JP2009030497A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少量の冷却水を循環させる場合であっても、冷却水の通路の内周面全域に冷却水が行き渡り、冷却効果を得ることができる冷却装置を提供することを課題とする。
【解決手段】冷却装置（１）は、冷却水が流通する通路となるウォータジャケット（３）を備えている。このウォータジャケット（３）は、発熱源となるシンリンダ（２ａ１）を囲むようにシリンダブロック（２ａ）の周囲及びシリンダヘッド（２ｂ）に形成されている。このようなウォータジャケット（３）の内周壁にはウォータジャケット（３）の底部を流通する冷却水をウォータジャケット（３）の上面側へ誘導する溝（４）が形成されている。この溝（４）は、冷却水誘導手段の機能を果たすものである。溝（４）は、冷却水の流通方向に進むに従って上面側へ延びるように配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの冷却装置に関する。

燃焼熱により高温となる内燃機関は、適切な冷却が必要であり、エンジンを構成するシリンダブロック、シリンダヘッドには冷却水が流通する通路が形成されている。この通路にはウォータポンプにより圧送された冷却水が流通する。冷却水をエンジン内部に循環させることにより、エンジンの適切な温度での稼働が可能となる。このようにエンジンの冷却は重要なことであり、放熱効率、冷却効率の向上等を目的とした種々の提案がされている。例えば、特許文献１である。

特開２００１−１４８４５２号公報

ところで、冷却水の通路への供給は、ウォータポンプによって行われるが、冷却水の循環量が少なければ、このウォータポンプの容量を小さくすることができるし、放熱器の容量も小さくすることができる。特に冷却水を蒸発させることによってエンジンの冷却を行う沸騰冷却方式を採用すれば、冷却水の量を低減することができる。
しかしながら、冷却水が流通する通路断面の径に対して冷却水の深さが浅い場合、通路の内周面に冷却水から露出してしまうおそれがある。内周面が冷却水から露出してしまうと当該露出箇所における冷却効果が期待できなくなる。

そこで、本発明は、少量の冷却水を循環させる場合であっても、冷却水の通路の内周面全域に冷却水が行き渡り、冷却効果を得ることができる冷却装置を提供することを課題とする。

かかる課題を達成するための、本発明の冷却装置は、冷却水が流通する通路の内周壁に、当該通路の底部を流通する冷却水を当該通路の上面側へ誘導する冷却水誘導手段を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、ウォータポンプのよって圧送され、通路の底部を流れる冷却水は、自らの勢いによって通路の上面側へ冷却水が駆け上がり、通路の内周面全域に亘って冷却水によって覆われるようになる。これにより、流通する冷却水が少ない場合であっても冷却効果を得ることができる。

このような冷却装置における前記冷却水誘導手段は、前記通路の内周壁に設けられ、冷却水の流通方向に進むに従って上面側へ延びる溝とすることができる（請求項２）。このような構成とすることにより、冷却水を通路の上面側へ導くことができる。

さらに、このような冷却水誘導手段は、前記通路の内周壁に設けられ、冷却水の流通方向に進むに従って上面側へ延びる環状の溝である構成とすることができる（請求項３）。このような構成としても冷却水を通路の上面側へ導き、通路の内周面全域に亘って冷却水を供給することができる。

また、前記冷却水誘導手段は、前記通路の内周壁に設けられた右ネジ方向螺旋状に設けられた溝と左ネジ方向螺旋状に設けられた溝とする構成とすることができる（請求項４）。このような構成としても冷却水を通路の上面側へ導き、通路の内周面全域に亘って冷却水を供給することができる。ここで、溝の形状を右ネジ方向螺旋状と左ネジ方向螺旋状のものを組み合わせるのは以下の理由による。螺旋は、底部から上面側へ移行する場合と、上面側から底部へ移行する場合とでは、冷却水の流れ方向に対する傾斜が異なる。例えば、右ネジ方向螺旋状の場合、流通方向を向いて左側面では冷却水が溝に沿って上昇しても、右側面では冷却水の流れと溝の方向が鋭角となり、冷却水は上昇しづらい。これとは逆に、左ネジ方向螺旋状の場合、流通方向を向いて右側面では冷却水が溝に沿って上昇しても、左側面では冷却水の流れと溝の方向が鋭角となり、冷却水は上昇しづらい。このように螺旋の向きがどちらか一方の場合、内周壁の左右いずれかの側面の冷却効率が低くなってしまう。そこで、右ネジ方向螺旋状の溝と左ネジ方向螺旋状の溝とを組み合わせれば、通路内周壁の左右の側壁を冷却することができる。

以上のような冷却装置は、リザーブタンクを備え、前記通路の内周壁温に応じて当該通路内を流通する冷却水の流量を増加させる制御部を備えた構成とすることができる（請求項５）。本発明の冷却装置は少量の冷却水を循環させることにより、エンジンの冷却を行うことができるものである。しかし、エンジンの温度が異常に上昇し、少量の冷却水による冷却では対応することが困難となることも想定される。上記の構成によれば、このような事態に対し、冷却水の通路内を冷却水で満たした循環冷却に移行して冷却を行うことができる。

