(57)【要約】【課題】流路内の水流を制御して冷却効率の高い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、冷却水の冷却流路Ｗ１の少なくとも一部に、冷却水の流れ方向の直交面において上記冷却流路Ｗ１の対向する壁面を繋ぐように形成されるサポート部材１３を備えている。また上記サポート部材１３は、流れ方向に沿って捩れ構造になっている。【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、前記冷却水の冷却流路の少なくとも一部に、前記冷却水の流れ方向の直交面において前記冷却流路の対向する壁面を繋ぐように形成されるサポート部材を備え、
前記サポート部材は、前記流れ方向に沿って捩れ構造になっている
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、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に記載のエンジンの冷却装置は、ウォータジャケットの内周壁にウォータジャケットの底部を流通する冷却水をウォータジャケットの上面側へ誘導する溝が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０３０４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１に記載の技術の場合、筒状流路においては、流路の壁面から遠い領域（または流路の中心に近い流域）の流速が、流路の壁面に近い領域（または流路の中心から遠い領域）の流速より相対的に速い。そのため、冷却効率をさらに向上させることが期待される。
【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、流路内の水流を制御して冷却効率の高い冷却装置を提供することを課題とする。
【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冷却装置である。ウォータジャケットは、冷却水の冷却流路の少なくとも一部に、冷却水の流れ方向の直交面において上記冷却流路の対向する壁面を繋ぐように形成されるサポート部材を備える。また上記サポート部材は、流れ方向に沿って捩れ構造になっている。
【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、冷却水に対して流れ方向に沿った遠心力を与えることができるため、冷却水を積極的に壁面に流通させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、流路内の水流を制御して冷却効率の高い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１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１にかかる流路の断面図である。
【図３】実施の形態１にかかる冷却水の流れを説明するための第１の断面図である。
【図４】実施の形態１にかかる冷却水の流れを説明するための第２の断面図である。
【図５】実施の形態２にかかる流路の断面図である。
【図６】実施の形態２にかかる冷却水の流れを説明するための第１の断面図である。
【図７】実施の形態２にかかる冷却水の流れを説明するための第２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１＞
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１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。また図１は説明の便宜上シリンダヘッドの一部を切り欠いた状態で示している。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を備える。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）を複数有している。
【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、サポート部材１３を有している。サポート部材１３は、冷却流路Ｗ１の少なくとも一部に、冷却水の流れ方向の直交面において上記流路の対向する壁面に跨って形成される。本実施形態において、図に示すサポート部材１３は、筒状の冷却流路Ｗ１において、下面部から上面部に跨って柱状に形成される部材である。サポート部材１３は、金属積層造形法において筒型の流路を成形する際に焼結により蓄積される熱を好適に分散させつつ、筒型の流路を支持する役割を担っている。
【００１８】
図２を参照しながらサポート部材１３の形状についてさらに説明する。図２は、実施の形態１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軸マイナス側は上流側であり、Ｘ軸プラス側は下流側である。すなわち冷却水はＸ軸マイナス側からプラス側に向かって流れる。
【００１９】
