(57)【要約】【課題】簡単な構成で冷却機構付部材への冷媒の供給を制限できる内燃機関構造を提供する。【解決手段】主冷媒流路８を内蔵するシリンダヘッド２０を有する内燃機関２と、排気ガスが流れるガス流路および副冷媒流路９を有する冷却機構付部材３と、を備える内燃機関構造１である。主冷媒流路８は、シリンダヘッド２０内の排気経路４を挟むように配置される第一流路８１と第二流路８２とを備え、第一流路８１は、局所的に流路断面積が小さくなった第一絞り部８１ｓを有し、第二流路８２は、局所的に流路断面積が小さくなった第二絞り部８２ｓを有する。副冷媒流路９の出口９Ｂが第一絞り部８１ｓに連通し、副冷媒流路９の入口９Ａが第二流路８２における第二絞り部８２ｓ以外の部分に連通する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が循環される主冷媒流路を内蔵するシリンダヘッドを有する内燃機関と、
前記シリンダヘッドの排気側に近接または当接して設けられ、排気ガスが流れるガス流路、および前記シリンダヘッド内の前記冷媒の一部を循環させる副冷媒流路を有する冷却機構付部材と、を備える内燃機関構造であって、
前記主冷媒流路は、前記シリンダヘッド内の排気経路を挟むように配置される第一流路と第二流路とを備え、
前記第一流路は、局所的に流路断面積が小さくなった第一絞り部を有し、
前記第二流路は、局所的に流路断面積が小さくなった第二絞り部を有し、
前記副冷媒流路の出口が前記第一絞り部に連通し、前記副冷媒流路の入口が前記第二流路における前記第二絞り部以外の部分に連通する内燃機関構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスのガス流路と冷媒流路の両方を備えるターボチャージャーなどの冷却機構付部材を備える内燃機関構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境負荷に対する配慮から、近年ダウンサイジングターボを採用する車両が増えている。内燃機関のシリンダヘッドの排気側に近接して設けられるターボチャージャーは、排気ガスが流れるガス流路を有し、排気ガスの流れを利用して吸気を圧縮する装置である。例えば特許文献１には、シリンダヘッドに内蔵される主冷媒流路（ウォータージャケット）を循環する冷媒の一部をターボチャージャーにも循環させる副冷媒流路（供給側パイプおよび返還側パイプ）を備える構成が開示されている。特許文献１ではターボチャージャーに副冷媒流路を設けることで、ターボチャージャーの軸受部を冷却することができるとしている。また、副冷媒流路を形成することで、排気ガスを冷却する効果もあると考えられる。
【０００３】
ガス流路と副冷媒流路とを備える冷却機構付部材として、上記ターボチャージャーの他に、特許文献２に記載される排気冷却用アダプタを挙げることができる。排気冷却用アダプタは、シリンダヘッド内の排気経路とエキゾーストマニホールドとの間に設けられる水冷式の継手である。この構成によれば、排気ガスを冷却することができ、触媒が過熱されて溶損することを抑制できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６１６８９号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３６８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の始動時には、触媒を早期に暖機して触媒反応を促進したいというニーズがある。そのためには、内燃機関の始動時に副冷媒流路への冷媒の供給を制限する電磁弁などの流量制限装置を設ければ良いが、そのような流量制限装置の構築は煩雑で、コストを含めた車両の生産性を低下させる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、簡単な構成で冷却機構付部材への冷媒の供給を制限できる内燃機関構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態に係る内燃機関構造は、
冷媒が循環される主冷媒流路を内蔵するシリンダヘッドを有する内燃機関と、
前記シリンダヘッドの排気側に近接または当接して設けられ、排気ガスが流れるガス流路、および前記シリンダヘッド内の前記冷媒の一部を循環させる副冷媒流路を有する冷却機構付部材と、を備える内燃機関構造であって、
前記主冷媒流路は、前記シリンダヘッド内の排気経路を挟むように配置される第一流路と第二流路とを備え、
前記第一流路は、局所的に流路断面積が小さくなった第一絞り部を有し、
前記第二流路は、局所的に流路断面積が小さくなった第二絞り部を有し、
