JP4157714B2

JP4157714B2 - エンジンの熱交換器

Info

Publication number: JP4157714B2
Application number: JP2002060786A
Authority: JP
Inventors: 洋彰宮崎
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2022-03-06
Also published as: JP2003262122A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの熱交換器に関し、より詳しくは、シリンダヘッドおよび排気マニホールドを冷却する水冷式冷却機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの熱交換器において、冷却水を清水ポンプから吐出し、サーモスタットを介して、排気マニホールドに供給し、排気マニホールド内を通る排気ガスを冷却する技術は、公知となっている。従来、清水ポンプおよびサーモスタットは、排気マニホールドの排気ガス出口と反対側に配置しており、冷却水は、排気マニホールド内を、排気ガス通路出口と反対側である排気ガス低温側から、排気ガス通路出口である高温側に流れるようになっている。
【０００３】
また、清水ポンプから吐出される冷却水が、シリンダヘッド内部を流れ、排気マニホールドに供給される場合、シリンダヘッドと排気マニホールドとの接続は、ゴムホース等の連結部材を使用していた。連結部材として配管を使用する場合は、フランジ、パッキンを介してボルトで締結し、シリンダヘッドと排気マニホールドとに配管を装着していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のエンジンの熱交換器において、冷却水温度は、排気マニホールド内を流れる間に上昇するため、排気ガス通路出口近傍に到達する時には、温度が上昇しており、冷却効率が落ちた状態でもっとも温度の高い部分を冷やすことになり、効率が悪いという不具合があった。また、サーモスタットを出た冷却水を排気マニホールドの排気ガス通路出口側から流すには、ゴムホース、鋼管による配管が必要となり、部品点数増加、配管スペース確保の問題があった。
【０００５】
また、清水ポンプから吐出される冷却水が、シリンダヘッド内部を流れ、配管を介して排気マニホールドに供給される場合は、排気マニホールドの熱膨張によりシリンダヘッドの冷却水出口と排気マニホールドの冷却水入口の位置関係が変化すると、パッキンのずれや、フランジ面の口開きにより水漏れを起こすという不具合があった。配管の替わりにゴムホースを使用すれば、シリンダヘッドにおける冷却水出口と排気マニホールドにおける冷却水入口の位置関係の変化を吸収するのに有効であるが、複雑な形状にできず、また、シリンダヘッドの冷却水出口と排気マニホールドの冷却水入口との位置が近すぎるときは、使用できない等の問題があった。そこで、本発明では、冷却部材の耐久性を向上させ、また、効率よく排気ガスを冷却できるエンジンの熱交換器を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
請求項１においては、冷却水によりシリンダヘッド（５）および排気マニホールド（６）を冷却するエンジン（１）に配設されるエンジンの熱交換器において、該シリンダヘッド（５）の冷却水排出口（５６）を、該排気マニホールド（６）の排気経路（６１）の出口付近のシリンダヘッド（５）に開口し、該排気マニホールド（６）側の冷却水吸入口（６６）をも、該排気経路（６１）の出口近傍の排気マニホールド（６）に開口し、該シリンダヘッド（５）の冷却水排出口（５６）と、該排気マニホールド（６）の冷却水吸入口（６６）との間に連結パイプ（９）を介設して冷却水経路とし、該連結パイプ（９）は平面視Ｌ字状のパイプにより構成し、一端をシリンダヘッド（５）の冷却水排出口（５６）に、他端を前記排気マニホールド（６）の冷却水吸入口（６６）に接続し、前記シリンダヘッド（５）の冷却水排出口（５６）は、該排気マニホールド（６）の熱膨張方向である長手方向と同じ方向に穿設し、該冷却水排出口（５６）のボス部（５６ａ）の長さ（Ａ）は、該排気マニホールド（６）が熱により膨張する長さよりも長く構成し、排気マニホールド（６）の熱膨張と引っ張られて、該連結パイプ（９）が移動しても外れない長さとし、該ボス部（５６ａ）に嵌入する連結パイプ（９）には、Ｏリング（１０）を嵌装してシールし、該連結パイプ（９）はシリンダヘッド（５）に対して、排気マニホールド（６）の長手方向へ摺動可能に構成したものである。
