(57)【要約】【課題】本発明は、シリンダボア壁のピストン上死点近傍を冷却するとともに、シリンダボア壁のピストンとの摺動部を暖機し、フリクションを低減する熱輸送装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の熱輸送装置（１）は、エンジンのシリンダボア壁におけるピストンの上死点近傍（５）に配置した蒸発部（７）において蒸発させた熱媒体を、シリンダボア壁におけるピストンの下死点近傍（６）へ流入させ、上死点近傍（５）から下死点近傍（６）へ熱の輸送を行うループ型ヒートパイプ（４）を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの高温部に配置した蒸発部において熱を得て蒸発した熱媒体を、低温部へ流入させるループ型ヒートパイプを備えたことを特徴とする熱輸送装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱輸送装置において、
前記高温部は、シリンダボア壁におけるピストンの上死点近傍に設定したことを特徴とする熱輸送装置。
【請求項３】
請求項１記載の熱輸送装置において、
前記蒸発部は、ループ型ヒートパイプの前記高温部における熱媒体流通方向下流側に配置されたことを特徴とする熱輸送装置。
【請求項４】
請求項１記載の熱輸送装置において、
前記蒸発部は、熱媒体を液体状態で保持するウィックを備え、当該ウィックの外側表面から熱媒体を蒸発させることを特徴とする熱輸送装置。
【請求項５】
請求項１記載の熱輸送装置において、
前記ループ型ヒートパイプは、エンジンのクランク軸方向に配列されたシリンダの配列に沿わせて配置されたことを特徴とする熱輸送装置。
【請求項６】
請求項１記載の熱輸送装置において、
前記ループ型ヒートパイプは、エンジンのクランク軸方向に配列されたシリンダの配列に沿わせて複数配置されたことを特徴とする熱輸送装置。
【請求項７】
請求項１記載の熱輸送装置において、
前記ループ型ヒートパイプは、エンジンのシリンダの側方に、各シリンダに対応して配置されたことを特徴とする熱輸送装置。
【請求項８】
請求項１記載の熱輸送装置において、
前記ループ型ヒートパイプは、エンジンにおけるシリンダボア間壁に配置されたことを特徴とする熱輸送装置。
【請求項９】
請求項１記載の熱輸送装置において、
前記ループ型ヒートパイプに封入する液体状態の熱媒体の体積が、前記蒸発部を除く前記ループ型ヒートパイプの容積よりも大きいことを特徴とする熱輸送装置。
【請求項１０】
請求項１記載の熱輸送装置において、
作動時に常に前記蒸発部に液体状態の熱媒体が残存するように前記ループ型ヒートパイプに熱媒体を封入することを特徴とする熱輸送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの高温部から低温部へ熱を輸送する熱輸送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンのシリンダボア壁は、ピストン上死点からシリンダヘッド側において、燃料が燃焼する燃焼室を形成しているため、このピストン上死点近傍は、燃焼によって発生する熱が伝わり高温となる。ところが、このように高温となるシリンダボア壁は、近傍を流通する冷却水から冷却されるのみであるため、冷却効率が悪く、ノッキングを発生する一因となることがあった。
【０００３】
このような問題を解決するためのエンジンの冷却装置が、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１のエンジンの冷却装置は、シリンダボア壁の上部とこのシリンダボア上部より低温の部位、例えば、シリンダヘッド、シリンダボア壁下部、ウォータジャケット等との間にシリンダボア壁よりも熱伝導率の高い材質からなる伝熱部材を配置している。これにより、この伝熱部材によってシリンダボア壁上部の熱がシリンダヘッド、シリンダボア壁下部、ウォータジャケット内の冷却水へと伝導され、シリンダボア壁上部の温度を低下させている。このように、特許文献１のエンジンの冷却装置は、シリンダボア壁上部の温度を低下させることによって、ノッキングの発生低減や燃費向上及び出力向上を図っている。
