(57)【要約】【課題】重量の増大を抑制しつつ流路の断面積を制御して冷却効率を向上させた冷却装置を提供する。【解決手段】シリンダヘッド１０は、冷却水を流通させるウォータジャケット１２を有する冷却装置である。ウォータジャケット１２は、水流制御部１３およびサポート部１３１を有している。水流制御部１３は、冷却水が流通する冷却流路Ｗ１の内部の少なくとも一部に、冷却水の流れる方向に沿って延在するとともに延在方向に沿って内在する中空部１３３を有する。サポート部１３１は、冷却流路Ｗ１の壁面と水流制御部１３とを繋いで水流制御部１３を支持する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水を流通させるウォータジャケットを有する冷却装置であって、
前記ウォータジャケットは、前記冷却水が流通する冷却流路の内部の少なくとも一部に、前記冷却水の流れる方向に沿って延在するとともに前記延在する方向に沿って内在する中空部を有する水流制御部と、
前記冷却流路の壁面と前記水流制御部とを繋いて、前記水流制御部を支持するサポート部と、を備える、
冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼熱により高温となる内燃機関は、エンジンを構成するシリンダブロックおよびシリンダヘッドに、冷却水が流通する流路を有するウォータジャケットが形成されている。圧送された冷却水がウォータジャケットを流通することにより、エンジンが冷却される。
【０００３】
ところで、ウォータジャケットの冷却効率の向上を目的とした種々の提案がされている。例えば、特許文献１に記載のシリンダヘッドは、ウォータジャケットの断面積の冷却水流れ方向上流側部分が下流側部分より大きくなるように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１４３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ウォータジャケットの冷却効率を向上させるためには、冷却を必要とする部分で冷却水の流速が大きいことが好ましい。しかしながら特許文献１に記載の技術を採用して流路の断面積を小さくする場合、ウォータジャケット部分の材料の肉厚を増す必要がある。そのため、特許文献１に記載の技術の場合、シリンダヘッドの重量が大きくなる虞がある。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、重量の増大を抑制しつつ流路の断面積を制御して冷却効率を向上させた冷却装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる冷却装置は、冷却水を流通させるウォータジャケットを有する。ウォータジャケットは、水流制御部およびサポート部を有している。水流制御部は、冷却水が流通する冷却流路の内部の少なくとも一部に、冷却水の流れる方向に沿って延在するとともに延在方向に沿って内在する中空部を有する。サポート部は、冷却流路の壁面と上記水流制御部とを繋いで水流制御部を支持する。
【０００８】
このような構造により、冷却装置のウォータジャケットは、水流制御部によって冷却流路の断面積を変化させることができる。これにより、冷却装置は冷却流路内の所定の領域における冷却水の流速を変化させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、重量の増大を抑制しつつ流路の断面積を制御して冷却効率を向上させた冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態にかかるシリンダヘッドの概観図である。
【図２】実施の形態にかかる流路の断面図である。
【図３】実施の形態にかかる冷却水の流れを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１２】
＜実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかるシリンダヘッドの概観図である。図１は、シリンダヘッドを含むエンジンを理解容易にするために簡略化して示したものである。なお、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものとして、図１は、右手系の直交座標系が付されている。また、図２以降において、直交座標系が付されている場合、図１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向と、これらの直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向はそれぞれ一致している。
