket or liner is replaced with water.

【0014】かかる構成によると、機関始動直後の触媒
温度が低いときに、前記ジャケット又はライナー内を空
気とすることで、空気断熱層として機能させ、排気ポー
ト部における排気ガス温度の低下を抑止する一方、触媒
温度が充分に高くなると、前記ジャケット又はライナー
内を空気から水に入れ替え、排気ポート部の冷却を行わ
せる。
According to this structure, when the temperature of the catalyst is low immediately after the engine is started, the inside of the jacket or liner is made to be air, thereby functioning as an air heat insulating layer and suppressing a decrease in exhaust gas temperature at the exhaust port. On the other hand, when the catalyst temperature becomes sufficiently high, the inside of the jacket or liner is replaced with water from the air to cool the exhaust port.

【0015】請求項5記載の発明に係る内燃機関の排気
ポート冷却装置は、内燃機関のシリンダヘッドの排気ポ
ート部に独立して形成されたジャケット又はライナー
と、該ジャケット又はライナーと水の循環経路との分離
・接続を切り換える循環切り換え弁と、前記シリンダヘ
ッドよりも高い位置に配置された給水タンクと、前記給
水タンクと前記ジャケット又はライナーの低い位置とを
連通する給水管と、該給水管に介装された給水弁と、前
記ジャケット又はライナーの高い位置に連通し、前記給
水タンクの最高水位よりも高い位置にまで延設された後
開放される空気管と、該空気管に介装された空気弁と、
前記シリンダヘッドよりも低い位置に配置された排水タ
ンクと、前記排水タンクと前記ジャケット又はライナー
の低い位置とを連通する排水管と、該排水管に介装され
た排水弁と、前記循環切り換え弁によって循環経路と前
記ジャケット又はライナーとを分離した状態で、前記給
水弁を閉、前記空気弁を開、前記排水弁を開として、前
記ジャケット又はライナー内を空気とする排水制御手段
と、前記循環切り換え弁によって循環経路と分離した状
態で、前記給水弁を開、前記空気弁を開、前記排水弁を
閉として、前記ジャケット又はライナーから空気追い出
しつつ水を注入し、その後、前記給水弁及び空気弁を閉
としてから、前記循環切り換え弁によって循環経路と前
記ジャケット又はライナーとを接続させる水循環制御手
段と、を含んで構成した。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an exhaust port cooling device for an internal combustion engine, wherein a jacket or liner independently formed in an exhaust port portion of a cylinder head of the internal combustion engine, and the jacket or liner and a water circulation path. A circulation switching valve for switching between separation and connection with the water supply tank, a water supply tank arranged at a position higher than the cylinder head, a water supply pipe communicating the water supply tank with a lower position of the jacket or liner, and the water supply pipe. An interposed water supply valve, an air pipe communicating with a higher position of the jacket or liner, extended to a position higher than the maximum water level of the water supply tank and then opened, and an air pipe interposed between the air pipe and the pipe. Air valve,
A drainage tank arranged at a position lower than the cylinder head, a drainage pipe communicating the drainage tank with a lower position of the jacket or liner, a drainage valve interposed in the drainage pipe, and the circulation switching valve. With the circulation path and the jacket or liner separated from each other, the water supply valve is closed, the air valve is opened, the drain valve is opened, and the drain control means for making air in the jacket or liner, and the circulation. With the switching valve separated from the circulation path, the water supply valve is opened, the air valve is opened, the drain valve is closed, and water is injected while expelling air from the jacket or liner, and then the water supply valve and the air. After closing the valve, a water circulation control means for connecting the circulation path and the jacket or liner by the circulation switching valve is included. It was.

【0016】かかる構成によると、循環切り換え弁によ
って循環経路と排気ポート部のジャケット又はライナー
とを分離し、前記ジャケット又はライナー内に水が閉じ
込められた状態で、空気弁を開、排水弁を開とすると、
排水管を介してより低い位置の排水タンクに水が排出さ
れると同時に、入れ替わりに空気管を介して空気が導入
される。
According to this structure, the circulation switching valve separates the circulation path from the jacket or liner of the exhaust port, and the air valve is opened and the drain valve is opened while water is confined in the jacket or liner. Then,
At the same time as the water is drained to the lower drainage tank via the drainage pipe, it is replaced by the introduction of air via the air pipe.

【0017】また、上記のようにして、前記ジャケット
又はライナー内を空気とした状態から、給水弁を開く
と、給水管を介してより高い位置の給水タンクからの水
が前記ジャケット又はライナー内の低い位置から注入さ
れ、この水に押し上げられるようにして空気が高い位置
に接続される空気管を介して排出される。請求項6記載
の発明では、前記空気管の前記ジャケット又はライナー
に対する接続位置と、前記排水管及び給水管の前記ジャ
ケット又はライナーに対する接続位置とを相互に切り換
える給排口切り換え弁と、機関の傾きに応じて前記給排
口切り換え弁を制御する給排口切り換え制御手段と、を
設ける構成とした。
Further, as described above, when the water supply valve is opened from the state where the inside of the jacket or liner is air, the water from the water supply tank at a higher position is supplied to the inside of the jacket or liner through the water supply pipe. It is injected from a low position and is pushed up by this water so that the air is discharged via an air pipe connected to a high position. According to a sixth aspect of the invention, a supply / discharge port switching valve for switching between a connection position of the air pipe with respect to the jacket or liner and a connection position of the drain pipe and the water supply pipe with respect to the jacket or liner, and an inclination of the engine. And a supply / discharge port switching control unit for controlling the supply / discharge port switching valve according to the above.

【0018】かかる構成によると、機関の傾きに応じて
空気管,排水管及び給水管の前記ジャケット又はライナ
ーに対する接続位置を切り換えて、空気管については前
記ジャケット又はライナーの高い位置に接続され、排水
管及び給水管については前記ジャケット又はライナーの
低い位置に接続されるようにする。請求項7記載の発明
では、機関始動時から機関の排気通路に介装される触媒
温度が所定温度に達するまでの間、前記排水制御手段に
より前記ジャケット又はライナー内を空気とし、前記所
定温度に達した後に前記水循環制御手段を動作させて前
記ジャケット又はライナー内に水を循環させる触媒温度
制御手段を設ける構成とした。
According to this structure, the connection positions of the air pipe, the drain pipe and the water supply pipe to the jacket or liner are switched according to the inclination of the engine, and the air pipe is connected to a higher position of the jacket or liner, The pipe and water supply pipe should be connected to the lower part of the jacket or liner. In the invention according to claim 7, from the time of starting the engine until the temperature of the catalyst installed in the exhaust passage of the engine reaches a predetermined temperature, the inside of the jacket or liner is made air by the drainage control means, and the temperature is raised to the predetermined temperature. After the temperature is reached, the water circulation control means is operated to provide catalyst temperature control means for circulating water in the jacket or liner.