【０００４】
【特許文献１】実開平６−４３２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、このようなエンジンの冷却装置は、伝熱部材によってシリンダボア壁上部の熱が、シリンダヘッド、シリンダボア壁下部、ウォータジャケット内の冷却水へと伝達されるので、シリンダヘッド、シリンダボア壁下部が暖機され、ウォータジャケット内の冷却水が温められる。特に、エンジンの暖機中に、シリンダボアの壁面の暖機が促進されると、より早期に潤滑油の粘度が低下し、ピストンとの摺動が滑らかになるため、摺動部のフリクションが低減され、燃費が改善される。
【０００６】
このように、シリンダボア壁のピストン上死点近傍を冷却しつつ、シリンダボア壁のピストンとの摺動部を暖機することは、エンジンのノック改善、燃費向上等の効果が得られる。
【０００７】
本発明は、従来技術とは異なる他の手段を用いて、シリンダボア壁のピストン上死点近傍を冷却するとともに、シリンダボア壁のピストンとの摺動部を暖機し、フリクションを低減する熱輸送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】
【０００８】
かかる課題を解決する本発明の熱輸送装置は、エンジンの高温部に配置した蒸発部において熱を得て蒸発した熱媒体を、低温部へ流入させるループ型ヒートパイプを備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、熱輸送装置は、高温部において蒸発する熱媒体を介して、高温部の熱を低温部へ輸送することができる。これにより、熱輸送装置は高温部を冷却するとともに低温部を暖機することができる。この高温部及び低温部とは、温度差の生じた領域を二つの領域に分割し、温度の高い領域を高温部、温度の低い領域を低温部として認定することができる。また、この温度差の生じた領域は、温度差の生じた領域内の任意の位置を境に高温部と低温部に分割できる。
【０００９】
このような熱輸送装置に備えられたループ型ヒートパイプによる熱輸送では、ループ型ヒートパイプ内に封入された熱媒体が高温部から熱を得て蒸発部で蒸発する。この蒸発した熱媒体は、低温部へ流入し、低温部と熱交換をして凝縮する。このように、熱輸送装置は、熱媒体を介し、熱媒体の潜熱を利用して、高温部から熱を奪い冷却し、低温部へ熱を与えて暖機することができる。また、このような熱輸送装置の熱媒体は、ループ型ヒートパイプ内を一方向に循環する。このような熱媒体の潜熱を利用した熱輸送は、伝熱部材を用いた熱伝導に比べて、伝熱性能を大きく向上することができる。なお、このような熱媒体は、水、フロン、ブタンの種々の媒体から選択することができる。また、熱媒体は、蒸発しやすくするため、減圧してループ型ヒートパイプに封入することができる。
【００１０】
特に、シリンダボア壁のピストン上死点近傍は、エンジンの燃焼により高温となる。このため、例えば、本発明の熱輸送装置における前記高温部は、シリンダボア壁におけるピストンの上死点近傍に設定することができる（請求項２）。これにより、シリンダボア壁におけるピストン上死点近傍から熱を奪い冷却することができる。さらに、このようなシリンダボア壁のピストン上死点近傍で得られる熱は、このピストン上死点近傍の部位よりも低温の部位、例えば、シリンダボア壁のクランク近傍部位へ熱を輸送することができる。シリンダボア壁のピストン上死点からクランク側は、ピストンとの摺動部に相当するので、この部位へ熱を輸送して暖機すると、潤滑油の粘度が低下し、ピストンとのフリクションを低減することができる。
【００１１】
