JP2012163070A - 排気冷却用アダプタ - Google Patents

Abstract

【課題】排気流路の湾曲部分にて排気流に剥離を生じさせないことにより内燃機関からの排気の冷却効率を向上させることができる排気冷却用アダプタの実現。
【解決手段】内周面１６ｂに形成された複数の凹部２４ａからなる剥離抑制部２４により、排気流Ｇｅは、凹部２４ａ内の流れと凹部２４ａ外の流れとが衝突することにより、流れに乱れが生じる。このことにより湾曲内側の排気流路１６の下流側において排気流Ｇｅの剥離が防止され、内周面１６ｂに接触する排気流量を十分に維持することができる。したがって湾曲内側の領域においても内周面１６ｂから排気流路壁１６ａへの伝熱性を十分に高めることができる。しかも排気流路１６の湾曲内側の領域においてはアダプタ壁２ａ内にウォータジャケット１８が形成されていることから、アダプタ壁２ａ内へ伝達された熱量は迅速に冷却水に吸収されて排気の冷却効率が高まる。こうして課題が達成される。
【選択図】図１２

Description

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドに開口する排気ポートとエキゾーストマニホールドとの間に配置され、内部に、排気ポートからの排気をエキゾーストマニホールドへ流す排気流路と、この排気流路を囲むアダプタ壁内に排気流路を流れる排気を冷却する冷却水流路とを形成した排気冷却用アダプタに関する。

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１〜４参照）。
特許文献１では、 燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面上に燃料成分が堆積するのを阻止するために、燃料成分が堆積しやすい部分に凹部が形成されたものである。ここで燃料成分が堆積しやすい部分とは、例えば通路の断面積が広くガスの流れが比較的小さい部分や、ガスの流れが比較的弱い屈曲した通路の内側の壁面等であるとしている。

特許文献２では、ディーゼル式のエンジン用排気冷却装置のボンネットの内壁に凹凸状のディンプルを設けている。このことによりボンネットの内壁面近傍を流れる排気がボンネットの内壁から剥離することなく、中心部より外側にずれた部位にて排気流れが滞留してしまうことを防止でき、ＰＭが付着堆積していくことを防止できるとしている。

特許文献３では、排気ガス熱交換部のチューブの表面にインナーフィンやディンプルが形成されている。このインナーフィンやディンプルによりＥＧＲガスに対する乱流効果を得ることができ、ＥＧＲガス側の熱伝達率を向上させて、熱交換性能を向上することができるとしている。

特許文献４では、排気ポート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ことにより、更にフィンを排気ガスの流れ方向に沿って形成することにより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としている。

特開２０００−２９１４３７号公報（第４頁、図２，３） 特開２００３−２２７６９５号公報（第３，４頁、図２，６） 特開２０１０−１９００６４号公報（第１２頁、図１） 特開平１０−３１７９９５号公報（第４頁、図５〜８）

車載用の内燃機関のように省スペース性が要求される用途では、内燃機関の排気ポートに接続される排気冷却用アダプタはその冷却性能を確保するために、内部の排気通路を湾曲させることが必要である。

しかしこのように排気通路を湾曲させると、特に高速ガス流速域では湾曲内側にて排気通路内面から排気流の剥離が生じて冷却効率が低下してしまうおそれがある。
特許文献１では壁面上に凹部を形成することによりガス流に乱流を生じさせて、煤の堆積を防止するものである。したがって流れの剥離については開示されておらず、しかも熱交換とは無関係である。

特許文献２では熱交換部分へ排気を送り出すために拡径するテーパー面状のボンネットに設けられた凹凸状のディンプルである。したがって熱交換部分が湾曲している部分に対するものではなく、熱交換部分が湾曲した場合にどのように対処するかは開示されていない。

特許文献３では直管状のチューブ内部にインナーフィンやディンプルが存在するが、チューブの湾曲部分の流れの剥離に対するものではなく、チューブの湾曲に対してどのように対処するかは開示されていない。

特許文献４では流れに沿ったフィンが形成されているが、排気ポートの湾曲部での流れの剥離に対しては対処できない。
本発明は、排気流路の湾曲部分にて排気流に剥離を生じさせないことにより内燃機関からの排気の冷却効率を向上させることができる排気冷却用アダプタ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に記載の排気冷却用アダプタは、内燃機関のシリンダヘッドに開口する排気ポートとエキゾーストマニホールドとの間に配置され、内部に、排気ポートからの排気をエキゾーストマニホールドへ流す排気流路と、この排気流路を囲むアダプタ壁内に排気流路を流れる排気を冷却する冷却水流路とを形成した排気冷却用アダプタであって、前記排気流路には湾曲部分が存在すると共に、この湾曲部分における排気流路中心線よりも湾曲内側の領域における前記排気流路の内周面には剥離抑制部が形成され、同領域におけるアダプタ壁内には前記冷却水流路が形成されていることを特徴とする。

排気流路の湾曲部分には、排気流路中心線よりも湾曲内側の領域において、その内周面に剥離抑制部が形成されている。このために排気流路を流れる排気流は、湾曲内側の内周面から剥離しにくくなり、排気流路の内周面に接触する排気流量を十分に維持することができる。このことにより湾曲内側の領域においても排気流路の内周面からアダプタ壁内への伝熱性を十分に高めることができる。