【0019】かかる構成によると、始動直後の触媒温度
が低いときには、ジャケット又はライナー内を空気とす
ることで、空気断熱層として機能させ、排気ポート部に
おける排気ガス温度の低下を抑止する一方、触媒温度が
充分に高くなると、前記ジャケット又はライナー内を空
気から水に入れ替え、排気ポート部の冷却を行わせる。
According to this structure, when the temperature of the catalyst is low immediately after the engine is started, the inside of the jacket or liner is made to function as an air heat insulating layer to prevent the temperature of the exhaust gas at the exhaust port from lowering, while at the same time reducing the temperature of the catalyst. When the temperature becomes sufficiently high, the inside of the jacket or liner is replaced with water from the air to cool the exhaust port.

【0020】請求項8記載の発明では、前記空気管が、
前記給水タンク内に開放される構成であり、前記排水タ
ンク内の水の循環経路への供給・停止を切り換える補給
切り換え弁と、前記給水タンク内の水位を検出する水位
検出手段と、前記ジャケット又はライナー内に水が循環
される状態において、前記水位検出手段で検出される前
記給水タンク内の水位が所定以下であるときに、前記補
給切り換え弁により排水タンク内の水を循環経路に供給
すると共に、前記空気管に介装される空気弁を開いて、
前記ジャケット又はライナー内に循環される水の一部を
前記給水タンクに補給させる補給制御手段と、を設ける
構成とした。
In the invention according to claim 8, the air pipe is
It is configured to be opened in the water supply tank, a replenishment switching valve for switching supply / stop of water to the circulation path in the drainage tank, a water level detection means for detecting the water level in the water supply tank, the jacket or In a state where water is circulated in the liner, when the water level in the water supply tank detected by the water level detecting means is below a predetermined level, the replenishment switching valve supplies water in the drainage tank to the circulation path. , Open the air valve installed in the air pipe,
Replenishment control means for replenishing a part of the water circulated in the jacket or liner to the water supply tank.

【0021】かかる構成によると、給水タンク内の水位
が低下した分は、排水タンクの水位が増加することにな
るから、給水タンク内の水位が低下したときには、排水
タンク内の水を循環経路に供給することで、ジャケット
又はライナーからの新たな排水を可能にし、かつ、ジャ
ケット又はライナー内に循環される水の一部を、給排水
時に空気の排出口・取入口として機能する空気管を介し
て給水タンクに補給させる。
According to this structure, the water level in the water supply tank decreases, and the water level in the drainage tank increases. Therefore, when the water level in the water supply tank decreases, the water in the drainage tank is circulated to the circulation path. By supplying it, new drainage from the jacket or liner is possible, and part of the water circulated in the jacket or liner is supplied through the air pipe that functions as an air outlet / intake port during water supply / drainage. Let the water tank replenish.

【0022】[0022]

【発明の効果】請求項1記載の発明によると、排気ポー
ト部に独立に設けられるジャケット又はライナー内を、
水と空気とに入れ替えることで、空気断熱により排気ガ
スの温度低下を抑え触媒の昇温を図れる状態と、排気ポ
ート部を積極的に冷却する状態とに切り換えることがで
きるという効果がある。
According to the first aspect of the present invention, the inside of the jacket or liner independently provided in the exhaust port is
By switching between water and air, there is an effect that it is possible to switch between a state in which the temperature of exhaust gas is suppressed from being lowered by the heat insulation of the air and the temperature of the catalyst can be increased, and a state in which the exhaust port portion is actively cooled.

【0023】請求項2記載の発明によると、給水タンク
・排出タンクとジャケット又はライナーとの高低差に基
づいて、ジャケット又はライナーへの注水、及び、ジャ
ケット又はライナーからの排水を行わせるので、エアー
ポンプ等を必要とすることがなく、システムコストの上
昇を抑制することができるという効果がある。請求項3
記載の発明によると、機関が傾いてジャケット又はライ
ナーの高い部分と低い部分とが入れ替わることがあって
も、水の中に空気が混入したり、水が完全に排水されず
に残ることを回避することができるという効果がある。
According to the second aspect of the invention, water is injected into the jacket or liner and drained from the jacket or liner based on the height difference between the water supply tank / discharge tank and the jacket or liner. There is an effect that it is possible to suppress an increase in system cost without requiring a pump or the like. Claim 3
According to the described invention, even if the engine is tilted and the high part and the low part of the jacket or liner are exchanged with each other, it is possible to prevent air from being mixed into the water or remaining of the water without being completely drained. There is an effect that can be done.

【0024】請求項4記載の発明によると、触媒温度が
充分に上昇するまでの間、排気ポート部に設けたジャケ
ット又はライナー内を空気として断熱を図るので、排気
ポートを通過する排気ガスの温度低下を抑制して、触媒
の昇温を促進することができる一方、触媒温度が充分に
高くなった後は、前記ジャケット又はライナー内を水と
して、必要な冷却を行わせることができるという効果が
ある。
According to the fourth aspect of the invention, since the inside of the jacket or liner provided in the exhaust port portion is insulated with air until the catalyst temperature rises sufficiently, the temperature of the exhaust gas passing through the exhaust port is increased. While suppressing the decrease, it is possible to accelerate the temperature rise of the catalyst, on the other hand, after the catalyst temperature has become sufficiently high, there is an effect that it is possible to perform the necessary cooling by using water in the jacket or liner. is there.

【0025】請求項5記載の発明によると、各種弁の開
閉状態の組み合わせによって、給水タンク・排出タンク
と排気ポート部に設けたジャケット又はライナーとの高
低差に基づき、前記ジャケット又はライナーに対して空
気を混入させることなく水を注水させることができ、か
つ、前記ジャケット又はライナーからの水を残すことな
く排水させることができ、前記ジャケット又はライナー
の空気断熱状態と水を冷媒とする冷却状態とに、簡便な
構成で確実に切り換えることができるという効果があ
る。
According to the fifth aspect of the present invention, depending on the combination of the open / closed states of various valves, the height difference between the water supply / exhaust tank and the jacket or liner provided at the exhaust port is based on the jacket or liner. Water can be poured without mixing air, and water can be drained without leaving water from the jacket or liner, and the jacket or liner can be air-insulated and cooled with water as a refrigerant. In addition, there is an effect that switching can be surely performed with a simple configuration.

