(57)【要約】【課題】熱伝導部材と冷却水との伝熱面積を大きくし、冷却効率を向上させることを課題とする。【解決手段】内燃機関の冷却構造は、シリンダヘッド内に形成され、内部を冷却水が流通するウォータジャケットと、前記シリンダヘッド内に埋め込まれた熱伝導部材と、を備える。前記熱伝導部材は、前記ウォータジャケットの壁面に沿って前記ウォータジャケットの周囲の少なくとも一部を囲う囲い部と、前記囲い部から冷却対象部である燃焼室側に向かって延びる延設部と、備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド内に形成され、内部を冷却水が流通するウォータジャケットと、
前記シリンダヘッド内に埋め込まれた熱伝導部材と、を備え、
前記熱伝導部材は、前記ウォータジャケットの壁面に沿って前記ウォータジャケットの周囲の少なくとも一部を囲う囲い部と、前記囲い部から前記シリンダヘッド内の冷却対象部に向かって延びる延設部と、を備えた内燃機関の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリンダヘッドに設けられたウォータジャケットの中に一部を突出させ、シリンダヘッドにおける高温部位の熱を、ウォータジャケット内を流通する冷却水に伝達する高熱伝導部材を備えた内燃機関の冷却構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８８４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１で開示された構造では、熱伝導部材と冷却水との伝熱面積が小さく、冷却効率の面で改善の余地があった。
【０００５】
そこで、本明細書開示の内燃機関の冷却構造は、熱伝導部材と冷却水との伝熱面積を大きくし、冷却効率を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示された内燃機関の冷却構造は、シリンダヘッド内に形成され、内部を冷却水が流通するウォータジャケットと、前記シリンダヘッド内に埋め込まれた熱伝導部材と、を備え、前記熱伝導部材は、前記ウォータジャケットの壁面に沿って前記ウォータジャケットの周囲の少なくとも一部を囲う囲い部と、前記囲い部から前記シリンダヘッド内の冷却対象部に向かって延びる延設部と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本明細書開示の内燃機関の冷却構造によれば、熱伝導部材と冷却水との伝熱面積を大きくし、冷却効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は実施形態の冷却構造が組み込まれたシリンダヘッドの平面図である。
【図２】図２は実施形態の冷却構造が組み込まれたシリンダヘッドの図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３（Ａ）は実施形態の冷却構造が備える伝熱部材の斜視図であり、図３（Ｂ）は延設部が延びる方向を示す説明図である。
【図４】図４は実施形態における伝熱の様子を模式的に示す説明図である。
【図５】図５は実施形態の冷却構造におけるウォータジャケット及び伝熱部材の配置を模式的に示す説明図である。
【図６】図６は他の実施形態の冷却構造における伝熱部材の配置を示す説明図である。
【図７】図７は他の実施形態の冷却構造における伝熱部材の配置方法の一例を示す説明図である。
【図８】図８は伝熱部材の変形例を示す斜視図である。
【図９】図９は伝熱部材のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１０】図１０は伝熱部材のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１１】図１１は伝熱部材のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１２】図１２は伝熱部材のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１３】図１３は図１２に示す伝熱部材の配置を模式的に示す説明図である。