しかも、湾曲内側の領域においてはアダプタ壁内に冷却水流路が形成されていることから、アダプタ壁内へ伝達された熱量は迅速に冷却水に吸収されて、排気の冷却効率が高まる。

このようにして排気冷却用アダプタにおける排気流路の湾曲部分にて排気流が剥離を生じることなく排気の冷却効率を向上させることができる。
請求項２に記載の排気冷却用アダプタでは、請求項１に記載の排気冷却用アダプタにおいて、前記剥離抑制部は、前記排気流路の内周面での複数の凹部として形成されていることを特徴とする。

剥離抑制部としては、複数の凹部を排気流路の内周面に形成した構成が挙げられる。凹部により排気流が乱されて乱流が発生し、このことにより湾曲内側の領域における排気流路の内周面から排気流が剥離しにくくなる。

特に排気流路の内周面において、剥離抑制部は凸部でなく凹部として形成されていることから、流動抵抗になりにくく内燃機関の背圧を高めることがないので、内燃機関の燃費を悪化させることがない。

更に凹部であることにより伝熱面積が増加すると共に、凹部底面がアダプタ壁内の冷却水流路に近づくため、排気の冷却効率が更に高まる。
請求項３に記載の排気冷却用アダプタでは、請求項２に記載の排気冷却用アダプタにおいて、前記湾曲部分の曲がり程度が大きい位置ほど、前記凹部の深さ、分布密度及び開口面積のいずれか１つ又は複数を増大していることを特徴とする。

湾曲部分の曲がり程度、例えば、排気流路の入口中心線や出口中心線との間の中心線間の角度や曲率などが大きいほど、湾曲内側の領域において排気流が内周面よりも剥離しやすくなる。

凹部の深さ、分布密度、あるいは開口面積を増大すると排気流に対する剥離抑制効果が高まる。したがって湾曲部分の曲がり程度が大きい位置ほど、凹部の深さ、分布密度及び開口面積のいずれか１つ又は複数を増大することで、排気流の剥離しやすさに対応して、より適切な剥離抑制が可能となる。

しかも湾曲部分の曲がり程度が小さい位置では、凹部の深さ、分布密度及び開口面積のいずれか１つ又は複数が減少している。このため凹部により排気流の流速低下が生じたとしても、それを最小限に止めることができ、内燃機関の背圧上昇を防止できる。更に凹部への凝縮水の蓄積量も低減できる。

請求項４に記載の排気冷却用アダプタでは、請求項１に記載の排気冷却用アダプタにおいて、前記剥離抑制部は、前記排気流路の内周面での凹部として形成されて、この凹部の内部領域には、突起が複数形成されていると共に、これらの突起の高さは、前記凹部が存在しないものとして前記凹部上に前記排気流路の内周面を仮想した場合に、この仮想した内周面の高さ以下であることを特徴とする。

剥離抑制部としては、凹部の内部領域に仮想した内周面の高さ以下である突起が複数形成されている構成を挙げることができる。したがって凹部が例え１つであっても内部の突起により排気流の乱流を十分に生じさせることができる。このことにより湾曲内側の領域における排気流路の内周面から排気流が剥離しにくくなる。

特に凹部内における突起はその高さが仮想した内周面の高さ以下であることから、流動抵抗になりにくく内燃機関の背圧を高めることがないので、内燃機関の燃費を悪化させない。

更に凹部内の突起により伝熱面積が増加すると共に、凹部底面がアダプタ壁内の冷却水流路に近づくため、排気の冷却効率が更に高まる。
請求項５に記載の排気冷却用アダプタでは、請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気冷却用アダプタにおいて、前記湾曲内側の領域においてアダプタ壁内に形成された前記冷却水流路における冷却水の流量あるいは流速は、前記排気流路の上流側よりも下流側で大きくしたことを特徴とする。

湾曲内側の領域における排気流路の内周面では、排気流の剥離が生じにくくされていることから、排気流から多量の伝熱がなされることになる。しかも、排気流路は上流側である内燃機関の排気ポート側よりも、下流側であるエキゾースト側の方が高温化しやすい。

したがって剥離抑制部の形成により、伝熱が高まる湾曲内側の領域でも下流側で冷却水流路の冷却水の流量あるいは流速を大きくすることで、効果的に排気を冷却できる。
請求項６に記載の排気冷却用アダプタでは、請求項１に記載の排気冷却用アダプタにおいて、前記剥離抑制部は、前記湾曲内側の領域における排気流路の内周面を、前記排気流路中心線側へ持ち上げた形状としたものであることを特徴とする。

剥離抑制部としては、湾曲内側の領域における排気流路の内周面を、排気流路中心線側へ持ち上げた形状としても良い。このことにより持ち上げていなければ剥離領域となっている内周面が、持ち上げにより湾曲外側へ移動して排気流に接触させることができる。このことにより湾曲内側の領域における排気流路の内周面から排気流が剥離しにくくなる。

