JP6057703B2 - 流路 - Google Patents

Description

本発明は、構造体内に流体を循環させるための流路の構造に関するものである。

従来、内燃機関といった構造体内に流体を循環させることにより冷却を速やかに行うべく、内燃機関の内部には冷却流路等の流路が設けられている。この冷却流路に関しては、内燃機関において温度上昇し易い箇所を効率的に冷却すべく、その冷却流路の具体的な配置や形状について、種々の態様のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。そして近時では、内燃機関の低燃費化や出力の増大を目的として種々の改良が行われており、それらにともなって、特に内燃機関の排気側といった特定の箇所の冷却を優先的に促すべく、前記特定の箇所近傍にある冷却流路を部分的に拡大化させる傾向にある。

しかしながら流路を部分的に拡大すると、流体がその拡大部分を効率よく流れずに停滞してしまうという可能性を生ずる。そのような状態になると温度上昇が生じ、冷却流体が水である場合では水が沸騰してしまう不具合も招来してしまう。かかる不具合を解消すべく、前記拡大箇所における流体の流れを促すために流路内に新たに壁面等の整流構造を設けるという対応も考えられるが、かかる対応によると、整流構造自体も流体に対する抵抗となることも鑑みねばならず、流路の構造がいきおい複雑なものとなり強度を担保し得なかったり、強度を補うべく内燃機関すなわち構造体自体がいきおい不要に大型化してしまったりすることとなる。

特開昭６０−２３７１４４号公報

本発明は、このような不具合に着目したものであり、構造の大型化や複雑化を回避しつつ速やかな循環を担保し得る構造体の流路を提供することを目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る流路は、構造体の内部に流体を循環させるための流路であって、外部から圧送された前記流体を平面的に循環させる第一循環流路と、前記第一循環流路に対し平面視重複して位置付けられ幅寸法が異なる幅狭部及び拡張部とを有する第二循環流路と、前記第一循環流路及び前記第二循環流路を連通させるように設けられ第二循環流路への接続箇所において前記第二循環流路に平面方向に対し交差する方向から流体を連通部から流入させて前記幅狭部から前記拡張部へ至る平面方向の主循環流を分岐させる柱状分岐流を形成する連通流路とを具備し、前記第二循環流路において前記幅狭部と前記拡張部とが連続しており、その拡張部に前記連通部を設けていることを特徴とする。

ここで、平面的とは厳密に水平方向に限定されるものではない、構造体の一時的な姿勢変更等により垂直や傾斜方向であってもよく、また部分的に起伏を有するように循環する流路としても良い。すなわち、第一循環流路及び第二循環流路において流体が循環する方向とは、連通流路とは交差する方向であればどのような方向であってもよい。

このようなものであれば、流路内に格別な構成を追加することなく拡張部への流体の循環を促すことが可能となる。また柱状分岐流自体も流体であり、主循環流への抵抗とはなり難いものとなっているので、過度に流体の循環を阻害することも有効に回避される。その結果、構造体自体の構成の複雑化や大型化を有効に回避しつつ、確実な流体の循環を担保し得る。

前記幅狭部、前記拡張部及び前記連通部が構造体である内燃機関が有する複数の気筒に対応して複数組設けられたものである場合、流路長さが相対的に短い前記拡張部に対応する前記連通部の開口面積を相対的に大きく設定しておき、当該拡張部における流体の分岐がより促されるようにすることが望ましい。

流体の流体圧は下流側にいくに従い漸次低下することを鑑みると第一循環流路から流れる前記第一循環流路の流体圧は、柱状分岐流の流体圧よりも低く、差圧が生じることから起こる。すなわち、前記流路長さが等しくされた拡張部に対応する前記連通部の開口面積を、前記拡張部に至る主循環流の流体圧と当該流体圧よりも高い前記第一循環流路の流体圧との差圧が大きい程小さく設定しておけば、流体の流れが気筒間でばらつくことを有効に回避することができる。