【0026】請求項6記載の発明によると、機関が傾い
てジャケット又はライナーの高い部分と低い部分とが入
れ替わることがあっても、係る入れ替わりに対応して空
気管,排水管及び給水管の接続位置を変更するので、機
関の傾きによって水の中に空気が混入したり、水が完全
に排水されずに残ることを回避することができるという
効果がある。
According to the sixth aspect of the present invention, even if the engine is tilted and the high part and the low part of the jacket or liner are interchanged, the connection of the air pipe, the drainage pipe and the water supply pipe is performed corresponding to the interchange. Since the position is changed, there is an effect that it is possible to prevent air from being mixed into the water due to the inclination of the engine, and to prevent the water from remaining without being completely drained.

【0027】請求項7記載の発明によると、触媒温度が
充分に上昇するまでの間、各種弁の開閉制御によって排
気ポート部に設けたジャケット又はライナー内の水が排
出されて空気となっている状態を保持して断熱を図るの
で、排気ポートを通過する排気ガスの温度低下を抑制し
て、触媒の昇温を促進することができる一方、触媒温度
が充分に高くなった後は、各種弁の開閉制御によって給
水タンクの水を注入した後、循環経路に接続させるの
で、前記ジャケット又はライナー内に水を循環させて必
要な冷却を行わせることができるという効果がある。
According to the seventh aspect of the present invention, water is discharged from the jacket or liner provided in the exhaust port portion to air by controlling the opening and closing of various valves until the catalyst temperature rises sufficiently. Since the state is maintained and heat insulation is achieved, the temperature drop of the exhaust gas passing through the exhaust port can be suppressed and the temperature rise of the catalyst can be promoted. Since the water in the water supply tank is injected by the opening / closing control and then connected to the circulation path, there is an effect that the water can be circulated in the jacket or the liner to perform necessary cooling.

【0028】請求項8記載の発明によると、排水タンク
に対して新たに排水させ、かつ、給水タンクに水を補給
して再度ジャケット又はライナー内に水を注入させるこ
とができる状態を、通常の冷却水ポンプによる循環を利
用して行わせることができるという効果がある。
According to the eighth aspect of the present invention, a state in which water can be newly drained to the drain tank, water can be replenished in the water supply tank, and water can be injected again into the jacket or liner There is an effect that it can be performed by utilizing the circulation by the cooling water pump.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図1は、本発明に係る排気ポート冷
却装置を含む内燃機関の冷却系を示す斜視図である。内
燃機関1のフロント側には、機関駆動されるウォータポ
ンプ2が設けられており、該ウォータポンプ2から吐き
出される冷却水は、まず、シリンダブロック3に入り、
該シリンダブロック3に対してシリンダ列方向に延設さ
れる冷却水ジャケット(図示省略)をフロント側からリ
ヤ側に通過し、リヤ側からシリンダヘッド4に入る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a cooling system of an internal combustion engine including an exhaust port cooling device according to the present invention. On the front side of the internal combustion engine 1, an engine-driven water pump 2 is provided, and the cooling water discharged from the water pump 2 first enters the cylinder block 3 and
A cooling water jacket (not shown) extending in the cylinder row direction with respect to the cylinder block 3 passes from the front side to the rear side and enters the cylinder head 4 from the rear side.

【0030】前記シリンダヘッド4には、図2及び図3
に示すように、排気ポート5側の冷却水ジャケット6
と、吸気ポート7側の冷却水ジャケット8とが、相互に
独立してシリンダ列方向に延設されており、該冷却水ジ
ャケット6,8は、フロント側で第4弁9を介して連通
し、リヤ側で第5弁10を介して連通している。シリン
ダブロック3を通過した後の冷却水は、前記吸気側の冷
却水ジャケット8のリヤ側端部に入るが、前記第5弁1
0が開いている状態では、一部が排気側の冷却水ジャケ
ット6にも入り、各冷却水ジャケット6,8に沿ってフ
ロント側にまで流れる。
The cylinder head 4 is shown in FIGS.
As shown in, the cooling water jacket 6 on the exhaust port 5 side
And a cooling water jacket 8 on the side of the intake port 7 extend independently of each other in the cylinder row direction, and the cooling water jackets 6, 8 communicate with each other via the fourth valve 9 on the front side. The rear side communicates with the fifth valve 10. The cooling water that has passed through the cylinder block 3 enters the rear end of the cooling water jacket 8 on the intake side.
When 0 is open, part of the water also enters the cooling water jacket 6 on the exhaust side and flows to the front side along the cooling water jackets 6 and 8.

【0031】フロント側の第4弁9が開いている状態で
は、排気側の冷却水ジャケット6を通過してきた冷却水
が、吸気側の冷却水ジャケット8内に合流し、ウォータ
アウトレット11を介して、ラジエータ12に供給され
る。ラジエータ12で放熱した冷却水は、ウォータイン
レット13を介してサーモスタットハウジング14に入
り、サーモスタットハウジング14からの冷却水が前記
ウォータポンプ2の吸込口に供給される。
In the state where the fourth valve 9 on the front side is open, the cooling water that has passed through the cooling water jacket 6 on the exhaust side merges into the cooling water jacket 8 on the intake side, and passes through the water outlet 11. , Is supplied to the radiator 12. The cooling water radiated by the radiator 12 enters the thermostat housing 14 via the water inlet 13, and the cooling water from the thermostat housing 14 is supplied to the suction port of the water pump 2.

【0032】また、シリンダヘッド4の上部には、給水
タンク15が配置され、該給水タンク15と排気側の冷
却水ジャケット6のリヤ側とを連通する給水管16に
は、給水弁としての第1弁17が介装されている。尚、
内燃機関1が図示省略した車両に搭載される状態で、か
つ、車両が略水平な路上にある場合には、フロント側が
高く、リヤ側が低いものとする。従って、冷却水ジャケ
ット6のリヤ側とは、水平な路上において、ジャケット
6の最も低い側を示す。
A water supply tank 15 is arranged above the cylinder head 4, and a water supply pipe 16 connecting the water supply tank 15 and the rear side of the cooling water jacket 6 on the exhaust side is provided with a first water supply valve as a water supply valve. One valve 17 is interposed. still,
When the internal combustion engine 1 is mounted on a vehicle (not shown) and the vehicle is on a substantially horizontal road, the front side is high and the rear side is low. Therefore, the rear side of the cooling water jacket 6 indicates the lowest side of the jacket 6 on a horizontal road.