内周面を持ち上げて流路断面積を小さくしても、流量に影響しない部分（剥離部分）が消失するのみであることから、内燃機関の背圧が高まることはない。このため内燃機関の燃費を悪化させない。

更に湾曲内側全体が平滑面を維持できるので凝縮水や煤等が堆積しにくい。

実施の形態１の排気冷却用アダプタを仰視した状態での斜視図。 実施の形態１の排気冷却用アダプタの正面図。 実施の形態１の排気冷却用アダプタの平面図。 実施の形態１の排気冷却用アダプタの底面図。 実施の形態１の排気冷却用アダプタの背面図。 実施の形態１の排気冷却用アダプタの右側面図。 実施の形態１の排気冷却用アダプタの左側面図。 実施の形態１の排気冷却用アダプタを俯瞰した状態の斜視図。 実施の形態１の排気冷却用アダプタを背面側から俯瞰した状態の斜視図。 実施の形態１の排気冷却用アダプタの部分破断斜視図。 実施の形態１の排気冷却用アダプタの縦断斜視図。 実施の形態１の排気冷却用アダプタの縦断面図及びその一部拡大図。 実施の形態２の排気冷却用アダプタの要部拡大縦断面図。 実施の形態２にて排気流路の曲がり角度と凹部深さ設定との関係を示すグラフ。 実施の形態３の排気冷却用アダプタの要部拡大縦断面図。 実施の形態３にて排気流路の曲がり角度と凹部分布密度設定との関係を示すグラフ。 実施の形態４の排気冷却用アダプタの要部拡大縦断斜視図。 実施の形態５の排気冷却用アダプタの要部拡大縦断面図。 （Ｘ），（Ｙ）図１８におけるＸ−Ｘ線及びＹ−Ｙ線断面図。 （Ｘ），（Ｙ）他の実施の形態における排気流路の形状を示す断面図。 （Ｘ），（Ｙ）他の実施の形態における排気流路の形状を示す断面図。 他の実施の形態における凹部形状とセンサとの配置関係を示す断面図。 （ａ），（ｂ）他の実施の形態における凹部形状を示す縦断斜視図。 他の実施の形態における凹部形状を示す断面図。

［実施の形態１］
〈構成〉図１〜９に上述した発明が適用された排気冷却用アダプタ２の外形を表す。
この排気冷却用アダプタ２は、図６，７に破線で示すごとく、内燃機関のシリンダヘッド４に開口する排気ポート４ａとエキゾーストマニホールド６との間に配置されて、排気ポート４ａから排出される排気を冷却してエキゾーストマニホールド６側へ排出するものである。

本実施の形態では内燃機関はＶ型６気筒エンジンにおける各バンクに適用される排気冷却用アダプタ２を示している。これ以外に排気流路の数を変更することにより他の種類の内燃機関、例えば直列４気筒エンジンやＶ型８気筒エンジンにも適用できる。

このような排気冷却用アダプタ２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８が開口するシリンダヘッド側接続面１０を形成している。排気導入口８は、シリンダヘッド４における排気ポート４ａの配置と数とに対応して、ここでは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１２が開口するエキゾーストマニホールド側接続面１４を形成している。排気排出口１２はエキゾーストマニホールド６の排気流路６ｂに対応して３つが直線状に配列して設けられている。

エキゾーストマニホールド側接続面１４はシリンダヘッド側接続面１０に対して略直交している。そしてシリンダヘッド側接続面１０に設けられた排気導入口８と、エキゾーストマニホールド側接続面１４に設けられた排気排出口１２とはそれぞれ排気冷却用アダプタ２内に形成された３つの排気流路１６にて接続されている。

排気冷却用アダプタ２には、排気冷却用アダプタ２自身をシリンダヘッド４側のアダプタ接続面４ｂにボルト締結するためのボルト締結部１０ａが形成されている。このボルト締結部１０ａに形成されているボルト挿通孔１０ｂはシリンダヘッド側接続面１０に開口している。このボルト挿通孔１０ｂにボルトを挿通し、シリンダヘッド４側のアダプタ接続面４ｂに開口している螺合孔にボルトを螺合することにより、排気冷却用アダプタ２をシリンダヘッド４に固定できる。このことによりシリンダヘッド４側の排気ポート４ａと排気冷却用アダプタ２側の排気流路１６とを接続できる。

更に排気冷却用アダプタ２には、エキゾーストマニホールド６をボルト締結するためのボルト締結部１４ａが、エキゾーストマニホールド側接続面１４の周辺部に形成されている。このボルト締結部１４ａには、エキゾーストマニホールド側接続面１４に開口する螺合孔１４ｂが形成されている。この螺合孔１４ｂに対してエキゾーストマニホールド６のフランジ６ａ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、排気冷却用アダプタ２にエキゾーストマニホールド６が接続される。このことにより排気冷却用アダプタ２の排気流路１６とエキゾーストマニホールド６の排気流路６ｂとを接続できる。

このように排気冷却用アダプタ２がシリンダヘッド４とエキゾーストマニホールド６とを仲介して接続することにより、排気ポート４ａから排出される排気を冷却してエキゾーストマニホールド６側へ排出できる構成となる。

