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JP2017210957A - 冷却水路を備える内燃機関 - Google Patents

冷却水路を備える内燃機関 Download PDF

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Abstract

【課題】冷却水路の構成が簡素な内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関本体2と内燃機関本体に締結された排気管21とを備える内燃機関1において、冷却水注入口36及び冷却水排出口37を有し内燃機関本体に設けられた本体冷却水路31と、排気管に設けられた排気管冷却水路38と、本体冷却水路と排気管冷却水路とを接続し冷却水が本体冷却水路から排気管冷却水路へ流れる供給路33と、本体冷却水路と排気管冷却水路とを接続し冷却水が排気管冷却水路から本体冷却水路へ流れる還流路34とを備える。【選択図】 図9

Description

本発明は、冷却水路を備える内燃機関に関する。
内燃機関本体に設けられた本体冷却水路と排気管に設けられた排気管冷却水路とを備える内燃機関が知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2)。この内燃機関では、冷却水が本体冷却水路及び排気管冷却水路を流通することによって、内燃機関本体及び排気管が冷却される。
特許第4911229号公報 中国実用新案公告第204476536号明細書
しかしながら、排気管冷却水路は本体冷却水路とは異なる経路から冷却水が注入排出される構造を有するため、排気管冷却水路に直接繋がる冷却水の注入経路や排出経路を別途設けなければならず冷却水配管が複雑になるという虞があった。
本発明は、以上の背景を鑑み、冷却水路の構成が簡素な内燃機関を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、内燃機関本体(2)と前記内燃機関本体に締結された排気管(21)とを備える内燃機関において、冷却水注入口(36)及び冷却水排出口(37)を有し前記内燃機関本体に設けられた本体冷却水路(31)と、前記排気管に設けられた排気管冷却水路(38)と、前記内燃機関本体と前記排気管との間に冷却水が前記本体冷却水路から前記排気管冷却水路へ流れる供給路(33)と、前記内燃機関本体と前記排気管との間に冷却水が前記排気管冷却水路から前記本体冷却水路へ流れる還流路(34)とを備えるとよい。
この態様によれば、本体冷却水路から排気管の排気管冷却水路へ冷却水が注入され、排気管冷却水路から本体冷却水路へ冷却水が排出されるため、排気管に直接冷却水を注入・排出するための冷却水路を設ける必要がない内燃機関が構成される。
また、上記の態様において、前記内燃機関本体(2)が前記排気管(21)に締結された機関本体締結部(22)と前記機関本体締結部において締結された排気ポート(13)とを有し、前記排気管が前記内燃機関本体に締結される排気管締結部(23)と前記排気管締結部において開口し前記排気ポートに連通する排気分岐部(25)とを有し、前記本体冷却水路(31)が前記供給路(33)及び前記還流路(34)を含み、前記供給路及び前記還流路が前記機関本体締結部において開口し、前記排気管冷却水路が前記排気管締結部において開口し前記供給路及び前記還流路と接続するとよい。
この態様によれば、機関本体締結部で開口する供給路と還流路とが設けられるため、機関本体締結部及び排気管締結部を介して本体冷却水路と排気管との間で排気及び冷却水が流通する。
また、上記の態様において、複数の前記排気ポートが前記機関本体締結部において開口し、前記排気管が複数の前記排気ポートに連通する排気分岐部(25)を備え、前記排気分岐部が前記シリンダ列方向に沿って設けられ、前記排気管が複数の前記排気分岐部を集合させるように設けられた排気集合部(26)を有し、前記排気管冷却水路(38)と前記内燃機関本体との間を前記排気集合部が通過するように設けられるとよい。
この態様によれば、冷却水によって排気分岐部及び排気集合部が冷却される。
