JP5257034B2 - エンジンの配管の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明はエンジンの配管の冷却構造に関し、特にエンジンの気筒に対応させて設けられた複数の排気管を冷却するためのエンジンの配管の冷却構造に関する。

従来、エンジンの気筒に対応させて設けられた複数の排気管を冷却する技術として、直列的に配置された複数の排気管（ここでは排気ポート形成部）を取り囲むようにして冷却水の流路を設けた技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
また従来、冷却対象物を冷却する技術として、冷却対象物の周りにＵの字状に冷却水の流路を設けた技術が知られている（例えば特許文献２参照）。

特開平０８−２６０９５８号公報 特開２００６−２５８０５４号公報

ところで、直列的に配置された複数の排気管同士の対向する部分は、排気管の他の部分よりも高温になり易い。ところが、図９（ａ）に示すように複数の排気管を取り囲むように冷却水の流路を形成した場合には、構造上、排気管同士の間に形成される領域に冷却水が流れ難くなる。このためこの場合には、排気管のうち、排気管同士の対向する部分を他の部分と比較して十分に冷却することができない虞がある点で問題があった。

一方、これに対しては例えば図９（ｂ）に示すように複数の排気管同士の間に仕切り板を設けて冷却水の整流を図り、上記領域における冷却水の流通性を改善することが考えられる。しかしながらこの場合には、仕切り板と排気管との角隅部に淀み点が形成される結果、排気管のうち、当該淀み点に隣接する部分を他の部分と比較して十分に冷却することができない虞がある点で問題があった。
また、図９（ｂ）に示すように仕切り板を設けた場合には、重力の関係上、仕切り板の下面に沿って流通する冷却水の流量が小さくなる結果、当該冷却水による排気管の冷却が不十分となる虞がある。この点、これに対しては例えば冷却水の流量を増大させることが考えられるが、この場合には冷却水を圧送するためのウォーターポンプの大型化が必要となる結果、冷却効率が低下する虞がある点で問題があった。

また、これに対してはさらに例えば図９（ｃ）に示すように仕切り板に対向する流路壁面を仕切り板に向けて張り出し、上記領域への冷却水の流通性を高めることも考えられる。ところがこの場合には圧力損失が大きくなるため、冷却水の流量を増大させる必要性が生じてくる。このためこの場合には、ウォーターポンプの大型化が必要となる結果、冷却効率が低下する虞がある点で問題があった。

そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、エンジンの気筒に対応させて設けられた複数の排気管をより均等に、且つ効率良く冷却することができるエンジンの配管の冷却構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明のエンジンの配管の冷却構造は、エンジンの気筒に対応させて設けられた排気管のうち、直列的に配置された部分を取り囲むようようにして設けられ、前記複数の排気管同士の間に形成される領域の近傍、且つ上流側の流路形状が絞られた形状をとなっている冷却水流通手段と、前記複数の排気管同士の間に第１の仕切り板とを備える。

また本発明は前記複数の排気管のうち、両端に設けられた排気管の少なくとも一方の端部側の側方に第２の仕切り板をさらに備える構成であることが好ましい。

また本発明は前記冷却水流通手段が、前記第１の仕切り板の上側と下側とで冷却水を互いに逆向きに流通させる冷却水導入口および冷却水排出口を備え、前記冷却水のうち、前記第１の仕切り板の下側を流通する冷却水の下流側が下になるように、前記第１の仕切り板を傾斜させて設けた構成であることが好ましい。

本発明によれば、エンジンの気筒に対応させて設けられた複数の排気管をより均等に、且つ効率良く冷却することができる。

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。

図１は本実施例に係るエンジンの配管の冷却構造（以下、単に冷却構造と称す）１Ａを備えるエンジン５０Ａを断面で模式的に示す図である。エンジン５０Ａは直列４気筒のエンジンであり、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２Ａと、ピストン５３とを有して構成されている。シリンダヘッド５２Ａには吸気ポート５４と排気ポート５５とがそれぞれ形成されている。吸気ポート５４にはインテークマニホールド５６が、排気ポート５５にはエキゾーストマニホールド５７がそれぞれ接続されている。シリンダヘッド５２Ａのうち、排気ポート５５の周りの部分にはウォータージャケット５８Ａが設けられている。

図２は冷却構造１Ａを図１に示すＡ−Ａ断面で模式的に示す図である。冷却構造１Ａはウォータージャケット形成部（冷却水流通手段に相当）２０Ａと、第１の仕切り板２１Ａと、第２の仕切り板２２とを備えている。また排気ポート形成部１１から１４までは排気ポート５５それぞれを形成する排気管となっており、エンジン５０Ａの各気筒にそれぞれ対応させて設けられている。これら排気ポート形成部１１から１４まではＡ−Ａ断面において直列的に配置されている。排気ポート形成部１１から１４まで（複数の排気管に相当）とウォータージャケット形成部２０Ａとはともにシリンダヘッド５２Ａの一部で実現されている。