前記副冷媒流路の出口が前記第一絞り部に連通し、前記副冷媒流路の入口が前記第二流路における前記第二絞り部以外の部分に連通する。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、内燃機関の始動時など、内燃機関が低回転で動作するときは、冷却機構付部材への冷媒の供給を制限することができ、内燃機関が高回転（車両の通常走行時以上の回転数）で動作するときは、冷却機構付部材への冷媒の供給を増加させることができる。そのため、内燃機関の始動時などには排気ガスが過度に冷却されることがなく、触媒の早期の暖機を促進することができる。また、内燃機関の高回転時には、排気ガスが効果的に冷却され、触媒の溶損が抑制される。上述したように冷却機構付部材への冷媒の供給量を調整できるのは、冷却機構付部材に備わる副冷媒流路の出口が第一絞り部に連通し、副冷媒流路の入口が絞り部以外の部分に連通しているからである。その詳しいメカニズムについては、後述する実施形態に示す。
【０００９】
また、上述した冷却機構付部材への冷媒の供給量の調整は、電子的な制御を用いることなく、構造的な構成のみで達成されている。そのため、コストを含めた車両の生産性の低下や、車両重量の増加を招くことなく、冷却機構付部材への冷媒の供給量の調整を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る内燃機関構造の概略構成図である。
【図２】実施形態に係る内燃機関構造における主冷媒流路と副冷媒流路との接続状態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の内燃機関構造の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されず、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１２】
＜実施形態１＞
≪全体構成≫
図１は、内燃機関構造１における内燃機関２近傍の概略上面図である。内燃機関２の排気側（紙面左側）に近接する位置には、排気ガスが流れるガス流路３ｗと冷媒が流通される冷媒流路（図２）とを備え、排気ガスを冷却することができる冷却機構付部材３が設けられている。
【００１３】
本例の冷却機構付部材３は、ターボチャージャーである。ターボチャージャー３は、エキゾーストマニホールド４の下流側に配置されるタービンホイール３０と、インテークマニホールド５の上流側に設けられるコンプレッサーホイール３１と、両ホイール３０，３１を繋ぐシャフト３２と、を備える。エキゾーストマニホールド４からの排気ガスは、タービンホイール３０を回転させてから、排気管４０を通って図示しない触媒装置に導入される（塗り潰し矢印参照）。タービンホイール３０の回転に伴ってコンプレッサーホイール３１が回転し、吸気管５０からの吸気が圧縮され、インテークマニホールド５に導入される（白抜き矢印参照）。ターボチャージャー３の過給によって、内燃機関２は排気量以上の出力を得ることができる。
【００１４】
ターボチャージャー３は、タービンホイール３０が配置されるガス流路３ｗに加えて、図２に示すように、冷媒を循環させる副冷媒流路９を備える。副冷媒流路９は、シリンダヘッド２０の内部に形成される主冷媒流路８に繋がり、主冷媒流路８の冷媒の一部をターボチャージャー３の内部に循環させる。本例の内燃機関構造１は、ターボチャージャー３に設けられる副冷媒流路９への冷媒の供給量を調整する機構を備えることを特徴の一つとする。以下、副冷媒流路９への冷媒の供給量の調整に関連する主冷媒流路８と副冷媒流路９の構成を図２に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
≪主冷媒流路≫
主冷媒流路８は、シリンダヘッド２０内に形成される排気経路２１の上方に配置される上側流路（第一流路）８１と、排気経路２１の下方に配置される下側流路（第二流路）８２と、を備える。上方流路８１と下方流路８２とで、排気経路２１を上下から挟みこんでいる。上側流路８１と下側流路８２とは、冷媒の上流側部分８０から分岐し、冷媒の下流側部分８３で合流しており、両流路８１，８２に流れる冷媒の流量はほぼ等しくなっている。大凡の冷媒の流れを白抜き矢印で示す。ここで、本例の内燃機関構造１は、エキゾーストマニホールドをシリンダヘッド２０に一体化した構成であり、上記排気経路２１がエキゾーストマニホールドである。
【００１６】
上側流路８１は、局所的に流路断面積が小さくなった上側絞り部（第一絞り部）８１ｓを備える。上側絞り部８１ｓの流路断面積は、それ以外の部分の流路断面積の半分以下となっている。また、下側流路８２も、局所的に流路断面積が小さくなった下側絞り部（第二絞り部）８２ｓを備えている。下側絞り部８２ｓの流路断面積は、下側流路８２における冷媒の流量が、上側絞り部８１ｓを備える上側流路８１における冷媒の流量と殆ど同じとなるように設定されている。例えば、下側絞り部８２ｓの流路断面積を上側絞り部８１ｓの流路断面積と同じとすることが挙げられる。もちろん、両絞り部８１ｓ，８２ｓの流路断面積は異なっていても構わないが、その場合でも、両流路８１，８２における冷媒の流量がほぼ同じとなるようにする。