図１０，１１に、排気冷却用アダプタ２を形成しているアダプタ壁２ａを破断して内部を示す。アダプタ壁２ａ内には、排気流路１６と共に、冷却水流路としてウォータジャケット１８が形成されているウォータジャケット１８内には冷却水導入口２０から冷却水が導入され、ウォータジャケット１８内を流れた後に冷却水排出口２２から排出される。この冷却水により、排気流路１６の周囲のアダプタ壁２ａである排気流路壁１６ａを介して排気流路１６内を流れる排気が冷却される。

図１２に示すごとく排気流路１６は、略直交しているシリンダヘッド側接続面１０とエキゾーストマニホールド側接続面１４とを接続することから、全体が湾曲部分を形成している。この全体が湾曲状態の排気流路１６の内周面１６ｂには剥離抑制部２４が形成されている。

剥離抑制部２４は湾曲部分における排気流路中心線１６ｃよりも湾曲内側の領域に形成されている。ここで剥離抑制部２４は、湾曲内側の領域において、特に排気流Ｇｅが内周面１６ｂから剥がれやすい位置、ここでは湾曲部分の曲がり程度が大きい位置に設けられている。

剥離抑制部２４は、半球状の複数の凹部２４ａを、排気流路壁１６ａの内周面１６ｂに分布した構成とされている。
前述したウォータジャケット１８へ冷却水を導入する冷却水導入口２０は、排気流路１６の湾曲内側に存在するウォータジャケット１８の部分へ冷却水の流れを向けている。更に冷却水排出口２２は排気流路１６の湾曲内側に存在するウォータジャケット１８の部分から冷却水を排出している。

したがって剥離抑制部２４が存在する側である湾曲内側の領域における排気流路壁１６ａの外面側にて、特に冷却水の流量及び流速が大きくされている。しかもこのような湾曲内側の領域にても、冷却水導入口２０及び冷却水排出口２２は、特に剥離抑制部２４の位置、すなわち排気流路１６の上流側よりも下流側にて冷却水流が強くなるように配置されている。

尚、ウォータジャケット１８の湾曲内側の部分では、ボルト締結部１４ａが、シリンダヘッド側接続面１０側から、すなわち排気流路１６の上流側から、ウォータジャケット１８の内部へ、排気流路１６間の２ヶ所で突出している。このことにより、ウォータジャケット１８の湾曲内側の部分では、部分的に水路断面積が排気流路１６の下流側よりも上流側の方が小さい状態となっている。
〈作用〉内周面１６ｂに形成された複数の凹部２４ａからなる剥離抑制部２４により、排気流Ｇｅは、半球状の複数の凹部２４ａ内の流れと凹部２４ａ外の流れとが衝突することにより、流れに乱れが生じる。このことにより特に排気流Ｇｅが内周面１６ｂから剥離しやすい湾曲内側の下流側において、その剥離が防止される。したがって内燃機関の高速運転時においても排気流Ｇｅは十分に排気流路壁１６ａの内周面１６ｂ全体に接触した流れを維持する。
〈効果〉（１）このように排気流路１６を流れる排気流Ｇｅは、湾曲内側の内周面１６ｂから剥離しにくくなり、内周面１６ｂに接触する排気流量を十分に維持することができる。このことにより湾曲内側の領域においても内周面１６ｂからアダプタ壁２ａの一部である排気流路壁１６ａへの伝熱性を十分に高めることができる。

しかも排気流路１６の湾曲内側の領域においてはアダプタ壁２ａ内にウォータジャケット１８が形成されていることから、アダプタ壁２ａ内へ伝達された熱量は迅速に冷却水に吸収されて、排気の冷却効率が高まる。

例えば、湾曲がない排気流路に比較して、本実施の形態のごとく９０°湾曲した排気流路では、剥離抑制部２４が存在しないと冷却効率が約５０％に低下する。これに対して、剥離抑制部２４を設けた本実施の形態の排気流路１６では、剥離抑制部２４が存在しないものに比較して最低（湾曲内側の排気流Ｇｅが湾曲外側での流速と同等の場合）で約３％、最高（湾曲内側で排気流Ｇｅ流速が維持されている場合）で約１１％の冷却効率の向上となった。

このようにして排気冷却用アダプタ２における排気流路１６の湾曲部分にて排気流Ｇｅが剥離を生じることなく排気の冷却効率を向上させることができる。
（２）特に排気流路１６の内周面１６ｂにおいて剥離抑制部２４は凸部でなく凹部２４ａとして形成されていることから、流動抵抗になりにくく内燃機関の背圧を高めることがないので、内燃機関の燃費を悪化させない。

更に凹部２４ａであることにより伝熱面積が増加すると共に、凹部２４ａの底面がアダプタ壁２ａ内のウォータジャケット１８に近づくため、排気の冷却効率が更に高まる。
（３）冷却水導入口２０及び冷却水排出口２２が前述したごとく配置されていることにより、湾曲内側の領域で、排気流路１６の上流側よりも、剥離抑制部２４の配置位置である下流側で、冷却水流が強くなるようにされている。