ウォータージャケット形成部２０Ａは冷却水を流通させることが可能な内部空間としてウォータージャケット５８Ａを有している。ウォータージャケット形成部２０Ａは、排気ポート形成部１１から１４までの直列的に配置された部分を取り囲むようようにして設けられている。またウォータージャケット形成部２０Ａは、排気ポート形成部１１から１４まで同士の間に形成される領域Ｒの近傍、且つ上流側の流路形状２０ａＡが絞られた形状となっている。流路形状２０ａＡは、冷却水の流路のうち、領域Ｒに向けて冷却水を流通させる指向性を持った部分を絞ったものとなっている。

第１の仕切り板２１Ａは、排気ポート形成部１１から１４まで同士の間で、且つ排気ポート５５中心に対応する位置に設けられている。第２の仕切り板２２は、排気ポート形成部１１から１４までのうち、一端に設けられた排気ポート形成部１４の端部側の側方で、且つ排気ポート５５中心に対応する位置に設けられている。このように第１および第２の仕切り板２１Ａ、２２を設けることで、ウォータージャケット５８ＡはＵの字状の流路に形成される。なお、第１および第２の仕切り板２１Ａ、２２はシリンダヘッド５２Ａの一部で実現されてもよく、シリンダヘッド５２Ａとは異なる部材で実現されてもよい。

ウォータージャケット形成部２０Ａは、ウォータージャケット５８Ａに冷却水を導入するための冷却水導入口２３と、導入した冷却水をウォータージャケット５８Ａから排出するための冷却水排出口２４とを備えている。冷却水導入口２３は本実施例では具体的にはウォータージャケット形成部２０Ａのうち、排気ポート形成部１４に側方から対向する部分で、且つ第２の仕切り板２２よりも下側の部分に設けられている。冷却水排出口２４は本実施例では具体的にはウォータージャケット形成部２０Ａのうち、排気ポート形成部１４に側方から対向する部分で、且つ第２の仕切り板２２よりも上側の部分に設けられている。このように冷却水導入口２３および冷却水排出口２４を設けることで、冷却水を第１の仕切り板２１Ａの上側と下側とで互いに逆向きに流通させることができる。

次に冷却構造１Ａの作用効果について説明する。冷却構造１Ａでは、流路形状２０ａＡが絞られた形状となっている。このため冷却構造１Ａでは、流路形状２０ａＡにおいて、流路を流通する冷却水の流速が高められる。流速が高められた冷却水は、領域Ｒに向かって流通する。これにより、最も高温となるが故に積極的に冷却したい部分である排気ポート形成部１１から１４まで同士の互いに対向する部分の冷却性を高めることができる。
また流路形状２０ａＡは、冷却水の流路のうち、領域Ｒに向けて冷却水を流通させる指向性を持った部分を絞ったものとなっているため、例えば第１の仕切り板２１Ａに対向する部分の壁面を大きく張り出させたような場合と比較して、冷却水の流通を大きく阻害することもない。このため冷却構造１Ａでは、大きな圧力損失が発生することも抑制でき、これによりウォーターポンプの大型化を抑制できることから、効率の良い冷却を実現することができる。
また冷却構造１Ａでは、流路形状２０ａＡによって冷却水の流速を高めることで、冷却水の流量を特段増大させることなく第１の仕切り板２１Ａの下面に沿った冷却水の流通を確保することもできる。このため冷却構造１Ａでは、当該冷却水の流量を考慮したウォーターポンプの大型化も抑制できることから、この点においても効率の良い冷却を実現することができる。
また冷却構造１Ａでは、冷却水を第１の仕切り板２１Ａの上側と下側とで互いに逆向きに流通させるため、排気ポート形成部１１から１４まで同士の互いに対向する部分に対して偏った態様で冷却が行われることも防止できる。このため冷却構造１Ａでは、これによってバランスの良い冷却を実現することもできる。
このように冷却構造１Ａは、エンジン５０Ａの気筒に対応させて設けられた複数の排気ポート形成部１１から１４までをより均等に、且つ効率良く冷却することができる。

図３は本実施例に係る冷却構造１Ｂを図２と同様の断面で模式的に示す図である。冷却構造１Ｂは第１の仕切り板２１Ａの代わりに、下側を流通する冷却水の下流側が下になるように傾斜させて設けられた第１の仕切り板２１Ｂを備えている点以外、冷却構造１Ａと実質的に同一のものとなっている。なお、これに応じてウォータージャケット５８Ａ、エンジン５０Ａも異なるものになるため、それぞれウォータージャケット５８Ｂ、エンジン５０Ｂと称する。

