JP2011196351A

JP2011196351A - 内燃機関排気冷却システム

Info

Publication number: JP2011196351A
Application number: JP2010066974A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Watanabe; 哲治渡邊; Shinichi Mitani; 信一三谷; Fujio Inoue; 富士夫井上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-23
Also published as: CN102200046A; CN102200046B; JP4905573B2; US20110232275A1

Abstract

【課題】排気冷却用アダプタの大型化や水流ポンプの負担を増加することなく排気冷却用アダプタの排気流路を効率的に冷却できる内燃機関排気冷却システムを提供する。
【解決手段】排気冷却用アダプタの冷却水導入口３６ａからの冷却水主流は冷却水流路３４ｄ内を冷却水流路３４ｂ側から冷却水流路３４ａ側へ向かい、冷却水流路３４ｂへ向かう冷却水流量は少ない。このためウォータジャケット３４内の冷却水流量は冷却水流路３４ａでは高速化して多く冷却水流路３４ｂでは少ない。したがって冷却水流路３４ａに対応する高温化し易い排気流路内周面では高温化を防止でき耐沸騰性も向上できる。冷却水流路３４ｂに対応する高温化しにくい排気流路内周面では冷却水流量が少なくても高温化は防止できる。このことにより課題が達成される。冷却水排出口３８ａの排出方向は冷却水流路３４ａでの流動方向と同じ方向であることから効果を高めることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、排気流路を囲む壁内に形成した冷却水流路に冷却水を流すことにより排気流路を流れる排気を冷却する排気冷却用アダプタを、シリンダヘッドに開口する排気ポートと排気分岐管との間に配置した内燃機関排気冷却システムに関する。

内燃機関排気系での熱害を防止するために排気を冷却する技術が知られている（例えば特許文献１，２参照）。
特許文献１では、シリンダヘッドと排気分岐管との間に連結部材を設け、この連結部材に冷却水流路が設けられている。この冷却水流路は凹部として形成されており、冷却水流路の下側両端から導入された冷却水は、直ちに排気分岐管側の冷却水流路に流れ込むようにしている。

特許文献２では、シリンダヘッドと排気分岐管との間に第１の排気冷却用アダプタを配置し、排気分岐管とターボチャージャとの間に第２の排気冷却用アダプタを配置している。第１の排気冷却用アダプタの冷却水流路では、冷却水は排気ポートに対応する排気流通路の配列の下側一端に設けた流入口から、配列の下側を通過させ、これを反対端にて折り返し、配列の上側を通過させて前記流入口の直上にて流出口から冷却水を外部に排出している。このことにより排気冷却用アダプタにて排気ポートから出た直後の排気を冷却している。第２の排気冷却用アダプタでは、１本の排気通路の周りに形成されている冷却水通路の対角に冷却水導入口と冷却水排出口とを形成して、排気通路周りに冷却水を流すことで、既に第１の排気冷却用アダプタにて冷却されている排気を、排気分岐管とターボチャージャとの間で再冷却するものである。

特開平１１−４９０９６号公報（第３−４頁、図２−５）実開昭６４−１５７１８号公報（第１−１３頁、図２−５）

内燃機関の燃焼室から排気ポートを介して排出される排気は、排気流路において均一な流れではなく、排気ポートの形状、排気ポートとこれに接続される排気冷却用アダプタとの配置関係、あるいは排気冷却用アダプタの形状により、排気の流れが不均一となったり、排気の吹き当たりが生じたりする。このことで排気冷却用アダプタの内面において温度に大きな差が生じ、排気冷却性能低下のおそれがある。

特許文献１の連結部材では冷却水流路としての凹部は、排気分岐管側に冷却水を供給するために設けられているため、凹部自体の形状も排気流路を十分に囲っておらず、しかも凹部内には冷却水が十分に流れず直ちに排気分岐管側に流れ出るため、シリンダヘッド側の排気ポートから排出された排気を冷却する機能は非常に低い。したがって排気冷却用アダプタの排気流路を効率的に冷却できる技術ではない。

特許文献２における第１の排気冷却用アダプタでは、内燃機関の排気ポートから排出される排気を、排気流路の全周に渡って均一に冷却水を流して冷却させている。このような均一冷却では、前述した温度差により生じている高温部にても十分に排気を冷却するためには、第１の排気冷却用アダプタのウォータジャケット内に全体として大量の冷却水を流す必要がある。このような手法では、排気冷却用アダプタが大型化したり、水流ポンプの負担が大きくなったりする。したがって内燃機関の重量化や燃費悪化を招くおそれがある。

特許文献２における第２の排気冷却用アダプタでは、ターボチャージャの保護のために単に二度目の冷却を行っているのであり、冷却対象は排気ポートからの高温の排気ではなく、しかも前述した温度差を考慮しておらず、実際に温度差に対処するような冷却水の流れとはなっていない。

本発明は、排気冷却用アダプタの大型化や水流ポンプの負担を増加することなく排気冷却用アダプタの排気流路を効率的に冷却できる内燃機関排気冷却システムを提供することを目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用・効果について記載する。
請求項１に記載の内燃機関排気冷却システムは、排気流路を囲む壁内に形成した冷却水流路に冷却水を流すことにより排気流路を流れる排気を冷却する排気冷却用アダプタを、シリンダヘッドに開口する排気ポートと排気分岐管との間に配置した内燃機関の排気冷却システムであって、前記排気冷却用アダプタは、前記冷却水流路に冷却水を導入する冷却水導入口と、前記冷却水流路から外部へ冷却水を排出する冷却水排出口とを備え、前記冷却水流路は、前記排気流路の内面の周方向における排気からの受熱量の偏りに対応して区分される高受熱側流路、低受熱側流路、及びこれら高受熱側流路と低受熱側流路とを両端で接続する２つの中間流路を備え、前記冷却水導入口の冷却水放出方向は、前記２つの中間流路の一方の内部を前記低受熱側流路側から前記高受熱側流路側へ向かわせる方向であり、前記冷却水排出口は、前記２つの中間流路の他方と前記高受熱側流路とが接続する位置又はこの位置近傍から冷却水を排出するものであることを特徴とする。