更にウォータジャケット１８の湾曲内側の部分では、図１２に示したごとくボルト締結部１４ａにより、ウォータジャケット１８の湾曲内側の部分では、部分的に水路断面積が排気流路１６の下流側よりも上流側の方が小さい状態となっている。このことにより排気流路１６の上流側よりも下流側で、冷却水の流速がより高くなり、かつその流量も大きくなる。

このことから、排気流路中心線１６ｃの湾曲内側にて高速に流れる排気に対する冷却効率を十分に高めることができる。
［実施の形態２］
〈構成〉本実施の形態の排気冷却用アダプタ１０２における排気流路中心線１１６ｃよりも湾曲内側の構成を図１３に示す。この排気冷却用アダプタ１０２は、排気流路１１６以外の構成は前記実施の形態１と同じである。

排気冷却用アダプタ１０２の剥離抑制部１２４は、前記実施の形態１と同じく、排気流路１１６において、湾曲部分における排気流路中心線１１６ｃよりも湾曲内側の領域に形成されている。ただし排気流路１１６の曲がりの程度（曲がり角度θｉ，θｊ）が大きい位置ほど、半球形状の凹部１２４ａの深さ及び開口面積の両方が増大する形状とされている。

曲がり角度θｉ，θｊに対して凹部１２４ａの深さ（ｍｍ）は図１４に示すごとく設定されている。尚、凹部１２４ａは半球形であるので、開口面積（ｍｍ２）については、深さ（ｍｍ）の二乗に比例している。

ここで曲がりの程度（曲がり角度θｉ，θｊ）は、シリンダヘッド側接続面１１０に開口する排気導入口１０８側（領域Ｉ）では、内周面１１６ｂの内で最も湾曲内側にある位置と、排気導入口１０８の中心線１０８ａと平行な線１０８ｂとのなす角度である曲がり角度θｉにより決定される。エキゾーストマニホールド側接続面１１４に開口する排気排出口１１２側（領域Ｊ）では、内周面１１６ｂの内で最も湾曲内側にある位置と、排気排出口１１２の中心線１１２ａと平行な線１１２ｂとのなす角度である曲がり角度θｊにより決定される。

したがって線１０８ｂ，１１２ｂ同士が交叉する位置で凹部１２４ａの深さ及び開口面積が最大となっている。
〈作用〉曲がり角度θｉ，θｊが大きい位置ほど、排気流路１１６の湾曲内側の領域で、内周面１１６ｂからの排気流Ｇｅの剥離が起こりやすくなる。本実施の形態では、このことに対応させて半球形状の凹部１２４ａの深さ及び開口面積の両方を増大している。

このように半球形状の凹部１２４ａの深さ及び開口面積が増大することにより、排気流Ｇｅの剥離が起こりやすい位置ほど、前記実施の形態１にて述べた乱流を強く生じさせることで、剥離を抑制する作用を強めている。
〈効果〉前記実施の形態１の効果と共に、更に曲がり角度θｉ，θｊによる排気流Ｇｅの剥離のしやすさに対応させて、凹部１２４ａによる乱流を強めて剥離の抑制力を強めていることから、より適切な剥離抑制が可能となる。しかも曲がり角度θｉ，θｊが小さい部分では、凹部１２４ａを形成しない場合も含めて、凹部１２４ａの深さ及び開口面積の両方を減少している。したがって凹部１２４ａにより排気流Ｇｅの流速低下が生じたとしても、それを最小限に止めることができ、内燃機関の背圧上昇を防止できる。更に凹部１２４ａへの凝縮水の蓄積量も低減できる。

［実施の形態３］
〈構成〉本実施の形態の排気冷却用アダプタ２０２における排気流路中心線２１６ｃよりも湾曲内側の構成を図１５に示す。この排気冷却用アダプタ２０２は、排気流路２１６以外の構成は前記実施の形態１と同じである。

排気冷却用アダプタ２０２の剥離抑制部２２４は、前記実施の形態１と同じく、排気流路２１６において湾曲部分における排気流路中心線２１６ｃよりも湾曲内側の領域に形成されている。ただし、排気流路２１６の曲がりの程度（曲がり角度θｉ，θｊ）が大きい位置ほど、半球形状の凹部２２４ａの分布密度が増大されている。

曲がり角度θｉ，θｊに対して凹部２２４ａの分布密度（個／ｍｍ２）は図１６に示すごとく設定されている。凹部２２４ａの大きさは変化していない。
曲がり角度θｉ，θｊ、シリンダヘッド側接続面２１０に開口する排気導入口２０８側の領域Ｉ、及びエキゾーストマニホールド側接続面２１４に開口する排気排出口２１２側の領域Ｊについては、前記実施の形態２にて説明したごとくである。

したがって前記実施の形態２にて説明したごとく、排気導入口２０８及び排気排出口２１２の中心線２０８ａ，２１２ａに平行な線２０８ｂ，２１２ｂ同士が交叉する位置で凹部２２４ａの分布密度が最大となっている。
〈作用〉曲がり角度θｉ，θｊが大きい位置ほど、排気流路２１６の湾曲内側の領域で、内周面２１６ｂから排気流Ｇｅの剥離が起こりやすくなる。本実施の形態では、このことに対応させて半球形状の凹部２２４ａの分布密度を増大している。

