JPH04113739U - シリンダ・ヘツドの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリンダヘッドの各気筒を均一に冷却する装
置の提供。 【構成】 冷却媒体を流通させてシリンダ・ヘッド３を
冷却する冷却媒体通路４と、この冷却媒体通路４と略並
列して設けられていて、上記冷却媒体の温度よりも低い
温度の凝縮用媒体が流通させられる凝縮用媒体通路５
と、作動流体とこれを注入された密閉容器とからなって
いて、その蒸発部８ａ，９ａ，１０ａを冷却媒体通路４
の冷却媒体中に位置させ、その凝縮部８ｂ，９ｂ，１０
ｂを凝縮用媒体通路５の凝縮用媒体中に位置させた複数
のヒート・パイプ８，９，１０とを備え、蒸発部８ａ，
９ａ，１０ａで吸収した上記冷却媒体の熱を凝縮部８
ｂ，９ｂ，１０ｂから凝縮用媒体中に放出することを特
徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、エンジンのシリンダ・ヘッドを冷却する冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

通常、エンジンの一部を構成するシリンダ・ヘッドは、ウォータ・ポンプによ って圧送される冷却水を供給されて冷却されている。図７において、 ピストン １を設けられたシリンダ・ブロック２の上部に設けられるシリンダ・ヘッド３に は、図示されないウォータ・ポンプにより圧送される冷却媒体としての冷却水が 流通させられる。この冷却水は、ウォータ・ジャケット４を略気筒の配列方向に 沿って矢印方向に流通させられ、シリンダ・ヘッドの熱を受けながら流通する。

【０００３】 また、各気筒間の均一な冷却効果を狙う方式として、気筒の配列方向に対して 直角方向に冷却水を流す所謂「横流し式」が提案されている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

シリンダ・ヘッドを流通する冷却水は、該ヘッドの熱を受けるので、その流れ が上流から下流の気筒周りに移るに連れて、その温度がＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４ のように次第に上昇する傾向にある。そのために、各気筒を均一に冷却しようと して、各気筒に等量の冷却水を供給しても、冷却水自体の温度上昇がばらついて しまい、完全な均一冷却が行なえず、下流の気筒ほど冷却効率が悪くなり燃焼室 壁温が上昇する、という問題がある。また、上記横流し式においては、気筒毎に 見た場合、給水量が少なく、冷却水の流速も低くなり、充分な均一冷却の効果が 望めない。

【０００５】 そこで、本考案の目的は、冷却媒体の流れ方向において均一な冷却効果を得ら れるシリンダ・ヘッドの冷却装置の提供にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案のシリンダ・ヘッドの冷却装置は、冷却媒体を流通させてシリンダ・ヘ ッドを冷却する冷却媒体通路と、 この冷却媒体通路と略並列して設けられてい て、上記冷却媒体の温度よりも低い温度の凝縮用媒体が流通させられる凝縮用媒 体通路と、作動流体とこれを注入された密閉容器とからなっていて、その蒸発部 を上記冷却媒体通路の冷却媒体中に位置させ、 その凝縮部を上記凝縮用媒体通 路の凝縮用媒体中に位置させた複数のヒート・パイプとを備えたことを特徴とす る。

【０００７】

【作用】

シリンダ・ヘッドを流れる冷却媒体の温度が高くなると、この媒体中にその蒸 発部を位置させているヒート・パイプ中の作動流体が吸熱して該媒体の温度を低 下させる。吸熱した作動流体は、凝縮用媒体通路に位置する凝縮部で放熱され凝 縮されたのち蒸発部に還流して再び吸熱する。冷却媒体中に複数設けられたヒー ト・パイプは、それぞれ独立して作用し、 蒸発部と凝縮部の温度差が大きいほ ど、蒸発と凝縮のサイクルが短くなり、シリンダ・ヘッド全体として均一な冷却 作用を行なう。

【０００８】

【実施例】

以下、図示の実施例に基づいて本考案を詳細に説明する。従来例と同等の部材 については同一符号を付して説明する。

【０００９】 図１において、シリンダ・ヘッド３の冷却媒体通路としてのウォータ・ジャケ ット４には、シリンダ・ヘッドを直接冷却する冷却媒体としての冷却水が、図示 されないウォータ・ポンプによって矢印方向に流通させられる。 ウォータ・ジ ャケット４に供給される冷却水は、シリンダ・ブロック２を冷却する周知のエン ジン冷却系に接続されている。