この内燃機関排気冷却システムにおいて排気冷却用アダプタ内では、冷却水導入口から冷却水流路に放出される冷却水は、２つの中間流路の一方の内部を直ちに低受熱側流路側から高受熱側流路側へ向かうことになる。

このため冷却水導入口から放出される冷却水の水勢は高受熱側流路に十分に伝達される。低受熱側流路に対する水勢の伝達は少ない。このことから低受熱側流路に比較して高受熱側流路では高速で冷却水が流れることになる。したがって冷却水流路に流れる冷却水流量が高受熱側流路では多くなり低受熱側流路では少なくなるので、高温化し易い高受熱側流路側の排気流路部分での高温化を防止できる。低受熱側流路側の排気流路部分については元来高温化しにくいので冷却水流量が少なくなっても高温化は防止される。

このためトータルの冷却水流量を増加させることなく排気冷却用アダプタの排気流路を効率的に冷却できることから、排気冷却用アダプタの大型化や水流ポンプの負担が増加することはない。

請求項２に記載の内燃機関排気冷却システムは、排気流路を囲む壁内に形成した冷却水流路に冷却水を流すことにより排気流路を流れる排気を冷却する排気冷却用アダプタを、シリンダヘッドに開口する排気ポートと排気分岐管との間に配置した内燃機関の排気冷却システムであって、前記排気冷却用アダプタは、前記冷却水流路に冷却水を導入する冷却水導入口と、前記冷却水流路から外部へ冷却水を排出する冷却水排出口とを備え、前記冷却水流路は、前記排気ポートの湾曲形状に伴って生じる排気流の曲がりにより区分される曲がりの外側流路、曲がりの内側流路、及びこれら外側流路と内側流路とを両端で接続する２つの中間流路を備え、前記冷却水導入口の冷却水放出方向は、前記２つの中間流路の一方の内部を前記内側流路側から前記外側流路側へ向かわせる方向であり、前記冷却水排出口は、前記２つの中間流路の他方と前記外側流路とが接続する位置又はこの位置近傍から冷却水を排出するものであることを特徴とする。

この内燃機関排気冷却システムにおいて排気冷却用アダプタ内では、冷却水導入口から冷却水流路に放出される冷却水は、２つの中間流路の一方の内部を直ちに内側流路側から外側流路側へ向かうことになる。

このため冷却水導入口から放出される冷却水の水勢は外側流路に十分に伝達され、内側流路に対する水勢の伝達は少ない。このことから内側流路に比較して外側流路には、高速で冷却水が流れることになり、冷却水流路に流れる冷却水流量が外側流路では多くなり、内側流路では少なくなる。

排気ポートは湾曲形状であるため、排気が排気冷却用アダプタに至るまでに排気流に曲がりが生じている。このため排気冷却用アダプタにおいては、排気流の曲がりの外側に該当する排気流路の内面は高速な排気流や排気の吹き当たりにより高温化し易い。

この内燃機関排気冷却システムにおいては、上述したごとく高温化し易い排気流路内面に対応する冷却水流路である外側流路では、内側流路よりも冷却水流量を多くできるので、高温化し易い排気流路部分での高温化を防止できる。内側流路に対応する排気流路部分については元来高温化しにくいので冷却水流量が少なくなっても高温化は防止される。

請求項３に記載の内燃機関排気冷却システムは、排気流路を囲む壁内に形成した冷却水流路に冷却水を流すことにより排気流路を流れる排気を冷却する排気冷却用アダプタを、シリンダヘッドに開口する排気ポートと排気分岐管との間に配置した内燃機関の排気冷却システムであって、前記排気冷却用アダプタは、前記冷却水流路に冷却水を導入する冷却水導入口と、前記冷却水流路から外部へ冷却水を排出する冷却水排出口とを備え、前記冷却水流路は、前記排気ポートと前記排気流路との間の接続部分の屈曲形状に伴って生じる排気流の曲がりにより区分される曲がりの外側流路、曲がりの内側流路、及びこれら外側流路と内側流路とを両端で接続する２つの中間流路を備え、前記冷却水導入口の冷却水放出方向は、前記２つの中間流路の一方の内部を前記内側流路側から前記外側流路側へ向かわせる方向であり、前記冷却水排出口は、前記２つの中間流路の他方と前記外側流路とが接続する位置又はこの位置近傍から冷却水を排出するものであることを特徴とする。

シリンダヘッド側の排気ポートと排気冷却用アダプタの排気流路との接続が屈曲形状でなされているため、排気が排気冷却用アダプタに至った際に排気流に曲がりが生じるため、排気冷却用アダプタにおいて排気流の曲がりの外側に該当する排気流路の内面は高速な排気流や排気の吹き当たりにより高温化し易い。

請求項４に記載の内燃機関排気冷却システムでは、請求項１に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記冷却水排出口は、前記高受熱側流路における冷却水の流動方向と同方向に冷却水を排出する流路として形成されていることを特徴とする。

冷却水排出口は、高受熱側流路における冷却水の流動方向と同方向に冷却水を排出する流路であるため、高受熱側流路を高速に流れてきた冷却水は、冷却水排出口へと流れ出る際に流動方向が変化しない。このため冷却水流路から排出される際も流動抵抗が大きくならないことから、高受熱側流路での高速な冷却水流の阻害とならない。

したがって、より円滑に冷却水が流れることから、排気冷却用アダプタの大型化抑制や水流ポンプの負担増加抑制の効果をより高めることができる。
請求項５に記載の内燃機関排気冷却システムでは、請求項２又は３に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記冷却水排出口は、前記外側流路における冷却水の流動方向と同方向に冷却水を排出する流路として形成されていることを特徴とする。

冷却水排出口は、外側流路における冷却水の流動方向と同方向に冷却水を排出する流路であるため、外側流路を高速に流れてきた冷却水は、冷却水排出口へと流れ出る際に流動方向が変化しない。このため冷却水流路から排出される際も流動抵抗が大きくならないことから、外側流路での高速な冷却水流の阻害とならない。