このように半球形状の凹部２２４ａの分布密度が増大することにより、排気流Ｇｅの剥離が起こりやすい位置ほど、前記実施の形態１にて述べた乱流を強く生じさせることで、剥離を抑制する作用を強めている。
〈効果〉前記実施の形態１の効果と共に、曲がり角度θｉ，θｊによる排気流Ｇｅの剥離のしやすさに対応させて、凹部２２４ａによる乱流を強めて剥離の抑制力を強めている。このことから、より適切な剥離抑制が可能となる。しかも曲がり角度θｉ，θｊが小さい部分では、凹部２２４ａを形成しない場合も含めて、凹部２２４ａの分布密度を減少している。したがって凹部２２４ａにより排気流Ｇｅの流速低下が生じたとしても、それを最小限に止めることができ、内燃機関の背圧上昇を防止できる。更に凹部２２４ａへの凝縮水の蓄積量も低減できる。

［実施の形態４］
〈構成〉図１７に本実施の形態の排気冷却用アダプタ３０２における排気流路３１６の構成を示す。この排気冷却用アダプタ３０２は、排気流路３１６以外の構成は前記実施の形態１と同じである。

排気流路壁３１６ａの内周面３１６ｂにおいて排気流路中心線３１６ｃよりも湾曲内側に設けられた剥離抑制部３２４は、全体が１つの凹部３２４ａとして形成されている。そしてこの凹部３２４ａの内部領域には、突起３２４ｂが複数形成されている。これらの突起３２４ｂは高さが凹部３２４ａの深さ以内である。

すなわち凹部３２４ａが存在しないものとして、凹部３２４ａ上に内周面３１６ｂを仮想した場合に、これらの突起３２４ｂの高さは、仮想した内周面３１６ｂの高さ以下となるように形成されている。

したがって突起３２４ｂの先端は凹部３２４ａ内にあり、排気流路３１６に飛び出してはいない。
〈作用〉内周面３１６ｂに形成された複数の突起３２４ｂを収納している剥離抑制部３２４により、排気流Ｇｅは、凹部３２４ａ内で突起３２４ｂにより乱されて凹部３２４ａから飛び出す流れと凹部３２４ａ外の流れとが衝突することにより、流れに乱れが生じる。このことにより排気流Ｇｅが剥離しやすい湾曲内側の下流側においてもその剥離が防止される。したがって内燃機関の高速運転時においても排気流Ｇｅは十分に排気流路壁３１６ａの内周面３１６ｂに接触した流れを維持する。
〈効果〉このように１つの凹部３２４ａの内部領域に複数の突起３２４ｂを収納した剥離抑制部３２４でも、前記実施の形態１と同様な効果を生じる。

［実施の形態５］
〈構成〉図１８に本実施の形態の排気冷却用アダプタ４０２における排気流路４１６の構成を示す。この排気冷却用アダプタ４０２は、排気流路４１６以外の構成は前記実施の形態１と同じである。

排気流路壁４１６ａの内周面４１６ｂにおいて排気流路中心線４１６ｃよりも湾曲内側に設けられた剥離抑制部４２４は、破線で示すごとく全長が断面円形状の排気流路である場合の位置から、内周面４１６ｂが排気流路中心線４１６ｃ側へ持ち上げられた形状をなしている。この持ち上げ量は、湾曲部分による排気流Ｇｅの剥離の程度に対応させて、排気流路４１６の上流側から次第に大きくされている。

このことにより図１９の（Ｘ）に示すごとく、剥離抑制部４２４が形成されていない上流側の排気流路４１６の断面は円形であるが、図１９の（Ｙ）に示すごとく、剥離抑制部４２４が形成されている下流側の排気流路４１６の断面は、湾曲内側の内周面４１６ｂが平面状となって排気流路中心線４１６ｃに距離Ｄ分近づいている。
〈作用〉湾曲内側の内周面４１６ｂの距離Ｄ分の持ち上げは、湾曲内側で内周面４１６ｂから剥離する排気流Ｇｅの剥離距離に相当する。

このことにより剥離抑制部４２４の領域に相当する内周面４１６ｂを、実際に高速に流れている排気流Ｇｅに接触させることができる。このことにより排気流Ｇｅが剥離しやすい湾曲内側の下流側においてもその剥離が防止される。したがって内燃機関の高速運転時においても排気流Ｇｅは十分に排気流路壁４１６ａの内周面４１６ｂに接触した流れを維持する。
〈効果〉（１）このように滑らかな内周面４１６ｂであっても、湾曲部分での排気流Ｇｅの剥離を抑制でき、排気の冷却効率を向上させることができる。

（２）特に剥離抑制部４２４は滑らかな面で構成されていると共に、排気流Ｇｅが剥離により停滞する位置を占めているのみであることから、排気流Ｇｅの流動抵抗になりにくく内燃機関の背圧を高めることがないので、内燃機関の燃費を悪化させない。

（３）前記実施の形態１の（３）と同様な効果を生じる。
（４）湾曲内側全体が平滑面を維持できるので凝縮水や煤等が堆積しにくい。
［その他の実施の形態］
・前記実施の形態２において、凹部の深さと開口面積とを曲がり角度θｉ，θｊに応じて変更していたが、曲がり角度θｉ，θｊに応じて凹部の深さのみ変更しても良く、あるいは開口面積のみ変更しても良い。更にこれらに対して前記実施の形態３のごとく凹部の分布密度を組み合わせても良い。