また、上記の態様において、前記排気管冷却水路が更に隣り合った前記排気分岐部(25)の間に設けられた分岐部間冷却水路(82)を備えるとよい。
この態様によれば、分岐部間冷却水路を通過する冷却水によって排気分岐部が冷却される。
また、上記の態様において、前記分岐部間冷却水路が前記排気集合部と前記内燃機関本体との間を通過するとよい。
この態様によれば、分岐部間冷却水路を通過する冷却水によって排気分岐部が冷却される。
また、上記の態様において、前記供給路が前記冷却水注入口よりもシリンダ軸線方向上側に設けられ、前記還流路が前記供給路よりもシリンダ軸線方向上側に設けられ、前記冷却水排出口が前記還流路よりもシリンダ軸線方向上側に設けられるとよい。
この態様によれば、冷却水がシリンダ軸線方向の下側から上側に円滑に流れる。
また、上記の態様において、前記排気管が上下対称な形状を備えるとよい。
この態様によれば、排気管と内燃機関本体との締結時に排気管の向きを変えることで、排気集合部の開口方向を変えることが可能となる。
以上の構成によれば、冷却水路の構成が簡素な内燃機関を提供することが可能となる。
本発明の実施形態に係る冷却水路を備える内燃機関の排気流路の概略図 本発明の実施形態に係る冷却水路の概略図 排気管及び内燃機関本体の分解斜視図 排気管の斜視図 排気管の(A)排気流路及び(B)冷却水路を示す透過斜視図 本発明の実施形態に係る冷却水路の斜視図 本発明の実施形態に係る冷却水路の底面図 (A)図7のVIIIA−VIIIA断面図、及び(B)図7のVIIIB−VIIIB断面図 本発明の実施形態に係る本体冷却水路及び排気管冷却水路の中の冷却水の流れを示す斜視図
以下、本発明を実施の一形態である冷却水路を備える内燃機関について、図面を参照して説明する。
図1に示されるように、本発明の実施形態に係る内燃機関1はV型6気筒エンジンであり、内燃機関1は内燃機関本体2となるシリンダブロック2B及びシリンダヘッド2Hを備える。シリンダブロック2BはV型に形成され、シリンダブロック2Bの前後それぞれに円筒状のシリンダ2Cが列をなし、前側バンク5F及び後側バンク5Rが形成されている。前側バンク5F及び後側バンク5Rは所定のバンク角をなすように構成され、2つのシリンダヘッド2Hがバンク角をなしてシリンダブロック2Bに締結されている。以下では、内燃機関のシリンダの軸線方向を上下方向、シリンダの配列方向を左右方向、左右方向及び上下方向に直交する方向を前後方向として説明する。
内燃機関1は図1に示されるようにシリンダ2Cからの排気を外へ排出するための排気流路6と図2に示されるようにシリンダ2C及び排気流路6を冷却するための冷却水路7とを備える。
図1に示されるように、シリンダ2Cには吸気ポート11が接続されている。シリンダ2Cには更に排気ポート13の一端側が接続され、排気ポート13の他端側は排気管21の排気分岐部25に接続している。排気管21は排気分岐部25を集合させるように形成された排気集合部26を備える。排気集合部26に酸化触媒28を備えた集合排気管27が接続されている。
図2に示されるように、内燃機関本体2は冷却水路となる本体冷却水路31を備える。本体冷却水路31は冷却水注入口36を備えたシリンダ冷却水路32、供給路33、還流路34及び冷却水排出口37を備えた中央冷却水路35を有する。排気管21は冷却水路となる排気管冷却水路38を有する。排気管冷却水路38は本体冷却水路31に接続している。冷却水排出口37にラジエータ39及びウォータポンプ40を備えた冷却水循環路が接続されている。
図3に示されるように、前側バンク5Fに形成された排気ポート13は前方へ延び、シリンダヘッド2Hの前側面において開口している。シリンダヘッド2Hはその前側面に前方に向かう面状に形成された機関本体締結面22を有し、排気ポート13の開口部は機関本体締結面22において上下方向に揃いシリンダ列方向となる左右方向に並んで形成されている。排気ポート13の開口部はシリンダ列方向に延びた長円形な形状を備えている。排気ポート13の開口部の上下にボルト孔41が形成されている。後側バンク5Rのシリンダヘッド2Hにも前側バンク5Fのシリンダヘッド2Hに設けられる機関本体締結面22と同形状の機関本体締結面22が備えられている。
