JPH0135164B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関本体の燃焼室内で燃焼せし
められたガスを排気口より排出せしめ、該排気ガ
スが内燃機関本体の排気口より排気管に接続せし
めて形成された排気通路内を通過する間に、排気
通路の内壁に突出形成せしめた突起により排気ガ
スの有する熱をウオータジヤケツト内の冷却水に
伝え、冷却水温度上昇を早めるようにしたもの
で、デイーゼル機関の冷始動後の水温上昇速度を
早め、冷却水温度を高めに維持せしめることを目
的とするものである。

自動車等車輌に用いられている内燃機関には冷
却方式として水冷式が広く用いられており、水冷
式内燃機関においては内燃機関本体内に形成した
ウオータジヤケツト内の冷却水とラジエータ内の
冷却水を循環せしめるように通路で接続するとと
もに、寒冷時の始動に備えて、始動後内燃機関本
体のウオータジヤケツト内の冷却水の温度が所定
の温度に上昇するまで冷却水をラジエータへ流さ
ないように阻止せしめる弁を備えるとともに、内
燃機関本体の外部に取付けて排気通路に接続せし
めた排気マニホールドにウオータジヤケツトを一
体に形成し、寒冷時において内燃機関の始動を行
つたときは内燃機関本体の温度上昇を促進させる
ように構成したエンジン冷却水の循環装置が実開
昭55−108215号公報に提案されている。しかしな
がらこのようにしても寒冷時において始動後に内
燃機関本体の温度が所定温度に上昇するまでには
時間がかかつているのが実情であり、この間に内
燃機関を負荷運転することは機関各部の摩擦が大
で燃費の悪化をまねいている。

またデイーゼル機関においては燃焼ガス温度が
ガソリン機関に比して低いため燃焼ガスからウオ
ータジヤケツト内の冷却水への伝熱量が少く、冷
却水温が低いばかりか、冷始動後の冷却水温の上
昇も遅いため機関のウオームアツプに時間を要す
る。例えば2000C.C.クラスの乗用車用内燃機関に
ついて比較すれば、アイドル運転状態で放置して
始動後90分における冷却水の水温は、デイーゼル
機関の場合ガソリン機関に比して約20℃低い。

本発明は、内燃機関本体の排気口から排気管に
接続する排気通路を形成する壁を内燃機関本体内
に、これと一体に形成せしめ、前記排気通路を囲
むようにウオータジヤケツトを内燃機関本体内に
形成させるとともに、前記排気通路を形成する壁
の内壁に、熱伝導性が大なる材質により、前記排
気通路内を流れる排気ガスの流動抵抗が小なる形
状の突起を、前記排気通路の内壁より複数個突出
形成せしめたことを特徴とするもので、燃焼室よ
り排気口を形して排気管までの内燃機関本体内の
排気通路内に排出された排気ガスの保有する温度
を前記突起により排気通路を形成するとともに内
燃機関本体と一体の壁に伝え、排気通路を形成す
る壁を囲むように形成されたウオータジヤケツト
内の冷却水を加熱すべくしたデイーゼル機関に係
るものである。

さらに詳しくは、前記突起は肉厚よりも突出高
さが大なる柱状または台状に形成され、その高さ
方向を排気通路の内壁面にほぼ垂直に突出せしめ
るか、または肉厚より突出高さが大なる板状に形
成され、その高さ方向を排気通路の内壁面にほぼ
垂直方向に突出せしめ、かつその長さ方向を排気
通路内を流れる排気ガスの流動方向に沿わせて延
在せしめた適宜長さのものとし、排気通路の周方
向および長さ方向に適宜の間隔を隔てて設ける
か、あるいは前記板状の突起を排気通路の長さ方
向ほぼ全体にわたり排気ガスの流動方向に沿つて
連続せしめた畝状にすることにより、排気ガスと
接触する受熱面積を増大せしめ、かつ流動抵抗を
可及的に小とするものである。