【００１０】 シリンダ・ヘッド３の上位には、気筒の配列方向と略並行して凝縮用媒体通路 ５を有するウォータ・マニホールド６が配設されている。このウォータ・マニホ ールド６は、シリンダ・ヘッド３との間に、後述するヒート・パイプの断熱部と しての空隙７をおいて配置されている。ウォータ・マニホールド７には、エンジ ン冷却系とは別の冷却系を介して凝縮用媒体としての例えば冷却水が送り込まれ る。図示の例の場合、凝縮用冷却水は、シリンダ・ヘッドを流通する冷却水と同 方向に流されている。

【００１１】 凝縮用媒体通路５は、 シリンダ・ヘッドやシリンダ・ブロックに形成される ウォータ・ジャケットのような複雑な通路形状に形成される必要がなく、凝縮用 冷却水の流速を高く維持することができる。ウォータ・マニホールド６は、ロッ カ・カバーと一体に形成されても良い。

【００１２】 図１において、符号８，９，１０は、ヒート・パイプをそれぞれ示している。 各ヒート・パイプは、作動流体としての例えば適宜の処理を施された水と、この 水を注入して密封された例えば銅製の密閉容器とからなる周知の構造である。作 動流体及び密閉容器としては他の材料が使用されても良い。複数のヒート・パイ プは、気筒の配列に沿って適宜の個数が設けられる。

【００１３】 ヒート・パイプ８，９，１０は、 作動流体を貯溜している下端部の蒸発部８ ａ，９ａ，１０ａをウォータ・ジャケット４中の冷却水に位置させ、 上端の凝 縮部８ｂ，９ｂ，１０ｂをウォータ・マニホールド５中の凝縮用冷却水に位置さ せている。

【００１４】 いま、エンジンが始動されると、シリンダ・ヘッド３のウォータ・ジャケット ４には冷却水が、ウォータ・マニホールド５には凝縮用冷却水がそれぞれ示矢方 向に流通される。エンジンの運転状態に応じて、ウォータ・ジャケット４を流通 する冷却水の温度が高くなると、ヒート・パイプ８，９，１０の蒸発部８ａ，９ ａ１０ａに貯溜されている作動媒体が蒸発することで冷却水から吸熱して冷却水 の温度を低下させる。吸熱して蒸気となった作動媒体は、凝縮用冷却水中に位置 する凝縮部８ｂ，９ｂ，４０ｂで冷却凝縮されて液体に戻されてパイプ内壁を伝 って蒸発部に戻される。凝縮されるとき蒸気は凝縮用媒体通路５を流通する冷却 水に放熱する。

【００１５】 ウォータ・ジャケット４を流通する冷却水の流れ方向におけるヒート・パイプ の作用を順に見てみる。ヒート・パイプ８周りの冷却水の温度が、該パイプに密 封された作動媒体が蒸発する温度であると、吸熱し蒸発して冷却水の熱を奪いこ れを冷却する。従って、ヒート・パイプ８の周りを通過した冷却水は、その温度 を低下させられた状態で下流に向かい、再びシリンダ・ヘッドからの熱を吸収す る。この冷却水がヒート・パイプ９の周りに至り、その温度が作動媒体を蒸発さ せる温度になっていると、該パイプ内の媒体は蒸発して吸熱し冷却水を冷す。一 方、蒸発させられた作動媒体は、それぞれのパイプの凝縮部で復水させられ、次 の作用に備える。ヒート・パイプ１０の部分でも同様の作用が繰り返される。こ のように、各ヒート・パイプは、その周りの冷却水温度に応じて個々に独立して 作用して冷却作用を行なう。換言すると、ヒート・パイプ８の周りの冷却水温度 が低く、ヒート・パイプ９の周りの冷却水温度が高いと、パイプ８は作動しない がパイプ９は作動することになる。

【００１６】 ところで、ウォータ・ジャケット４に送り込まれた冷却水は、下流に移るに連 れてその温度が上昇する傾向にあるが、ヒート・パイプは、蒸発部で奪った熱を 凝縮部で速やかに放熱するので、冷却水は、上流・下流を問わず略均一な温度で シリンダ・ヘッド３を冷却することになる。

【００１７】 図２に示す第二の実施例は、ウォータ・マニホールド５に流通させる凝縮用媒 体として、 エンジン冷却系の冷却水を利用する単系統冷却系を採用したもので ある。ウォータ・ポンプ１１でシリンダ・ブロック２，シリンダ・ヘッド３のウ ォータ・ジャケット４に送り込まれ、これらを冷却し高温になった冷却水は、ウ ォータ・ホース１２を介してラジエータ１３で冷却される。ラジエータ１３で冷 却された低温の冷却水は、ウォータ・マニホールド５に送り込まれてヒート・パ イプの凝縮部からの放熱を受けたのち、ウォータ・ポンプ１１でエンジン本体に 送り込まれる。この場合、凝縮用媒体通路５を流通する冷却水の温度は、ウォー タ・ジャケット４を流通する冷却水のそれよりも低温である。この実施例は、凝 縮用媒体のための特別な供給機構が不要であるという特徴がある。