図3及び図6に示されるように、シリンダ冷却水路32はシリンダブロック2Bに設けられる。シリンダ冷却水路32に備えられた冷却水注入口36はシリンダブロック2Bの右側面に円柱状に突出するように形成されている。シリンダ冷却水路32は前側バンク5Fの最も右側に位置する第1シリンダ45の外周に沿う第1シリンダ冷却水路46、前側バンク5Fの中央に位置する第2シリンダ47の外周に沿う第2シリンダ冷却水路48、及び、前側バンク5Fの最も左側に位置する第3シリンダ49の外周に沿う第3シリンダ冷却水路50を備える。冷却水注入口36は第1シリンダ冷却水路46に直接接続し、第1シリンダ冷却水路46の前側及び後側の水路の左端は、第2シリンダ冷却水路48の前側及び後側水路の右端に接続している。第2シリンダ冷却水路48の前側及び後側は第3シリンダ冷却水路50の前側及び後側に接続している。
図6に示されるように、第1シリンダ冷却水路46の前側上端には、分岐した2つの排気ポート13の左右からそれぞれ上方へ延びそれぞれが供給路33に接続する第1連通部55とシリンダ近傍で分岐した2つの排気ポート13の間を通って上方へ延び還流路34に繋がる第2連通部56とが設けられている。図7に示されるように、第2シリンダ冷却水路48及び第3シリンダ冷却水路50には第1シリンダ冷却水路46と同様にそれらの上端に第1連通部55及び第2連通部56とがそれぞれ設けられている。第3シリンダ冷却水路50の上端部左端には還流路34に繋がる第2連通部56が更に設けられている。第1シリンダ冷却水路46と第2シリンダ冷却水路48との接続部に、第1シリンダ冷却水路46の後部と第2シリンダ冷却水路48の後部との接続部上端から第1シリンダ冷却水路46の前部と第2シリンダ冷却水路48の前部との接続部近傍まで延びたシリンダ部連絡水路57が設けられている。シリンダ部連絡水路57の前端には供給路33の下端に繋がる第3連通部58が設けられている。第2シリンダ冷却水路48と第3シリンダ冷却水路50との接続部に、第2シリンダ冷却水路48の後部と第3シリンダ冷却水路50の後部との接続部上端から第2シリンダ冷却水路48の前部と第3シリンダ冷却水路50の前部との接続部近傍まで延びたシリンダ部連絡水路57が設けられている。シリンダ部連絡水路57の前端は供給路33の下端に繋がる第3連通部58が設けられている。
図8に示されるように、本体冷却水路31に備えられる供給路33はシリンダヘッド2Hに設けられその一端側がシリンダ冷却水路32に接続している。供給路33は排気ポート13の下側に設けられ、排気ポート13の下側の側面に沿って前上方に向かって延びている。供給路33の他端側は機関本体締結面22で開口する冷却水供給口59に接続している。冷却水供給口59は隣接する排気ポート13の開口部の間の下側に設けられている。冷却水供給口59を介して供給路33が排気管冷却水路38に接続している。
本体冷却水路31に備えられる還流路34はシリンダヘッド2Hに設けられその一端側が機関本体締結面22で開口する冷却水還流口60に接続されている。還流路34は排気ポート13の上側に設けられ、排気ポート13の上側の側面に沿って後方に延びている。還流路34の他端側が中央冷却水路35に接続している。冷却水還流口60は隣接する排気ポート13の開口部の間の上側に設けられている。本実施形態では、冷却水還流口60は機関本体締結面22において2つ設けられている。冷却水供給口59の開口部形状と冷却水還流口60の開口部形状とは上下方向に対称となるように形成されている。冷却水還流口60を介して排気管冷却水路38が還流路34に接続している。
中央冷却水路35はシリンダヘッド2Hの内部で左右に延びるように形成されている。中央冷却水路35は各シリンダに接続された点火プラグ61を避けるように設けられた点火プラグ貫通孔62を備える。図7に示されるように中央冷却水路35は3つのシリンダそれぞれにおいて各シリンダに接続された2本の吸気ポート11をまとめて周囲を覆うように設けられている。中央冷却水路35の右端は上部に屈曲して右方に延びシリンダヘッド2Hの右側面から管状に突出した冷却水排出口37に接続している。冷却水排出口37は冷却水注入口36よりも上方に位置する。
