(57)【要約】【課題】  蒸発した冷媒が滞留することを防止或いは抑制し、以って排気ガスの冷却効果が損なわれることを防止或いは抑制できるエンジンの排気系冷却装置を提供する。【解決手段】  冷却装置１Ａは、排気マニホルドを冷媒により冷却する水冷エキマニ１０Ａと、水冷エキマニ１０Ａに供給される冷却水Ｗの量を間欠的に変化させる間欠流発生装置２０Ａとを備える。間欠流発生装置２０Ａは、具体的には羽根車２３を備えている。羽根車２３は第２の冷却水排出口２２Ａの入口部２２１近傍、且つ第２の冷却水導入口２１の延長線上に中心をオフセットさせた形で設けられている。入口部２２１は羽根車２３の形状に合わせて円弧状に切り欠かれており、羽根車２３は入口部２２１を塞ぐことが可能な断面扇状の羽根２３１を２つ備えている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系を冷媒により冷却する冷却手段と、
前記冷却手段に供給される冷媒の流量を間欠的に変化させる流量変化手段とを備えたエンジンの排気系冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの排気系冷却装置に関し、特にエンジンの排気系を冷媒により冷却するエンジンの排気系冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気系（具体的には例えば排気マニホルド）を水などの冷媒により冷却する技術が知られている（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２００５−２１４０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、排気ガスの温度が高温になると、エンジンの排気系冷却装置を流通する冷媒の一部が蒸発することがある。そして、蒸発した冷媒がさらにエンジンの排気系冷却装置内に滞留した場合、排気ガスから冷媒への熱伝達性が悪化し、排気ガスの冷却効果が損なわれるという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、蒸発した冷媒が滞留することを防止或いは抑制し、以って排気ガスの冷却効果が損なわれることを防止或いは抑制できるエンジンの排気系冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明のエンジンの排気系冷却装置は、エンジンの排気系を冷媒により冷却する冷却手段と、前記冷却手段に供給される冷媒の流量を間欠的に変化させる流量変化手段とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、蒸発した冷媒が滞留することを防止或いは抑制し、以って排気ガスの冷却効果が損なわれることを防止或いは抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例に係るエンジンの排気系冷却装置（以下、単に冷却装置と称す）１Ａが備える水冷式排気マニホルド（以下、単に水冷エキマニと称す）１０Ａを斜視図で模式的に示す図である。
【図２】冷却装置１Ａを模式的に示す図である。
【図３】間欠流発生装置２０Ａを断面で模式的に示す図である。
【図４】第１の冷却通路ＷＪ１を流通する冷却水Ｗの様子を断面で模式的に示す図である。
【図５】間欠流の流量変化を一例として示す図である。
【図６】熱伝達率と冷却水Ｗの流量との関係を示す図である。図６では、特定の流量で熱伝達率が低下する場合を破線で、特定の流量における熱伝達率の低下が改善された場合を実線でそれぞれ示している。
【図７】水冷エキマニ１０Ａの一具体例を断面で模式的に示す図である。
【図８】間欠流発生装置２０Ｂを断面で模式的に示す図である。
【図９】間欠流発生装置２０Ｃを断面で模式的に示す図である。
【図１０】冷却装置１Ｂを模式的に示す図である。このうち（ａ）では、水冷エキマニ１０Ｂを断面で示した冷却装置１Ｂを模式的に示しており、（ｂ）では、冷却装置１Ｂが備える間欠流発生装置２０Ｄを断面で模式的に示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【００１０】
図１は冷却装置１Ａが備える水冷エキマニ１０Ａを斜視図で模式的に示す図であり、図２は水冷エキマニ１０Ａを断面で示した冷却装置１Ａを模式的に示す図であり、図３は冷却装置１Ａが備える間欠流発生装置２０Ａを断面で模式的に示す図である。図１に示すように、冷却手段である水冷エキマニ１０Ａは、排気管を全体的に囲うように形成された外壁部１１Ａを備えている。図２に示すように、水冷エキマニ１０Ａの内部には、外壁部１１Ａと内壁部１２とで第１の冷却通路ＷＪ１が形成されている。また、内壁部１２は同時に排気管として排気通路も形成している。なお、図２では具体的な排気通路形状を図示省略してある。水冷エキマニ１０Ａには、第１の冷却水通路ＷＪ１に連通する第１の冷却水導入口１３と第１の冷却水排出口１４とが設けられている。
【００１１】