したがって、より円滑に冷却水が流れることから、排気冷却用アダプタの大型化抑制や水流ポンプの負担増加抑制の効果をより高めることができる。
請求項６に記載の内燃機関排気冷却システムでは、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記排気ポートは複数がシリンダヘッドに配列して開口し、この配列に対応して前記排気冷却用アダプタの内部に前記排気流路の配列が形成され、この配列方向とは直交する方向に前記排気ポートが湾曲して形成され、あるいは前記排気ポートと前記排気流路とが前記配列方向とは直交する方向で屈曲して接続されたものであることを特徴とする。

このようにシリンダヘッドの排気ポートと排気冷却用アダプタの排気流路とが、それぞれ配列されていて、排気ポートが上述したごとく配列方向とは直交する方向に湾曲し、あるいは排気ポートと排気流路とが配列方向とは直交する方向に屈曲して接続されている。このような構成の場合には、配列方向に沿って前述したごとく高受熱側流路又は外側流路、及び低受熱側流路又は内側流路が生じることになる。

したがって上述したごとく高温化し易い側で冷却水流量を増加させ、高温化しにくい側で冷却水流量を抑制しているので、トータルの冷却水流量を増加させることなく排気冷却用アダプタの排気流路を効率的に冷却でき、排気冷却用アダプタの大型化や水流ポンプの負担増加が生じることはない。

請求項７に記載の内燃機関排気冷却システムでは、請求項１又は４に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記排気ポートは複数がシリンダヘッドに配列して開口し、この配列に対応して前記排気冷却用アダプタの内部に前記排気流路の配列が形成され、この配列方向とは直交する方向に前記排気ポートが湾曲して形成され、あるいは前記排気ポートと前記排気流路とが前記配列方向とは直交する方向で屈曲して接続されたものであり、前記冷却水導入口は、前記配列方向の一端側の中間流路を介して、前記低受熱側流路から前記高受熱側流路へ向けて冷却水を放出するものであり、前記冷却水排出口は、前記配列方向の他端側の中間流路と前記高受熱側流路とが接続する位置又はこの位置近傍から冷却水を排出するものであることを特徴とする。

このようにシリンダヘッドの排気ポートと排気冷却用アダプタの排気流路とが、それぞれ配列されていて、排気ポートが上述したごとく配列方向とは直交する方向に湾曲し、あるいは排気ポートと排気流路とが配列方向とは直交する方向に屈曲して接続されている。このような構成の場合には、配列方向に沿って前述したごとく高受熱側流路及び低受熱側流路が生じることになる。

このような高受熱側流路及び低受熱側流路に対して上述したごとくに冷却水導入口と冷却水排出口とを配置することにより、高温化し易い高受熱側流路側で冷却水流量を増加させ、高温化しにくい低受熱側流路側で冷却水流量を抑制できる。このことによりトータルの冷却水流量を増加させることなく排気冷却用アダプタの排気流路を効率的に冷却でき、排気冷却用アダプタの大型化や水流ポンプの負担増加が生じることはない。

請求項８に記載の内燃機関排気冷却システムでは、請求項２、３及び５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記排気ポートは複数がシリンダヘッドに配列して開口し、この配列に対応して前記排気冷却用アダプタの内部に前記排気流路の配列が形成され、この配列方向とは直交する方向に前記排気ポートが湾曲して形成され、あるいは前記排気ポートと前記排気流路とが前記配列方向とは直交する方向で屈曲して接続されたものであり、前記冷却水導入口は、前記配列方向の一端側の中間流路を介して、前記内側流路から前記外側流路へ向けて冷却水を放出するものであり、前記冷却水排出口は、前記配列方向の他端側の中間流路と前記外側流路とが接続する位置又はこの位置近傍から冷却水を排出するものであることを特徴とする。

このようにシリンダヘッドの排気ポートと排気冷却用アダプタの排気流路とが、それぞれ配列されていて、排気ポートが上述したごとく配列方向とは直交する方向に湾曲し、あるいは排気ポートと排気流路とが配列方向とは直交する方向に屈曲して接続されている。このような構成の場合には、配列方向に沿って前述したごとく外側流路及び内側流路が生じることになる。

このような外側流路及び内側流路に対して上述したごとくに冷却水導入口と冷却水排出口とを配置することにより、高温化し易い外側流路側で冷却水流量を増加させ、高温化しにくい内側流路側で冷却水流量を抑制できる。このことによりトータルの冷却水流量を増加させることなく排気冷却用アダプタの排気流路を効率的に冷却でき、排気冷却用アダプタの大型化や水流ポンプの負担増加が生じることはない。

請求項９に記載の内燃機関排気冷却システムでは、請求項６〜８のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記シリンダヘッドにおける排気ポートの配列方向は水平方向であり、前記配列方向と直交する方向は鉛直方向下方であることを特徴とする。

このようにシリンダヘッドの排気ポートと排気冷却用アダプタの排気流路の配列方向が設定されていると共に、排気流の曲がり方向が設定されている場合には、排気冷却用アダプタ内において配列方向に沿って鉛直方向上方に設けられている冷却水流路（高受熱側流路又は外側流路）にて冷却水流量を増加させる。そして配列方向に沿って鉛直方向下方に設けられている冷却水流路（低受熱側流路又は内側流路）にて冷却水流量を抑制する。このことによりトータルの冷却水流量を増加させることなく排気冷却用アダプタの排気流路を効率的に冷却でき、排気冷却用アダプタの大型化や水流ポンプの負担増加が生じることはない。

請求項１０に記載の内燃機関排気冷却システムでは、請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記冷却水導入口の近傍において前記冷却水流路には、前記冷却水導入口から放出される冷却水の水流を、前記２つの中間流路の一方へ誘導する流動方向ガイドが形成されていることを特徴とする。

このように該当する中間流路へ誘導する流動方向ガイドを冷却水流路に形成しても良く、高受熱側流路あるいは外側流路に対して流量が多くなるように、高受熱側流路と低受熱側流路とにあるいは外側流路と内側流路とに適切に冷却水を分流させることが容易となる。