図3に示されるように、排気管21はシリンダブロック2Bの前側に設けられたシリンダヘッド2Hに締結されている。排気管21の後側面には排気管締結面23を有し、機関本体締結面22と排気管締結面23とが当接している。排気管締結面23には機関本体締結面22に備えられたボルト孔41に螺合するボルトが通過する排気管貫通孔75が備えられ、そのボルトを用いて排気管21がシリンダヘッド2Hに締結される。
図4及び図5(A)に示されるように、排気管21は通路状に形成された3つの排気分岐部25を有する。各排気分岐部25は排気管締結面23で開口する排気導入口74を備える。排気導入口74は上下方向に揃い左右方向に並んで形成されている。排気導入口74はシリンダ列方向に延びた長円形に形成されている。排気管貫通孔75は排気管締結面23において排気導入口74の上下に設けられている。
排気管21は排気分岐部25を集合させるように通路状に設けられた排気集合部26を備える。最も右側に形成された排気分岐部25は排気管21の内部を排気導入口74から左前方に延びて排気集合部26に接続する。中央及び最も左側に形成された排気分岐部25は排気管21の内部を後方に延びて排気集合部26に接続する。排気集合部26は左右に延びて形成され、排気管21の左側面で開口している。排気管21は上下方向に対称な形状を備え、後側に締結される排気管21の排気集合部26は左側に向いて開口している。
図5(B)に示されるように、排気管21は供給路33及び還流路34と連通する排気管冷却水路38を備える。排気管冷却水路38は排気管締結面23で開口する複数の冷却水入口77及び冷却水出口78を備える。本実施形態では、排気管締結面23において冷却水入口77及び冷却水出口78が2つずつ備えられている。冷却水入口77は隣り合った排気導入口74の間の下側に設けられる。冷却水出口78は隣り合った排気導入口74の間の下側に設けられている。冷却水入口77と冷却水出口78とは互いに上下対称な形状を有する。排気管冷却水路38は冷却水入口77を介して供給路33に接続する。排気管冷却水路38は冷却水出口78を介して還流路34に接続する。
排気管冷却水路38は機関本体締結面22から離れた側の排気集合部26の前側面を上下に延び左右に幅をもって形成された排気集合部冷却水路81を備える。排気集合部冷却水路81と機関本体締結面22との間には排気集合部26が設けられている。排気集合部冷却水路81は更に最も右側に設けられた排気分岐部25の右側面の右前側を通過するように設けられている。排気管冷却水路38は冷却水入口77に一端側で接続する冷却水入口接続部77Cを備える。冷却水入口接続部77Cは前方に延び、略台形の横断面を有する。冷却水入口接続部77Cの他端側は排気集合部冷却水路81の下端に接続している。排気管冷却水路38は冷却水出口78に一端側で接続する冷却水出口接続部78Cを備える。冷却水出口接続部78Cは略台形の横断面を後端に備え前方に延びるように形成されている。冷却水出口接続部78Cの他端側は排気集合部冷却水路81の上端に接続している。
排気管冷却水路38は冷却水入口接続部77Cの上端と冷却水出口接続部78Cの下端とを上下に接続するように設けられた分岐部間冷却水路82を備える。分岐部間冷却水路82は隣り合った排気分岐部25の間を通過するように設けられている。1つの分岐部間冷却水路82は、シリンダ列方向に並び上下に延びる複数の冷却水路を備える。本実施形態では、1つの分岐部間冷却水路82は2本の冷却水路を有する。排気管21には2つの分岐部間冷却水路82が備えられている。
排気集合部冷却水路81は左右方向中央部においてその水路の幅が広くなるように形成されている。排気集合部冷却水路81の左端は冷却水注入口36及び冷却水排出口37から遠いため冷却水の流量を確保しにくい。冷却水の流量を確保するため、排気集合部冷却水路81の水路の幅が位置に応じて変更されている。
次に、本実施形態に係る冷却水路7を備えた内燃機関1の動作について説明する。図9に示されるように、冷却水注入口36から冷却水が所定の水圧で注入され、第1シリンダ冷却水路46に流入する。第1シリンダ冷却水路46に流入した冷却水は供給路33、還流路34、又は第2シリンダ冷却水路48に流入する。第2シリンダ冷却水路48に流入した冷却水は第3シリンダ冷却水路50、供給路33、還流路34に流入する。第3シリンダ冷却水路50に流入した冷却水は供給路33、還流路34に流入する。図6及び図7に示されるように、第1シリンダ冷却水路46と第2シリンダ冷却水路48との間の接続部を介してシリンダ部連絡水路57に流入した冷却水は第3連通部58を通過して供給路33に流入する。第2シリンダ冷却水路48と第3シリンダ冷却水路50との間の接続部を介してシリンダ部連絡水路57に流入した冷却水は第3連通部58を通過して供給路33に流入する。