【００１８】 図３に示す第三の実施例は、凝縮用媒体として空気を用いることを特徴として いる。この場合、 凝縮用媒体の通路は大気中であって、各ヒート・パイプ８， ９，１０の各凝縮部８ｂ，９ｂ，１０ｂには、 冷却フィン１４が設けられてい る。この冷却フィン１４は、ヒート・パイプ個々に設けられていて、シリンダ・ ヘッド３の冷却水の流れ方向において、下流側に位置する冷却フィンほどその冷 却効果の大きい構造、例えばフィンの数を増やす、放熱面積を広くする等の手段 が講じられて良い。この例は、作動流体を凝縮するための媒体の通路が簡素化さ れ、冷却系の熱負荷を低減できるという特徴がある。ヒート・パイプそのものの 作用は上記実施例と同様である。

【００１９】 図４に示す第四の実施例は、スイッチ機能付きヒート・パイプ８０，９０，１ ００を用いたものである。各スイッチ機能付きヒート・パイプは、図５にパイプ ８０を代表させて示すように、密閉容器８１と、 これに密封された作動流体と しての例えば水８２と、不活性ガス８３とからなっている。不活性ガス８３は、 図５（ａ）に示すように、ウォータ・ジャケット４を流通する冷却水の温度が設 定値以下であって、蒸発した水の圧力が低い場合には、水蒸気と該ガスの境界面 ８４が断熱部（７）にあって、水蒸気が凝縮部８０ｂに進入するのを阻止するよ うに作用し、図５（ｂ）に示すように、ウォータ・ジャケット４の温度が設定値 を超えると、水蒸気の圧力が不活性ガス８３を圧縮して、凝縮部８０ｂでの放熱 を許すように作用する。作動媒体が凝縮してパイプ内の圧力が下がると、同図（ ａ）に示すように、不活性ガス８３が境界面を押し下げて凝縮部８０ｂへの作動 流体の進入を阻止する。

【００２０】 ヒート・パイプは、ウォータ・ジャケット４の冷却水とウォータ・マニホール ド６の凝縮用媒体との間に所定の温度差が生じると作用を始めるのであるが、こ れにスイッチ機能を持たせると、不必要な冷却作用を行なわないので、下流がわ の気筒がオーバークールになることを防止できる。

【００２１】 図４に示す例においてウォータ・マニホールドに供給される凝縮用媒体は、エ ンジン冷却系と別系統から供給されても良いし、図２に示すような単系統冷却系 を利用して供給されても良い。

【００２２】 図６に示す第五の実施例は、 配設される個所によって冷却能力の異なるヒー ト・パイプ８Ａ，９Ａ，１０Ａを設けた例を示している。シリンダ・ヘッドは、 冷却水の流れ方向において下流側に位置するものの温度が高くなる傾向にあるこ とは既に説明した。密閉容器とこれに注入された作動媒体を、熱に対する応答性 の高い組み合わせとした場合には、前述した実施例のように、冷却水の流れ方向 において同一能力のヒート・パイプを列設すれば足りる。エンジンの型式によっ ては、均一性を含めて高い冷却能力を要求される場合がある。この場合、作動媒 体の流速を高めることは有効であるも、流体の流れ方向における均一性が得難く なる。そこで、気筒の配列方向において冷却水の下流側に位置する気筒ほど要求 冷却能力が高くなるので、下流側のヒート・パイプほど熱応答性の良いものを配 置する。すなわち、図示の例では、ヒート・パイプ１０Ａ，９Ａ，８Ａのこの順 に能力の高いものを用いる。

【００２３】 ヒート・パイプ同士の能力に差を付ける手段としては、 次のようなものが考 えられる。作動流体と密閉容器のそれぞれの材料の特性を考慮する。密閉容器の 径を変える。パイプ内壁に設けられるウィックの形状を変えることで作動流体の 移動速度に変化を持たせる。単体としては同一能力のヒート・パイプの、蒸発部 と凝縮部に冷却フィンを設けて吸熱・放熱の能力を変化させる。