実施の形態１の内燃機関排気冷却システムの縦断面図。（ａ），（ｂ）上記内燃機関排気冷却システムに用いられる排気冷却用アダプタの斜視図。（ａ）〜（ｃ）同じく排気冷却用アダプタの構成説明図。（ａ）〜（ｃ）同じく排気冷却用アダプタの構成説明図。（ａ），（ｂ）同じく排気冷却用アダプタ内のウォータジャケットの空間形状説明図。（ａ）〜（ｃ）実施の形態２の内燃機関排気冷却システムに用いられる排気冷却用アダプタの断面図。（ａ），（ｂ）他の実施の形態の内燃機関排気冷却システムに用いられる排気冷却用アダプタの断面図。

［実施の形態１］
図１は、上述した発明が適用された内燃機関２の排気系における排気冷却システム４の構成を表す縦断面図である。この内燃機関２は車両に搭載されたＶ型６気筒のガソリンエンジンであり、バンク角６０°で左右に配置された２つのバンクを備えている。図１は右バンク６側の排気冷却システム４を示している。

右バンク６の気筒６ａにおける燃焼室６ｂ内へは、吸気行程にて吸気系から吸気ポート８及び吸気弁１０を介して燃料と共に吸気が混合気として導入される。この混合気は圧縮行程にてピストン６ｃにより圧縮され、燃焼行程にて点火プラグ６ｄにより点火されて燃焼する。そして排気行程にて排気弁１２が開弁することで燃焼室６ｂ内の気体が排気として排気系へ排出される。右バンク６の他の２つの気筒及び左バンクの３つの気筒についても同様にして排気行程にて排気系へ排気を排出する。

ここで右バンク６側の排気系は、シリンダヘッド１４に形成された排気ポート１６（右バンク６の全気筒では合計３つの排気ポート）、この排気ポート１６の開口位置でシリンダヘッド１４に接続された排気冷却用アダプタ１８及びこの排気冷却用アダプタ１８に接続された排気分岐管２０を備えている。これ以外に右バンク６側の排気系には排気浄化用触媒などが下流に設けられている。左バンクの排気系についても同様にシリンダヘッドに形成された合計３つの排気ポート、排気冷却用アダプタ及び排気分岐管を備えている。左バンクの排気冷却用アダプタは、本実施の形態では右バンク６側の排気冷却用アダプタ１８と同一の構成としているが、排気ポート側との軸線の配置関係、シリンダヘッドへの取り付け角度、あるいは長さや湾曲形状などの違いを設けても良い。

右バンク６の排気系における排気冷却用アダプタ１８の構成を図２〜４に示す。図２の（ａ）は排気導入口２２側から見た斜視図、（ｂ）は排気排出口２４側から見た斜視図、図３の（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図、図４の（ａ）は左側面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は背面図である。尚、図２には内部のウォータジャケット３４の空間形状を破線にて示している。

排気冷却用アダプタ１８は図１に示したごとく右バンク６のシリンダヘッド１４に開口する排気ポート１６と排気分岐管２０との間に配置されて、排気ポート１６から排出される排気を冷却して排気分岐管２０側に排出するものであり、このことにより右バンク６の排気系での熱害を防止するものである。

このような排気冷却用アダプタ１８は、例えばアルミニウム合金や鉄合金などの金属材料により鋳造されたものであり、排気上流側に排気導入口２２が開口するシリンダヘッド側接続面２８を形成している。排気導入口２２は、右バンク６のシリンダヘッド１４における排気ポート１６の位置と数とに対応して３つが直線状に配列して設けられている。

排気下流側は排気排出口２４が開口する排気分岐管側接続面３０を形成している。排気排出口２４は排気導入口２２に対応して３つが直線状に配列して設けられている。
これら排気導入口２２と排気排出口２４とはそれぞれ排気冷却用アダプタ１８内に形成された３つの排気流路３２にて接続されている。

排気冷却用アダプタ１８には、シリンダヘッド側接続面２８の周辺部に、排気冷却用アダプタ１８自身をシリンダヘッド１４側のアダプタ接続面１４ａにボルト締結するためのボルト締結部２８ａが形成されている。このボルト締結部２８ａに形成されているボルト挿通孔２８ｂにボルトを挿通し、シリンダヘッド１４側のアダプタ接続面１４ａに開口している螺合孔に対して螺合することにより、排気冷却用アダプタ１８をシリンダヘッド１４に固定している。このことによりシリンダヘッド１４側の排気ポート１６と排気冷却用アダプタ１８側の排気流路３２とを接続することができる。

更に排気冷却用アダプタ１８には、排気分岐管側接続面３０の周辺部に、排気分岐管２０をボルト締結するためのボルト締結部３０ａが形成されている。ボルト締結部３０ａには螺合孔３０ｂが形成されており、排気分岐管２０側のフランジ２０ａに形成された挿通孔を介してボルトが螺合されることで、排気分岐管２０が接続される。このことにより排気冷却用アダプタ１８側の排気流路３２と排気分岐管２０側の排気流路２０ｂとを接続することができる。

このようにして内燃機関２に取り付けられる排気冷却用アダプタ１８の壁内には排気流路３２の周りに、ウォータジャケット３４が形成されている。
図５に排気冷却用アダプタ１８内のウォータジャケット３４の空間形状を示す。図５のａは排気導入口２２側から見た斜視図、ｂは排気排出口２４側から見た斜視図である。

図２〜４に示したごとく排気冷却用アダプタ１８には、ウォータジャケット３４において鉛直方向下方に冷却水導入部３６が設けられ、鉛直方向上方に冷却水排出部３８が設けられている。

ウォータジャケット３４内へは、冷却水導入部３６に形成されている冷却水導入口３６ａから冷却水が導入され、図５にて矢線にて示すごとくウォータジャケット３４内を流れた後、冷却水排出部３８に形成されている冷却水排出口３８ａを介して外部の冷却水還流経路へ排出される。