【0033】また、前記排気側冷却水ジャケット6のフ
ロント側端部の上壁に接続され、前記給水タンク15の
最高水位よりも高い位置まで延設された後、前記給水タ
ンク15内に開放される空気管18が設けられ、該空気
管18には空気弁としての第3弁19が介装されてい
る。更に、シリンダヘッド4よりも低い位置の排水タン
ク20が設けられ、該排水タンク20と排気側冷却水ジ
ャケット6のリヤ側の底部とを連通する排水管21に
は、排水弁としての第2弁22が介装されている。
Further, after being connected to the upper wall of the front end of the exhaust side cooling water jacket 6 and extending to a position higher than the maximum water level of the water supply tank 15, it is opened in the water supply tank 15. The air pipe 18 is provided, and the air pipe 18 is provided with a third valve 19 as an air valve. Further, a drainage tank 20 is provided at a position lower than the cylinder head 4, and the drainage pipe 21 that connects the drainage tank 20 and the bottom of the exhaust side cooling water jacket 6 on the rear side has a second valve as a drainage valve. 22 is interposed.

【0034】前記排水タンク20の底部は、補給切り換
え弁としての第6弁23、及び、1方向弁24を介し
て、前記ウォータポンプ2の吸込口側に接続される。上
記構成を簡易的に示すと、図4に示すようになり、前記
第1〜第6弁17,22,19,9,10,23は、マ
イクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット2
5によって開閉制御される。
The bottom of the drainage tank 20 is connected to the suction port side of the water pump 2 via a sixth valve 23 as a replenishment switching valve and a one-way valve 24. FIG. 4 is a simplified view of the above-mentioned configuration, and the first to sixth valves 17, 22, 19, 9, 10, 23 are the control unit 2 incorporating a microcomputer.
The opening / closing control is performed by the switch 5.

【0035】図5は、前記コントロールユニット25に
よる各弁の開閉制御の組み合わせを示すものであり、排
気側冷却水ジャケット6内に冷却水を循環させる通常時
には、図5の(オ)に示すように、前記第1弁17,第
2弁22及び第3弁19を閉状態に保持する一方、第4
弁9及び第5弁10を開制御して、排気側冷却水ジャケ
ット6と吸気側冷却水ジャケット8とをリヤ側及びフロ
ント側で連通させることで、シリンダブロック3からシ
リンダヘッド4に供給される冷却水を、排気側冷却水ジ
ャケット6にも流すようにする。
FIG. 5 shows a combination of the opening / closing control of each valve by the control unit 25. As shown in FIG. 5 (e), the cooling water is normally circulated in the exhaust side cooling water jacket 6. While maintaining the first valve 17, the second valve 22 and the third valve 19 in the closed state,
By controlling the valve 9 and the fifth valve 10 to open so that the exhaust side cooling water jacket 6 and the intake side cooling water jacket 8 communicate with each other on the rear side and the front side, the cylinder block 3 is supplied to the cylinder head 4. The cooling water is also made to flow into the cooling water jacket 6 on the exhaust side.

【0036】このとき、図4に示す各部位A〜Gにおい
ては、配管内が冷却水で満たされることになる。尚、空
気管18の第3弁19よりも高い位置Gは、給水タンク
15の水位よりも低い位置であるものとする。上記のよ
うな排気側冷却水ジャケット6内に冷却水を循環させる
通常時から、排気側冷却水ジャケット6内を空気とする
ことができ、冷却水から空気への入れ替え(排水制御手
段)においては、まず、図5の(カ)に示すように、通
常時に開いている第4,第5弁9,10を閉じて、排気
側冷却水ジャケット6と吸気側冷却水ジャケット8との
連通部分を遮断することで、排気側冷却水ジャケット6
を冷却水の循環経路から切り離す。
At this time, in each of the portions A to G shown in FIG. 4, the inside of the pipe is filled with cooling water. The position G of the air pipe 18 higher than the third valve 19 is lower than the water level of the water supply tank 15. From the normal time when the cooling water is circulated in the exhaust side cooling water jacket 6 as described above, the inside of the exhaust side cooling water jacket 6 can be made to be air, and when the cooling water is replaced with air (drainage control means), First, as shown in (f) of FIG. 5, the fourth and fifth valves 9 and 10 that are normally open are closed to connect the communicating portion between the exhaust side cooling water jacket 6 and the intake side cooling water jacket 8. Exhaust side cooling water jacket 6 by shutting off
Is separated from the cooling water circulation path.

【0037】続いて、図5の(ア)に示すように、第
2,第3弁22,19を開く。第2弁22を開くと、排
気側冷却水ジャケット6内の水が排水タンク20に排出
され、代わりに、空気管18を介して空気が排気側冷却
水ジャケット6内に入り込むことになる。ここで、排水
管21は、排気側冷却水ジャケット6の最も低い位置に
接続されるから、排気側冷却水ジャケット6内の水が全
て排出されることになり、第1〜第5弁で囲まれる排気
側冷却水ジャケット6を含む配管内が空気で満たされる
ことになる。
Subsequently, as shown in FIG. 5A, the second and third valves 22 and 19 are opened. When the second valve 22 is opened, the water in the exhaust side cooling water jacket 6 is discharged to the drainage tank 20, and instead, the air enters the exhaust side cooling water jacket 6 via the air pipe 18. Here, since the drain pipe 21 is connected to the lowest position of the exhaust side cooling water jacket 6, all the water in the exhaust side cooling water jacket 6 is discharged, and is enclosed by the first to fifth valves. The inside of the pipe including the exhaust side cooling water jacket 6 is filled with air.

【0038】排気側冷却水ジャケット6内が空気層とな
ると、該空気層が断熱層として機能して、排気ポート5
を通過する排気ガスの温度低下が抑制される。一方、上
記のように、排気側冷却水ジャケット6内が空気層とな
っている状態から通常に水を循環させる状態に移行させ
る場合には(水循環制御手段)、まず、図5の(イ)に
示すように、第2弁22を閉じて冷却水の排水経路を遮
断する。
When the inside of the exhaust side cooling water jacket 6 becomes an air layer, the air layer functions as a heat insulating layer, and the exhaust port 5
A decrease in the temperature of the exhaust gas passing through is suppressed. On the other hand, as described above, when the state in which the exhaust side cooling water jacket 6 is in the air layer is changed to the state in which water is normally circulated (water circulation control means), first, (a) in FIG. As shown in, the second valve 22 is closed to shut off the drainage path of the cooling water.