【００２４】 図６に示す実施例は、気筒の配列方向に沿って冷却水を流通させる例で説明し たが、シリンダ・ヘッド３に対する冷却水の供給方向は、これに限られるもので はなく、シリンダ・ブロック２（図１参照）との間の水孔の位置によっては、気 筒の配列方向と直交する向きに流れる場合もある。従って、給水量が少なくて温 度が上昇しがちな気筒周りに配置されるヒート・パイプは、その能力の高いもの が選択され、給水量が多い気筒周りに配置されるヒート・パイプは低い能力のも のが選択される。その結果、各気筒毎に給水量が異なる場合にも、各燃焼室壁温 を一定に保つことができ、各気筒間の均一な冷却が可能となる。

【００２５】 図６に示す例においてもウォータ・マニホールド６に流通させられる凝縮用媒 体は、エンジン冷却系と別系統で供給されても良いし、図２に示すような単系統 冷却系を利用しても良い。

【００２６】

【考案の効果】

以上のように、本考案によれば、シリンダ・ヘッドを流通する冷却媒体の温度 を、その流通過程で適宜冷却するので、各気筒周りの温度が各気筒間で均一に冷 却できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第一の実施例を示すシリンダ・ヘッド
冷却装置の概略断面図である。

【図２】本考案の第二の実施例を示すシリンダ・ヘッド
冷却装置の概略断面図である。

【図３】本考案の第三の実施例を示すシリンダ・ヘッド
冷却装置の概略断面図である。

【図４】本考案の第四の実施例を示すシリンダ・ヘッド
冷却装置の概略断面図である。

【図５】第四実施例に用いるスイッチ機能付きヒート・
パイプの一例を示す断面図である。

【図６】本考案の第五の実施例を示すシリンダ・ヘッド
冷却装置の概略断面図である。

【図７】従来のシリンダ・ヘッド冷却装置の概略を示す
断面図である。

【符号の説明】

１・・・ピストン ２・・・シリンダ・ブロック ３・・・シリンダ・ヘッド ４・・・ウォータ・ジャケット ５・・・凝縮用媒体通路 ６・・・ウォータ・マニホールド ８，９，１０・・・ヒート・パイプ ８Ａ，９Ａ，１０Ａ・・・ヒート・パイプ ８ａ，９ａ，１０ａ・・・蒸発部 ８ｂ，９ｂ，１０ｂ，８０ｂ・・・凝縮部 １１・・・ウォータ・ポンプ １３・・・ラジエータ １４・・・冷却用フィン ８０，９０，１００・・・ヒート・パイプ ８１・・・密閉容器 ８２・・・作動媒体 ８３・・・不活性ガス

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】冷却媒体を流通させてシリンダ・ヘッドを
   冷却する冷却媒体通路と、この冷却媒体通路と略並列し
   て設けられていて、上記冷却媒体の温度よりも低い温度
   の凝縮用媒体が流通させられる凝縮用媒体通路と、作動
   流体とこれを注入された密閉容器とからなっていて、そ
   の蒸発部を上記冷却媒体通路の冷却媒体中に位置させ、
   その凝縮部を上記凝縮用媒体通路の凝縮用媒体中に位置
   させた複数のヒート・パイプとを備え、上記蒸発部で吸
   収した上記冷却媒体の熱を上記凝縮部から凝縮用媒体中
   に放出することを特徴とするシリンダ・ヘッドの冷却装
   置。
2. 【請求項２】上記冷却媒体通路がラジエータを含むエン
   ジン冷却系に連通されていて、上記凝縮用媒体通路がエ
   ンジン冷却系とは別系統の冷却系に接続されていること
   を特徴とする請求項１のシリンダ・ヘッドの冷却装置。
3. 【請求項３】上記凝縮用媒体通路が上記エンジン冷却系
   に接続されていることを特徴とする請求項１のシリンダ
   ・ヘッドの冷却装置。
4. 【請求項４】上記凝縮用媒体が空気であって、ヒート・
   パイプの凝縮部に冷却用フィンを設けたことを特徴とす
   る請求項１のシリンダ・ヘッドの冷却装置。
5. 【請求項５】低温時に蒸発した作動流体の上記凝縮部へ
   の進入を阻止し、高温時に蒸発した作動流体の上記凝縮
   部への進入を許す不活性ガスを封入されたスイッチ機能
   付きヒート・パイプを用いたことを特徴とする請求項１
   乃至４記載のうちの何れか１つのシリンダ・ヘッドの冷
   却装置。
6. 【請求項６】シリンダ・ヘッドの部位によって異なる要
   求冷却能力に応じて、能力の異なるヒート・パイプを配
   設したことを特徴とする請求項１乃至５記載のうちの何
   れか１つのシリンダ・ヘッドの冷却装置。