このことにより排気流路３２の内周面３２ａ，３２ｂ（図１）を介して高温の排気から伝達される熱量を、ウォータジャケット３４の各冷却水流路３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅを流れる冷却水にて吸収して排気を冷却し、冷却後の排気を排気分岐管２０側へ送り出している。

ここで図１に一点鎖線にて示したごとく、排気ポート１６の軸線Ｘ１は排気流路３２の軸線Ｘ２とは角度θが存在する。軸線Ｘ１，Ｘ２同士が交叉するのではなく、非交叉状態でかつ角度θ分の非平行状態となっている場合もある。

本実施の形態では、排気ポート１６の軸線Ｘ１に対して排気流路３２の軸線Ｘ２が角度θにて、鉛直方向下方に屈曲した状態となっている。このため排気流路３２において鉛直方向上方の内周面３２ａは、排気ポート１６に対向するように斜めに向いている領域を形成している。鉛直方向下方の内周面３２ｂについては、排気ポート１６に対向するように斜めに向いている領域ではなく、排気ポート１６とは対向せず逆方向を向いている。

このように排気流路３２において鉛直方向上方の内周面３２ａが排気ポート１６に向けられた形状であるので、排気ポート１６から排気冷却用アダプタ１８の排気流路３２内に導入された排気は、鉛直方向下方の内周面３２ｂに比較して鉛直方向上方の内周面３２ａに対して強く吹き当たる。

しかも排気ポート１６は燃焼室６ｂから湾曲形状で排気冷却用アダプタ１８に到達しており、鉛直方向上方が湾曲の外側になっている。このため高温の排気が、鉛直方向下方の内周面３２ｂよりも鉛直方向上方の内周面３２ａにて高速で流れるため、鉛直方向上方の内周面３２ａに対して高温の排気の吹き当たりが強い。このことから特に鉛直方向上方の内周面３２ａにて受熱量が大きくなる。すなわち鉛直方向上方の内周面３２ａが高受熱側であり、鉛直方向下方の内周面３２ｂが低受熱側となっている。

このような流動状態で高温の排気が、内周面３２ａ，３２ｂに伝熱して、排気自身は冷却され、排気分岐管２０側の排気流路２０ｂへ流れ出ることになる。
ここでウォータジャケット３４において、前述したごとく鉛直方向下方に設けられた冷却水導入部３６の冷却水導入口３６ａは、その導入位置が、鉛直方向下方の冷却水流路３４ｂと鉛直方向上方の冷却水流路３４ａとを、排気流路３２の配列方向の一端側にて連結する冷却水流路３４ｄである。この冷却水流路３４ｄにおいても鉛直方向下方の冷却水流路３４ｂに近い位置が冷却水導入位置である。この鉛直方向下方の冷却水流路３４ｂ側の位置から、冷却水導入口３６ａは、鉛直方向上方の冷却水流路３４ａに向けて冷却水を放出している。

すなわち冷却水導入口３６ａからの冷却水放出方向は、中間流路の一つである冷却水流路３４ｄの内部を、排気ポート１６の湾曲に伴う排気流の曲がりの内側流路である鉛直方向下方の冷却水流路３４ｂ側から、排気流の曲がりの外側流路である鉛直方向上方の冷却水流路３４ａ側へ向かわせる方向となっている。

又、冷却水導入口３６ａからの冷却水放出方向は、中間流路の一つである冷却水流路３４ｄの内部を、排気ポート１６と排気流路３２との接続における屈曲に伴う排気流の曲がりの内側流路である鉛直方向下方の冷却水流路３４ｂ側から、排気流の曲がりの外側流路である鉛直方向上方の冷却水流路３４ａ側へ向かわせる方向でもある。

したがって内側流路である冷却水流路３４ｂに比較して、外側流路である冷却水流路３４ａは、高速に冷却水が流れることになる。
以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。

（１）上述したごとく排気ポート１６は、その配列方向とは直交する方向に湾曲している。更に排気ポート１６と、これに接続している排気冷却用アダプタ１８の排気流路３２との接続部分は、これらの配列方向とは直交する方向に屈曲している。これら湾曲状態と屈曲状態とは共に鉛直方向下方に曲がっており、これに伴って排気流は、前記配列方向とは直交する方向であって、鉛直方向下方に曲がることになる。

このような排気流の曲がりにより、排気冷却用アダプタ１８において、前記配列方向に沿って形成されて鉛直方向上方に配置されている冷却水流路３４ａは、排気流路３２の高受熱側の内周面３２ａに対応した高受熱側流路及び外側流路に相当することになる。前記配列方向に沿って形成されて鉛直方向下方に配置されている冷却水流路３４ｂは、排気流路３２の低受熱側の内周面３２ｂに対応した低受熱側流路及び内側流路に相当することになる。そしてこれら冷却水流路３４ａ，３４ｂを両端で接続する２つの冷却水流路３４ｄ，３４ｅは中間流路に相当する。

このような排気冷却用アダプタ１８においては、冷却水導入口３６ａからウォータジャケット３４内に放出される冷却水は、その流動方向が冷却水流路３４ａ側へ向いている。このため図５に矢線にて示したごとく、冷却水の主流は、２つの中間流路（冷却水流路３４ｄ，３４ｅ）の一方の冷却水流路３４ｄの内部を、冷却水流路３４ｂ側から冷却水流路３４ａ側へ向かうことになる。したがって冷却水流路３４ｂへ向かう冷却水流量は少ない。

このため冷却水導入口３６ａから放出される冷却水の水勢は冷却水流路３４ａに十分に伝達され、冷却水流路３４ｂに対する水勢の伝達は少ない。このことから冷却水流路３４ｂに比較して冷却水流路３４ａには、高速で冷却水が流れることになる。このことによりウォータジャケット３４に流れる冷却水流量が冷却水流路３４ａでは多くなり、冷却水流路３４ｂでは少なくなるので、排気流路３２にて高温化し易い鉛直方向上方の内周面３２ａでの高温化を防止できる。したがって内周面３２ａからの伝熱による冷却水流路３４ａでの耐沸騰性についても向上できることになる。