第１の冷却水導入口１３には、間欠流発生装置２０Ａが設けられている。図３に示すように、間欠流発生装置２０Ａの内部には、第２の冷却水通路ＷＪ２が設けられている。間欠流発生装置２０Ａには、第２の冷却水通路ＷＪ２に連通する第２の冷却水導入口２１と第２の冷却水排出口２２Ａとが設けられている。なお、第２の冷却水排出口２２と第１の冷却水導入口１３とは一体形成されてもよい。さらに間欠流発生装置２０Ａは回転部材である羽根車２３を備えている。羽根車２３は第２の冷却水排出口２２Ａの入口部２２１近傍、且つ第２の冷却水導入口２１の延長線上に中心をオフセットさせた形で設けられている。入口部２２１は羽根車２３の形状に合わせて円弧状に切り欠かれており、羽根車２３は入口部２２１を塞ぐことが可能な断面扇状の羽根２３１を複数（ここでは２つ）備えている。羽根２３１は、本実施例では具体的には羽根２３１の断面積と、羽根２３１同士の間に形成される断面扇状の空間の断面積とが互いに略等しくなるように、周方向に沿って略等間隔に設けられている。
【００１２】
次に冷却装置１Ａの作用効果について説明する。冷却装置１Ａには冷媒として図示しないエンジンの冷却水Ｗが供給される。冷却水Ｗは具体的には、まず第２の冷却水導入口２１を介して間欠流発生装置２０Ａに導入され、第２の冷却水排出口２２Ａを介して間欠流発生装置２０Ａから排出される。そして第２の冷却水排出口２２Ａから排出された冷却水Ｗは、第１の冷却水導入口１３を介して水冷エキマニ１０Ａに導入され、第１の冷却水排出口１４を介して水冷エキマニ１０Ａから排出される。水冷エキマニ１０Ａでは、流通する冷却水Ｗによって排気ガスＥｘが冷却される。
【００１３】
かかる流通過程において、第２の冷却水導入口２１には冷却水Ｗが定常流（一定流）として供給されている。一方、間欠流発生装置２０Ａ内では、羽根車２３が第２の冷却水導入口２１から導入された冷却水Ｗによって回転する。羽根車２３は、回転することで入口部２２１を開閉する。このため、冷却水Ｗは間欠流発生装置２０Ａから第２の冷却水排出口２２Ａを介して間欠的に排出される。すなわち、羽根車２３を備える間欠流発生装置２０Ａは冷却水Ｗにより駆動するとともに、水冷エキマニ１０Ａに供給される冷却水Ｗの流量を間欠的に変化させる機械式の流量変化手段として機能する。これにより、冷却水Ｗは次に示すように第１の冷却通路ＷＪ１を流通する。
【００１４】
図４は第１の冷却通路ＷＪ１を流通する冷却水Ｗの様子を断面で模式的に示す図である。なお、図４では、図４（ａ）で冷却装置１Ａの場合について示すとともに、比較のために図４（ｂ）で間欠流発生装置２０Ａを備えていない点以外、冷却装置１Ａと実質的に同一の冷却装置１Ｘの場合（すなわち水冷エキマニ１０Ａのみの場合）についても同時に示している。まず図４（ｂ）に示すように、冷却装置１Ｘの場合には、冷却水Ｗが第１の冷却通路ＷＪ１に定常流として供給されている。一方、冷却水Ｗが沸騰した場合には水蒸気が発生する。そして、発生した水蒸気は特定の流量と壁面温度で水蒸気膜Ｌを形成する。水蒸気膜Ｌは具体的には例えば内壁部１２のうち、対向する外壁部１１Ａが下に位置する箇所の壁面を覆うように形成される。そして水蒸気膜Ｌが内壁部１２の壁面を覆うように安定して形成されると、排気ガスＥｘから冷却水Ｗへの熱伝達率が低下し、この結果、排気ガスＥｘの冷却効果が損なわれてしまうことになる。
【００１５】
これに対して冷却装置１Ａの場合には、図４（ａ）に示すように、冷却水Ｗが間欠的な流量の変化を伴って、第１の冷却通路Ｗ１を流通する。この間欠流の流速は具体的には図５に示すように変化している。そして冷却装置１Ａでは、間欠流の流量変化によって、安定して形成される水蒸気膜Ｌを周期的に除去し、或いは減少させることができる。このため冷却装置１Ａでは、図６に示すように特定の流量と壁面温度で熱伝達率が低下することを防止或いは抑制できる。またこれにより、必要な冷却効果を得るための流量を少なくできるので、冷却水Ｗを圧送するウォータポンプ（図示省略）の小容量化にも寄与できる。さらに冷却装置１Ａでは、機械式で且つ簡素な構造の間欠流発生装置２０Ａで冷却水Ｗの流量を間欠的に変化させるため、低コストで効果を得ることができる。
このように冷却装置１Ａは、蒸発した冷却水Ｗが滞留することを防止或いは抑制し、以って排気ガスＥｘの冷却効果が損なわれることを防止或いは抑制でき、さらにかかる効果を低コストで得ることができる。
【００１６】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例では、水冷エキマニ１０Ａが冷却手段である場合について詳述した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、冷却手段は例えばエンジンの排気ポート周りに冷却水などの冷媒を流通させる流路を形成する流路形成部などであってもよい。
また水冷エキマニ１０Ａの具体的な構成は必ずしも上述した実施例の構成に限られず、冷媒によって排気マニホルドの全部または一部を冷却することが可能なその他の適宜の構成であってもよい。この点、水冷エキマニ１０Ａは具体的には例えば図７に断面で模式的に示すように、断面Ｕの字状に第１の冷却通路ＷＪ１を形成するように構成することができる。
【００１７】