次に冷却構造１Ｂの作用効果について説明するが、その前にまず冷却構造１Ａの問題点について説明する。図４は冷却構造１Ａにおいて、排気ポート形成部１１から１４までと第１の仕切り板２１Ａとの角隅部に形成される淀み点Ｐを模式的に示す図である。冷却構造１Ａでは、流路形状２０ａＡが領域Ｒに冷却水を流通させる結果、冷却水が第１の仕切り板２１Ａの両端に形成される角隅部のうち、流路形状２０ａＡから見て奥の角隅部に沿って流通するようになる。このため、冷却構造１Ａではその分、冷却性を高めることができる。しかしながら、流路形状２０ａＡでは冷却水の流通が滞った場合に、流路形状２０ａＡから見て手前の角隅部に淀み点Ｐが形成される虞がある。このため冷却構造１Ａは、かかる淀み点Ｐが形成される分、冷却性が低いものとなる虞がある。

これに対して冷却構造１Ｂでは、前述のように第１の仕切り板２１Ｂを設けた結果、冷却水の流れがスムースになる。このため冷却構造１Ｂでは、第１の仕切り板２１Ｂの両端に形成される角隅部のうち、流路形状２０ａＡから見て手前の角隅部に淀み点Ｐが形成されることも抑制でき、以ってさらに冷却性を高めることができる。
また冷却構造１Ｂでは、冷却水の流れがスムースになることから、冷却構造１Ａと比較して圧力損失を低減することもできる。このため冷却構造１Ｂでは、冷却水の流量を低減することも可能となり、これによりウォーターポンプの大型化を抑制できることから、さらに効率の良い冷却を実現することもできる。
このように冷却構造１Ｂは、冷却構造１Ａと比較して、エンジン５０Ｂの気筒に対応させて設けられた複数の排気ポート形成部１１から１４までをさらに均等に、且つ効率良く冷却することができる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば本発明の冷却構造は以下のような態様でも実現可能である。
すなわち本発明の冷却構造は、例えば図５に示すような冷却構造１Ｃでも実現可能である。この冷却構造１Ｃは、第２の仕切り板２２を有していない点と、ウォータージャケット形成部２０Ａの代わりに、ウォータージャケット形成部２０Ｃを備えている点以外、冷却構造１Ａと実質的に同一のものとなっている。
またウォータージャケット形成部２０Ｃは、排気ポート形成部１４に側方から対向する部分で、且つ略中央の部分に冷却水導入口２３を設けるとともに、排気ポート形成部１１に側方から対向する部分で、且つ略中央の部分に冷却水排出口２４を設けたものとなっている点と、第１の仕切り板２１Ａの上側に形成される流路形状２０ａＣが冷却水の流れに合わせて異なる位置に形成されている点以外、ウォータージャケット形成部２０Ａと実質的に同一のものとなっている。
かかる冷却構造１Ｃによっても、領域Ｒに冷却水を積極的に導くことができることから、従来と比較してより均等に、且つ効率の良い冷却を行うことができる。

また本発明の冷却構造は、例えば図６に示すような冷却構造１Ｄでも実現可能である。この冷却構造１Ｄは、複数の排気ポート形成部１１から１４までのうち、両端に設けられた排気ポート形成部１１、１４の端部側の側方にそれぞれ第２の仕切り板２２を備えている点と、ウォータージャケット形成部２０Ａの代わりに、ウォータージャケット形成部２０Ｄを備えている点以外、冷却構造１Ａと実質的に同一のものとなっている。
またウォータージャケット形成部２０Ｄは、排気ポート形成部１４に側方から対向する部分で、且つ第２の仕切り板２２の上側および下側の部分それぞれに冷却水導入口２３を設けるとともに、排気ポート形成部１１に側方から対向する部分で、且つ第２の仕切り板２２の上側および下側の部分それぞれに冷却水排出口２４を設けたものとなっている点と、第１の仕切り板２１Ａの上側に形成される流路形状２０ａＤが冷却水の流れに合わせて異なる位置に形成されている点以外、ウォータージャケット形成部２０Ａと実質的に同一のものとなっている。
かかる冷却構造１Ｄによっても領域Ｒに冷却水を積極的に導くことができることから、従来と比較してより均等に、且つ効率の良い冷却を行うことができる。