鉛直方向下方の内周面３２ｂについては元来高温化しにくいので対応する冷却水流路３４ｂの冷却水流量が少なくなっても高温化は防止できる。
このようにウォータジャケット３４に流すトータルの冷却水流量を増加させることなく効率的に排気冷却用アダプタ１８の排気流路３２を冷却できることから、排気冷却用アダプタ１８の大型化や水流ポンプの負担が増加することはない。

（２）冷却水排出口３８ａは、冷却水流路３４ａにおける冷却水の流動方向と同方向に冷却水を排出する流路である。このため図５に矢線にて示したごとく、冷却水流路３４ａを高速に流れてきた冷却水は、冷却水排出口３８ａへと流れ出る際に流動方向を変更することがない。このため冷却水流路３４ａから外部に出る際も流動抵抗が大きくならないことから、冷却水流路３４ａでの高速な冷却水流の阻害とならない。

したがって、より円滑に冷却水が流れることから、排気冷却用アダプタ１８の大型化抑制や水流ポンプの負担増加抑制の効果をより高めることができる。
［実施の形態２］
本実施の形態の排気冷却システムに用いられる排気冷却用アダプタ１１８，２１８，３１８を図６の断面図に示す。尚、排気冷却システムの他の構成については前記実施の形態１と同じである。

図６の（ａ）に示す排気冷却用アダプタ１１８では、ウォータジャケット１３４へ冷却水を導入する冷却水導入部１３６の冷却水導入口１３６ａは、排気流路１３２の配列方向に沿って鉛直方向下方に配置されている冷却水流路１３４ｂ（低受熱側流路及び内側流路に相当）に開口し、この冷却水流路１３４ｂにて冷却水を放出している。

冷却水導入口１３６ａにおいて冷却水流路１３４ｂ側に開口している部分の縁部には、冷却水流路１３４ｄ（中間流路に相当）側とは反対側に流動方向ガイド１３６ｂが形成されている。この流動方向ガイド１３６ｂは先端が冷却水流路１３４ｄ側を向いている。したがって冷却水導入口１３６ａから冷却水流路１３４ｂへ導入された冷却水は、水勢が流動方向ガイド１３６ｂにより冷却水流路１３４ｄ側へ向けられる。

このことにより図示矢線のごとく、冷却水の主流は冷却水流路１３４ｄ側への水流となり、その流量が大量となる。冷却水流路１３４ｂにおいて反対側の中間流路である冷却水流路１３４ｅ側への流量は少なくなる。

この冷却水流路１３４ｄでの水勢はそのまま、排気流路１３２の配列方向に沿って鉛直方向上方に配置されている冷却水流路１３４ａ（高受熱側流路及び外側流路に相当）での流れとなり、冷却水排出部１３８へと流れる。

そして冷却水排出部１３８の冷却水排出口１３８ａの方向は、冷却水流路１３４ａと同じ方向であるので、冷却水排出口１３８ａ内においても冷却水は水勢を低下させることなく流れて、そのまま冷却水排出口１３８ａから外部へ排出される。

図６の（ｂ）に示す排気冷却用アダプタ２１８では、ウォータジャケット２３４へ冷却水を導入する冷却水導入部２３６の冷却水導入口２３６ａは、図６の（ａ）と同様に、排気流路２３２の配列方向に沿って鉛直方向下方に配置されている冷却水流路２３４ｂ（低受熱側流路及び内側流路に相当）に開口して冷却水を放出している。

ただし図６の（ｂ）の例では、流動方向ガイド２３６ｂは冷却水導入口２３６ａの縁部ではなく、対向する排気流路２３２の壁部側に形成されている。この流動方向ガイド２３６ｂの先端は、冷却水導入口２３６ａの縁部の内で、冷却水流路２３４ｄ（中間流路に相当）側とは反対側の縁部に向けて形成されている。

したがって冷却水導入口２３６ａから冷却水流路２３４ｂへ導入された冷却水は、水勢が流動方向ガイド２３６ｂの斜面により冷却水流路２３４ｄ側へ向けられる。
このことにより図示矢線のごとく、冷却水の主流は冷却水流路２３４ｄ側への水流となり、その流量が大量となる。冷却水流路２３４ｂにおいて反対側の中間流路である冷却水流路２３４ｅ側への流量は少なくなる。

この冷却水流路２３４ｄでの水勢はそのまま、排気流路２３２の配列方向に沿って鉛直方向上方に配置されている冷却水流路２３４ａ（高受熱側流路及び外側流路に相当）での流れとなり、冷却水排出部２３８へと流れる。

そして冷却水排出部２３８の冷却水排出口２３８ａの方向は、冷却水流路２３４ａと同じ方向であるので、冷却水は水勢を低下させることなく流れて、そのまま冷却水排出口２３８ａから外部へ排出される。

図６の（ｃ）に示す排気冷却用アダプタ３１８では、ウォータジャケット３３４へ冷却水を導入する冷却水導入部３３６の冷却水導入口３３６ａは、排気流路３３２の配列方向に沿って鉛直方向下方に配置されている冷却水流路３３４ｂ（低受熱側流路及び内側流路に相当）に開口して冷却水を放出している。この点は前記図６の（ａ）と同じである。

ただし前記図６の（ａ）よりも、冷却水導入部３３６の冷却水導入口３３６ａは、冷却水流路３３４ｄ（中間流路に相当）から離れており、冷却水流路３３４ａ（高受熱側流路及び外側流路に相当）と冷却水流路３３４ｂとを中央部分で接続する冷却水流路３３４ｃに対向する位置に存在する。したがって冷却水流路３３４ｄ（中間流路に相当）とは反対側において冷却水導入口３３６ａの開口縁部に形成された流動方向ガイド３３６ｂは、冷却水流路３３４ｄ側に向けて、より長く形成されて、確実に冷却水の十分な水勢が冷却水流路３３４ｄ側に到達するようにしている。

このことにより図示矢線のごとく、冷却水の主流は冷却水流路３３４ｄ側への水流となり、その流量が大量となる。冷却水流路３３４ｂにおいて反対側の中間流路である冷却水流路３３４ｅ側への流量は少なくなる。