【0039】続いて、図5の(ウ)に示すように、第1
弁17を開く。第1弁17を開くと、給水タンク15に
貯留されていた冷却水が、排気側冷却水ジャケット6内
の低い位置から注入され、それまで排気側冷却水ジャケ
ット6内を満たしていた空気は、排気側冷却水ジャケッ
ト6内の上方に追い出され、空気管18を介して排出さ
れる。
Then, as shown in FIG. 5C, the first
Open valve 17. When the first valve 17 is opened, the cooling water stored in the water supply tank 15 is injected from a lower position in the exhaust side cooling water jacket 6, and the air that has filled the exhaust side cooling water jacket 6 until then is It is expelled upward in the exhaust side cooling water jacket 6 and is discharged through the air pipe 18.

【0040】これによって、排気側冷却水ジャケット6
内が全て水で満たされたようになり、最終的には、空気
管18内が給水タンク15と同じ水位まで水で満たされ
るようになる。従って、続いて図5の(エ)に示すよう
に、第1弁17及び第3弁19を閉じれば、給水タンク
15から注水された水が閉じ込められることになり、こ
の状態から、図5の(オ)に示すように、第4,第5弁
9,10を開けば、冷却水中に空気を混入させることな
く、排気側冷却水ジャケット6内を循環経路に接続させ
ることができる。
As a result, the exhaust side cooling water jacket 6
All of the inside is filled with water, and finally the inside of the air pipe 18 is filled with water to the same water level as the water supply tank 15. Therefore, subsequently, as shown in FIG. 5D, if the first valve 17 and the third valve 19 are closed, the water injected from the water supply tank 15 is confined. As shown in (e), if the fourth and fifth valves 9 and 10 are opened, the inside of the exhaust side cooling water jacket 6 can be connected to the circulation path without mixing air in the cooling water.

【0041】尚、空気から冷却水への入れ替えの各ステ
ップ(イ)〜(エ)は予め設定された時間間隔で切り換
えられるものとする。ところで、第6弁23は、排気側
冷却水ジャケット6内が空気のときと水のときとの双方
で基本的閉状態に保持されるが、前記給水タンク15内
の水位を検出する水位センサ26(水位検出手段)の検
出結果に基づき、補給制御手段としての機能を有するコ
ントロールユニット25によって図6に示すように制御
される。
The steps (a) to (d) for replacing the air with the cooling water are switched at preset time intervals. By the way, the sixth valve 23 is maintained in a basically closed state both when the inside of the exhaust side cooling water jacket 6 is air and when it is water, but the water level sensor 26 for detecting the water level in the water supply tank 15 is used. Based on the detection result of the (water level detection means), the control unit 25 having a function as a replenishment control means controls as shown in FIG.

【0042】排気側冷却水ジャケット6内に冷却水が循
環される状態で、前記水位センサ26で給水タンク15
内の水量が不足していると検出されると、図6の
(オ’)に示すように、第3弁19及び第6弁23を開
く。給水タンク15内の水量不足は、排出タンク20内
の水量増加を示し、排水タンク20内の水量が過剰であ
ると、排気側冷却水ジャケット6からの排水が不能にな
る。
With the cooling water circulated in the cooling water jacket 6 on the exhaust side, the water level sensor 26 is used to supply water to the water tank 15.
When it is detected that the amount of water inside is insufficient, the third valve 19 and the sixth valve 23 are opened, as shown in (e ') of FIG. An insufficient amount of water in the water supply tank 15 indicates an increase in the amount of water in the discharge tank 20, and when the amount of water in the drainage tank 20 is excessive, drainage from the exhaust side cooling water jacket 6 becomes impossible.

【0043】そこで、第6弁23を開くことで、排出タ
ンク20内の冷却水を排出し、ウォータポンプ2で循環
される冷却水に合流させる。一方、第3弁19を開くこ
とで、排気側冷却水ジャケット6内に循環された冷却水
の圧力によって、空気管18内の水位が上がり、空気管
18を介して冷却水が補給される。
Therefore, by opening the sixth valve 23, the cooling water in the discharge tank 20 is discharged and merged with the cooling water circulated by the water pump 2. On the other hand, by opening the third valve 19, the water level in the air pipe 18 rises due to the pressure of the cooling water circulated in the exhaust side cooling water jacket 6, and the cooling water is replenished through the air pipe 18.

【0044】上記補給動作の結果、前記水位センサ26
で給水タンク15内の水量が充分であると検出されるよ
うになると、第3弁19及び第6弁23を閉じて、排出
タンク20内の冷却水の排出、及び、給水タンク15内
への冷却水の補給を停止させる。尚、前記第6弁23を
開いているときの排出タンク20内へ向けての冷却水の
逆流は、1方向弁24で阻止される。
As a result of the above replenishing operation, the water level sensor 26
When it is detected that the amount of water in the water supply tank 15 is sufficient, the third valve 19 and the sixth valve 23 are closed to discharge the cooling water in the discharge tank 20 and to the water supply tank 15. Stop supplying cooling water. The one-way valve 24 prevents the backflow of the cooling water toward the inside of the discharge tank 20 when the sixth valve 23 is opened.

【0045】ところで、機関1を搭載した車両が略水平
な路面上にあるときには、機関1のフロント側がリヤ側
に比べて高いが、急坂上にあるときには、逆にリヤ側が
高くなってしまう可能性があり、このときに、そのまま
通常に水と空気との入れ替え操作を行うと、水や空気が
完全に抜けずに残る可能性がある。上記のような急坂上
での空気・水の入れ替え操作を確実に行わせるには、図
7に示すように、空気管18,給水管16及び排水管2
1の接続先を切り換える給排口切り換え弁として、第8
弁32を設けるようにすれば良い。
When the vehicle equipped with the engine 1 is on a substantially horizontal road surface, the front side of the engine 1 is higher than the rear side, but when the vehicle is on a steep slope, the rear side may be higher. However, at this time, if water and air are normally exchanged as they are, there is a possibility that water and air will not be completely removed and may remain. In order to reliably perform the air / water exchange operation on the steep slope as described above, as shown in FIG.
As a supply / discharge port switching valve for switching the connection destination of No. 1,
The valve 32 may be provided.

【0046】前記第8弁32は、前述のように、給水管
16及び排水管21を機関のリヤ側に接続し、空気管1
8を機関のフロント側に接続する状態と、給水管16及
び排水管21を機関のフロント側に接続し、空気管18
を機関のリヤ側に接続する状態と、のいずれかに切り換
える。給排口切り換え制御手段としての機能を有するコ
ントロールユニット25は、車両(機関)の傾きを検出
する傾斜センサ33の検出結果に基づき、機関のフロン
ト側とリヤ側とのいずれが高いかを判断する。
As described above, the eighth valve 32 connects the water supply pipe 16 and the drain pipe 21 to the rear side of the engine, and the air pipe 1
8 is connected to the front side of the engine, the water supply pipe 16 and the drain pipe 21 are connected to the front side of the engine, and the air pipe 18
Is connected to the rear side of the engine. The control unit 25 having a function as a supply / discharge port switching control means determines which of the front side and the rear side of the engine is higher, based on the detection result of the inclination sensor 33 which detects the inclination of the vehicle (engine). .

