(57)【要約】【課題】ラジェータの細管を通る冷却水に低温部と高温部との層が生じて冷却水の放熱性が低下することを、簡単な構造で防止する。【解決手段】細管１４の内部に、冷却水の流れで振動（往復回動）する振動体１５を配置している。振動体１５は、本体１６と左右の連結片１７とから成っており、連結片１７が細管１４の内面に固着されている。本体１６は、偏平に近い板状でかつ一方の側に反っている。また、終端部１６ａは薄くなっている。本体１６は反った形状であるため、冷却水の流れにより、連結片１７をねじり変形させたり戻し変形させたりして小刻みに振動（往復回動）し、この振動による冷却水の攪拌作用により、冷却水に低温部１９と高温部１８とが生じることを防止して放熱性を向上できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプから圧送された冷却液が流れる冷却液通路の１カ所又は複数箇所に、冷却液の流れによって振動する振動体を、前記冷却液の流れ方向と交叉した方向に振動するように設けている、
内燃機関。
【請求項２】
前記ポンプは、回転を制御可能な電動モータ又は吐出量を小刻みに制御できる他のアクチェータで駆動されるものであって、前記ポンプで圧送される冷却液の吐出量又は吐出圧の単位時間当たりの小刻みな変化数が前記振動体の固有振動数と略同じになるように設定している、
請求項１に記載した内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、液冷式内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二輪でない車両に搭載される内燃機関の殆どは水冷方式になっており、冷却水はウォータポンプで加圧されて機関本体（シリンダブロック及びシリンダヘッド）の冷却水通路（ウォータジャケット）に圧送され、受熱して高温になった冷却水はラジェータで冷却（放熱）されるようになっている。敢えて述べるまでもないが、ラジェータはアッパタンクとロアタンクとこれらを繋ぐ多数の細管とで構成されているのが普通であり、細管の群に冷却風を当てることで冷却水の熱を放熱している。
【０００３】
冷却水は、ラジェータのアッパタンクを出てから機関本体を通ってまたアッパタンクに戻る循環を繰り返すが、冷却水通路の断面形状や断面積は場所によって大きく異なっているため、断面積が大きい部分では流速が遅くなって十分な冷却（熱交換）を行えないことが有り得る。そこで特許文献１では、冷却水通路に、冷却水に振動波を与える発振装置を設けて、冷却水通路の内面に対する冷却水の接触性を高めることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６２−１４３０２３号のマイクロフィルム
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、ラジェータにおいて、冷却水（冷却液）は、アッパタンクから細管を通ってロアタンクに流れる過程で、ファンから送られた冷却風によって冷却（放熱）されるが、細管を通る冷却水の温度分布を見ると、細管の内周面に近い部位では放熱が進んで温度は大きく低下しているが、細管の軸心部に位置した冷却水は放熱が進行せずに温度が高いままになっていることがあり得る。すなわち、細管の内部で、冷却水が、芯層の高温部と表層の低温部とに分かれていることが有り得る。
【０００６】
この場合、表層の冷却水の温度が低下すると（気水温度差が小さくなると）、冷却風による冷却効率が低下する現象がみられるため、冷却風の風量は十分であるにもかかわらず冷却水の冷却（換言すると、冷却水からの放熱）が不十分になることが懸念され、すると、冷却水が十分に冷却されないまま機関本体に流入するおそれがあり、その結果、ノッキング発生のような問題が生じる可能性がある。そして、これを避けるために送風ファンを大型化するとそれだけコストが嵩み、また、ファンの風量を増大させると駆動に消費する動力が増えて燃費が悪化するおそれもある。
【０００７】
この点、特許文献１のように冷却水に振動を加えると、冷却水が攪拌されて冷却水通路での冷却水の温度分布を均一化できるため、例えばラジェータに適用することでラジェータによる放熱効率をアップできると言える。しかし、特許文献１のように発振装置を設けると、設置コストが嵩むのみならずメンテナンスの手間と費用がかかり、更に、発振装置は電気製品であるが、熱を受ける過酷な環境に設置されるため故障する割合も高くなると懸念される。
【０００８】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、冷却液の攪拌機能の確保しつつ、低コストでメンテナンスフリーに近い高い信頼性を確保した構成を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係る内燃機関は、ポンプから圧送された冷却液が流れる冷却液通路の１カ所又は複数箇所に、冷却液の流れによって振動する振動体を、前記冷却液の流れ方向と交叉した方向に振動するように設けている。
【００１０】