このような熱輸送装置において、前記蒸発部は、ループ型ヒートパイプの前記高温部における熱媒体流通方向下流側に配置された構成とすることができる（請求項３）。このような構成とすることにより、熱媒体は、液体のままループ型ヒートパイプの高温部を流通するので、蒸発した熱媒体が流通する場合と比較して、管内圧損を抑制することができる。
【００１２】
さらに、この前記蒸発部は、熱媒体を液体状態で保持するウィックを備え、当該ウィックの外側表面から熱媒体を蒸発させる構成とすることができる（請求項４）。このような構成とすることにより、蒸発部において熱媒体を蒸発しやすくすることができる。
【００１３】
このような熱輸送装置において、前記ループ型ヒートパイプは、エンジンのクランク軸方向に配列されたシリンダの配列に沿わせて配置された構成とすることができる（請求項５）。また、エンジンのクランク軸方向に配列されたシリンダの配列に沿わせて、前記ループ型ヒートパイプが複数配置された構成とすることもでき（請求項６）、前記ループ型ヒートパイプが、シリンダの側方に、各シリンダに対応して配置された構成とすることができる（請求項７）。
【００１４】
さらに、前記ループ型ヒートパイプは、エンジンにおけるシリンダボア間壁に配置された構成とすることができる（請求項８）。すなわち、クランク軸方向を横断するように配置することができる。
【００１５】
上記のように、本発明の熱輸送装置は、ループ型ヒートパイプ内に封入された熱媒体が高温部から低温部へ熱を輸送する構成となっている。ところが、このような熱媒体の循環による熱の輸送は、蒸発部で蒸発した熱媒体が再び蒸発部に戻る前に、蒸発部において液体状態の熱媒体が枯渇してしまうと熱の輸送が停止してしまうため、液体状態の熱媒体が蒸発部に残存していることが必要である。このため、このようなエンジンの暖機装置は、前記ループ型ヒートパイプへ封入する液体状態の熱媒体の体積が、前記蒸発部を除く前記ループ型ヒートパイプの容積よりも大きく設定されている（請求項９）。また、このような熱輸送装置では、作動時に常に前記蒸発部に液体状態の熱媒体が残存するように前記ループ型ヒートパイプに熱媒体を封入する構成とすることができる（請求項１０）。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の熱輸送装置は、エンジンの高温部から熱を得て蒸発させた熱媒体を低温部へ流入させるループ型ヒートパイプを備えたことにより、シリンダボア壁のピストン上死点近傍を冷却するとともに、シリンダボア壁のピストンとの摺動部を暖機し、ピストンとのフリクションを低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例の熱輸送装置１が組み込まれたシリンダブロック２の概略構成を示した説明図であって、シリンダブロック２をシリンダヘッド（図示しない）側から見た状態を示している。図２は図１におけるＡ−Ａ断面図を示し、図３は図１におけるＢ−Ｂ断面拡大図を示している。
【００１９】
シリンダブロック２の内部には、四本のシリンダ３がエンジンのクランク軸（図示しない）方向に配列されている。このシリンダ３の内部には、ピストン（図示しない）が往復可能に収納される。また、シリンダブロック２には、シリンダ３の外側に冷却水が流通するウォータジャケット８が形成されている。
【００２０】
さらに、シリンダブロック２には、シリンダ３の配列に沿わせてループ型ヒートパイプ４が形成されている。このループ型ヒートパイプ４は、エンジン本体の高温部と低温部とを通過するように形成されている。本実施例では、高温部はシリンダボア壁におけるピストンの上死点近傍５に設定されており、低温部はエンジン運転時にピストンの上死点近傍５よりも低温となるシリンダボア壁におけるピストンの下死点近傍６に設定されている。また、このループ型ヒートパイプ４は、図２に示すように、上死点近傍５と下死点近傍６を通過する循環路となっている。このループ型ヒートパイプ４内部には、作動流体として熱媒体が封入され、この熱媒体は、蒸発と凝縮を行い、ループ型ヒートパイプ４内を循環する。
【００２１】