本発明によれば、構造体の大型化や構造の複雑化を回避しつつ高い循環性能を担保し得る構造体の流路を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る構造体を背面側から見た模式的な図。 同実施形態に係る流路をシリンダヘッドの底面側から見た図。 同実施形態に係る流路をガスケットの底面側から見た図。 同実施形態に係る図２の要部に対応した作用説明図。 同実施形態に係る図２の要部に対応した他の作用説明図。 図５に係る要部の拡大図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における構造体である車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、例えばポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、三つの気筒１ａ、１ｂ、１ｃを具備する。それら気筒１ａ、１ｂ、１ｃは直列配置されている。この内燃機関は前記気筒１ａ、１ｂ、１ｃを内部に構成すべく、下側からシリンダブロック２、ガスケット３、そしてシリンダヘッド４の順に重層された状態で強固に固定されている。そして内燃機関は各気筒１ａ、１ｂ、１ｃの燃焼による過度の温度上昇を回避すべく、シリンダブロック２、ガスケット３及びシリンダヘッド４に亘って流路たる水ジャケット５を形成している。またガスケット３は、本実施形態では外形が略等しい三枚のガスケットメンバ３０を重層させてなるものとしている。

水ジャケット５は、外部から図示しないポンプにより圧送された流体たる冷却水を圧入口５ａから導入し、排出口５ｂから排出する。この水ジャケット５は内燃機関内を隈無く循環させて冷却すべく、シリンダブロック２内を平面的に循環させる外部から圧送された冷却水を平面的に循環させる第一循環流路たるブロック側流路５１と、このブロック側流路５１に対し平面視重複する位置におけるシリンダヘッド４内に設けられ、当該シリンダヘッド４内で冷却水を循環させる第二循環流路たるヘッド側流路５３と、これらブロック側流路５１の下流側端部及びヘッド側流路５３の上流側端部を連通する主連通流路５２とを有している。

ブロック側流路５１は、第一気筒１ａと第二気筒１ｂとの間の吸気側に設けられた圧入口５ａから導入された冷却水を吸気側から第三気筒１ｃで折り返し、排気側を通って再び第一気筒１ａの近傍にまで循環させることで、シリンダブロック２を冷却するものである。

主連通流路５２は、ブロック側流路５１からの殆どの冷却水を略鉛直方向に上昇させてヘッド側流路５３へ連続するものである。

ヘッド側流路５３は、ヘッド側流路５３に連続し、シリンダヘッド４における第一気筒１ａから第三気筒１ｃの吸気側沿って延びる吸気側流路５５と、この吸気側流路５５に概略平行するように第一気筒１ａから第三気筒１ｃの排気側に沿って延びる排気側流路５６とを有している。そして排気側流路５６は、主連通流路５２の導入孔５２ａから第一気筒１ａ近傍に至るまでの領域、そして第一気筒１ａと第二気筒１ｂとの間の領域、第二気筒１ｂと第三気筒１ｃとの間の領域に設けられた概略筒状をなす幅狭部５７と、各気筒１ａ、１ｂ、１ｃの排気側に設けられた拡張部５８、５８ａとが交互に位置付けられた構成をなす。ここで第三気筒１ｃに対応して設けられた拡張部５８ａは、第三気筒１ｃ近傍において図示しない締結用のボルトを挿通させる領域を確保するために、略同形状をなす第一気筒１ａ、第二気筒１ｂに対応する拡張部５８に比べて流路長を短く設定してある。

ここで、本実施形態に係る内燃機関の冷却流路たる水ジャケット５は、前記主連通流路５２とは別に前記ブロック側流路５１及び前記ヘッド側流路５３を連通させるように設けられヘッド側流路５３への接続箇所において前記ヘッド側流路５３に平面方向に対し交差する方向から冷却水を連通部６から流入させて前記幅狭部５７から前記拡張部５８へ至る平面方向の主循環流Ｘを分岐させる柱状分岐流Ｙを形成する連通流路５４とを具備することを特徴とする。

以下、かかる連通流路５４の構成について説明する。

連通流路５４は、図１〜図６に示すように、前記主連通流路５２とは別に各気筒１ａ、１ｂ、１ｃの近傍における拡張部５８と、その略直下に位置するブロック側流路５１とを連通させている。これら連通流路５４とブロック側流路５１との接続位置では主連通流路５２との接続位置よりも圧入口５ａに対し、より近接している。そのため各連通流路５４内の水圧は、主連通流路５２内の水圧よりも高い。そして連通流路５４は連通部６を介して冷却水をブロック側流路５１へ向けて吐出することにより、柱状分岐流Ｙを形成する。また連通部６は拡張部５８における幅狭部５７近傍の位置に設けられている。これにより、幅狭部５７を経て流れる主循環流Ｘは柱状分岐流Ｙによりその下流側で分岐されることとなる。つまり、連通部６の位置は冷却水の流れ方向を変化させたい場所の上流側に位置するようにしている。