図に示すように、冷却流路Ｗ１には、冷却流路Ｗ１の下面Ｗｂから上面Ｗｔを繋ぐように、サポート部材１３が形成されている。またサポート部材１３は、上流側（Ｘ軸マイナス側）では、上面Ｗｔから下面Ｗｂにかけて、相対的に左側から右側に傾いて延伸している。またサポート部材１３は、下流側（Ｘ軸プラス側）では、上面Ｗｔから下面Ｗｂにかけて、相対的に右側から左側に傾いて延伸している。すなわちサポート部材は、冷却水の流れ方向に沿って時計回りに捩れる構造を有している。このように、サポート部材１３が冷却水の流れ方向に沿って捩れる構成となっていることにより、サポート部材１３は冷却水の流れに捩れを与えることができる。
【００２０】
矢印により示しているチャネルＣ１およびチャネルＣ２は冷却水の流れを示している。図に示すように、チャネルＣ１は、上流側で冷却流路Ｗ１の下側に位置しており、そこから下流へ向かうに連れて時計回りに冷却流路Ｗ１の壁面に沿うように冷却流路Ｗ１の上側に流れている。チャネルＣ２は、上流側で冷却流路Ｗ１の上側に位置しており、そこから下流へ向かうに連れて時計回りに冷却流路Ｗ１の壁面に沿うように冷却流路Ｗ１の下側に流れている。またサポート部材１３は、チャネルＣ１とチャネルＣ２とを隔てるとともに、チャネルＣ１およびチャネルＣ２が上述の流れを有するように、冷却水を案内している。
【００２１】
図３および図４を参照しながら、サポート部材１３の捩れ構造および冷却水の流れについてさらに説明する。図３は、実施の形態１にかかる冷却水の流れを説明するための第１の断面図である。図３は、冷却流路Ｗ１の下側（Ｚ軸マイナス側）であり、図２に示した断面ＩＩＩ−ＩＩＩを示している。図において冷却水はＸ軸マイナス側からＸ軸プラス側に向かって流れている。
【００２２】
図に示すように、断面ＩＩＩ−ＩＩＩにおいて、サポート部材１３は右上（Ｘ軸マイナス側且つＹ軸プラス側）から、左下（Ｘ軸プラス側且つＹ軸マイナス側）に延伸している。したがって、サポート部材１３は、冷却流路Ｗ１の下側では、冷却水を右上から左下に案内する。
【００２３】
図において、冷却流路Ｗ１の中央下部から下流に向かっていたチャネルＣ１は、サポート部材１３により左側へ案内されつつ、冷却流路Ｗ１の壁面に沿うようにして冷却流路Ｗ１の上側（Ｚ軸プラス側）へ向かって流れている。一方、冷却流路Ｗ１の右側から下流へ向かっていたチャネルＣ２は、サポート部材１３に案内されて、冷却流路Ｗ１の下側（Ｚ軸マイナス側）且つ左側へ向かって流れている。
【００２４】
図４は、実施の形態１にかかる冷却水の流れを説明するための第２の断面図である。図４は冷却流路Ｗ１の上側（Ｚ軸プラス側）であり、図２に示した断面ＩＶ−ＩＶを示している。
【００２５】
図に示すように、断面ＩＶ−ＩＶにおいて、サポート部材１３は左上（Ｘ軸マイナス側且つＹ軸マイナス側）から、右下（Ｘ軸プラス側且つＹ軸プラス側）に延伸している。したがって、サポート部材１３は、冷却流路Ｗ１の上側では、冷却水を左上から右下に案内する。すなわちサポート部材１３は図３に示したように、冷却流路Ｗ１の下側では右上から左下に延伸し、冷却流路Ｗ１の上側に向かうに連れて反時計回りに捩れ、図４に示す冷却流路Ｗ１の上側においては、左上から右下に延伸している。このような捩れ形状を有していることにより、サポート部材１３は冷却水の流れに捩れを与えることができる。図において、チャネルＣ１およびチャネルＣ２は、サポート部材１３に沿って左上から右下へ流れている。なお、サポート部材１３はウォータジャケットの壁面と接している。そのため、サポート部材１３は壁面から抜熱（伝熱）を受ける。サポート部材１３の周囲にも冷却水が流れていることから、シリンダヘッド１０は冷却水との接触表面積が増える。そのため、シリンダヘッド１０は、冷却効果の更なる向上を得ることができる。
【００２６】
このように、図３および図４において、チャネルＣ１は、冷却流路Ｗ１の下側では右上から左下へ流れ、冷却流路Ｗ１の上側では左上から右下へ流れている。つまり、冷却流路Ｗ１の冷却水は捩れながら下流へ流れている。また、サポート部材１３は冷却流路Ｗ１の壁面に近いほどＸ軸に対して捩れが大きくなっている。そのため、サポート部材１３は冷却水に旋回流を発生させ、壁面に近いほど冷却水に大きな遠心力を与えることができる。また、サポート部材１３も壁面からの熱を伝搬するとともに冷却水に接触している。そのため、シリンダヘッド１０は冷却効率を向上させることができる。
【００２７】
以上、実施の形態１について説明した。実施の形態１にかかるシリンダヘッド１０は、上述した構造により、冷却水に対して流れ方向に沿った遠心力を与えることができるため、冷却水を積極的に冷却流路Ｗ１の壁面に流通させることができる。そのためウォータジャケット１２の冷却効率を向上させることができる。よって、本実施の形態によれば、流路内の水流を制御して冷却効率の高い冷却装置を提供することができる。
【００２８】
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２は、冷却流路の捩れ構造における具体的な態様が、実施の形態１にかかる冷却流路と異なる。
【００２９】
図５は、実施の形態２にかかる流路の断面図である。図５にかかる断面図は、実施の形態１における図１の断面ＩＩにおける断面に対応している。実施の形態２にかかるシリンダヘッド１０は、冷却流路Ｗ１において、サポート部材１３に代えてサポート部材２３を有している。
【００３０】