以下図面に示す実施例について説明し、併せて
本発明の特徴を明らかにする。

第１図は本発明のデイーゼル機関の一実施例で
あつて、シリンダヘツド１には吸気口２に連通す
る吸気通路３および吸気口４から排気管１８に連
通する排気通路５が形成され、吸気通路３にはバ
ルブガイド６を介して吸気弁７が吸気口２に固定
された弁座８に着座するように装着され、排気通
路５には同様にバルブガイド９を介して排気弁１
０が弁座１１に着座するように装着されており、
該シリンダヘツド１の内部には排気通路５を形成
する壁１９が該シリンダヘツド１と一体に形成さ
れ、前記壁１９を囲むようにウオータジヤケツト
１２が形成されている。

シリンダブロツク１３には円筒形のシリンダ室
１４が形成され、該シリンダ室１４には軸方向に
ピストン１５が往復動せしめられるように挿入さ
れて出力軸（図示せず）に連結されており、該ピ
ストン１５の上部とシリンダヘツド１との間に燃
焼室１６が形成されている。

シリンダヘツド１に形成されて排気口４から排
気管１８に連通する排気通路５を形成するととも
に、ウオータジヤケツトに囲まれている壁１９の
内壁には、シリンダヘツド１と一体に、基部の直
径よりも高さが大なる柱状または台状の突起２０
が、前記排気通路５内を流れる排気ガスの流れに
関して排気口４の直後から排気通路５を形成する
壁１９の内壁のほぼ全面に、その高さ方向を前記
内壁面に垂直に、多数突出形成せしめられてい
る。これら突起２０の形状、分布は排気通路５内
に流れる排気ガスに大なる抵抗を与えないよう
に、表面の滑らかな単純な形状と、排気ガスと熱
交換するに適切な密度とされる。

デイーゼル機関は吸気通路３、吸気口２を経て
燃焼室１６内に吸入された空気はピストン１５に
よつて高圧縮比で圧縮され、ピストン１５の頂部
に形成された凹部１７内に向つて噴射される燃料
と混合して混合気をつくるとともに着火燃焼せし
める方式（直接噴射方式）、または予熱燃焼室ま
たは渦流室と呼ばれる副室中に噴射される燃料に
よつて着火燃焼せしめる方式（予熱燃焼室式また
は渦流室式）によつて燃料を燃焼せしめ、排気口
４から排気通路５へ燃焼ガスを排出せしめる。燃
焼ガスは常法に従い排気通路５と連通せしめた排
気管１８により浄化され、消音せしめられて排出
される。

前記排気通路５内に排出される燃焼ガスは未だ
大なる熱量を保有しており、この燃焼ガスが排気
通路５を形成する壁１９の内壁に突出形成せしめ
た突起２０に接触してその熱を熱伝導性大なる突
起２０を介してシリンダヘツド１の排気通路５を
形成する壁１９よりウオータジヤケツト１２内の
冷却水に伝達され、冷却水の加熱を促進する。特
に寒冷時における始動時には燃焼室１６を構成す
る壁および排気通路５を形成するシリンダヘツド
の壁１９がいち早く燃焼ガスの温度で加熱される
ので、シリンダヘツド１と一体に形成された壁１
９によつて形成される排気通路５の内壁に突出形
成された突起２０はいち早く燃焼ガスの温度をウ
オータジヤケツト１２内の冷却水に伝達し、冷却
水の水温を上昇せしめるから、デイーゼル機関の
ウオームアツプを短時間にすませることができ
る。しかしながらデイーゼル機関の運転により発
生する熱の量は前記突起２０の有無には関係ない
ので、デイーゼル機関のウオームアツプ完了後の
ウオータジヤケツト１２内の冷却水温度は特別に
上昇するわけではなく、突起２０による熱交換面
積の増大分だけ早く水温が上昇し、かつ高い温度
に維持される。