連通部６は、第一気筒１ａに対応する第一連通部６１と、第二気筒１ｂに対応する第二連通部６２と、第三気筒１ｃに対応する第三連通部６３とで、その開口面積を異ならせている。具体的には、第一連通部６１、第二連通部６２及び第三連通部６３の開口面積をそれぞれ、直径１０ｍｍ、直径３ｍｍ及び直径４．２ｍｍ相当の面積に設定してある。第三連通部６３の開口面積を第二連通部６２の開口面積よりも大きくしているのは、第三気筒１ｃに対応する拡張部５８ａの流路長が第二気筒１ｂに対応する拡張部５８の流路長よりも短いため、速やかに拡張部５８全体へ冷却水の流れを変更させて分岐させるためである。また第一連通部６１の開口面積を第二連通部６２の開口面積よりも大きくしているのは、第一気筒１ａに対応する拡張部５８と第二気筒１ｂに対応する連通部６が略同形状をなしており、且つ、主循環流Ｘの水圧とブロック側流路５１の水圧との差圧が、第二気筒１ｂに対応する箇所の差圧の方が大きいためである。これにより、第一連通部６１及び第二連通部６２を設けることによる主循環流Ｘの流れは略同じ挙動を取り得る。そして本実施形態では導入孔５２ａと第一連通部６１との距離を確保すべく、導入孔５２ａの位置を第一連通部６１から例えば導入孔５２ａの長手寸法程度に遠ざかるように退避させて設けている。これは第一連通部６１から発生する柱状分岐流Ｙが導入孔５２ａ近傍の主循環流Ｘに過度に干渉することを回避するためである。

しかして本実施形態では図４に示すように、幅狭部５７をから拡張部５８に到達した主循環流Ｘは、柱状分岐流Ｙによって外側循環流Ｘ１と内側循環流Ｘ２とに二手に分岐される。これは連通部６が構成されることにより、柱状分岐流Ｙが生成されているからである。

また本実施形態では図５及び図６に示すように、連通部６の形状を調整することにより、主循環流Ｘを上記とは異なる流れとすることも可能である。すなわち本実施形態では、図５及び図６のように、主循環流Ｘを３方向に分岐させることも可能である。具体的には図６に示すように、長手寸法の異なる対をなすスリット６ａのうち、長手寸法が小さい内側に位置付けたスリット６ａを長手寸法が大きなスリット６ａと同程度、幅狭部５７へ近づけるように配置する。これにより、主循環流Ｘは外側循環流Ｘ１、内側循環流Ｘ２、及び中循環流Ｘ３の３つに分岐することができる。このようなものであっても図４の態様と同じく、拡張部５８内に隈無く冷却水を循環させ得る。また本実施形態ではこれら対をなすスリット６ａを、主循環流Ｘに直交する方向に５ｍｍ以上離間させることにより中循環流Ｘ３の流れを促すことを実現し、且つ、柱状分岐流Ｙ自体が主循環流Ｘの妨げとなることを有効に回避している。

また本実施形態では図６に示すように、ガスケット３、シリンダブロック２及びシリンダヘッド４に設けられた各開口２ａ、３０ａ、４ａを連通させることにより設けられたものであり、前記各開口２ａ、３０ａ、４ａの平面視位置を異ならせることにより前記連通部６をスリット形状に連通させて形成している。これにより、各開口２ａ、３０ａ、４ａの寸法を成形し易い大きさに設定しても、単独では成形が難しいまでの形状を有するスリット６ａを形成し得る。

以上のような構成とすることにより、本実施形態によれば、流路たる水ジャケット５内に格別な構成を追加することなく拡張部５８への流体たる冷却水の循環を促すことが可能となっている。また柱状分岐流Ｙ自体も流体たる冷却水であり、主循環流Ｘへの抵抗とはなり難いものとなっているので、過度に冷却水の循環を阻害することも有効に回避されている。その結果、構造体たる内燃機関自体の構成の複雑化や大型化を有効に回避して製造コストの低減にも寄与しつつ、排気側の冷却水が隈無くすることによる確実な冷却を実現している。特に本実施形態では当該構造によって、特に柱状分岐流Ｙにより水ジャケット５における前記幅狭部５７、前記拡張部５８共に隈無く有効に冷却することができるので、冷却損失も有効に削減することにより燃費向上にも資する。

前記幅狭部５７、前記拡張部５８及び前記連通部６が前記内燃機関が有する複数の気筒１ａ、１ｂ、１ｃに対応して複数組設けられたものである本実施形態では、流路長さが相対的に短い前記拡張部５８ａに対応する前記連通部６の開口面積を相対的に大きく設定しておき、冷却水の分岐がより促されるようにしている。