本発明によれば、少量の冷却水を循環させる場合であっても冷却水の通路の内周壁全域に冷却水を行き渡らせることができ、対象物の冷却を行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

まず、本発明の冷却装置１の概略構成について図面を参照しつつ説明する。冷却装置１は、発熱体であるエンジン２に組み込まれている。冷却装置１は、図１に示すように冷却水が流通する通路となるウォータジャケット３を備えている。このウォータジャケット３は、発熱源となるシンリンダ２ａ１を囲むようにシリンダブロック２ａの周囲及びシリンダヘッド２ｂに形成されている。このようなウォータジャケット３の内周壁にはウォータジャケット３の底部を流通する冷却水をウォータジャケット３の上面側へ誘導する溝４が形成されている。この溝４は、本発明における冷却水誘導手段の機能を果たすものである。溝４は、冷却水の流通方向に進むに従って上面側へ延びるように配置されている。

このような溝４が設けられたウォータジャケット３には、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）５により冷却水が圧送される。但し、その流量は、ウォータジャケット３内の容積を満たすものではない。すなわち、冷却水の流れがない状態ではウォータジャケット３の底部にのみ貯留される程度の冷却水が圧送される。また、冷却装置１は、冷却水を貯留する図示しないリザーブタンクを備えており、冷却水の循環量の増減に対応できるようになっている。

ウォータジャケット３には水温計６が装着されており、この水温計６はＥＣＵ（Electronic control unit）７と電気的に接続されている。このＥＣＵ７は、ウォータポンプ５に接続されており、水温計６により計測された水温に基づいて送水量を調節することができる。

次に、以上のように構成される冷却装置１における冷却水の流通の様子について図２、図３を参照しつつ説明する。図２は、ウォータジャケット３内の冷却水の流通の様子を示す模式図であり、図３は、溝４を設けていないウォータジャケット３’とした場合の比較例を示す模式図である。溝４は参照符号Ｗで示した冷却水の流通方向に対して角度θが鈍角となるように設定されている。これによりウォータポンプ５により圧送された冷却水は溝４に沿ってウォータジャケット３内をその上面側に向かって参照符号Ｗ１で示すように上昇し、内周壁全域に行き渡る。これにより、内周壁が露出することがなくなり、冷却効果を得ることができる。一方、図３に示したウォータジャケット３’では、その直径に対応する範囲Ａに対して範囲Ｂに相当する部分が露出することとなり、この範囲Ｂでは冷却効果が期待できない。

以上説明したように冷却装置１は、溝４を備えたことにより少量の冷却水をウォータジャケット３の内周面全域に行き渡らせることができる。このような溝４の形状、配置は種々変更することができる。例えば、図４に示すようにウォータジャケット３の底部から両側面を通過し、上面側まで延びた溝４ａとすることができる。図４（ａ）はウォータジャケット３及びこのウォータジャケット３の内周壁に設けられた溝４ａの配置を斜視した説明図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＬ−Ｌ線断面図である。溝４ａは隣り合う複数の溝４ａ同士が交わることなく配列されている。溝４ａは冷却水の流通方向Ｗに対する角度θが鈍角となるように設定されている。これによりウォータポンプ５により圧送される冷却水はウォータジャケット３の上面側まで上昇し、内周壁全域に行き渡る。これにより、内周壁が露出することがなくなり、冷却効果を得ることができる。

また、溝４は、図５に示すようにウォータジャケット３の内周壁に設けた環状の溝４ｂとすることができる。図５（ａ）はウォータジャケット３及びこのウォータジャケット３の内周壁に設けられた溝４ｂの配置を斜視した説明図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＭ−Ｍ線断面図である。溝４ｂが図４に示した溝４ａと異なる点は、溝４ａが上面側で分断されたＵ字状をなしているのに対し、溝４ｂは環状に形成されている点である。溝４ｂは隣り合う複数の溝４ｂ同士が交わることなく配列されている。これらの溝４ｂは、冷却水の流通方向Ｗに対する角度θが鈍角となるように設定されている。この点は溝４ａと共通する。このような構成によりウォータポンプ５により圧送される冷却水はウォータジャケット３の上面側まで上昇し、内周壁全域に行き渡る。これにより、内周壁が露出することがなくなり、冷却効果を得ることができる。

さらに、溝４は、図６に示すようにウォータジャケット３の内周壁に設けた右ネジ方向螺旋状に設けられた溝４ｄと左ネジ方向螺旋状に設けられた溝４ｃとすることができる。図６（ａ）はウォータジャケット３及びこのウォータジャケット３の内周壁に設けられた溝４ｃ及び４ｄの配置を斜視した説明図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＮ−Ｎ線断面図である。このＮ−Ｎ線断面図に現れる溝４ｃは、冷却水の流通方向Ｗに対して鋭角をなることとなるが一方の溝４ｄが鈍角をなしている。このため、冷却水はＮ−Ｎ線断面図に現れる面においては主として溝４ｄに沿って冷却水が上面側へ上昇する。冷却水は、この面と対向する逆側の側面では溝４ｃに沿って上昇することとなる。