【００１７】
≪副冷媒流路≫
副冷媒流路９は、主としてターボチャージャー３のタービンホイール３０（図１）のガス流路３ｗを冷却できるように配置することが好ましい。そうすることで、副冷媒流路９に冷媒を循環させることで、排気ガスを冷却でき、触媒が過熱されることを抑制できる。
【００１８】
副冷媒流路９は、主冷媒流路８よりも流路断面積が小さく、そのため、副冷媒流路９の流路抵抗は主冷媒流路８の流路抵抗よりも高い。この副冷媒流路９の入口９Ａは、下側流路８２における下側絞り部８２ｓ以外の部分に連通している。一方、副冷媒流路９の出口９Ｂは、上側流路８１の上側絞り部８１ｓに連通している。
【００１９】
≪効果≫
上述した構成を備える本例の内燃機関構造１によれば、内燃機関２の始動時など、内燃機関２が低回転で動作するときは、ターボチャージャー３への冷媒の供給を制限することができ、内燃機関２が高回転（例えば、２０００ｒｐｍ以上）で動作するときは、ターボチャージャー３への冷媒の供給を増加させることができる。そのため、内燃機関２の始動時などには排気ガスが過度に冷却されることがなく、触媒の早期の暖機を促進することができる。また、内燃機関２の高回転時には、排気ガスが効果的に冷却され、触媒の溶損が抑制される。
【００２０】
ここで、内燃機関２の低回転時に冷媒を制限できるのは、内燃機関２の回転を利用する冷媒の圧送装置が低駆動状態で、主冷媒流路８を流れる冷媒の流量が少ないからである。副冷媒流路９の流路抵抗は、主冷媒流路８の流路抵抗よりも高いため、主冷媒流路８の流量が少ないと副冷媒流路９に冷媒が流入し難く、従ってターボチャージャー３への冷媒の供給が制限される。一方、内燃機関２が高回転で動作すると、主冷媒流路８の冷媒の流量が増加し、副冷媒流路９にも冷媒が流入し易くなる。また、副冷媒流路９の出口９Ｂが上側絞り部８１ｓに繋がっていることも、副冷媒流路９への冷媒の流入を増加させる要因である。流路断面積が狭い上側絞り部８１ｓでは冷媒の流速が速くなるため、ベンチュリ効果によって上側絞り部８１ｓに繋がる副冷媒流路９の出口９Ｂから上側絞り部８１ｓに冷媒が吸い出される。その結果、副冷媒流路９への冷媒の循環が促進される。
【００２１】
本例の内燃機関構造１では、上側絞り部８１ｓと下側絞り部８２ｓの流路断面積を揃えることで、両流路８１，８２の流量をほぼ同じに揃えている。そのため、主冷媒流路８が形成されるシリンダヘッド２０の全体を均一的に冷却することができる。
【００２２】
本例の内燃機関構造１では、副冷媒流路９の出口９Ｂが上側流路８１に繋がっているため、副冷媒流路９で冷媒にエアが混入しても、冷媒のエア抜きを行ない易い。
【００２３】
本例の内燃機関構造１では、ターボチャージャー３への冷媒の供給量の調整は、電子的な制御を用いることなく、構造的な構成のみで達成されている。そのため、コストを含めた車両の生産性の低下や、車両重量の増加を招くことなく、ターボチャージャー３への冷媒の供給量の調整を行なうことができる。
【００２４】
＜実施形態２＞
図２の下側流路８２を第一流路、上側流路８１を第二流路として、副冷媒流路９の入口９Ａと出口９Ｂを主冷媒流路８に繋いでも良い。具体的には、上側流路８１における上側絞り部８１ｓ以外の部分に、副冷媒流路９の入口９Ａを繋ぎ、下側流路８２の下側絞り部８２ｓに、副冷媒流路９の出口９Ｂを繋ぐ構成であっても良い。
【００２５】
＜実施形態３＞
冷却機構付部材は、ターボチャージャーに限定されるわけではない。例えば、特許文献２に記載の排気冷却用アダプタを本例における冷却機構付部材と規定し、実施形態１，２の構成を適用すれば良い。その他、エキゾーストマニホールドの外周に副冷媒流路を配置したものを本例の冷却機構付部材と規定し、実施形態１，２の構成を適用することもできる。
【符号の説明】
【００２６】
１  内燃機関構造
２  内燃機関  ２０  シリンダヘッド  ２１  排気経路
３  ターボチャージャー（冷却機構付部材）
３ｗ  ガス流路
３０  タービンホイール  ３１  コンプレッサーホイール  ３２  シャフト
４  エキゾーストマニホールド  ４０  排気管
５  インテークマニホールド  ５０  吸気管
８  主冷媒流路
８１  上側流路（第一流路）  ８２  下側流路（第二流路）
８１ｓ  上側絞り部（第一絞り部）  ８２ｓ  下側絞り部（第二絞り部）
８０  上流側部分  ８３  下流側部分
９  副冷媒流路
９Ａ  入口  ９Ｂ  出口
【図１】
2018193904.tif 000003
【図２】
2018193904.tif 000004