【０００８】
請求項２においては、請求項１記載のエンジンの熱交換器において、前記排気マニホールド（６）の下部に清水クーラ（８）を配設し、該排気マニホールド（６）と清水クーラ（８）の間を、該排気マニホールド（６）の下部に長手方向に突設した仕切壁（６９）で仕切り、該清水クーラ（８）の冷却エレメント（８１）を、仕切壁（６９）の下部の空間に挿入し、該冷却エレメント（８１）の内部には、別の冷却水を流通させ、該仕切壁（６９）の一端には、前記排気マニホールド（６）の冷却水経路（６５）からの冷却水吸入口（８３）を開口し、該清水クーラ（８）の仕切壁（６９）の下部の他端部には、冷却水排出口（８２）を開口したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
図１は本発明の熱交換器を有するエンジンの概略図、図２はシリンダヘッドの概略断面図、図３はシリンダへッドおよび排気マニホールドの排気ガス経路を示す断面図、図４はシリンダへッドおよび排気マニホールドの冷却水経路を示す断面図、図５は連結パイプを示す断面図、図６は排気マニホールドおよび清水クーラを示す断面図、図７は従来の排気マニホールドおよび清水クーラを示す断面図である。
【００１１】
本発明のエンジンの熱交換器は、冷却水によりシリンダヘッドおよび排気マニホールド内の排気ガスを冷却するものである。まず、本発明の熱交換器を有するエンジン１の概略構成ついて説明する。図１に示すように、エンジン１のシリンダブロック２の上方にはシリンダヘッド５が取り付けられ、該シリンダヘッド５はシリンダヘッドカバーで覆われている。該シリンダヘッド５側方に、排気マニホールド６及び清水クーラ８が取り付けられている。図２に示すように、シリンダヘッド５上部には、吸気ポート５４、排気ポート５１、燃料噴射ノズル７の取付孔７ａ等が配設されており、エアクリーナから供給される外気が、吸気ポート５４からシリンダヘッド５に吸入されている。そして、シリンダヘッド内部の排気ガスは、排気ポート５１から排出し、排気通路５２を通って、シリンダヘッド５側方に配設している排気マニホールド６に排出している。
【００１２】
次に、シリンダヘッド５及び排気マニホールド６の排気経路について、図３を用いて説明する。シリンダヘッド５内には各気筒に排気ポート５１・５１が形成されており、該排気ポート５１・５１よりシリンダヘッド５の一側に配置している排気マニホールド６に向けて、気筒毎に排気通路５２が形成されている。そして、シリンダヘッド５の一側端に排気通路５２・・・の排気口５３・・・をそれぞれ形成して、排気通路５２・・・がシリンダヘッド５外部と通じるようにしている。
【００１３】
一方、排気マニホールド６には、内部に排気経路６１が形成されると共に、シリンダヘッド５側の端面に、気筒毎に排気吸入口６３が形成されている。そして、排気吸入口６３・・・はそれぞれ、シリンダヘッド５の排気口５３・・・と同一の形状に形成され、シリンダヘッド５の排気通路５２・・・と連結している。このような構成で、図３の矢印に示すように、各排気ポート５１・・・から排出された排気ガスは、排気通路５２・・・、排気吸入口６３・・・を通って、排気経路６１に集められ、外部に排出されている。
【００１４】
次に、シリンダヘッド５及び排気マニホールド６の冷却水経路について、図４を用いて説明する。前記シリンダヘッド５に、冷却水吸入口が形成されており、冷却水ポンプより冷却水が供給されている。シリンダヘッド５内部には、冷却水通路５５が形成されており、該冷却水通路は、前記ウォータージャケット５０で囲まれ、冷却水が排気通路５２・・・等に漏れないようにしている。そして、シリンダヘッド５の一側端に冷却水通路５５の出口孔である冷却水排出口５６を形成して、冷却水通路５５がシリンダヘッド５外部と通じるようにしている。