サポート部材２３は、冷却流路Ｗ１の下面Ｗｂから上面Ｗｔを繋ぐように柱状の部材により形成されている。またサポート部材２３は、冷却流路Ｗ１の中央部から下側に下部案内板２３ｂを有し、冷却流路Ｗ１の中央部から上側に上部案内板２３ｔを有している。
【００３１】
下部案内板２３ｂは、冷却流路Ｗ１の中央部から冷却流路Ｗ１の下面ＷｂにかけてＸ軸プラス側に延伸するとともに、Ｙ軸マイナス側に捩れる形状を呈している。上部案内板２３ｔは、冷却流路Ｗ１の中央部から冷却流路Ｗ１の上面ＷｔにかけてＸ軸プラス側に延伸するとともに、Ｙ軸プラス側に捩れる形状を呈している。このように、サポート部材２３が冷却水の流れ方向に沿って捩れる構成となっていることにより、サポート部材２３は冷却水の流れに捩れを与えることができる。
【００３２】
図において、チャネルＣ２１は、冷却流路Ｗ１の左側の壁面に沿って中央下側から左側へ向かって流れ、さらに上側（Ｚ軸プラス側）へ向かうに連れて右側へ捩れながら流れている。一方、チャネルＣ２２は、冷却流路Ｗ１の中央上側から、冷却流路Ｗ１の右側の壁面に沿って右側へ流れ、さらに下側（Ｚ軸マイナス側）へ向かうに連れて左側に捩れながら流れている。
【００３３】
図６は、実施の形態２にかかる冷却水の流れを説明するための第１の断面図である。図７は図５に示した断面ＶＩ−ＶＩを示している。
【００３４】
図に示すように、断面ＶＩ−ＶＩにおいて、サポート部材２３はＹ軸方向の中央部から左下（Ｘ軸プラス側且つＹ軸マイナス側）に湾曲しながら延伸している。したがって、サポート部材１３は、冷却流路Ｗ１の下側では、冷却水を右上から左下に案内する。
【００３５】
図において、冷却流路Ｗ１の左側で下流に向かっていたチャネルＣ２１は、サポート部材２３によりさらに左側へ案内されつつ、冷却流路Ｗ１の壁面に沿うようにして冷却流路Ｗ１の上側（Ｚ軸プラス側）へ向かって流れている。一方、冷却流路Ｗ１の右側から下流へ向かっていたチャネルＣ２２は、サポート部材２３に案内されて、冷却流路Ｗ１の下側（Ｚ軸マイナス側）且つ左側へ向かって流れている。
【００３６】
図７は、実施の形態２にかかる冷却水の流れを説明するための第２の断面図である。図８は図５に示した断面ＶＩＩ−ＶＩＩを示している。
【００３７】
図に示すように、断面ＶＩＩ−ＶＩＩにおいて、サポート部材２３はＹ軸方向の中央部から右下（Ｘ軸プラス側且つＹ軸プラス側）に延伸している。したがって、サポート部材２３は、冷却流路Ｗ１の上側では、冷却水を左下に案内する。すなわちサポート部材２３は図６に示したように、冷却流路Ｗ１の下側では左下に延伸し、冷却流路Ｗ１の上側では右下に延伸している。このような捩れ形状を有していることにより、サポート部材１３は冷却水の流れに捩れを与えることができる。
【００３８】
図において、チャネルＣ２１は、冷却流路Ｗ１の左側の壁面に沿って左側から右側へ流れている。一方、チャネルＣ２は、冷却流路Ｗ１の中央上側から、冷却流路Ｗ１の右側の壁面に沿って右側へ流れている。
【００３９】
このように、図６および図７において、チャネルＣ２１およびチャネルＣ２２は、冷却流路Ｗ１の下側では右上から左下へ流れ、冷却流路Ｗ１の上側では左上から右下へ流れている。つまり、冷却流路Ｗ１の冷却水は捩れながら下流へ流れている。また、サポート部材１３は冷却流路Ｗ１の壁面に近いほどＸ軸に対して捩れが大きくなっている。そのため、サポート部材１３は、冷却水に旋回流を発生させ、壁面に近いほど冷却水に大きな遠心力を与えることができる。また、サポート部材２３も壁面からの熱を伝搬（伝熱）するとともに冷却水に接触している。そのため、シリンダヘッド１０は冷却水との接触表面積が増え、冷却効率の更なる向上を得ることができる。
【００４０】
以上、実施の形態２について説明した。実施の形態２にかかるシリンダヘッド１０は、上述した構造により、冷却水に対して流れ方向に沿った遠心力を与えることができるため、冷却水を積極的に冷却流路Ｗ１の壁面に流通させることができる。そのためウォータジャケット１２の冷却効率を向上させることができる。よって、本実施の形態によれば、流路内の水流を制御して冷却効率の高い冷却装置を提供することができる。
【００４１】
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。例えば、実施の形態２において例示した構成は、上部案内板２３ｔおよび下部案内板２３ｂに加えて、３個以上の案内板を有していてもよい。複数の案内板を有することにより、シリンダヘッド１０は、冷却水に旋回流を発生させて、冷却水に遠心力を与えることができる。
【符号の説明】
【００４２】
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、２３  サポート部材
２３ｂ  下部案内板
２３ｔ  上部案内板
９０  シリンダブロック
Ｗ１  冷却流路
Ｗｂ  下面
Ｗｄ  出口
Ｗｔ  上面
Ｗｕ  入口
【図１】
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【図２】
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【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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