排気通路５を通過時に排気ガスは多量の熱量を
突起２０を介して、壁１９にうばわれ、排気管１
８に排出される排気ガス温度は排出口４付近より
相当低温となり、排出管１８の高温ガス通過によ
る焼損を防ぐ。

第２図および第３図は本発明の他の実施例を排
気通路５の部分のみ拡大して示したものであつ
て、第１図と同一符号を付した部分はそれぞれ同
一部分を示す。第２図は排気通路５の壁１９の内
壁に、該内壁よりの突出高さがその肉厚よりも大
なる突畝状の突起２１を数条、その長さ方向を排
気通路５内を流れる排気ガスの流動方向に沿つて
平行に延在せしめたものであつて、前記突起２１
の長さは排気通路５内の排気口４の付近より排気
管１８との連通孔付近までのほぼ全長にわたる長
さとし、その高さ方向は排気通路５の壁１９の内
壁にほぼ垂直方向とし、シリンダヘツド１と一体
に壁１９の内壁より突出形成せしめている。

第３図は、排気通路５の壁１９内壁よりの突出
高さがその肉厚より大であつて、長さが前記突出
高さとほぼ同等または２〜３倍程度の板状の突起
２２を、その高さ方向を排気通路５の壁１９の内
壁にほぼ垂直に、その長さ方向を排気ガスの流動
方向に沿わせて、多数シリンダヘツド１と一体に
突出形成せしめたものである。

前記畝状または板状の突起２１，２２の数およ
び分布は、第１図に示す実施例と同様に、排気通
路５内を流れる燃焼排気ガスとの熱交換に適切な
表面積を提供し、かつ排気ガスの流動に与える抵
抗を可及的に小なる密度および分布とする。かく
て第２図および第３図に示す実施例も第１図と同
様の作用効果を奏する。

以上から明らかなように、本発明は、吸気口、
排気口および燃焼室を具えた内燃機関本体と、前
記燃焼室内の圧縮した高温空気中に燃料を噴射し
て混合気の燃焼による燃焼ガスの圧力により出力
軸を回転せしめるピストンとを備えたデイーゼル
機関において、前記排気口から排気管に連通する
排気通路を形成する壁を内燃機関本体内にこれと
一体に形成せしめ、前記排気通路を形成する壁を
囲むようにウオータジヤケツトを内燃機関本体内
に形成させるとともに、前記排気通路を形成する
壁の内壁に、熱伝導性が大なる材質により、前記
排気通路内を流れる排気ガスの流動抵抗が小なる
形状の突起を、前記排気通路の内壁より複数個突
出せしめて形成せしめたものであるから、燃焼室
から排気口を経て内燃機関本体に形成した排気通
路内に排出される排気ガスの保有する熱は、排気
通路を形成する壁の内壁に形成された熱伝導性の
良好な突起によつて回収され、排気通路を囲むよ
うに形成されたウオータジヤケツト内の冷却水に
伝達されることにより、デイーゼル機関の始動時
に冷却水の加熱を促進し、内燃機関のウオームア
ツプに要する時間を短縮するので、特に寒冷時に
おけるアイドル運転を短時間にすませることがで
き、デイーゼル機関の燃焼効率を高めることがで
きる。そして排気ガスが燃焼室から排気口を経て
排出された直後の高温状態にあるときに、内燃機
関本体の排気通路内でその温度を回収するため、
排気ガスの流通抵抗を生ずるほどの大きな突起を
形成しなくとも必要とされる熱の回収は可能であ
つて、突起の肉厚は１〜３mm、高さ１〜10mm程度
でよく、板状の突起に形成する際にはその長さを
５〜20mm程度とし、また板状または畝状の突起と
するときは突起間隔を１〜10mmにするとよい。そ
してこれら突起により排気通路内の排気ガスの流
れに抵抗を生ずることは好ましくないから、板状
または畝状の突起の長さ方向は、排気通路内を流
れる排気ガスの流通方向に沿つて平行に配設す
る。