さらに、このループ型ヒートパイプ４は蒸発部７を備えている。この蒸発部７は、図２に示すように、ループ型ヒートパイプ４のエンジンの高温部となる上死点近傍５における熱媒体流通方向下流側４ａに配置されている。
【００２２】
図４は、蒸発部７の概略構成を示した説明図である。蒸発部７は、気室７ａ、ウィック部７ｂ、液室７ｃとから構成されている。ウィック部７ｂは、気室７ａと液室７ｃとの境界となるように配置されて、気室７ａと液室７ｃとを分離している。すなわち、蒸気部７は、ウィック部７ｂの外側に気室７ａ、ウィック部７ｂの内側に液室７ｃが配置された構成となっている。このウィック部７ｂは多孔構造体からなり、毛細管現象により内部に液体を保持することができる。蒸発部７は、熱媒体を液体状態で保持するウィック部７ｂの外側表面から、上死点近傍５から得られる熱により熱媒体を蒸発させる。
【００２３】
また、このループ型ヒートパイプ４へ封入される液体状態の熱媒体の体積は、蒸発部７を除くループ型ヒートパイプ４の容積よりも大きく設定されている。換言すると、作動時に常に蒸発部７に液体状態の熱媒体が残存するように設定されている。なお、本実施例の熱輸送装置は、熱媒体を蒸発しやすいように減圧してループ型ヒートパイプ４の内部に封入している。
【００２４】
次に、ループ型ヒートパイプ４に封入された熱媒体の行う熱輸送について説明する。エンジンの燃焼室内において燃焼が起こると、燃焼熱が発生する。この熱は、燃焼室を形成するシリンダボア壁の上死点近傍５へ伝わり、上死点近傍５を暖機する。さらに、この熱は、上死点近傍５におけるループ型ヒートパイプ４内の熱媒体を温める。上死点近傍５におけるループ型ヒートパイプ４内の熱媒体は、エンジン始動時点では液体状態に保たれているが、このように熱を付与されて蒸発温度に到達すると、蒸発部７のウィック部７ｂの外側表面から蒸発して、気室７ａを充満する。気室７ａ内は、ウィック部７ｂからの熱媒体の気化により圧力が上昇するので、圧力の低い下死点近傍６側へ気化した熱媒体が流れ始める。このとき、ウィック部７ｂは、外側表面の熱媒体が蒸発すると、さらに、液室７ｃ側から熱媒体を吸い込み、次の蒸発が起こる。エンジンの燃焼が活性化すると、シリンダブロック２の上死点近傍５はさらに加熱され高温となり、ウィック部７ｂからの熱媒体の気化が促進され、より多くの蒸気が発生する。このように、ウィック部７ｂから次々と熱媒体が蒸発して、ループ型ヒートパイプ４内の上死点近傍５から下死点近傍６へ向かう流れが継続する。
【００２５】
このように、高温の上死点近傍５から熱を得て、蒸発部７で蒸発した熱媒体は、ループ型ヒートパイプ４の下死点近傍６側を流通する間に、シリンダボア壁の下死点近傍６と熱交換する。これにより、熱媒体は熱を失い、凝縮する温度に達すると液化する。このように液化した熱媒体は、後続の蒸気から押し出され、ループ型ヒートパイプ４の上死点近傍５へ流入する。また、ウィック部７ｂから気室７ａへ熱媒体が蒸発すると、液室７ｃの熱媒体がウィック部７ｂへ次々と吸い込まれる。このような熱媒体の流れが継続するので、ループ型ヒートパイプ４の上死点近傍５では、液室７ｃへ向かう流れが生じる。
【００２６】
このように、ループ型ヒートパイプ４では、熱媒体が循環し、高温である上死点近傍５から低温である下死点近傍６へ向けて、熱が輸送されている。次に、この熱の輸送による効果について説明する。図５は、摩擦係数と潤滑形態との関係を示した説明図である。図５の横軸は、粘度とすべり速度の積を面圧で除した潤滑部位の二面間の潤滑状態を表す無次元量Ｘを示し、縦軸は、摩擦係数を示している。また、図５の説明図は、ストライベック線図とも呼ばれている。図５に示すように、Ｘが小さいときは、潤滑部位二面間の距離が近く、油膜が薄いため、摩擦係数の大きい境界潤滑の領域に相当する。境界潤滑の領域ではＸが大きくなるにつれ、油膜が厚くなり、摩擦が低下する。さらにＸが大きくなると、混合潤滑の領域に到達する。この領域では、摩擦係数が最も低くなる油膜厚さが得られ、二物体の摺動に最も適している。混合潤滑の領域から、さらにＸが大きくなると、流体潤滑の領域に到達する。この領域では、Ｘが増加するほど、潤滑油の粘度が増加するため摩擦係数が増加する。