【００１３】
シリンダヘッド１０は、内燃機関である多気筒のエンジン１に用いられるものであって、複数のシリンダを有するシリンダブロック９０の上面に組み込まれている。シリンダヘッド１０は、長手方向に並んで設けられた複数の燃焼室１１を有している。またシリンダヘッド１０は、各燃焼室１１に対応して、吸気ポート、点火プラグ等（不図示）を有している。
【００１４】
また、シリンダヘッド１０は、燃焼室１１において生じた熱を冷却するための冷却水の通路であるウォータジャケット１２を有している。すなわち、シリンダヘッド１０は、エンジンの冷却装置としての機能を有している。
【００１５】
図に示すように、シリンダヘッド１０は、ウォータジャケット１２として冷却水を流通させる冷却流路Ｗ１を有している。冷却流路Ｗ１は、水などの冷却流体を上流側の入口Ｗｕから下流側の出口Ｗｄへ導くように、筒状の形態を呈している。エンジン１が駆動すると、各燃焼室が発熱し、この熱がシリンダヘッド１０内に伝搬する。冷却水は、燃焼室１１から生じて冷却流路Ｗ１に伝搬された熱を奪いながら、冷却流路Ｗ１を流れる。
【００１６】
シリンダヘッド１０は、熱伝導率の高い素材により形成される。熱伝導率の高い素材とは例えばアルミニウム合金である。本実施の形態に示すシリンダヘッド１０は、３Ｄプリンタがアルミニウム粉末を焼結しながら積層する金属積層造形法により成形され、形成された部材を機械加工することにより製造される。シリンダヘッド１０の冷却流路Ｗ１は、金属積層造形法により成形されたものである。
【００１７】
金属積層造形法により成形される冷却流路Ｗ１は、水流制御部１３を有している。水流制御部１３は、冷却流路Ｗ１の少なくとも一部に、冷却水の流れる方向に沿って延在する。
【００１８】
図２を参照しながら水流制御部１３についてさらに説明する。図２は、実施の形態にかかる冷却流路Ｗ１の断面図である。図に示すシリンダヘッド１０は、図１に示したＹＺ面に平行な断面IIでカットしたものをＸ軸プラス側からＸ軸マイナス側に向かって観察した状態の、冷却流路Ｗ１の部分を示している。図において、Ｘ軸マイナス側は冷却流路Ｗ１の上流側であり、Ｘ軸プラス側は冷却流路Ｗ１の下流側である。すなわち図に示すシリンダヘッドは、冷却水の流れ方向（Ｘ軸方向）に直交する面、すなわち冷却水の流路の断面を示したものである。
【００１９】
図に示すように、シリンダヘッド１０は、冷却流路Ｗ１、水流制御部１３およびサポート部１３１を有している。冷却流路Ｗ１の断面形状は、略矩形を呈している。また冷却流路Ｗ１の内部には、冷却流路Ｗ１の流れの中心部を遮蔽するように水流制御部１３が存在している。水流制御部１３は、水流制御部１３の延在方向に沿って内在する中空部１３３を有する。また水流制御部１３は中空部１３３の中央部に上下方向（Ｚ軸方向）に沿って、中空サポート部１３２が延在している。
【００２０】
中空サポート部１３２は、中空部１３３により形成される空間において内壁の上下を繋ぐ支持部材である。シリンダヘッド１０を金属積層造形法で成形する際に、中空サポート部１３２を設けることにより、中空部１３３を有する水流制御部１３の形状を好適に成形することができる。中空サポート部１３２は、Ｘ軸方向に延在していてもよい。また中空サポート部１３２は柱状の形状を呈しており、Ｘ軸方向に点在するように設けられていてもよい。
【００２１】
サポート部１３１は、冷却流路Ｗ１の壁面と水流制御部１３とを繋いで水流制御部１３を支持する支持部材である。サポート部１３１は、冷却流路Ｗ１の下面から立設され、水流制御部１３の下面に繋がっている。サポート部１３１は、Ｘ軸方向に延在していてもよい。またサポート部１３１は柱状の形状を呈しており、Ｘ軸方向に点在するように設けられていてもよい。また図に示したサポート部１３１はＹ軸方向に２つ存在しているが、サポート部１３１はＹ軸方向に１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
【００２２】
以上に説明した構成により、本実施の形態にかかるシリンダヘッド１０は、冷却流路Ｗ１の内部に水流制御部１３を有する。したがって、冷却流路Ｗ１において、冷却流路Ｗ１の内壁と水流制御部１３の外壁との間に冷却水が流れる構成となっている。また、水流制御部１３が有する中空部１３３には、冷却水は流れない。
【００２３】