さらに本実施形態では前記複数の拡張部５８の流路長さを等しい構成である第一気筒１ａ、第二気筒１ｂに対応する連通部６では、第一連通部６１の開口面積を大きく設定している。すなわちこのように、前記連通部６の開口面積を、前記拡張部５８に至る主循環流Ｘの流体圧と第一循環流路たるブロック側流路５１の流体圧との差圧が高い程小さく設定することにより、冷却水の流れが気筒１ａ、１ｂ、１ｃ間でばらつくことを有効に回避している。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。例えば上記実施形態では流体として冷却流体である冷却水を適用した態様を開示したが勿論、流体とは水や油といった液体に限られることはなく気体をも含む、流路内を流れうる物質全般を包含する概念である。また勿論流体は冷却を目的としたものに限られない。すなわち潤滑目的や加温等、流体が奏し得る作用を促す目的であれば問わない。また本発明は、冷却流体がシリンダヘッドの吸気側に導入されるいわゆる先行冷却方式の内燃機関に導入してもよいが、上記実施形態のようにシリンダブロックから冷却水を導入する内燃機関に本発明を適用すれば、連通流路を設ける事により発生する排気側流路の流体圧と第一循環流路の流体圧との差圧を大きく確保し得るため、排気側流路における冷却流体の流れをより大きく変更させることができる。また上記実施形態ではスリット形状をなす連通部を開示したが勿論、本発明の連通部はスリット形状に限られることはなく、種々の形状を適用することができる。また連通部を設ける位置は排気側流路に限られる事はなく、勿論幅狭部、拡張部とともに吸気側流路に配置しても良い。

また例えば、上記実施形態では直列三気筒の内燃機関に本発明を適用した態様を開示したが、勿論、気筒の数は限定されることはない。また冷却流路の具体的な系路や形状といった具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は構造体に流体を循環させるための流路として利用することができる。

５…内燃機関の冷却流路（水ジャケット）
５１…第一循環流路（ブロック側流路）
５２…主連通流路
５３…第二循環流路（ヘッド側流路）
５４…連通流路
５７…幅狭部
５８…拡張部
６…連通部
Ｘ…主循環流
Ｙ…柱状分岐流

Claims (3)

1. 構造体の内部に流体を循環させるための流路であって、
   外部から圧送された前記流体を平面的に循環させる第一循環流路と、
   前記第一循環流路に対し平面視重複して位置付けられ幅寸法が異なる幅狭部及び拡張部を有する第二循環流路と、
   前記第一循環流路及び前記第二循環流路を連通させるように設けられ第二循環流路への接続箇所において前記第二循環流路に平面方向に対し交差する方向から流体を連通部から流入させて前記幅狭部から前記拡張部へ至る平面方向の主循環流を分岐させる柱状分岐流を形成する連通流路とを具備し、
   前記第二循環流路において前記幅狭部と前記拡張部とが連続しており、その拡張部に前記連通部を設けている流路。
2. 構造体の内部に流体を循環させるための流路であって、
   外部から圧送された前記流体を平面的に循環させる第一循環流路と、
   前記第一循環流路に対し平面視重複して位置付けられ幅寸法が異なる幅狭部及び拡張部を有する第二循環流路と、
   前記第一循環流路及び前記第二循環流路を連通させるように設けられ第二循環流路への接続箇所において前記第二循環流路に平面方向に対し交差する方向から流体を連通部から流入させて前記幅狭部から前記拡張部へ至る平面方向の主循環流を分岐させる柱状分岐流を形成する連通流路とを具備し、
   前記構造体が内燃機関であり、前記幅狭部、前記拡張部及び前記連通部が前記内燃機関が有する複数の気筒に対応して複数組設けられたものであり、
   前記拡張部の流路長さが相対的に短い気筒に対応する前記連通部の開口面積を相対的に大きく設定している流路。
3. 前記幅狭部、前記拡張部及び前記連通部が前記内燃機関が有する複数の気筒に対応して複数組設けられるとともに前記複数の拡張部の少なくとも一部が流路長さを等しく構成したものであり、
   前記流路長さが等しくされた拡張部に対応する前記連通部の開口面積を、前記拡張部に至る主循環流の流体圧と当該流体圧よりも高い前記第一循環流路の流体圧との差圧が大きい程小さく設定している請求項２記載の流路。

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