請求項２の発明は請求項１の発明を好適に具体化したもので、この発明では、請求項１において、前記ポンプは、回転を制御可能な電動モータ又は吐出量を小刻みに制御できる他のアクチェータで駆動されるものであって、前記ポンプで圧送される冷却液の吐出量又は吐出圧の単位時間当たりの小刻みな変化数が前記振動体の固有振動数と略同じになるように設定している。なお、電動モータは角速度を制御できるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明では、冷却水等の冷却液は、当該冷却液の流れで振動する振動体によって攪拌作用を受けることにより、例えば表層と芯層とで温度差があると云うように横断面の各部位において温度が異なる傾向を呈しても、冷却水通路の横断面の各部位で温度が略同じになるように冷却液温度を均一化することができる。
【００１２】
その結果、例えばラジェータに適用すると、冷却液の放熱性を向上させて、ファンの大型化や消費動力の増大を招来することなく、機関本体を的確に冷却できる。また、シリンダブロックやシリンダヘッドのような機関本体のジャケットに配置した場合も、流れている冷却液の全体に均一に熱交換して冷却性能をアップし得る。
【００１３】
そして、本願発明の振動体は電力によって振動させるものではなく、冷却液の流れを利用して振動するもので、構成は単純であるため、引用文献１のように発振装置を設ける場合に比べて設置コストを抑制できると共に、メンテナンスに要する費用と手間を省くことができ、更に、自身が振動する単純な構成であるため、熱を受ける過酷な環境に設置されても故障する可能性は極めて低くて、信頼性にも優れている。
【００１４】
冷却液の攪拌効率を高くするには、振動体をできるだけ大きな振幅で振動させるのが好ましい。この点、請求項２の構成を採用すると、冷却液の吐出量又は吐出圧の単位時間当たりの小刻みな変化に振動体が共振することで振動体を大きく振動させることができるため、冷却液の攪拌効率を格段に向上させて、温度の均一化をより一層促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る内燃機関の模式図である。
【図２】（Ａ）はラジェータの細管に適用した状態の側面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ視断面図である。
【図３】作用を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
(1).実施形態の構成
次に、本願発明の実施形態を説明する。本実施形態では、冷却液として水（冷却水）が使用されている。従って、ポンプはウォータポンプが使用される。図１は内燃機関の模式図であり、内燃機関は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３を中核とする機関本体１を備えており、シリンダブロック２の下面にはオイルパン４を固定している。シリンダブロック２及びシリンダヘッド３には冷却水ジャッケット等の冷却水内部通路（図示せず）が形成されており、シリンダヘッド３に設けた（シリンダブロック２に設けてもよい）冷却水内部通路の入口５と出口６とには、パイプよりなる冷却水外部通路７が接続されている。
【００１７】
冷却水外部通路７には、電動モータ８で駆動されるウォータポンプ９と、送風ファン１０で冷却されるラジェータ１１とが介挿されている。本実施形態では、ウォータポンプ９はラジェータ１１の上流側に配置している（下流側に配置することも可能である。）。ラジェータ１１は、アッパタンク１２とロアタンク１３、及びこれらに連通した多数本の細管１４で構成されており、冷却水は、アッパタンク１２から細管１４の群を通ってロアタンク１３に至り、そこから冷却水外部通路７を通って冷却水内部通路に送られる。なお、細管１４にはフィンを設けてもよい。
【００１８】
そして、各細管１４の内部（例えば上端部又は上端寄りの部位）に、冷却水の流れで振動する振動体１５を取り付けている。本実施形態の振動体１５は、殆ど又は全く弾性変形しない本体１６と、この本体１６を細管１４の内側面に接続する左右一対の連結片１７とで構成されている。本体１６は、基本的には板状で、冷却水の流れ方向（Ａ方向）に向かって下流側の終端部１６ａが最も薄くなるように徐々に薄くなっていると共に、端面と直交した側面視（図２（Ａ）（Ｂ）の状態）で、一方の広幅面が凹で他方の広幅面が凸となるように、片側に反っている。また、振動体１５は、本体１６の始端部１６ｂと終端部１６ａとが細管１４の軸心を挟んだ反対側に位置するように、細管１４の軸心に対して傾斜させている。
【００１９】
本体１６のうち、冷却水の流れ方向Ａに向かって手前側の始端部１６ｂは、冷却水の流れ抵抗ができるだけ生じないように丸みを帯びている。また、広幅面と対向した正面視（図２（Ｃ）の状態）でも、コーナー部は丸みを帯びている。本体１６は、正面視楕円形や円形、台形、逆台形等の様々な形状を選択できる。また、図示の実施形態では、本体１６の終端１６ｂを冷却風の風向と対向した方向に向けて反らせているが、反対側の方向に反らせたり、平面視で９０°姿勢を振らせたりすることも可能である。つまり、振動体１５はどのような平面視姿勢であってもよい。
【００２０】
連結片１７は、板ばねやステンレス板のような防錆性能と弾性とに優れた金属板から成っており、ねじれ変形し得る。連結片１７は、本体１６及び細管１４に対しては、例えばろう付け等で固定できる。連結片１７を細管１４に直接固定することに代えて、連結片１７の先端に細管１４の内面に重なる当て板を固着し、この当て板を細管１４の内面にろう付け等で固定してもよい。連結片１７は、本体１６の端面のうち、始端部１６ｂと終端部１６ａとの間の中途部に取り付けられている。板状の連結片１７に代えて、ねじれ変形する軸（トーションバー）を使用することも可能である。