・前記実施の形態５においては剥離抑制部は平面状に内周面を持ち上げた形状であったが、これ以外に、図２０，２１の排気流路５１６，６１６で示すごとく平面に近づいた形状、すなわち大径の円周面形状とすることで、内周面を持ち上げた形状に剥離抑制部５２４，６２４を形成しても良い。

図２０の（Ｘ）は剥離抑制部５２４が形成されていない上流側の排気流路壁５１６ａの内周面５１６ｂ形状が真円であるものを示している。図２０の（Ｙ）は剥離抑制部５２４が形成されている下流側の排気流路壁５１６ａの内周面５１６ｂ形状を示している。図示するごとく排気流路中心線５１６ｃより湾曲内側に形成されている剥離抑制部５２４は大径の円周面形状となっている。このことにより剥離抑制部５２４の内周面５１６ｂは排気流路中心線５１６ｃに距離Ｅ分、持ち上げられて近づいている。

図２１の（Ｘ）は剥離抑制部６２４が形成されていない上流側の排気流路壁６１６ａの内周面６１６ｂ形状が楕円形であるものを示している。図２１の（Ｙ）は剥離抑制部６２４が形成されている下流側の排気流路壁６１６ａの内周面６１６ｂ形状を示している。図示するごとく排気流路中心線６１６ｃより湾曲内側に形成されている剥離抑制部６２４は、（Ｘ）では長径側の先端形部分が、真円の円周面形状となっている。このことにより剥離抑制部６２４の内周面６１６ｂは排気流路中心線６１６ｃに距離Ｆ分、持ち上げられて近づいている。

・図２２に示すごとく排気冷却用アダプタ８０２に下流側で接続するエキゾーストマニホールド８０６に空燃比センサなどのセンサ８１０を配置する場合がある。
排気冷却用アダプタ８０２では内燃機関の始動直後に、一時的に凝縮水が排気流路８１６を形成する排気流路壁８１６ａの内周面８１６ｂに生成することがある。この凝縮水が内周面８１６ｂを流れて剥離抑制部８２４の凹部８２４ａ内に流れ込むと、凹部８２４ａの縁から排気流Ｇｅに吹き飛ばされる。この場合、凝縮水の飛散方向は凹部８２４ａ内面の接線Ｓ方向となる。この接線Ｓ方向にセンサ８１０の先端部８１０ａが存在すると、先端部８１０ａに存在する検出機構を凝縮水が覆ってセンサ８１０の検出精度に影響するおそれがある。

したがって図示のごとく接線Ｓとエキゾーストマニホールド８０６の内周面８０６ａとの間の角度θ内の領域に、センサ８１０の先端部８１０ａを配置する。このことにより凹部８２４ａ内の凝縮水が飛散することに対するセンサ８１０の検出精度への影響を防止できる。

尚、図示したごとく接線Ｓから所定角度θｓ分、更にエキゾーストマニホールド８０６の内周面８０６ａに近づけた角度位置と、エキゾーストマニホールド８０６の内周面８０６ａとの間の領域に、センサ８１０の先端部８１０ａを配置して、飛散水の影響防止をより確実なものとしても良い。

・前記実施の形態１〜３の剥離抑制部は半球形の凹部により構成されていたが、他の形状の凹部でも良い。例えば図２３の（ａ）に示すごとく排気流Ｇｅの流動方向に長い溝状の凹部９２４ａを複数配列することにより構成された剥離抑制部９２４を、排気流路９１６の内周面９１６ａに形成しても良い。あるいは図２３の（ｂ）に示すごとく排気流Ｇｅの流動方向とは直交する方向の長い溝状の凹部９７４ａを複数配列することにより構成された剥離抑制部９７４を、排気流路９６６の内周面９６６ａに形成しても良い。この他、凹部を回転楕円体の半分の形状としても良い。

・前記各実施の形態では凹部の開口部は凹部内部空間よりも広いか、あるいは開口部と凹部内部空間とは同一の広さであった。この代わりに図２４に示すごとく、開口部９８４ａよりも凹部内部空間９８４ｂを拡大した凹部９８４ｃを複数配置して、剥離抑制部９８４としても良い。このことにより内燃機関の冷間始動時などのように低排気流速時は凹部内部空間９８４ｂ内に排気流が入りにくいので、冷間始動時の熱損失を低減することができ、排気浄化触媒を早期に活性化できる。

・前記各実施の形態では、図６，７，１２に示したごとく、冷却水導入口２０及び冷却水排出口２２の配置状態や、排気流路１６の上流側からのボルト締結部１４ａの突出状態により、ウォータジャケット１８の湾曲内側の部分では、排気流路１６の上流側よりも下流側での冷却水流の流量及び流速が大きくなるようにされていた。この代わりに、冷却水流の流量及び流速のいずれか１つが排気流路１６の上流側よりも下流側で大きくされていても良い。