また本発明においては、流量変化手段で供給される冷媒の量を間欠的に変化させるにあたり、変化の周期は必ずしも等間隔でなくてもよく、さらに流量増大時（または流量減少時）の流量は必ずしもすべて互いに略等しくなるように設定されなくてもよい。
また本発明においては、流量変化手段で供給される冷媒の量を間欠的に変化させるにあたり、冷媒の量は増大時と減少時との間の流量変化で水蒸気膜を除去或いは減少できるように設定されればよく、減少時の流量はゼロでなくてもよい。
この点、例えば上述した実施例では、羽根車２３を備える間欠流発生装置２０Ａが流量変化手段である場合について詳述したが、例えば以下に示す間欠流発生装置２０Ｂや２０Ｃや２０Ｄで流量変化手段を実現することもできる。
【００１８】
図８は、間欠流発生装置２０Ｂを断面で模式的に示す図である。間欠流発生装置２０Ｂは、羽根車２３の代わりに振動部材２４を備えている点と、第２の冷却水排出口２２Ａの代わりに、特段切り欠かれていない入口部２２２を有する第２の冷却水排出口２２Ｂを備えている点以外、間欠流発生装置２０Ａと実質的に同一のものとなっている。振動部材２４は具体的には入口部２２２に対して斜めに覆い被さるようにして配置された振動板となっており、その一端部が入口部２２２近傍で片持ち状に支持されるとともに、他端部が第２の冷却水導入口２１の延長線上に位置するように設けられている。間欠流発生装置２０Ｂでは、第２の冷却水導入口２１から導入された冷却水Ｗによって、振動部材２４が振動するため、これにより入口部２２２に流入する冷却水Ｗの流量を間欠的に変化させることができる。すなわち、流量変化手段は例えばこのように冷却手段に供給される冷媒の流量を振動によって間欠的に変化させるものであってもよい。
【００１９】
また、図９は間欠流発生装置２０Ｃを断面で模式的に示す図である。間欠流発生装置２０Ｃは、羽根車２３の代わりにカルマン渦発生部材２５を備えている点以外、間欠流発生装置２０Ａと実質的に同一のものとなっている。カルマン渦発生部材２５は具体的には冷却水導入口２１の延長線上、且つ入口部２２１よりも冷却水導入口２１側に位置するように設けられている。間欠流発生装置２０Ｃでは、第２の冷却水導入口２１から冷却水Ｗが導入されると、カルマン渦発生部材２５によってカルマン渦が生成されるため、これにより入口部２２１に流入する冷却水Ｗの流量を間欠的に変化させることができる。すなわち、流量変化手段は例えばこのように冷却手段に供給される冷媒の流量を流体の自励現象によって間欠的に変化させるものであってもよい。
【００２０】
また、図１０は間欠流発生装置２０Ｄを備える冷却装置１Ｂを模式的に示す図である。図１０（ａ）に示すように、冷却装置１Ｂは水冷エキマニ１０Ａの代わりに水冷エキマニ１０Ｂを備える点と、間欠流発生装置２０Ａの代わりに間欠流発生装置２０Ｄを備えている点以外、冷却装置１Ａと実質的に同一のものとなっている。水冷エキマニ１０Ｂは、外壁部１１Ａの代わりに第１の冷却水導入口１３が２つ設けられた外壁部１１Ｂを備えている点以外、水冷エキマニ１０Ａと実質的に同一のものとなっている。間欠流発生装置２０Ｄは、２つの第１の冷却水導入口１３に対応する２つの第２の冷却水排出口２２Ｂを備えている点と、図１０（ｂ）に示すように羽根車２３の代わりに２つの第２の冷却水排出口２２Ｂそれぞれに対応させて設けられた回動部材２６を備えている点以外、間欠流発生装置２０Ａと実質的に同一のものとなっている。
【００２１】
回動部材２６は具体的には「く」の字状に折れ曲がるとともに、２つの入口部２２２それぞれに対して覆い被さるようにして配置された板となっており、中間部が第２の冷却水導入口２１の延長線上、且つ２つの入口部２２２それぞれの中央付近で回動自在に支持されている。間欠流発生装置２０Ｄでは、第２の冷却水導入口２１から冷却水Ｗが導入されると、回動部材２６が２つの入口部２２２を交互に開閉するように作用するため、これにより入口部２２２に流入する冷却水Ｗの流量を間欠的に変化させることができる。すなわち、流量変化手段は例えばこのように２つの経路で冷却手段に冷媒を供給する場合に、２つの経路を交互に開閉するようにして冷却手段に供給される冷媒の流量を間欠的に変化させるものであってもよい。
またこのほか間欠流を発生させる流量変化手段として、例えば電動式のウォータポンプを用い、電動式のウォータポンプへの通電量を変化させることで間欠流を発生させてもよい。
【符号の説明】
【００２２】
１      冷却装置                  １０    水冷エキマニ
２０    間欠流発生装置            ２３    羽根車
２４    振動部材                  ２５    カルマン渦発生部材
２６    回動部材
【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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【図８】
2010196514.tif 000010
【図９】
2010196514.tif 000011
【図１０】
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