【図１４】図１４は伝熱部材のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１５】図１５は伝熱部材のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１６】図１６は伝熱部材のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１７】図１７は伝熱部材のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１８】図１８は伝熱部材のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。
【００１０】
（第１実施形態）
実施形態の内燃機関の冷却構造１００は、シリンダヘッド１に形成されている。図１は冷却構造１００が形成されているシリンダヘッド１の平面図であり、図２は、シリンダヘッド１の図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図１を参照すると、シリンダヘッド１は、３気筒の内燃機関用であり、各気筒に対応する位置に、それぞれプラグホール２とその周囲に配置された複数のバルブホール３を備えている。本実施形態では、気筒毎に４つのバルブホールが設けられており、これらのうち、２つは吸気バルブ用であり、他の２つは排気バルブ用である。図２を参照すると、シリンダヘッド１には、筒内噴射を行うインジェクタが取り付けられるインジェクタホール４と燃焼室５が設けられている。インジェクタホール４と燃焼室５は、気筒毎に設けられている。燃焼室５は、冷却対象部の一例である。
【００１１】
シリンダヘッド１内には、冷却水が流通するウォータジャケット６が形成されている。また、シリンダヘッド１内には熱伝導部材７が埋め込まれている。熱伝導部材７の熱伝導率は、シリンダヘッドの熱伝導率よりも高い。本実施形態では、アルミ合金製であるシリンダヘッド１に対し、アルミ合金よりも熱伝導率が高いグラファイトシートによって形成された熱伝導部材７が採用されている。
【００１２】
ここで、図２、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照すると、熱伝導部材７は、環状の囲い部７ａと、この囲い部７ａから延設された延設部７ｂを備えている。
【００１３】
囲い部７ａは、図２に示すように、熱伝導部材７がシリンダヘッド１内に埋め込まれた状態とされたときに、ウォータジャケット６の周囲を囲う部分である。本実施形態の熱伝導部材７が備える囲い部７ａは軸線ＡＸを冷却水の流れ方向に概ね一致させた筒形状であり、その断面形状は楕円形であるが、断面形状は、これに限定されるものではない。囲い部７ａの断面形状は、ウォータジャケット６の壁面の形状に応じて変更することができる。また、囲い部７ａの断面形状は、シリンダヘッド１の形状や強度等、熱伝導部材７をシリンダヘッド１内に埋め込む際の都合に応じて適宜変更することができる。例えば、本実施形態における囲い部７ａは、環状であるが、必ずしも環状とされていることは要せず、ウォータジャケット６の周囲の少なくとも一部を囲っていればよい。
【００１４】
本実施形態では、囲い部７ａとウォータジャケット６の流路との間に肉部８が介在している。すなわち、肉部８がウォータジャケット６の壁面６ａを形成しており、冷却水と囲い部７ａとの間に肉部８が介在している。
【００１５】
延設部７ｂは、フィン状の部分であって、熱伝導部材７がシリンダヘッド１内に埋め込まれた状態とされたときに、囲い部７ａから燃焼室５に向かって延びている。このように、延設部７ｂを燃焼室５に向かって延ばしているのは、シリンダヘッド１において、燃焼室５の近傍が高温となりやすいため、燃焼室５の近傍から延設部７ｂに受熱させるためである。図３（Ｂ）を参照すると、本実施形態における延設部７ｂは、楕円形である囲い部７ａの法線ＮＶ方向に対して角度θだけ傾いけて設けられている。これにより、延設部７ｂの燃焼室５に対向する面積が大きくなる。この結果、燃焼室５で発せられる熱を効率よく集めることができる。本実施形態における延設部７ｂは、軸方向の端部に、湾曲部７ｂ１を備えている。湾曲部７ｂ１は、シリンダヘッド１に取り付けられるバルブや点火プラグ及びインジェクタ等と干渉しないように適宜設けられる。