内燃機関の吸排気口およびこれらに接続する吸
気通路、排気通路を一体に形成される部分、例え
ばシリンダヘツドは、普通鉄あるいはアルミニウ
ムで鋳造され、鋳肌の状態において吸気通路の内
壁に付着する燃料の粒子または膜を良好に流下せ
しめるようなきめの細かい鋳肌に製造されるの
で、前記突起を一体に鋳造してもその表面は平滑
に作られ、排気ガスの流動抵抗は少く、かつ材質
自体熱伝導性が良好であるので、前記突起は内燃
機関本体と一体に鋳造により形成されることが好
ましい。しかしながら、適宜の熱伝導性が良くか
つ排気ガスによる腐蝕の少い金属で予め突起自体
あるいは突起を形成した排気通路壁を形成してお
き、内燃機関に鋳ぐるむことも可能である。

本発明は、内燃機関本体内に形成した排気通路
から排気ガスの保有する熱を回収して冷却水を加
熱せしめるものであるから、ガソリン機関に比し
て燃焼ガス温度が低いデイーゼル機関の始動時に
おける冷却水温度の上昇を目的としてデイーゼル
機関に施すことに特に適しているものである。即
ちデイーゼル機関においては冷却水温度の上昇が
遅くウオームに時間がかかるのが常識とされてい
るが、本発明によるウオームアツプに要する時間
を短縮でき、かつ冷却水を熱源として利用するカ
ーヒータの吹出口温度の上昇を促進させることが
できる。

さらに排気ガスの有する熱エネルギを熱伝導性
大なる複数個の突起により内燃機関本体内でより
多く回収することによりデイーゼル機関の冷却水
温を早くガソリン機関と同等にまで上昇させるこ
とができ、上昇温度を維持できるのでデイーゼル
機関の熱効率を向上させるとともに、冷却水を熱
源とするカーヒータ等の効きを良好にすることが
できる。

また、排気通路を通過時に排気ガスは多量の熱
量をうばわれ、排気管に達する排気ガス温度は従
来の排気ガス温度より低温状態で管内を通過する
ので、排気管の高温ガス通過による摩滅を防ぎ、
使用（耐用）年数が延長する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は
その実施例の要部断面図、第２図および第３図は
それぞれ他の実施例の排気通路部分の拡大断面図
をそれぞれ示すものである。 なお、図中、１はシリンダヘツド、４は排気
口、５は排気通路、１２はウオータジヤケツト、
１５はピストン、１６は燃焼室、１７は凹部、１
８は排気管、１９は排気通路を形成する壁、２０
は柱状突起、２１は畝状突起、２２は板状突起、
をそれぞれ示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸気口、排気口および燃焼室を備えた内燃機
   関本体と、前記燃焼室内の圧縮した高温中に燃料
   を噴射して混合気の燃焼ガスの圧力により出力軸
   を回転せしめるピストンとを備えたデイーゼル機
   関において、 前記排気口から排気管に連通する排気通路を形
   成する壁を内燃機関本体内に該内燃機関本体と一
   体に形成せしめ、前記排気通路を形成する壁を囲
   んでウオータジヤケツトを前記内燃機関本体内に
   形成させるとともに、前記排気通路を形成する壁
   の内壁に、熱伝導性が大なる素材により、前記排
   気通路内を流れる排気ガスの流動抵抗が小なる形
   状の突起を複数個突出せしめたことを特徴とする
   排気による冷却水加熱装置を有するデイーゼル機
   関。 ２ 前記突起はその肉厚よりも高さが大なる柱状
   または台状に形成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の排気による冷却水加
   熱装置を有するデイーゼル機関。 ３ 前記突起はその肉厚よりも突出高さが大であ
   る板状または畝状に形成されており、該突起の長
   さ方向が前記排気通路内を流れる排気ガスの流動
   方向に沿つてほぼ平行に延在せしめられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の排
   気による冷却水加熱装置を有するデイーゼル機
   関。