２…排気冷却用アダプタ、２ａ…アダプタ壁、４…シリンダヘッド、４ａ…排気ポート、４ｂ…アダプタ接続面、６…エキゾーストマニホールド、６ａ…フランジ、６ｂ…排気流路、８…排気導入口、１０…シリンダヘッド側接続面、１０ａ…ボルト締結部、１０ｂ…ボルト挿通孔、１２…排気排出口、１４…エキゾーストマニホールド側接続面、１４ａ…ボルト締結部、１４ｂ…螺合孔、１６…排気流路、１６ａ…排気流路壁、１６ｂ…内周面、１６ｃ…排気流路中心線、１８…ウォータジャケット、２０…冷却水導入口、２２…冷却水排出口、２４…剥離抑制部、２４ａ…凹部、１０２…排気冷却用アダプタ、１０８…排気導入口、１０８ａ…中心線、１０８ｂ…線、１１０…シリンダヘッド側接続面、１１２…排気排出口、１１２ａ…中心線、１１２ｂ…線、１１４…エキゾーストマニホールド側接続面、１１６…排気流路、１１６ｂ…内周面、１１６ｃ…排気流路中心線、１２４…剥離抑制部、１２４ａ…凹部、２０２…排気冷却用アダプタ、２０８…排気導入口、２０８ａ…中心線、２０８ｂ…線、２１０…シリンダヘッド側接続面、２１２…排気排出口、２１２ａ…中心線、２１２ｂ…線、２１４…エキゾーストマニホールド側接続面、２１６…排気流路、２１６ｂ…内周面、２１６ｃ…排気流路中心線、２２４…剥離抑制部、２２４ａ…凹部、３０２…排気冷却用アダプタ、３１６…排気流路、３１６ａ…排気流路壁、３１６ｂ…内周面、３１６ｃ…排気流路中心線、３２４…剥離抑制部、３２４ａ…凹部、３２４ｂ…突起、４０２…排気冷却用アダプタ、４１６…排気流路、４１６ａ…排気流路壁、４１６ｂ…内周面、４１６ｃ…排気流路中心線、４２４…剥離抑制部、５１６…排気流路、５１６ａ…排気流路壁、５１６ｂ…内周面、５１６ｃ…排気流路中心線、５２４…剥離抑制部、６１６…排気流路、６１６ａ…排気流路壁、６１６ｂ…内周面、６１６ｃ…排気流路中心線、６２４…剥離抑制部、８０２…排気冷却用アダプタ、８０６…エキゾーストマニホールド、８０６ａ…内周面、８１０…センサ、８１０ａ…先端部、８１６…排気流路、８１６ａ…排気流路壁、８１６ｂ…内周面、８２４…剥離抑制部、８２４ａ…凹部、９１６…排気流路、９１６ａ…内周面、９２４…剥離抑制部、９２４ａ…凹部、９６６…排気流路、９６６ａ…内周面、９７４…剥離抑制部、９７４ａ…凹部、９８４…剥離抑制部、９８４ａ…開口部、９８４ｂ…凹部内部空間、９８４ｃ…凹部、Ｇｅ…排気流、Ｉ，Ｊ…領域、Ｓ…接線。

Claims (6)

1. 内燃機関のシリンダヘッドに開口する排気ポートとエキゾーストマニホールドとの間に配置され、内部に、排気ポートからの排気をエキゾーストマニホールドへ流す排気流路と、この排気流路を囲むアダプタ壁内に排気流路を流れる排気を冷却する冷却水流路とを形成した排気冷却用アダプタであって、
   前記排気流路には湾曲部分が存在すると共に、この湾曲部分における排気流路中心線よりも湾曲内側の領域における前記排気流路の内周面には剥離抑制部が形成され、同領域におけるアダプタ壁内には前記冷却水流路が形成されていることを特徴とする排気冷却用アダプタ。
2. 請求項１に記載の排気冷却用アダプタにおいて、前記剥離抑制部は、前記排気流路の内周面での複数の凹部として形成されていることを特徴とする排気冷却用アダプタ。
3. 請求項２に記載の排気冷却用アダプタにおいて、前記湾曲部分の曲がり程度が大きい位置ほど、前記凹部の深さ、分布密度及び開口面積のいずれか１つ又は複数を増大していることを特徴とする排気冷却用アダプタ。
4. 請求項１に記載の排気冷却用アダプタにおいて、前記剥離抑制部は、前記排気流路の内周面での凹部として形成されて、この凹部の内部領域には、突起が複数形成されていると共に、これらの突起の高さは、前記凹部が存在しないものとして前記凹部上に前記排気流路の内周面を仮想した場合に、この仮想した内周面の高さ以下であることを特徴とする排気冷却用アダプタ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気冷却用アダプタにおいて、前記湾曲内側の領域においてアダプタ壁内に形成された前記冷却水流路における冷却水の流量あるいは流速は、前記排気流路の上流側よりも下流側で大きくしたことを特徴とする排気冷却用アダプタ。
6. 請求項１に記載の排気冷却用アダプタにおいて、前記剥離抑制部は、前記湾曲内側の領域における排気流路の内周面を、前記排気流路中心線側へ持ち上げた形状としたものであることを特徴とする排気冷却用アダプタ。

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