このような溝４ｃ、４ｄにつき、図７、図８を参照しつつ詳説する。図７（ａ）は冷却水の流通方向Ｗに対して左向きの螺旋を描く溝４ｃの配置を斜視した説明図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＮ１−Ｎ１線断面図である。このＮ１−Ｎ１線断面図には、図６（ｂ）に示したＮ−Ｎ線断面図に現れる断面と対向する断面が現れるが、溝４ｃは冷却水の流通方向Ｗに対する角度θが鈍角となる。これにより、この面において冷却水を上面側に上昇させることができる。一方、図８（ａ）は冷却水の流通方向Ｗに対して右向きの螺旋を描く溝４ｄの配置を斜視した説明図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＮ２−Ｎ２線断面図である。このＮ２−Ｎ２線断面図には、図６（ｂ）に示したＮ−Ｎ線断面図に現れる断面と同一の断面が現れるが、溝４ｃは冷却水の流通方向Ｗに対する角度θが鈍角となる。これにより、この面において冷却水を上面側に上昇させることができる。このような溝４ｃと溝４ｄとを組み合わせて配置することによりウォータジャケット３の両側を冷却することができる。このような構成によりウォータポンプ５により圧送される冷却水はウォータジャケット３の上面側まで上昇し、内周壁全域に行き渡る。これにより、内周壁が露出することがなくなり、冷却効果を得ることができる。

このように、冷却装置１は、少量の冷却水を循環させるだけで、エンジン２の冷却をすることができる。しかし、エンジン２の運転状況によっては、少量の冷却水では対応できなくなり、温度上昇をきたすことが考えられる。このような場合、冷却装置１は、水温計６の測定値に基づくＥＣＵ７のウォータポンプ５に対する指令によって冷却水の循環量を増加させる。これにより、ウォータジャケット３内が冷却水によって満たされるようにし、熱容量を増すことによって冷却能力を向上させる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、上記実施例では発熱体としてエンジンを採用し、このエンジンに冷却装置を組み込んだ構成としているが、発熱体は冷却を要する他の構造体であってもよい。

冷却装置が組み込まれたエンジンの概略構成を示す模式図である。 ウォータジャケット内の冷却水の流通の様子を示す模式図である。 溝を設けていないウォータジャケットとした場合の比較例を示す模式図である。 （ａ）はウォータジャケット及びこのウォータジャケットの内周壁に設けられた溝の配置を斜視した説明図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＬ−Ｌ線断面図である。 （ａ）はウォータジャケット及びこのウォータジャケットの内周壁に設けられた他の溝の配置を斜視した説明図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＭ−Ｍ線断面図である。 （ａ）はウォータジャケット及びこのウォータジャケットの内周壁に設けられたさらに他の溝の配置を斜視した説明図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＮ−Ｎ線断面図である。 図６に示した左向き螺旋状の溝を説明する図であり、（ａ）はウォータジャケット及びこのウォータジャケットの内周壁に設けられた左向き螺旋状の溝の配置を斜視した説明図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＮ１−Ｎ１線断面図である。 図６に示した右向き螺旋状の溝を説明する図であり、（ａ）はウォータジャケット及びこのウォータジャケットの内周壁に設けられた右向き螺旋状の溝の配置を斜視した説明図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＮ２−Ｎ２線断面図である。

符号の説明

１ 冷却装置
２ エンジン
２ａ シリンダブロック
２ａ１ シリンダ
２ｂ シリンダヘッド
３ ウォータジャケット
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 溝
５ ウォータポンプ
６ 水温計
７ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 冷却水が流通する通路の内周壁に、当該通路の底部を流通する冷却水を当該通路の上面側へ誘導する冷却水誘導手段を備えたことを特徴とする冷却装置。
2. 請求項１記載の冷却装置において、
   前記冷却水誘導手段は、前記通路の内周壁に設けられ、冷却水の流通方向に進むに従って上面側へ延びる溝であることを特徴とした冷却装置。
3. 請求項１記載の冷却装置において、
   前記冷却水誘導手段は、前記通路の内周壁に設けられ、冷却水の流通方向に進むに従って上面側へ延びる環状の溝であることを特徴とした冷却装置。
4. 請求項１記載の冷却装置において、
   前記冷却水誘導手段は、前記通路の内周壁に設けられた
   右ネジ方向螺旋状に設けられた溝と左ネジ方向螺旋状に設けられた溝とすることを特徴とした冷却装置。
5. 請求項１記載の冷却装置において、
   リザーブタンクを備え、前記通路の内周壁温に応じて当該通路内を流通する冷却水の流量を増加させる制御部を備えたことを特徴とする冷却装置。

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