図8に示されるように、供給路33に到達した冷却水は排気ポート13の下側を冷却しつつ供給路33の下側から上側に向かって流れ冷却水供給口59に達する。冷却水供給口59に達した冷却水は冷却水入口77を介して排気管冷却水路38に流入する。排気管冷却水路38に流入した冷却水は排気集合部冷却水路81と分岐部間冷却水路82とに分かれ、排気集合部冷却水路81を通る冷却水は排気ポート13の開口部から延びる排気分岐部25及び排気集合部26の下側を通過し、排気集合部26の前面に沿って下方から上方へ向かって流れ、排気集合部26の上方に到達する。排気分岐部25及び排気集合部26の下方を通過する際、冷却水は排気分岐部25及び排気集合部26の下側を冷却する。排気集合部冷却水路81を流れる冷却水は排気集合部26を冷却する。排気集合部26の上部に到達した冷却水は排気分岐部25及び排気集合部26の上側を通過し冷却水出口78へ到達する。排気分岐部25及び排気集合部26の上側を通過する際、冷却水は排気分岐部25及び排気集合部26の上側を冷却する。分岐部間冷却水路82に流入した冷却水は、下側から上側に向かって流れ、冷却水出口78に達する。
冷却水出口78に達した冷却水は、冷却水還流口60を介して還流路34に流入する。還流路34に流入した冷却水は排気ポート13の上側に沿って流れ前方から後方へ向かって流れ中央冷却水路35に達する。冷却水が還流路34を通過する際、冷却水は排気ポート13の上部を冷却する。第1シリンダ冷却水路46に流入した冷却水もまた第2連通部56を介して還流路34に流入する。第2連通部56を介して還流路34に流入した冷却水もまた排気ポート13の上側に沿って流れ前方から後方へ向かって流れ中央冷却水路35に達する。中央冷却水路35に流入した冷却水は中央冷却水路35を通って左側から右側へ流れる。図7に示されるように、中央冷却水路35を通過する冷却水は吸気ポート11及び点火プラグ61の側縁部を通過し冷却水排出口37に達する。
次に、本実施形態に係る冷却水路7を備える内燃機関1の効果について説明する。供給路33及び還流路34によって排気管21に直接冷却水を供給し排気管21から直接冷却水を排出することないため、内燃機関1の冷却水路の構成が簡素になる。
供給路33及び還流路34が機関本体締結面22において開口し、排気管冷却水路38が排気管締結面23において開口し供給路33及び還流路34に接続している。機関本体締結面22及び排気管締結面23を介して冷却水を流通させることができるため、内燃機関1に備えられる冷却水路7を簡素に構成することが可能となる。
排気集合部冷却水路81と内燃機関本体2との間に排気集合部26が設けられることによって排気集合部26が排気集合部冷却水路81を流通する冷却水によって効率よく冷却される。分岐部間冷却水路82が排気集合部26と内燃機関本体2との間を通過し、分岐部間冷却水路82を流通する冷却水によって排気分岐部25が冷却される。右端に位置する排気分岐部25の右側面を覆うように形成された冷却水路を流通する冷却水によって、右端に位置する排気分岐部25の右側面が冷却される。排気分岐部25が扁平な断面を有しているため円形な断面を有する場合よりも、熱源となる排気分岐部25の通過する排気により近い位置を分岐部間冷却水路82が通過する。熱源により近い位置に分岐部間冷却水路82が設けられることで、排気分岐部25を効率よく冷却することが可能となる。1つの分岐部間冷却水路82は複数の冷却水路を有することによって、排気分岐部25が効率よく冷却される。
下から冷却水注入口36、供給路33、還流路34、冷却水排出口37の順に設けられるため、本体冷却水路31及び排気管冷却水路38に下側から冷却水を充填することができ、本体冷却水路31及び排気管冷却水路38での気泡の発生や気泡の滞留が防止される。