この冷却水流路３３４ｄでの水勢はそのまま、排気流路３３２の配列方向に沿って鉛直方向上方に配置されている冷却水流路３３４ａでの流れとなり、冷却水排出部３３８へと流れる。

そして冷却水排出部３３８の冷却水排出口３３８ａの方向は、冷却水流路３３４ａと同じ方向であるので、冷却水は水勢を低下させることなく流れて、そのまま冷却水排出口３３８ａから外部へ排出される。

以上説明した本実施の形態２によれば、以下の効果が得られる。
（１）このように冷却水導入部１３６，２３６，３３６を冷却水流路１３４ｂ，２３４ｂ，３３４ｂ側に取り付けても、流動方向ガイド１３６ｂ，２３６ｂ，３３６ｂにより冷却水の主流を冷却水流路１３４ｄ，２３４ｄ，３３４ｄを介して冷却水流路１３４ａ，２３４ａ，３３４ａに向かわせることができる。

このことにより前記実施の形態１にて述べたごとくの効果を生じさせることができる。
［その他の実施の形態］
・図７の（ａ）に示す排気冷却用アダプタ４１８のごとく、冷却水導入部４３６の冷却水導入口４３６ａを低受熱側流路及び内側流路に相当する冷却水流路４３４ｂに接続した場合、流動方向ガイドを用いずに、冷却水の主流が中間流路である冷却水流路４３４ｄに向くように冷却水導入口４３６ａを傾けて形成しても良い。

このことにより図示矢線のごとく、冷却水流路４３４ｄでの水勢はそのまま、高受熱側流路及び外側流路に相当する冷却水流路４３４ａでの流れとなり、冷却水排出部４３８へと流れる。そして冷却水は水勢を低下させることなく流れて、そのまま冷却水排出口４３８ａから外部へ排出される。このことによっても前記実施の形態１の効果を生じさせることができる。

・前記各実施の形態では、冷却水排出部の冷却水排出口の方向は高受熱側流路及び外側流路に相当する冷却水流路での冷却水流動方向に沿ったものであったが、図７の（ｂ）に示すごとく冷却水排出部５３８の冷却水排出口５３８ａの方向は、高受熱側流路及び外側流路に相当する冷却水流路５３４ａでの冷却水流動方向と異なる方向でも良い。図７の（ｂ）の例では、冷却水排出口５３８ａの方向は、冷却水流路５３４ａでの冷却水流動方向とは直交する方向としている。このことによっても、冷却水導入部５３６の冷却水導入口５３６ａから放出される冷却水の水勢は、中間流路としての冷却水流路５３４ｄを介して冷却水流路５３４ａに伝達されることから、冷却水流路５３４ａにて十分に多量の冷却水流量を確保できる。このことにより前記実施の形態１の（１）の効果を生じさせることができる。

・排気ポートと排気冷却用アダプタの排気流路とは屈曲しておらず、排気ポートの湾曲が有るのみでも、排気冷却用アダプタの排気流路において湾曲外側の内周面が高受熱側となり、この内周面に対応する冷却水流路が高受熱側流路となる。したがって冷却水を前記各実施の形態のごとく流すことにより、前述した効果を生じさせることができる。

尚、排気ポートと排気冷却用アダプタの排気流路との接続部分が屈曲しているのみの場合も、排気冷却用アダプタの排気流路において屈曲外側の内周面が高受熱側となり、この内周面に対応する冷却水流路が高受熱側流路となる。したがって冷却水を前記各実施の形態のごとく流すことにより、前述した効果を生じさせることができる。

・図１は本発明をＶ型６気筒の内燃機関に適用した例を示しているが、直列型でも良く、４気筒や８気筒などの６気筒以外の他の気筒数にも適用できる。

２…内燃機関、４…排気冷却システム、６…右バンク、６ａ…気筒、６ｂ…燃焼室、６ｃ…ピストン、６ｄ…点火プラグ、８…吸気ポート、１０…吸気弁、１２…排気弁、１４…シリンダヘッド、１４ａ…アダプタ接続面、１６…排気ポート、１８…排気冷却用アダプタ、２０…排気分岐管、２０ａ…フランジ、２０ｂ…排気流路、２２…排気導入口、２４…排気排出口、２８…シリンダヘッド側接続面、２８ａ…ボルト締結部、２８ｂ…ボルト挿通孔、３０…排気分岐管側接続面、３０ａ…ボルト締結部、３０ｂ…螺合孔、３２…排気流路、３２ａ，３２ｂ…内周面、３４…ウォータジャケット、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ…冷却水流路、３６…冷却水導入部、３６ａ…冷却水導入口、３８…冷却水排出部、３８ａ…冷却水排出口、１１８…排気冷却用アダプタ、１３２…排気流路、１３４…ウォータジャケット、１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｄ，１３４ｅ…冷却水流路、１３６…冷却水導入部、１３６ａ…冷却水導入口、１３６ｂ…流動方向ガイド、１３８…冷却水排出部、１３８ａ…冷却水排出口、２１８…排気冷却用アダプタ、２３２…排気流路、２３４…ウォータジャケット、２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｄ，２３４ｅ…冷却水流路、２３６…冷却水導入部、２３６ａ…冷却水導入口、２３６ｂ…流動方向ガイド、２３８…冷却水排出部、２３８ａ…冷却水排出口、３１８…排気冷却用アダプタ、３３２…排気流路、３３４…ウォータジャケット、３３４ａ，３３４ｂ，３３４ｃ，３３４ｄ，３３４ｅ…冷却水流路、３３６…冷却水導入部、３３６ａ…冷却水導入口、３３６ｂ…流動方向ガイド、３３８…冷却水排出部、３３８ａ…冷却水排出口、４１８…排気冷却用アダプタ、４３４ａ，４３４ｂ，４３４ｄ…冷却水流路、４３６…冷却水導入部、４３６ａ…冷却水導入口、４３８…冷却水排出部、４３８ａ…冷却水排出口、５３４ａ，５３４ｄ…冷却水流路、５３６…冷却水導入部、５３６ａ…冷却水導入口、５３８…冷却水排出部、５３８ａ…冷却水排出口、Ｘ１，Ｘ２…軸線。