【0047】そして、フロント側が高い通常状態では、
給水管16及び排水管21が機関のリヤ側に接続され、
空気管18が機関のフロント側に接続されるように前記
第8弁32を制御し、逆に、リヤ側が高い状態では、給
水管16及び排水管21が機関のフロント側に接続さ
れ、空気管18が機関のリヤ側に接続されるように前記
第8弁32を制御する。
In a normal state where the front side is high,
The water supply pipe 16 and the drain pipe 21 are connected to the rear side of the engine,
The eighth valve 32 is controlled so that the air pipe 18 is connected to the front side of the engine, and conversely, when the rear side is high, the water supply pipe 16 and the drain pipe 21 are connected to the front side of the engine, The eighth valve 32 is controlled so that 18 is connected to the rear side of the engine.

【0048】上記のように、コントロールユニット25
は、各弁の開閉状態の組み合わせを制御することで、排
気側冷却水ジャケット6内を空気と冷却水とに入れ替え
るが、入れ替え制御は、内燃機関1の排気管27に介装
される触媒28(図2参照)の温度に基づいて行われ
る。図8のフローチャートは、触媒28の温度に基づく
前記入れ替え制御(触媒温度制御手段)の詳細を示すも
のであり、ステップS1でイグニッションスイッチがO
Nされたことが判定されると、ステップS2へ進み、前
記触媒28の温度を検出する触媒温度センサ29(図2
参照)の検出結果が、予め設定された基準温度を超えて
いるか否かを判別する。
As described above, the control unit 25
Controls the combination of the open / closed states of each valve to replace the inside of the exhaust side cooling water jacket 6 with air and cooling water. The replacement control is performed by the catalyst 28 installed in the exhaust pipe 27 of the internal combustion engine 1. (See FIG. 2). The flow chart of FIG. 8 shows the details of the replacement control (catalyst temperature control means) based on the temperature of the catalyst 28. In step S1, the ignition switch is turned off.
If it is determined that the temperature is N, the process proceeds to step S2, and the catalyst temperature sensor 29 (FIG. 2) for detecting the temperature of the catalyst 28 is used.
It is determined whether or not the detection result of (see) exceeds a preset reference temperature.

【0049】尚、触媒温度センサ29を備えない場合に
は、機関1の冷却水温度を検出する水温センサ30の検
出結果が、基準温度を超えているか否かを判別させるよ
うにする。前記ステップS2で、前記触媒28の温度
(又は冷却水温度)が基準温度を超えているとき、即
ち、機関停止直後の再始動時であるときには、ステップ
S6へ進み、機関停止中における排気側冷却水ジャケッ
ト6内を水とする状態をそのまま維持し、機関始動時か
ら排気側冷却水ジャケット6内に水が循環されるように
する。
When the catalyst temperature sensor 29 is not provided, it is determined whether or not the detection result of the water temperature sensor 30 which detects the cooling water temperature of the engine 1 exceeds the reference temperature. In step S2, when the temperature of the catalyst 28 (or cooling water temperature) exceeds the reference temperature, that is, when restarting immediately after the engine is stopped, the process proceeds to step S6, and exhaust side cooling is performed while the engine is stopped. The state in which the water in the water jacket 6 is kept as is is maintained so that the water is circulated in the exhaust side cooling water jacket 6 from the time of engine start.

【0050】一方、ステップS2で、前記触媒28の温
度(又は冷却水温度)が基準温度以下であると判別され
たときには、ステップS3へ進み、前述の排気側冷却水
ジャケット6内を水から空気に入れ替える操作を行う。
排気側冷却水ジャケット6内を空気とすれば、この空気
の断熱作用によって排気ポート5を流れる排気ガスの温
度低下が抑制され、触媒28に流れ込む排気ガスの温度
を高くすることができるので、触媒28の昇温を図るこ
とができる。
On the other hand, when it is determined in step S2 that the temperature of the catalyst 28 (or the cooling water temperature) is lower than the reference temperature, the process proceeds to step S3 and the inside of the exhaust side cooling water jacket 6 is changed from water to air. Replace with.
If the inside of the exhaust side cooling water jacket 6 is made of air, the temperature reduction of the exhaust gas flowing through the exhaust port 5 is suppressed by the adiabatic effect of this air, and the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst 28 can be increased, so that the catalyst It is possible to raise the temperature of 28.

【0051】排気側冷却水ジャケット6内を空気に入れ
替えると、ステップS4では、前記触媒28の温度(又
は冷却水温度)が基準温度を超えるようになったか否か
を判別する。そして、前記触媒28の温度(又は冷却水
温度)が基準温度を超えるまでは、排気側冷却水ジャケ
ット6内を空気に保持し、前記触媒28の温度(又は冷
却水温度)が基準温度を超えると、ステップS5へ進
む。
When the inside of the exhaust side cooling water jacket 6 is replaced with air, it is determined in step S4 whether or not the temperature of the catalyst 28 (or the cooling water temperature) exceeds the reference temperature. Then, until the temperature of the catalyst 28 (or the cooling water temperature) exceeds the reference temperature, the inside of the exhaust side cooling water jacket 6 is kept in air, and the temperature of the catalyst 28 (or the cooling water temperature) exceeds the reference temperature. Then, the process proceeds to step S5.

【0052】尚、始動時から所定時間だけ、排気側冷却
水ジャケット6内を空気として、その後、排気側冷却水
ジャケット6内を空気から水に入れ替えるようにしても
良い。ステップS5では、前述の排気側冷却水ジャケッ
ト6内を空気から水に入れ替える操作を行うことで、シ
リンダヘッド4を冷却させて、過剰に温度が高くなるこ
とを回避する。
The exhaust side cooling water jacket 6 may be filled with air for a predetermined time from the start, and then the exhaust side cooling water jacket 6 may be replaced with air. In step S5, the inside of the exhaust side cooling water jacket 6 is replaced with water from the air, thereby cooling the cylinder head 4 and avoiding an excessive rise in temperature.