排気管21が上下方向について対称な形状を備えている。内燃機関本体2との締結時に排気管21の向きを変えることで、排気集合部26の開口方向を変えることが可能となる。排気集合部26の開口方向を揃えつつ、排気管21を内燃機関本体2の相対する側面に設けることが可能となる。
排気ポート13と排気分岐部25の上下に設けられたボルト孔41を用いて排気管21がシリンダヘッド2Hに締結されるため、排気ポート13と排気分岐部25との連通部のシール性が高められる。
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。上記実施形態では内燃機関1はV型6気筒エンジンとしたが、レシプロエンジンであればよく、シリンダ配置やシリンダ数には限定されない。上記実施形態では排気集合部26は左方へ開口するものとしたが、排気集合部26の開口方向は右方であってもよい。
上記実施形態では内燃機関本体2と排気管21との間の冷却水が機関本体締結面22及び排気管締結面23を介して流通するとしたが、本体冷却水路31と排気管冷却水路38とが内燃機関本体2と排気管21とは別体の配管を用いて接続されてもよい。
1 :内燃機関
2 :内燃機関本体
13 :排気ポート
21 :排気管
22 :機関本体締結面
23 :排気管締結面
25 :排気分岐部
26 :排気集合部
31 :本体冷却水路
33 :供給路
34 :還流路
36 :冷却水注入口
37 :冷却水排出口
38 :排気管冷却水路
81 :排気集合部冷却水路
82 :分岐部間冷却水路

Claims (7)

  1. 内燃機関本体と前記内燃機関本体に締結された排気管とを備える内燃機関において、
    冷却水注入口及び冷却水排出口を有し前記内燃機関本体に設けられた本体冷却水路と、
    前記排気管に設けられた排気管冷却水路と、
    前記本体冷却水路と前記排気管冷却水路とを接続し冷却水が前記本体冷却水路から前記排気管冷却水路へ流れる供給路と、
    前記本体冷却水路と前記排気管冷却水路とを接続し冷却水が前記排気管冷却水路から前記本体冷却水路へ流れる還流路とを備えることを特徴とする内燃機関。
  2. 前記内燃機関本体が前記排気管に締結された機関本体締結部と前記機関本体締結部において締結された排気ポートとを有し、
    前記排気管が前記内燃機関本体に締結される排気管締結部と前記排気管締結部において開口し前記排気ポートに連通する排気分岐部とを有し、
    前記本体冷却水路が前記供給路及び前記還流路を含み、
    前記供給路及び前記還流路が前記機関本体締結部において開口し、
    前記排気管冷却水路が前記排気管締結部において開口し前記供給路及び前記還流路と接続することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
  3. 複数の前記排気ポートが前記機関本体締結部において開口し、
    前記排気管が複数の前記排気ポートに連通する前記排気分岐部を備え、
    前記排気分岐部がシリンダ列方向に沿って設けられ、
    前記排気管が複数の前記排気分岐部を集合させるように設けられた排気集合部を有し、
    前記排気管冷却水路と前記内燃機関本体との間に前記排気集合部が設けられることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関。
  4. 前記排気管冷却水路が更に隣り合った前記排気分岐部の間に設けられた分岐部間冷却水路を備えることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関。
  5. 前記分岐部間冷却水路が前記排気集合部と前記内燃機関本体との間を通過することを特徴とする請求項4に記載の内燃機関。
  6. 前記供給路が前記冷却水注入口よりもシリンダ軸線方向上側に設けられ、
    前記還流路が前記供給路よりもシリンダ軸線方向上側に設けられ、
    前記冷却水排出口が前記還流路よりもシリンダ軸線方向上側に設けられることを特徴とする請求項5に記載の内燃機関。
  7. 前記排気管が上下対称な形状を備えることを特徴とする請求項6に記載の内燃機関。
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