【００１５】
一方、排気マニホールド６内部に、冷却水経路６５を配設する。該冷却水経路６５は、排気経路６１の周囲に形成されており、排気マニホールド６の一側に冷却水吸入口６６を、他側に冷却水排出口６７を形成している。該冷却水吸入口６６は、排気経路６１出口近傍の、シリンダヘッド５側の端面に配設されている。シリンダヘッド５の冷却水排出口５６と、排気マニホールド６の冷却水吸入口６６との間に、配管としての連結パイプ９を介設し、シリンダヘッド５と排気マニホールド６との冷却水経路を連結している。
【００１６】
このような構成で、図４の矢印の示すように、冷却水ポンプから供給された冷却水は、シリンダヘッドの冷却水通路５５、連結パイプ９を介して、排気マニホールド６の冷却水経路６５に供給され、排気ガスの流れと反対方向に冷却水を流している。このように、シリンダヘッド５の冷却水排出口５６を、排気マニホールド６の排気経路６１出口付近に配置し、排気マニホールド６の冷却水吸入口６６を排気経路６１出口近傍に配置することで、各気筒の排気ガスが集まって最高温度部になる排気経路６１出口付近を最初に冷却でき、冷却効率を図ることができ、排気マニホールドの温度上昇による強度低下による破損を防止することができる。また、冷却効率が良くなることで、排気マニホールドが熱膨張し難くなり、熱膨張による排気マニホールドの破損を防止することもできる。
【００１７】
次に、前記連結パイプ９について、図４、図５を用いて説明する。連結パイプ９は、平面視Ｌ字状の鋳物製のパイプで、一端をシリンダヘッド５の冷却水排出口５６に、他端を排気マニホールド６の冷却水吸入口６６に接続し、シリンダヘッド５の冷却水を排気マニホールド６の冷却水用通路６５に供給している。
【００１８】
前記冷却水排出口５６は、排気マニホールド６の熱膨張方向である長手方向と同じ方向に穿設されており、排出口５６のボス部５６ａの長さＡは、排気マニホールドの熱により膨張する長さよりも長い形状とし、熱膨張により、連結パイプ９が移動しても外れない構成としている。そして、該ボス部５６ａに、Ｏリング１０でシールした連結パイプ９を嵌入し、連結パイプ９をシリンダヘッド５に、排気マニホールド６の長手方向に摺動可能に固定している。また、連結パイプ９の他端は、冷却水吸入口６６と同一の形状に形成され、排気マニホールド６の冷却水吸入口６６と連結し、冷却水が漏れないようにしている。
【００１９】
このように、冷却水の排出口５６を排気マニホールドの熱膨張方向と一致させて、冷却水の排出口５６に挿入する連結パイプ９にＯリング１０でシールするので、排気マニホールド６が熱膨張し、連結パイプ９が摺動しても、正常なシールが可能となり、シール部の耐久性を維持することができ、水漏れも防止することができる。また、連結にゴムホースを使う必要がないので、連結部材の形状の自由度が高く、コンパクト化が可能となる。
【００２０】
次に、別実施例について説明する。
図６に示すように、排気マニホールド６は、前述の構成と同様に、シリンダヘッド側方に配置しており、シリンダヘッド内の排気ガスを、排気マニホールド６内部に形成されている排気経路６１に吐出している。吐出された排気ガスは、排気経路６１を通って、排気マニホールド６の一側に形成されている排気口６４から外部に排出している。また、排気マニホールド６内部には、冷却水経路６５が形成され、該冷却水経路６５の一側に冷却水吸入口６６を形成している。該冷却水経路６５は、排気経路６１の周囲に形成されている水衣部であるウォータージャケット６８で囲まれて、冷却水が排気経路６１など外部に漏れないようにしている。
【００２１】