また本発明の冷却構造は、例えば図７に示すような冷却構造１Ｅでも実現可能である。この冷却構造１Ｅは、複数の排気ポート形成部１１から１４のうち、両端に設けられた排気ポート形成部１１、１４の端部側の側方それぞれに第２の仕切り板２２を備えている点と、ウォータージャケット形成部２０Ａの代わりに、ウォータージャケット形成部２０Ｅを備えている点以外、冷却構造１Ａと実質的に同一のものとなっている。
またウォータージャケット形成部２０Ｅは、排気ポート形成部１１に側方から対向する部分で、且つ第２の仕切り板２２の上側の部分に冷却水導入口２３を、下側の部分に冷却水排出口２４をそれぞれ設けるとともに、排気ポート形成部１４に側方から対向する部分で、且つ第２の仕切り板２２の上側の部分に冷却水排出口２４を、下側の部分に冷却水導入口２３をそれぞれ設けたものとなっている点以外、ウォータージャケット形成部２０Ａと実質的に同一のものとなっている。
かかる冷却構造１Ｅによっても領域Ｒに冷却水を積極的に導くことができることから、従来と比較してより均等に、且つ効率の良い冷却を行うことができる。また冷却構造１Ｅでは冷却水を第１の仕切り板２１の上側と下側とで互いに逆向きに流通させることで、バランスの良い冷却を行うことができる。さらに冷却構造１Ｅでは、冷却水導入口２３それぞれから略同温の冷却水を導入することで、複数の排気ポート形成部１１から１４まで全体のより均一な冷却を実現することもできる。

また本発明の冷却構造は例えば図８に示すような冷却構造１Ｆでも実現することができる。この冷却構造１Ｆは第１の仕切り板２１Ａの代わりに第１の仕切り板２１Ｂを備えている点以外、冷却構造１Ｅと実質的に同一のものとなっている。
かかる冷却構造１Ｆによれば、冷却構造１Ｅと比較してさらに均等に、且つ効率の良い冷却を行うことができる。

上述した実施例では複数の排気管が排気ポート形成部である場合について詳述したが、複数の排気管は例えばエキゾーストマニホールドが備える複数の排気管であってもよい。この場合、冷却水流通手段は例えば複数の排気管の直列的に配置された部分を取り囲むようにして設けられ、当該部分を含む内部空間に冷却水を流通させるように構成された筐体状の構造体で実現することができる。
上述した実施例ではエンジンが直列４気筒エンジンである場合について説明したが、エンジンは必ずしもこれに限られず、適宜のエンジンであってよい。この点、例えばエンジンがＶ型６気筒エンジンの場合には本発明の冷却構造を片バンク毎に実現することができる。

冷却構造１Ａを備えるエンジン５０Ａを模式的に示す図である。 冷却構造１Ａを図１に示すＡ−Ａ断面で模式的に示す図である。 冷却構造１Ｂを図２と同様の断面で模式的に示す図である。 冷却構造１Ａにおいて、排気ポート形成部１１から１４までと第１の仕切り板２１との角隅部に形成される淀み点Ｐを模式的に示す図である。 冷却構造１Ｃを図２と同様の断面で模式的に示す図である。 冷却構造１Ｄを図２と同様の断面で模式的に示す図である。 冷却構造１Ｅを図２と同様の断面で模式的に示す図である。 冷却構造１Ｆを図２と同様の断面で模式的に示す図である。 従来の冷却構造の一例を断面で模式的に示す図である。

符号の説明

１ 冷却構造
１０ エキゾーストマニホールド
１１、１２、１３、１４ 排気ポート形成部
２０ ウォータージャケット形成部
２０ａ 流路形状
２１ 第１の仕切り板
２２ 第２の仕切り板
２３ 冷却水流入口
２４ 冷却水排出口
５０ エンジン
５５ 排気ポート
５７ エキゾーストマニホールド
５８ ウォータージャケット

Claims (3)

1. エンジンの気筒に対応させて設けられた排気管のうち、直列的に配置された部分を取り囲むようようにして設けられ、前記複数の排気管同士の間に形成される領域の近傍、且つ上流側の流路形状が絞られた形状をとなっている冷却水流通手段と、前記複数の排気管同士の間に第１の仕切り板とを備えるエンジンの配管の冷却構造。
2. 請求項１記載のエンジンの配管の冷却構造であって、
   前記複数の排気管のうち、両端に設けられた排気管の少なくとも一方の端部側の側方に第２の仕切り板をさらに備えるエンジンの配管の冷却構造。
3. 請求項1または２記載のエンジンの配管の冷却構造であって、
   前記冷却水流通手段が、前記第１の仕切り板の上側と下側とで冷却水を互いに逆向きに流通させる冷却水導入口および冷却水排出口を備え、
   前記冷却水のうち、前記第１の仕切り板の下側を流通する冷却水の下流側が下になるように前記第１の仕切り板を傾斜させて設けたエンジンの配管の冷却構造。

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