【００１６】
ここで図４を参照して、熱伝導部材７による伝熱の様子について説明する。まず、内燃機関が稼働することで、燃焼室５内で燃焼が起こる。このため、燃焼室５の周囲が高温となる。燃焼室５における燃焼によって生じた熱は、まず、矢示９のように、延設部７ｂに伝わる。そして、熱は、矢示１０のように延設部７ｂから囲い部７ａに伝わる。そして、囲い部７ａに伝わった熱は、矢示１１のようにウォータジャケット６内の冷却水に伝わる。また、囲い部７ａに伝わった熱は、矢示１２のように燃焼室５から離れた側に伝えられ、その後、矢示１３のようにウォータジャケット６内の冷却水に伝えられる。冷却水は、内燃機関内を循環し、ラジエータ等で冷却される。
【００１７】
このように、本実施形態の熱伝導部材７は、延設部７ｂで集熱し、集めた熱をウォータジャケット６の周囲に行き渡らせることができる。この結果、冷却水へ熱を伝えることができる面積が大きくなり、効果的な冷却を行うことができる。仮に、熱伝導部材７が装備されていない場合を想定すると、燃焼室５で発生した熱がウォータジャケット６内の冷却水へ伝えられる場合、その伝熱は、主としてウォータジャケット６の燃焼室５に近い壁部を通じて行われることとなる。このため、ウォータジャケット６の燃焼室５から離れた位置の壁部は、伝熱に有効に活用されていない状態となる。これに対し、本実施形態では、熱伝導部材７を備えることで、熱をウォータジャケット６の周囲に伝え、伝熱面積を大きくすることができるため、効率よく冷却水に伝熱し、シリンダヘッドを冷却することができる。
【００１８】
つぎに、熱伝導部材７のシリンダヘッド１への埋設について説明する。本実施形態の冷却構造１００では、囲い部７ａとウォータジャケット６の流路との間に肉部８が介在している。このため、鋳造によってシリンダヘッド１を形成するときに、ウォータジャケット６の形状に対応する砂中子を準備し、この砂中子の周囲に肉部８の厚みに相当する間隔を空けて囲い部７ａが位置するように、熱伝導部材７を配置する。このとき、熱伝導部材７の位置及び姿勢は、例えば、砂中子と囲い部７ａとの間に配置したスペーサや、熱伝導部材７を吊り下げたり、下方から支持したりするスペーサによって保持される。
【００１９】
熱伝導部材７は、冷却対象部の位置、シリンダヘッド１に取り付けられるバルブや点火プラグ及びインジェクタ等の配置、ウォータジャケット６の経路に応じて、適宜設置位置を設定することができる。例えば、図５に例示するように、バルブホール３の間に設置することができる。図５を参照すると、ウォータジャケット６は、シリンダヘッド１を上方からみたときに、バルブホール３の間を通過するように設けられている。そして、熱伝導部材７もバルブホール３の間に設けられている。燃焼が行われ、高温となる燃焼室５は、バルブホール３の下方に形成されている。このため、バルブホール３の間に熱伝導部材７を配置し、延設部７ｂを燃焼室５に向かって延ばすことで、効率的に集熱することができる。
【００２０】
本実施形態の冷却構造１００によれば、ウォータジャケット６の壁面６ａの広範囲を熱伝導に用いるため冷却効率が向上する。また、これにより、燃料室５の温度を低下させることができるため、耐ノック性が向上し、燃焼効率の向上が期待される。
【００２１】
さらに、ウォータジャケット６の壁面６ａの広範囲を熱伝導に用いることで、ウォータジャケット６の内周径、すなわち、冷却水の流路径を拡大することができる。これは、ウォータジャケット６の内周径を大きくすると冷却水の単位時間流量が増すが、ウォータジャケット６の壁面６ａの広範囲を熱伝導に用い、伝熱効率を向上させることで、多量の冷却水に対して伝熱できるようになるためである。
【００２２】
ウォータジャケット６の内周径が拡大することで、ウォータジャケット６における圧損が低下する。この結果、ウォータポンプの小型化を図ることができる。ウォータポンプの小型化は、コストの削減ともなる。また、ウォータジャケット６の内周径の拡大は、シリンダヘッド１を形成するアルミ合金の体積を縮小することにもなり、軽量化となり、コストの削減ともなる。さらに、ウォータジャケット６の内周径の拡大は、鋳造時の砂中子の径を大きくすることになるので、砂中子が折れてしまう危険性を低減することができる。この結果、歩留りが向上し、この面でも、コスト削減につながる。