Claims

排気流路を囲む壁内に形成した冷却水流路に冷却水を流すことにより排気流路を流れる排気を冷却する排気冷却用アダプタを、シリンダヘッドに開口する排気ポートと排気分岐管との間に配置した内燃機関の排気冷却システムであって、
前記排気冷却用アダプタは、前記冷却水流路に冷却水を導入する冷却水導入口と、前記冷却水流路から外部へ冷却水を排出する冷却水排出口とを備え、
前記冷却水流路は、前記排気流路の内面の周方向における排気からの受熱量の偏りに対応して区分される高受熱側流路、低受熱側流路、及びこれら高受熱側流路と低受熱側流路とを両端で接続する２つの中間流路を備え、
前記冷却水導入口の冷却水放出方向は、前記２つの中間流路の一方の内部を前記低受熱側流路側から前記高受熱側流路側へ向かわせる方向であり、
前記冷却水排出口は、前記２つの中間流路の他方と前記高受熱側流路とが接続する位置又はこの位置近傍から冷却水を排出するものであることを特徴とする内燃機関排気冷却システム。
排気流路を囲む壁内に形成した冷却水流路に冷却水を流すことにより排気流路を流れる排気を冷却する排気冷却用アダプタを、シリンダヘッドに開口する排気ポートと排気分岐管との間に配置した内燃機関の排気冷却システムであって、
前記排気冷却用アダプタは、前記冷却水流路に冷却水を導入する冷却水導入口と、前記冷却水流路から外部へ冷却水を排出する冷却水排出口とを備え、
前記冷却水流路は、前記排気ポートの湾曲形状に伴って生じる排気流の曲がりにより区分される曲がりの外側流路、曲がりの内側流路、及びこれら外側流路と内側流路とを両端で接続する２つの中間流路を備え、
前記冷却水導入口の冷却水放出方向は、前記２つの中間流路の一方の内部を前記内側流路側から前記外側流路側へ向かわせる方向であり、
前記冷却水排出口は、前記２つの中間流路の他方と前記外側流路とが接続する位置又はこの位置近傍から冷却水を排出するものであることを特徴とする内燃機関排気冷却システム。
排気流路を囲む壁内に形成した冷却水流路に冷却水を流すことにより排気流路を流れる排気を冷却する排気冷却用アダプタを、シリンダヘッドに開口する排気ポートと排気分岐管との間に配置した内燃機関の排気冷却システムであって、
前記排気冷却用アダプタは、前記冷却水流路に冷却水を導入する冷却水導入口と、前記冷却水流路から外部へ冷却水を排出する冷却水排出口とを備え、
前記冷却水流路は、前記排気ポートと前記排気流路との間の接続部分の屈曲形状に伴って生じる排気流の曲がりにより区分される曲がりの外側流路、曲がりの内側流路、及びこれら外側流路と内側流路とを両端で接続する２つの中間流路を備え、
前記冷却水導入口の冷却水放出方向は、前記２つの中間流路の一方の内部を前記内側流路側から前記外側流路側へ向かわせる方向であり、
前記冷却水排出口は、前記２つの中間流路の他方と前記外側流路とが接続する位置又はこの位置近傍から冷却水を排出するものであることを特徴とする内燃機関排気冷却システム。
請求項１に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記冷却水排出口は、前記高受熱側流路における冷却水の流動方向と同方向に冷却水を排出する流路として形成されていることを特徴とする内燃機関排気冷却システム。
請求項２又は３に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記冷却水排出口は、前記外側流路における冷却水の流動方向と同方向に冷却水を排出する流路として形成されていることを特徴とする内燃機関排気冷却システム。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記排気ポートは複数がシリンダヘッドに配列して開口し、この配列に対応して前記排気冷却用アダプタの内部に前記排気流路の配列が形成され、
この配列方向とは直交する方向に前記排気ポートが湾曲して形成され、あるいは前記排気ポートと前記排気流路とが前記配列方向とは直交する方向で屈曲して接続されたものであることを特徴とする内燃機関排気冷却システム。
請求項１又は４に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記排気ポートは複数がシリンダヘッドに配列して開口し、この配列に対応して前記排気冷却用アダプタの内部に前記排気流路の配列が形成され、
この配列方向とは直交する方向に前記排気ポートが湾曲して形成され、あるいは前記排気ポートと前記排気流路とが前記配列方向とは直交する方向で屈曲して接続されたものであり、
前記冷却水導入口は、前記配列方向の一端側の中間流路を介して、前記低受熱側流路から前記高受熱側流路へ向けて冷却水を放出するものであり、
前記冷却水排出口は、前記配列方向の他端側の中間流路と前記高受熱側流路とが接続する位置又はこの位置近傍から冷却水を排出するものであることを特徴とする内燃機関排気冷却システム。
請求項２、３及び５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記排気ポートは複数がシリンダヘッドに配列して開口し、この配列に対応して前記排気冷却用アダプタの内部に前記排気流路の配列が形成され、
この配列方向とは直交する方向に前記排気ポートが湾曲して形成され、あるいは前記排気ポートと前記排気流路とが前記配列方向とは直交する方向で屈曲して接続されたものであり、
前記冷却水導入口は、前記配列方向の一端側の中間流路を介して、前記内側流路から前記外側流路へ向けて冷却水を放出するものであり、
前記冷却水排出口は、前記配列方向の他端側の中間流路と前記外側流路とが接続する位置又はこの位置近傍から冷却水を排出するものであることを特徴とする内燃機関排気冷却システム。
請求項６〜８のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記シリンダヘッドにおける排気ポートの配列方向は水平方向であり、前記配列方向と直交する方向は鉛直方向下方であることを特徴とする内燃機関排気冷却システム。
請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却システムにおいて、前記冷却水導入口の近傍において前記冷却水流路には、前記冷却水導入口から放出される冷却水の水流を、前記２つの中間流路の一方へ誘導する流動方向ガイドが形成されていることを特徴とする内燃機関排気冷却システム。