次に図３を参照しながら冷却流路Ｗ１における水流制御部１３の形状と冷却水の流れとの関係について説明する。図３は、実施の形態にかかる冷却水の流れを説明するための断面図である。図の左側に示した断面図は、図２に示した断面と同じものを示している。また図の右側に示した断面図には、太い一点鎖線により断面IIIが示されている。断面IIIはＸＺ面に平行な断面である。また図の右側に示した複数の矢印は、左側の断面IIIにおける冷却水の流速を模式的に示したものである。また図に示す高温部Ａ０およびＡ１は、シリンダヘッド１０において高温になる部分である。そこで、実施の形態にかかるシリンダヘッド１０は、高温部Ａ０およびＡ１の熱を効率よく奪う構成となっている。以下に高温部Ａ１の熱を奪う構成を例として示しながら本実施の形態についてさらに説明する。
【００２４】
図に示すように、冷却流路Ｗ１の右側の壁面は、上部から下部へ向かって真っ直ぐ下に延伸し、中央部では緩やかな曲線を描きながら内側へ凹み、下部は再び上部の直線の延長線上に一致する位置まで外側へ膨らんだ形状を呈している。
【００２５】
また、水流制御部１３の右側の壁面は、冷却流路Ｗ１の右側の壁面に対向する位置において、上部から下部に向かって円弧状の形状を呈している。そのため、Ｙ軸方向の、冷却流路Ｗ１の右側の壁面と水流制御部１３との距離は、上部でＢ１となり、中央部でＢ１より狭いＢ２となり、下部でＢ２より広いＢ３となっている。この場合、例えば、図に示した幅Ｂ１の領域と、幅Ｂ２の領域とを比較した場合に、幅Ｂ２の領域における流路の断面積は、幅Ｂ１の領域における流路の断面積より狭い。
【００２６】
図の右側の矢印は、断面IIIにおける冷却水の流速を模式的に示したものである。図に示すように、断面IIIにおける冷却水の流速は、上側の壁面に接している部分から中央部に向かうにしたがって徐々に速くなる。そして中央部から下部に向かうにしたがって冷却水の速度は遅くなり、下側の壁面に接している部分では、上側の壁面に接している部分と同じ程度の流速になっている。このように、冷却流路Ｗ１における冷却水の流速は、冷却流路Ｗ１の壁面と水流制御部１３との距離に対応して変化する。
【００２７】
以上、高温部Ａ１の熱を奪う構成について説明したが、燃料室１１の比較的近傍に位置する高温部Ａ０の熱を奪う構成についても同様の構成となっている。図に示すように、水流制御部１３の下側の壁面は、冷却流路Ｗ１の下側の壁面に対向する位置において、左右方向の中央部が下側に緩やかに膨らんだ形状を呈している。また冷却流路Ｗ１の下側の壁面は、水流制御部１３の下側の面に対向する面の左右方向の中央部が上側に緩やかに膨らんだ形状を呈している。したがって、冷却流路Ｗ１における水流制御部１３の下側の冷却水は、左右方向の中央部の流速が、かかる中央部の右側（Ｘ軸プラス側）および左側（Ｘ軸マイナス側）の流速よりも速く流れる。
【００２８】
以上、実施の形態について説明した。実施の形態にかかるシリンダヘッド１０は、流路の中央部を遮蔽する水流制御部１３を設けることにより、冷却流路Ｗ１の壁面に対して積極的に冷却水を流すことができる。また、水流制御部１３の形状を変化させることにより、流路の断面積を変化させて、領域ごとに流速を変化させることができる。したがって、実施の形態にかかるシリンダヘッド１０は、冷却の対象となる領域に対して積極的に冷却水を流すことができるため、冷却効率を向上させることができる。
【００２９】
さらに、サポート部１３１は、冷却流路Ｗ１の壁面の熱を水流制御部１３に伝搬する。すなわちサポート部１３１は、冷却流路Ｗ１の壁面の熱を奪い、水流制御部１３に分散させる。そのため、実施の形態にかかるシリンダヘッド１０は、冷却水に触れる面積を増大させて冷却効率を向上させることができる。
【００３０】
また、水流制御部１３が中空部１３３を有する構造とすることにより、重量の増大を抑制して、上述した冷却効率の向上を図ることができる。よって、本実施の形態によれば、重量の増大を抑制しつつ流路の断面積を制御して冷却効率を向上させた冷却装置を提供することができる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  エンジン
１０  シリンダヘッド
１１  燃焼室
１２  ウォータジャケット
１３  水流制御部
１３１  サポート部
１３２  中空サポート部
１３３  中空部
９０  シリンダブロック
Ｗ１  冷却流路
Ｗｄ  出口
Ｗｕ  入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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