【００２７】
まず、シリンダボア壁の上死点近傍５に着目する。従来のシリンダボア壁の上死点近傍における潤滑状態は、境界潤滑と混合潤滑との境界上に位置し、摩擦係数が大きい。本発明のシリンダボア壁の上死点近傍５では、ループ型ヒートパイプ４内の熱媒体は、シリンダボア壁から熱を奪って冷却する。すなわち、上死点近傍５は、熱媒体により冷却され温度が低下する。上死点近傍５の温度が低下すると、上死点近傍５のシリンダボア壁に付着する潤滑油の粘度が上昇する。これにより、上死点近傍５におけるピストンとシリンダボア壁との摺動部のＸの値は上昇する。このように、本実施例のシリンダボア壁の上死点近傍５におけるＸの値が上昇するので、上死点近傍５のピストンとシリンダボア壁との潤滑状態が混合潤滑となり、摩擦係数が減少する。
【００２８】
次に、シリンダボア壁の下死点近傍６に着目する。従来のシリンダボア壁の下死点近傍における潤滑状態は、流体潤滑であって摩擦係数がやや大きい。本発明のシリンダボア壁の下死点近傍６では、ループ型ヒートパイプ４内の熱媒体は、シリンダボア壁へ熱を付与して暖機する。すなわち、下死点近傍６は、熱媒体により暖機され温度が上昇する。下死点近傍６の温度が上昇すると、下死点近傍６のシリンダボア壁に付着する潤滑油の粘度が低下する。これにより、下死点近傍６におけるピストンとシリンダボア壁との摺動部のＸの値は低下する。このように、本実施例のシリンダボア壁の下死点近傍６におけるＸの値が低下するので、下死点近傍６におけるピストンとシリンダボア壁との潤滑状態が混合潤滑の領域に近づき、摩擦係数が減少する。
【００２９】
このように上死点近傍５の冷却と下死点近傍６の暖機とを行うことにより、摺動部の潤滑状態が改善される。このように、潤滑状態が改善されると、エンジンの燃費及び出力を向上することができる。
【実施例２】
【００３０】
次に、本発明の実施例２について図６を参照して説明する。図６は、本実施例の熱輸送装置１１を組み込んだシリンダブロック１２をシリンダヘッド（図示しない）側から見た説明図である。
【００３１】
シリンダブロック１２は、実施例１のシリンダブロック２とほぼ同様の構成をしている。しかしながら、シリンダブロック２は、配列された四本のシリンダ３に沿うようにループ型ヒートパイプ４が形成されているのに対して、シリンダブロック１２では、配列された二本のシリンダ３に対してループ型ヒートパイプ１４が沿うように形成されている点で、実施例１のシリンダブロック２と実施例２のシリンダブロック１２とは相違している。すなわち、ループ型ヒートパイプ１４は、エンジンのクランク軸方向に配列されたシリンダの配列に沿わせて複数形成されている。また、これらのループ型ヒートパイプ１４はそれぞれ蒸発部７を備え、それぞれ、熱媒体が封入され、高温部から低温部へ熱の輸送が行われる。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【実施例３】
【００３２】
次に、本発明の実施例３について図７を参照して説明する。図７は、本実施例の熱輸送装置２１を組み込んだシリンダブロック２２をシリンダヘッド（図示しない）側から見た説明図である。
【００３３】
シリンダブロック２２は、実施例１のシリンダブロック２とほぼ同様の構成をしている。しかしながら、シリンダブロック２は、配列された四本のシリンダ３に沿うようにループ型ヒートパイプ４が形成されているのに対して、シリンダブロック２２では、各シリンダ３に対応してループ型ヒートパイプ２４が沿うように形成されている点で、実施例１のシリンダブロック２と実施例３のシリンダブロック２２とは相違している。これらのループ型ヒートパイプ２４は、それぞれ蒸発部７を備え、それぞれ、熱媒体が封入され、高温部から低温部へ熱の輸送が行われる。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【実施例４】