【0053】その後は、ステップS6へ進み、機関運転
中、排気側冷却水ジャケット6内に水を循環させる状態
を継続させ、機関停止後も前記各弁を通常の水の循環状
態に維持して、排気側冷却水ジャケット6内に水が保持
されるようにする。そして、再始動時に、触媒28の温
度(又は冷却水温度)に基づいて、排気側冷却水ジャケ
ット6内の水を排出させるか否かを選択する。
After that, the routine proceeds to step S6, where the state in which water is circulated in the exhaust side cooling water jacket 6 is continued while the engine is operating, and the respective valves are maintained in the normal water circulation state even after the engine is stopped. , So that water is retained in the exhaust side cooling water jacket 6. Then, at the time of restart, whether to discharge the water in the exhaust side cooling water jacket 6 is selected based on the temperature of the catalyst 28 (or the cooling water temperature).

【0054】尚、機関1の停止時に無条件に排気側冷却
水ジャケット6内の水を排出させ、再始動時に、触媒温
度が高くなってから排気側冷却水ジャケット6内に水を
注入する構成とすることができる。また、機関1の停止
中に温度条件を監視し、温度が低くなるまでは排気側冷
却水ジャケット6内に水が入っている状態に保持し、温
度が低くなってから排気側冷却水ジャケット6内の水を
排出させる構成とすることもできる。
Incidentally, when the engine 1 is stopped, the water in the exhaust side cooling water jacket 6 is unconditionally discharged, and at the time of restart, the water is injected into the exhaust side cooling water jacket 6 after the catalyst temperature becomes high. Can be Further, the temperature condition is monitored while the engine 1 is stopped, and water is kept in the exhaust side cooling water jacket 6 until the temperature becomes low, and after the temperature becomes low, the exhaust side cooling water jacket 6 It is also possible to have a structure in which the water inside is discharged.

【0055】更に、上記実施形態では、排気ポート5の
周囲に設けられる冷却水ジャケット6内を水と空気とに
入れ替える構成としたが、排気ポート5にライナを嵌合
し、該ライナの肉厚内部に形成される環状の隙間を、空
気と水とに入れ替える構成であっても良い。また、上記
では、第1〜第6弁を電子制御する構成としたが、例え
ば冷却水温度に応じて開閉動作するサーモ弁で前記第1
〜第6弁を構成させることも可能である。
Further, in the above-described embodiment, the inside of the cooling water jacket 6 provided around the exhaust port 5 is replaced with water and air. However, a liner is fitted to the exhaust port 5 to increase the wall thickness of the liner. The annular gap formed inside may be replaced with air and water. In the above description, the first to sixth valves are electronically controlled, but the first valve is a thermo valve that opens and closes according to the temperature of the cooling water.
~ It is also possible to constitute the sixth valve.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る排気ポート冷却装置を含む内燃機
関の冷却系を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a cooling system of an internal combustion engine including an exhaust port cooling device according to the present invention.

【図2】図1に示す内燃機関のシリンダヘッドの横断面
図。
2 is a cross-sectional view of a cylinder head of the internal combustion engine shown in FIG.

【図3】前記シリンダヘッドにおける冷却水の流れを示
す状態図。
FIG. 3 is a state diagram showing a flow of cooling water in the cylinder head.

【図4】実施形態における排気ポート冷却装置の弁・配
管の構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram of valves and piping of the exhaust port cooling device in the embodiment.

【図5】弁の開閉状態の組み合わせと、排気側冷却水ジ
ャケット内の状態との相関を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a correlation between a combination of valve open / closed states and a state in the exhaust side cooling water jacket.

【図6】給水タンクに対する補給動作における弁の開閉
状態の組み合わせを示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a combination of opening and closing states of valves in a replenishing operation for a water supply tank.

【図7】車両の傾斜に応じた切り換えを行う排気ポート
冷却装置の弁・配管の構成図
FIG. 7 is a configuration diagram of valves and piping of an exhaust port cooling device that performs switching according to the inclination of the vehicle.

【図8】触媒温度に基づく水・空気の入れ替え制御を示
すフローチャート。
FIG. 8 is a flowchart showing water / air exchange control based on the catalyst temperature.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…内燃機関 2…ウォータポンプ 3…シリンダブロック 4…シリンダヘッド 5…排気ポート 6…排気側冷却水ジャケット 7…吸気ポート 8…吸気側冷却水ジャケット 9…第4弁 10…第5弁 12…ラジエータ 15…給水タンク 16…給水管 17…第1弁 18…空気管 19…第3弁 20…排水タンク 21…排水管 22…第2弁 23…第6弁 24…1方向弁 25…コントロールユニット 26…水位センサ 28…触媒 29…触媒温度センサ 30…水温センサ 33…傾斜センサ 1 ... Internal combustion engine 2 ... Water pump 3 ... Cylinder block 4 ... Cylinder head 5 ... Exhaust port 6 ... Exhaust side cooling water jacket 7 ... Intake port 8 ... Inlet side cooling water jacket 9 ... 4th valve 10 ... Fifth valve 12 ... radiator 15 ... Water tank 16 ... Water pipe 17 ... First valve 18 ... Air tube 19 ... Third valve 20 ... Drainage tank 21 ... Drainage pipe 22 ... Second valve 23 ... 6th valve 24 ... One way valve 25 ... Control unit 26 ... Water level sensor 28 ... Catalyst 29 ... Catalyst temperature sensor 30 ... Water temperature sensor 33 ... Inclination sensor