【００２３】
また、延設部７ｂを設けて、燃焼室５の熱をウォータジャケット６内の冷却水に伝熱するようにしているので、ウォータジャケット６と燃焼室５との距離を離しても冷却性能を確保することができる。ウォータジャケット６と燃焼室５との距離を離すということは、ウォータジャケット６と燃焼室５との間の肉厚を厚くするということであるため、シリンダヘッド１の剛性を高めて信頼性を向上させることができる。この結果、内燃機関の高出力化にも対応し易くなる。
【００２４】
従来のウォータジャケットは、冷却水を流路の下側、すなわち、燃焼室に近い側に流すようにウォータジャケットの内壁形状を工夫していたが、本実施形態の冷却構造１００では、このような工夫は格別必要とはしない。これは、本実施形態では、ウォータジャケット６の壁面６ａの広範囲を熱伝導に用いているためである。このように、ウォータジャケットの内壁形状を工夫が不要となることで、例えば、ウォータジャケット内に形成されていた突起等が不要となり、この点においても、シリンダヘッド１の軽量化がされている。
【００２５】
なお、本実施形態では、冷却対象部としての燃焼室５に向かって延設部７ｂを設けているが、冷却対象部としては、例えば、バルブガイドやプラグボス、インジェクタボスを挙げることができ、延設部をこれらに向かって設けるようにしてもよい。
【００２６】
（第２実施形態）
つぎに、図６及び図７を参照して、第２実施形態の冷却構造１５０について説明する。冷却構造１５０は、第１実施形態の冷却構造１００と比較して、以下の点が異なっている。すなわち、第１実施形態の冷却構造１００では、ウォータジャケット６と熱伝導部材７の囲い部７ａとの間に肉部８が介在しており、ウォータジャケット６の壁面６ａは肉部８に形成されている。これに対し、第２実施形態の冷却構造１５０では、肉部８に相当する部分は設けられておらず、熱伝導部材１８が備える囲い部１８ａの内周面がウォータジャケット１６の壁面を形成している。
【００２７】
熱伝導部材１８は、図７に示すように、ウォータジャケット１６を形成する砂中子１９の周囲に囲い部１８ａを巻き付けた状態として鋳造することでシリンダヘッド１内に埋設される。
【００２８】
このような冷却構造１５０も第１実施形態の冷却構造１００と同様に、熱伝導部材１８と冷却水との伝熱面積を大きくし、冷却効率を向上させることができる。また、その他の効果についても、第１実施形態の冷却構造１００と共通するので、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
本明細書開示の冷却構造が備える熱伝導部材は、設置条件等に応じて種々の形態を採用することができる。以下、その一例について変形例として列挙する。いずれの変形例も、囲い部と囲い部から延びる延設部を備える点で、共通し、その基本的な効果も共通している。このため、各変形例において、格別説明すべきその形状に特有の効果がない場合には、効果の説明は省略することとする。
【００３０】
（第１変形例）
図８に示す熱伝導部材２７は、環状の囲い部２７ａとこの囲い部２７ａから延びる延設部２７ｂを備えている。延設部２７ｂは、囲い部２７ａの法線ＮＶに対し角度を有するように設けられている。これらの点は、第１実施形態の熱伝導部材７と共通している。但し、熱伝導部材７と異なり、湾曲部は備えていない。このような形状の熱伝導部材２７は、ウォータジャケット６の斜め下方に広がる部分を広範囲に冷却することができる。
【００３１】
（第２変形例）
図９に示す熱伝導部材２８は、環状の囲い部２８ａとこの囲い部２８ａから延びる延設部２８ｂを備えている。延設部２８ｂは、囲い部２８ａの法線ＮＶ方向に延びるように設けられている。このような形状の熱伝導部材２８は、ウォータジャケット６の直下に広がる部分を広範囲に冷却することができる。
【００３２】
（第３変形例）