排気マニホールド６の下部には、清水クーラコア挿入部が設けられている。清水クーラコア挿入部は、排気マニホールド６に開口部を設け、冷却水の冷却を行う清水クーラコアを挿入可能に構成したものである。本実施例において、清水クーラコア挿入部は、排気マニホールド６の下部前後面に開口部を設けることにより構成されるものである。排気マニホールド６の下部には清水クーラ８が配設されており、該清水クーラ８と排気マニホールド６とは、仕切壁６９で仕切られている。該仕切壁６９は、排気マニホールド６下部において、長手方向に突設している。前記清水クーラ８は冷却エレメント８１・・・を排気マニホールド６の下部に挿入することにより構成されるものである。冷却エレメント８１・・・の両端には蓋体が構成されており、複数の冷却エレメント８１・・・は該蓋体により接続された構成となっている。該蓋体は清水クーラコア挿入部を閉じるものである。そして、該清水クーラ８を被装する排気マニホールド６の下部には、冷却水排出口８２、冷却水吸入口８３が設けられている。該冷却エレメント８１・・・内部には、サーモスタットから供給されるの冷却水が流れている。また、冷却水排出口８２は、清水クーラ８の一側に配設され、前記仕切壁６９下方に配置している。一方、前記冷却水吸入口８３は、清水クーラ８の上方他側に配設され、排気マニホールド６の冷却水経路６５と連結している。
【００２２】
このような構成で、図６の矢印に示すように、清水ポンプから供給された冷却水は、排気マニホールド６の冷却水経路６５を通り、排気経路６１内の排気ガスを冷却し、冷却水吸入口８３から、清水クーラ８に流入する。導入された冷却水は、清水クーラ８内で、冷却エレメント８１・・により冷却され、冷却水排出口８２から排出している。従来、図７に示すように、排気マニホールド６と清水クーラ８との間に外筒８５を設け、排気マニホールド６の冷却水経路６５と清水クーラ８を分離したり、排気マニホールド６と清水クーラ８とを別体として、清水クーラ８での冷却効率を向上させていた。しかし、外筒８５を設ける場合は、コストがかかるとともに、別体とした場合は、配管部品が必要になり、部品点数が増加するという問題が生じていた。また、清水クーラ８の重量が大きくなり、排気マニホールド６においても冷却水の流れを制御するための隔壁を構成する必要あり、重量の増加につながっていた。そこで、本発明の如く構成することで、清水クーラ８と排気マニホールド６とを簡素な構造で分離でき、重量低減、および、コスト削減を図ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００２４】
請求項１に示す如く、冷却水によりシリンダヘッド（５）および排気マニホールド（６）を冷却するエンジン（１）に配設されるエンジンの熱交換器において、該シリンダヘッド（５）の冷却水排出口（５６）を、該排気マニホールド（６）の排気経路（６１）の出口付近のシリンダヘッド（５）に開口し、該排気マニホールド（６）側の冷却水吸入口（６６）をも、該排気経路（６１）の出口近傍の排気マニホールド（６）に開口し、該シリンダヘッド（５）の冷却水排出口（５６）と、該排気マニホールド（６）の冷却水吸入口（６６）との間に連結パイプ（９）を介設して冷却水経路とし、該連結パイプ（９）は平面視Ｌ字状のパイプにより構成し、一端をシリンダヘッド（５）の冷却水排出口（５６）に、他端を前記排気マニホールド（６）の冷却水吸入口（６６）に接続し、前記シリンダヘッド（５）の冷却水排出口（５６）は、該排気マニホールド（６）の熱膨張方向である長手方向と同じ方向に穿設し、該冷却水排出口（５６）のボス部（５６ａ）の長さ（Ａ）は、該排気マニホールド（６）が熱により膨張する長さよりも長く構成し、排気マニホールド（６）の熱膨張と引っ張られて、該連結パイプ（９）が移動しても外れない長さとし、該ボス部（５６ａ）に嵌入する連結パイプ（９）には、Ｏリング（１０）を嵌装してシールし、該連結パイプ（９）はシリンダヘッド（５）に対して、排気マニホールド（６）の長手方向へ摺動可能に構成したので、各気筒の排気ガスが集まって最高温度部になる排気ガス通路出口近傍を最初に冷却することができ、冷却効率を図ることで、排気マニホールドの温度上昇による強度低下による破損を防止することができる。また、効率良く冷却することで、排気マニホールドが熱膨張し難くなり、熱膨張による排気マニホールドの破損を防止することもできる。