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】内燃機関のシリンダヘッドの排気ポート部
に、空気・水の入れ替えが可能なジャケット又はライナ
ーを独立して形成したことを特徴とする内燃機関の排気
ポート冷却装置。
1. An exhaust port cooling device for an internal combustion engine, characterized in that a jacket or liner capable of switching between air and water is independently formed in an exhaust port portion of a cylinder head of the internal combustion engine.
【請求項2】前記シリンダヘッドよりも高い位置に給水
タンクを備えると共に、前記シリンダヘッドよりも低い
位置に排水タンクを備え、前記ジャケット又はライナー
と前記給水タンク・排水タンクとの高低差に基づいて、
前記ジャケット又はライナーからの排水及び前記ジャケ
ット又はライナーへの注水を行うことを特徴とする請求
項1記載の内燃機関の排気ポート冷却装置。
2. A water supply tank is provided at a position higher than the cylinder head, and a drainage tank is provided at a position lower than the cylinder head, based on a height difference between the jacket or liner and the water supply tank / drainage tank. ,
The exhaust port cooling device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein drainage from the jacket or liner and water injection into the jacket or liner are performed.
【請求項3】機関の傾きに応じて前記ジャケット又はラ
イナーに対する水の注入口及び前記ジャケット又はライ
ナーからの空気の追い出し口及び排水口を切り換えるよ
う構成したことを特徴とする請求項2記載の内燃機関の
排気ポート冷却装置。
3. The internal combustion engine according to claim 2, wherein an inlet for water to the jacket or liner, an outlet for discharging air from the jacket or liner, and a drain port are switched according to the inclination of the engine. Exhaust port cooling system for engines.
【請求項4】機関始動時から機関の排気通路に介装され
る触媒温度が所定温度に達するまでの間、前記ジャケッ
ト又はライナー内を空気とし、前記所定温度に達した後
に前記ジャケット又はライナー内を水に入れ替えること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の内燃
機関の排気ポート冷却装置。
4. The inside of the jacket or liner is filled with air from the time when the engine is started until the temperature of the catalyst inserted in the exhaust passage of the engine reaches a predetermined temperature, and after the temperature reaches the predetermined temperature, the inside of the jacket or liner The exhaust port cooling device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust gas is replaced with water.
【請求項5】内燃機関のシリンダヘッドの排気ポート部
に独立して形成されたジャケット又はライナーと、 該ジャケット又はライナーと水の循環経路との分離・接
続を切り換える循環切り換え弁と、 前記シリンダヘッドよりも高い位置に配置された給水タ
ンクと、 前記給水タンクと前記ジャケット又はライナーの低い位
置とを連通する給水管と、 該給水管に介装された給水弁と、 前記ジャケット又はライナーの高い位置に連通し、前記
給水タンクの最高水位よりも高い位置にまで延設された
後開放される空気管と、 該空気管に介装された空気弁と、 前記シリンダヘッドよりも低い位置に配置された排水タ
ンクと、 前記排水タンクと前記ジャケット又はライナーの低い位
置とを連通する排水管と、 該排水管に介装された排水弁と、 前記循環切り換え弁によって循環経路と前記ジャケット
又はライナーとを分離した状態で、前記給水弁を閉、前
記空気弁を開、前記排水弁を開として、前記ジャケット
又はライナー内を空気とする排水制御手段と、 前記循環切り換え弁によって循環経路と分離した状態
で、前記給水弁を開、前記空気弁を開、前記排水弁を閉
として、前記ジャケット又はライナーから空気追い出し
つつ水を注入し、その後、前記給水弁及び空気弁を閉と
してから、前記循環切り換え弁によって循環経路と前記
ジャケット又はライナーとを接続させる水循環制御手段
と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の排気ポ
ート冷却装置。
5. A jacket or liner independently formed in an exhaust port portion of a cylinder head of an internal combustion engine, a circulation switching valve for switching separation / connection between the jacket or liner and a water circulation path, and the cylinder head. A water supply tank disposed at a higher position, a water supply pipe communicating the water supply tank with a lower position of the jacket or liner, a water supply valve interposed in the water supply pipe, and a higher position of the jacket or liner. And an air valve that is opened after being extended to a position higher than the maximum water level of the water supply tank and then opened, an air valve interposed in the air pipe, and a position lower than the cylinder head. A drainage tank, a drainage pipe communicating the drainage tank with a lower position of the jacket or liner, a drainage valve interposed in the drainage pipe, and the circulation. A drainage control means for closing the water supply valve, opening the air valve, and opening the drainage valve in a state in which the circulation path and the jacket or liner are separated by a ring switching valve to make air in the jacket or liner. In a state of being separated from the circulation path by the circulation switching valve, the water supply valve is opened, the air valve is opened, the drain valve is closed, and water is injected while expelling air from the jacket or liner, and then the water supply is performed. An exhaust port cooling device for an internal combustion engine, comprising: a water circulation control means for connecting a circulation path and the jacket or liner by the circulation switching valve after closing the valve and the air valve.
【請求項6】前記空気管の前記ジャケット又はライナー
に対する接続位置と、前記排水管及び給水管の前記ジャ
ケット又はライナーに対する接続位置とを相互に切り換
える給排口切り換え弁と、 機関の傾きに応じて前記給排口切り換え弁を制御する給
排口切り換え制御手段と、 を設けたことを特徴とする請求項5記載の内燃機関の排
気ポート冷却装置。
6. A supply / discharge port switching valve for switching between a connection position of the air pipe with respect to the jacket or liner and a connection position of the drainage pipe and the water supply pipe with respect to the jacket or liner, and depending on the inclination of the engine. The exhaust port cooling device for an internal combustion engine according to claim 5, further comprising: a supply / discharge port switching control unit that controls the supply / discharge port switching valve.
【請求項7】機関始動時から機関の排気通路に介装され
る触媒温度が所定温度に達するまでの間、前記排水制御
手段により前記ジャケット又はライナー内を空気とし、
前記所定温度に達した後に前記水循環制御手段を動作さ
せて前記ジャケット又はライナー内に水を循環させる触
媒温度制御手段を設けたことを特徴とする請求項5又は
6に記載の内燃機関の排気ポート冷却装置。
7. The inside of the jacket or liner is made air by the drainage control means from the time of starting the engine until the temperature of the catalyst inserted in the exhaust passage of the engine reaches a predetermined temperature,
The exhaust port of an internal combustion engine according to claim 5 or 6, further comprising: a catalyst temperature control unit that operates the water circulation control unit after the temperature reaches the predetermined temperature to circulate water in the jacket or liner. Cooling system.
【請求項8】前記空気管が、前記給水タンク内に開放さ
れる構成であり、 前記排水タンク内の水の循環経路への供給・停止を切り
換える補給切り換え弁と、 前記給水タンク内の水位を検出する水位検出手段と、 前記ジャケット又はライナー内に水が循環される状態に
おいて、前記水位検出手段で検出される前記給水タンク
内の水位が所定以下であるときに、前記補給切り換え弁
により排水タンク内の水を循環経路に供給すると共に、
前記空気管に介装される空気弁を開いて、前記ジャケッ
ト又はライナー内に循環される水の一部を前記給水タン
クに補給させる補給制御手段と、 を設けたことを特徴とする請求項5〜7のいずれか1つ
に記載の内燃機関の排気ポート冷却装置。
8. The air pipe is configured to be opened in the water supply tank, and a replenishment switching valve that switches supply / stop of water in a circulation path in the drainage tank, and a water level in the water supply tank. Water level detection means for detecting, and in a state where water is circulated in the jacket or liner, when the water level in the water supply tank detected by the water level detection means is below a predetermined level, the drain tank by the replenishment switching valve While supplying the water in the circulation path,
6. A replenishment control unit that opens an air valve provided in the air pipe to replenish a part of the water circulated in the jacket or the liner to the water supply tank. An exhaust port cooling device for an internal combustion engine according to any one of items 1 to 7.
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