図１０に示す熱伝導部材２９は、第２変形例の熱伝導部材２８と同様に、囲い部２９ａと、囲い部２９ａからその法線方向に延びる延設部２９ｂを備える点で共通している。但し、熱伝導部材２９は、延設部２９ｂに湾曲部２９ｂ１を備えている。このような形状の熱伝導部材２９は、ウォータジャケット６の直下に広がる狭窄部分を冷却することができる。
【００３３】
（第４変形例）
図１１に示す熱伝導部材３０は、第２変形例の熱伝導部材２８と同様に、囲い部３０ａと、囲い部３０ａからその法線方向に延びる延設部３０ｂを備える点で共通している。但し、熱伝導部材３０の延設部３０ｂは、その先端部からさらに延びる延長部３０ｂ１を備えている。このような形状の熱伝導部材２９は、ウォータジャケット６のより広範囲を冷却することができる。
【００３４】
（第５変形例）
図１２に示す熱伝導部材３１は、囲い部３１ａと、囲い部３１ａから延びる延設部３１ｂを備える。ここで、板状の延設部３１ｂは、その幅方向が囲い部３１ａの径方向と平行となるように設けられている。このような熱伝導部材３１は、例えば、図１３に示すように、延設部３１ｂがバルブホール３の間に位置するように設けることができる。これにより、バルブホール３の間の熱を効率よく集めることができる。
【００３５】
（第６変形例）
図１４に示す熱伝導部材３２は、第５変形例の熱伝導部材３１と同様に、囲い部３２ａと、囲い部３２ａから延びる延設部３１ｂを備える点で共通している。但し、熱伝導部材３１は、延設部３１ｂに湾曲部３１ｂ１を備えている。
【００３６】
（第７変形例）
図１５に示す熱伝導部材３３は、第２変形例の熱伝導部材２８と同様に、囲い部３３ａと、囲い部３３ａからその法線方向に延びる延設部３３ｂを備える点で共通している。但し、熱伝導部材３３の延設部３３ｂは、その先端部からさらに延びる第１延長部３３ｂ１と、第２延長部３３ｂ２を備えている。このような形状の熱伝導部材３３は、ウォータジャケット６のより広範囲を冷却することができる。
【００３７】
（第８変形例）
図１６に示す熱伝導部材３４は、半割形状の囲い部３４ａとこの囲い部３４ａから延びる延設部３４ｂを備えている。このように、囲い部は、必ずしもウォータジャケット６をその全周に亘って囲うものでなくてもよい。
【００３８】
（第９変形例）
図１７に示す熱伝導部材３５は、環状の囲い部３５ａとこの囲い部３５ａから延びる複数の延設部３５ｂ、３５ｃ及び３５ｄを備えている。このように、延設部は、複数備えていてもよい。延設部を複数設けることで、燃焼室５以外に、例えば、バルブガイドやプラグボス、インジェクタボスを冷却することができる。延設部の数は、適宜設定することができる。
【００３９】
（第１０変形例）
図１８に示す熱伝導部材３６は、囲い部３６ａとこの囲い部３６ａから延びる延設部３６ｂを備えている。ここで、囲い部３６ａは、メッシュ素材によって形成されている。このようなメッシュ素材を用いることで、囲い部３６ａの表面積が増大し、冷却性能の向上が期待される。また、このようなメッシュ素材によって形成された囲い部３６ａがウォータジャケット６の壁面を形成すると冷却水の乱流が生じる。冷却水の乱流が生じることで、冷却性能の向上が期待される。
【００４０】
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００４１】
１  シリンダヘッド
２  プラグホール
３  バルブホール
４  インジェクタホール
５  燃焼室
６  ウォータジャケット
７、１８、２７〜３６  熱伝導部材
７ａ、１８ａ、２７ａ〜３６ａ  囲い部
７ｂ、１８ｂ、２７ｂ〜３６ｂ  延設部
【図１】
2020118112.tif 000003
【図２】
2020118112.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020118112.tif 000013
【図１２】
2020118112.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2020118112.tif 000018
【図１７】
2020118112.tif 000019
【図１８】
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