【００３４】
次に、本発明の実施例４について図８及び図９を参照して説明する。図８は、本実施例の熱輸送装置３１を組み込んだシリンダブロック３２をシリンダヘッド（図示しない）側から見た説明図である。図９は、図８におけるＣ−Ｃ断面拡大図である。
【００３５】
シリンダブロック３２は、実施例１のシリンダブロック２とほぼ同様の構成をしている。しかしながら、シリンダブロック２は、配列された四本のシリンダ３に沿うようにループ型ヒートパイプ４が形成されていたのに対して、シリンダブロック３２では、シリンダ３のボア間にループ型ヒートパイプ３４が形成されている点で、実施例１のシリンダブロック２と実施例４のシリンダブロック３２とは相違している。すなわち、ループ型ヒートパイプ３４は、シリンダボア間壁に配置されている。換言すると、ループ型ヒートパイプ３４は、クランク軸方向に対して横断するように形成されている。これらのループ型ヒートパイプ３４は、それぞれ蒸発部７を備えている。この蒸発部７は、温度の高くなるエキゾーストマニホールド（図示しない）側に配置されている。また、ループ型ヒートパイプ３４はそれぞれ熱媒体が封入されて、高温部から低温部へ熱の輸送が行われる。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
上記実施例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、さら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。
【００３７】
例えば、本発明の熱輸送装置の高温部は、シリンダヘッド内に設定してもよい。すなわち、シリンダヘッド内に蒸発部を設けた構成であってもよい。ループ型ヒートパイプは、シリンダヘッド及びシリンダブロックに亘って形成され、熱媒体が封入される。シリンダヘッド内に形成されたループ型ヒートパイプとシリンダブロック内に形成されたループ型ヒートパイプとの隙間は、適切なシールにより封入され、熱媒体の漏洩を防止している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１の熱輸送装置が組み込まれたシリンダブロックをシリンダヘッド（図示しない）側から見た状態を示した説明図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面拡大図である。
【図４】実施例１の熱輸送装置に組み込まれた蒸発部の概略構成を示して説明図である。
【図５】摩擦係数と潤滑形態との関係を示した説明図である。
【図６】実施例２の熱輸送装置が組み込まれたシリンダブロックをシリンダヘッド（図示しない）側から見た状態を示した説明図である。
【図７】実施例３の熱輸送装置が組み込まれたシリンダブロックをシリンダヘッド（図示しない）側から見た状態を示した説明図である。
【図８】実施例４の熱輸送装置が組み込まれたシリンダブロックをシリンダヘッド（図示しない）側から見た状態を示した説明図である。
【図９】図８におけるＣ−Ｃ断面拡大図である。
【符号の説明】
【００３９】
１、１１、２１、３１  熱輸送装置
２、１２、２２、３２  シリンダブロック
３  シリンダ
４、１４、２４、３４  ループ型ヒートパイプ
５  上死点近傍
６  下死点近傍
７  蒸発部
【図１】
2008286433.tif 000003
【図２】
2008286433.tif 000004
【図３】
2008286433.tif 000005
【図４】
2008286433.tif 000006
【図５】
2008286433.tif 000007
【図６】
2008286433.tif 000008
【図７】
2008286433.tif 000009
【図８】
2008286433.tif 000010
【図９】
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