【００２５】
また、熱膨張による排気マニホールド（６）の冷却水吸入口（６６）の位置が変化しても、常に正常なシールが可能となり、水漏れを防止できる。また、ゴムホースによる配管が不要となるため、形状自由度が高く、コンパクト化が可能となる。
【００２６】
請求項２に示す如く、請求項１記載のエンジンの熱交換器において、前記排気マニホールド（６）の下部に清水クーラ（８）を配設し、該排気マニホールド（６）と清水クーラ（８）の間を、該排気マニホールド（６）の下部に長手方向に突設した仕切壁（６９）で仕切り、該清水クーラ（８）の冷却エレメント（８１）を、仕切壁（６９）の下部の空間に挿入し、該冷却エレメント（８１）の内部には、別の冷却水を流通させ、該仕切壁（６９）の一端には、前記排気マニホールド（６）の冷却水経路（６５）からの冷却水吸入口（８３）を開口し、該清水クーラ（８）の仕切壁（６９）の下部の他端部には、冷却水排出口（８２）を開口したので、簡素な構成で、清水クーラコアと排気マニホールドとを分離でき、重量低減およびコスト削減を図ることができる。さらに、清水クーラコアに供給される冷却水の量を増加させ、冷却水の冷却効果を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱交換器を有するエンジンの概略図。
【図２】シリンダヘッドの概略断面図。
【図３】シリンダへッドおよび排気マニホールドの排気ガス経路を示す断面図。
【図４】シリンダへッドおよび排気マニホールドの冷却水経路を示す断面図。
【図５】連結パイプを示す断面図。
【図６】排気マニホールドおよび清水クーラを示す断面図。
【図７】従来の排気マニホールドおよび清水クーラを示す断面図。
【符号の説明】
１エンジン
５シリンダヘッド
６排気マニホールド
８清水クーラ
９連結パイプ（配管）
１０Ｏリング（シール）
５６冷却水排出口（出口孔）
６１排気経路
６８ウォータージャケット（水衣部）
６９仕切壁

Claims

冷却水によりシリンダヘッド（５）および排気マニホールド（６）を冷却するエンジン（１）に配設されるエンジンの熱交換器において、該シリンダヘッド（５）の冷却水排出口（５６）を、該排気マニホールド（６）の排気経路（６１）の出口付近のシリンダヘッド（５）に開口し、該排気マニホールド（６）側の冷却水吸入口（６６）をも、該排気経路（６１）の出口近傍の排気マニホールド（６）に開口し、該シリンダヘッド（５）の冷却水排出口（５６）と、該排気マニホールド（６）の冷却水吸入口（６６）との間に連結パイプ（９）を介設して冷却水経路とし、該連結パイプ（９）は平面視Ｌ字状のパイプにより構成し、一端をシリンダヘッド（５）の冷却水排出口（５６）に、他端を前記排気マニホールド（６）の冷却水吸入口（６６）に接続し、前記シリンダヘッド（５）の冷却水排出口（５６）は、該排気マニホールド（６）の熱膨張方向である長手方向と同じ方向に穿設し、該冷却水排出口（５６）のボス部（５６ａ）の長さ（Ａ）は、該排気マニホールド（６）が熱により膨張する長さよりも長く構成し、排気マニホールド（６）の熱膨張と引っ張られて、該連結パイプ（９）が移動しても外れない長さとし、該ボス部（５６ａ）に嵌入する連結パイプ（９）には、Ｏリング（１０）を嵌装してシールし、該連結パイプ（９）はシリンダヘッド（５）に対して、排気マニホールド（６）の長手方向へ摺動可能に構成したことを特徴とするエンジンの熱交換器。
請求項１記載のエンジンの熱交換器において、前記排気マニホールド（６）の下部に清水クーラ（８）を配設し、該排気マニホールド（６）と清水クーラ（８）の間を、該排気マニホールド（６）の下部に長手方向に突設した仕切壁（６９）で仕切り、該清水クーラ（８）の冷却エレメント（８１）を、仕切壁（６９）の下部の空間に挿入し、該冷却エレメント（８１）の内部には、別の冷却水を流通させ、該仕切壁（６９）の一端には、前記排気マニホールド（６）の冷却水経路（６５）からの冷却水吸入口（８３）を開口し、該清水クーラ（８）の仕切壁（６９）の下部の他端部には、冷却水排出口（８２）を開口したことを特徴とするエンジンの熱交換器。