【００２１】
(2).動きの説明
細管１４の本体１６は片側に向けて反っていると共に細管１４の軸心に対して傾斜しているため、細管１４の内部を冷却水が流れると、振動体１５の本体１6 は、冷却水の流れ抵抗により、連結片１７をその弾性に抗してねじって細管１４の軸心と交叉（直交）した方向に回動する。そして、連結片１７に弾性力が蓄えられるため、本体１６が限度一杯まで回動すると、本体１６は連結片１７の弾性復原力によって戻り回動し、更に、冷却水によって、連結片１７をねじり変形させて回動する。このように、連結片１７に弾性復原力が蓄えられたり開放されたりすることにより、振動体１５は側面視で往復回動するように振動する。
【００２２】
この振動体１５の振動（小刻みな往復回動）によって冷却水が攪拌されるため、図２（Ａ）に模式的に示すように、細管１４に接触した箇所が集中的に吸熱されることに起因して冷却水の温度分布が芯層の高温部１８と表層の低温部１９とに分かれても、高温部１９と低温部１８とが強制的に混ざり合って、冷却水の温度が各部位で均一化される。従って、ファン１０を大型化したり風量を増大させたりすることなく、冷却水の温度を低下させて機関本体１を的確に冷却し得る。
【００２３】
さて、ウォータポンプ９は、ギア状のロータが偏心した状態で回転するものを使用しており、このため、単位時間当たりの吐出量（或いは吐出圧）と時間との関係を見ると、図３（Ａ）に示すような規則的なサイクルが見られる。ロータの回転速度を高くすると吐出量は平準化される傾向を呈するが、冷却に必要な水量との関係からロータの回転数はおおむね決まるため、吐出量は図３（Ａ）のようなサイクルを呈することが多いと言える。
【００２４】
そして、ロータの回転数は変えずに図３（Ａ）の基本サイクルは維持しつつ、ロータの１回転中に細かい加減速が付与されるように電動モータ８を制御することにより（つまり、ロータを不等速回転させることにより）、図３（Ｂ）に示すように、基本サイクルより遙かに大きい振動数で、冷却水の吐出量に小刻みな変化を付与する。すると、冷却水が振動体１５の本体１６に対して衝撃波（小刻みな水撃）として作用し、振動体１５の本体１６は衝撃波の振動数に比例して振動する（本体１６の振動には冷却水が抵抗として作用するので、本体１６が冷却水の衝撃波の振動数と同じ振動数で回動するとは言えないが、本体１６の振動と冷却水の衝撃波の振動数とは比例関係にある。）。
【００２５】
他方、どのような物質も固有振動数を有しており、外部からの加振による振動数が固有振動数と一致すると、振幅は非常に大きくなる。そこで、本体１６の単位時間当たりの往復回動数（すなわち振動数）が連結片１７の固有振動数と同じ（或いは略同じ）になるようにロータの加減速数を設定している。これにより、本体１６の振幅を極大化して、冷却水の攪拌作用を著しく向上させることができる。
【００２６】
ウォータポンプの冷却水の吐出量（吐出圧）を小刻みに変化させる手段としては、例えば、ロータの回転にブレーキをかけつつ、ロータを回転させる主動ギアと従動ギアとを歯び状態に構成したり、ロータの回転にブレーキをかけつつゼネバギアを高速回転させるといった方法も採用できるが、本願発明のように電動モータ８を採用してその主軸を小刻みに不等速回転させると、構造の複雑化を防止できと共に、振動体１５の固有振動数に個体差があってもこれに的確に対応できる利点がある。
【００２７】
(3).その他
上記の実施形態では本体１６と連結片１７との形態を異ならせたが、例えば全体を板ばねやステンレス板で構成して、本体も弾性変形するように構成することも可能である。また、振動体は平板状である必要はなく、棒状などとすることも可能である。また、冷却水通路の軸心回りに回動する方式を採用することも可能である（例えば、冷却液通路の内部に、冷却液の流れ方向に隔てた２つの支持部を配置し、２つの支持部にトーションバーの一端と他端とを固定し、トーションバーに、軸流水車の羽根板のようなヒレ片を固定したらよい。）。更に、振動体の振動態様としては往復回動には限らず、冷却液の流れを横断する方向に往復動する構成とすることも可能である。
【００２８】
ラジェータの細管に振動体を配置する場合、振動体を各細管の複数箇所に配置してもよい。また、細管と冷却水外部通路と冷却水内部通路とにそれぞれ振動体を設けるといったことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本願発明は内燃機関のラジェータなどに具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１  機関本体
２  シリンダブロック
３  シリンダヘッド
５  冷却水の入口
６  冷却水の出口
７  冷却水外部通路
８  電動モータ
９  ウォータポンプ
１０  送風ファン
１１  ラジェータ
１２  アッパタンク
１３  ロアタンク
１４  細管
１５  振動体
１６  振動体の本体
１７  振動体の連結片
１８  高温部
１９  低温部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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