内燃機関排気冷却装置
【課題】内燃機関の排気冷却用アダプタにおいて排気冷却機能を十分に発揮させると共に上流側と下流側との温度差による熱歪みや熱溜まりの発生を防止することを目的とする。
【解決手段】各断熱材１０，１２の伝熱性の差異により排気冷却用アダプタ４の上流側の総受熱量（Ｑｆｈ＋Ｑｇｈ）と下流側の総受熱量（Ｑｆｅ＋Ｑｇｅ）との差が無い。このため排気通路１４による排気冷却機能が十分に発揮できると共に上流側と下流側とで温度が同一化することから排気冷却用アダプタ４の熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。ボルトＢ１，Ｂ２の締結は接続面の凹状空間周縁で行われている。このため内燃機関排気冷却装置２を適用するために排気冷却用アダプタ４をシリンダヘッドＨｄにボルト締結し、エキゾーストマニホールドＥｘをボルト締結しても、断熱材１０，１２に対する締結応力集中は防止でき、断熱材１０，１２の変形による断熱性の悪化が防止できる。
【解決手段】各断熱材１０，１２の伝熱性の差異により排気冷却用アダプタ４の上流側の総受熱量（Ｑｆｈ＋Ｑｇｈ）と下流側の総受熱量（Ｑｆｅ＋Ｑｇｅ）との差が無い。このため排気通路１４による排気冷却機能が十分に発揮できると共に上流側と下流側とで温度が同一化することから排気冷却用アダプタ４の熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。ボルトＢ１，Ｂ２の締結は接続面の凹状空間周縁で行われている。このため内燃機関排気冷却装置２を適用するために排気冷却用アダプタ４をシリンダヘッドＨｄにボルト締結し、エキゾーストマニホールドＥｘをボルト締結しても、断熱材１０，１２に対する締結応力集中は防止でき、断熱材１０，１２の変形による断熱性の悪化が防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気経路に排気冷却用アダプタを配置して排気を冷却する内燃機関排気冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関排気系での熱害、特に排気浄化触媒の熱害を防止するために排気を冷却する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、ターボチャージャやエキゾーストマニホールドからの熱が排気冷却用アダプタを介して他方に伝達しないようにされている。
【０００３】
又、内燃機関排気系にて排気浄化触媒の暖機を促進するために排気ポートでの伝熱性を調節している技術が知られている（例えば特許文献２，３参照）。
特許文献２では、排気ポート内に熱伝導率の低いポートライナを配置して冷間時に排気が冷却されないようにして触媒暖機を迅速化している。暖機後はエキゾーストマニホールドからはガスケットを介してシリンダヘッドに熱が逃がされる。
【０００４】
特許文献３では、排気ポート内に断熱材を配置して冷間時に排気が冷却されないようにして触媒暖機を迅速化している。この触媒暖機を更に促進するために断熱材が配置されている下流側排気ポートにはウォータジャケットは形成されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６４−１５７１８号全文公報（第１３頁、図４，５）
【特許文献２】特開２００４−１５６５４７号公報（第４〜７頁、図１）
【特許文献３】特開２００２−１１５６０１号公報（第４頁、図１，２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の排気冷却用アダプタでは、排気流の上流と下流とに接続されている部材から受熱するが、上流側と下流側とで断熱空間により同等な断熱を実行しているのみである。上流と下流側とでの受熱量の違いや、排気冷却用アダプタ内を流れる排気からの受熱状態との関係を考慮した断熱性（伝熱性）の設定が行われているわけではない。
【０００７】
このため排気冷却用アダプタの上下流に接続されている部材からの受熱量の違いや、内部を流れる排気からの上下流での受熱量の違いが蓄積し、上流側と下流側とで大きな温度差が生じるおそれがある。このような大きな温度差が排気冷却用アダプタの上流側と下流側との間で生じると、排気冷却用アダプタに大きな熱歪みを生じる。このことにより排気冷却用アダプタの耐久性が低下するおそれがある。
【０００８】
更に受熱量の偏りにより熱溜まりが発生し、このことにより冷却水の部分沸騰を招いてしまうおそれがある。
特許文献１の排気冷却用アダプタに対して、特許文献２，３の排気ポートの構成を適用すると、特許文献１の排気冷却用アダプタ内の排気通路内面を断熱材で覆う構成となる。このように排気通路内面を覆うと、排気自体からの受熱を、排気冷却用アダプタ全体で少なくすることは可能となる。しかし、これでは肝心の排気冷却機能が阻害され、排気冷却用アダプタの機能を果たさなくなる。しかも上流側と下流側とに接続されている部材（ここではシリンダヘッドとエキゾーストマニホールド）からの受熱量の差による熱歪みや熱溜まりの発生については何らの対策もなされていない。
【０００９】
本発明は、排気冷却用アダプタにおいて、排気冷却機能を十分に発揮させると共に、上流側と下流側との温度差を抑制して、熱歪みや熱溜まりの発生を防止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用・効果について記載する。
請求項１に記載の内燃機関排気冷却装置は、内燃機関の排気経路に排気冷却用アダプタを配置し、この排気冷却用アダプタの上流側には排気流入側部材が接続され下流側に排気流出側部材が接続されて、前記排気流入側部材の排気通路から前記排気冷却用アダプタの排気通路に排気が導入され、前記排気冷却用アダプタの排気通路から前記排気流出側部材の排気通路に排気が排出されることにより内燃機関の排気を冷却する内燃機関排気冷却装置であって、前記排気冷却用アダプタと前記排気流入側部材との間の接続部分に設けられて、この接続部分での伝熱性を設定している上流側伝熱性設定部と、前記排気冷却用アダプタと前記排気流出側部材との間の接続部分に設けられて、この接続部分での伝熱性を、前記上流側伝熱性設定部とは異なる伝熱性に設定している下流側伝熱性設定部と、を備え、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、この差異が無い場合に比較して前記排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量との差を小さくする設定であることを特徴とする。
【００１１】
排気冷却用アダプタは、その内部の排気通路にて排気を冷却するため、上流側では、下流側に比較して排気が高温である。このため排気通路の上流側と下流側とでは排気からの受熱量には差が生じる。
【００１２】
しかし受熱量は排気からの直接的なもののみでなく、排気流入側部材からの受熱量及び排気流出側部材からの受熱量が存在する。したがって排気冷却用アダプタは、排気上流側の総受熱量としては、排気からの直接の受熱量と排気流入側部材を介しての受熱量との合計である。排気下流側の総受熱量としては、排気から直接の受熱量と排気流出側部材を介しての受熱量との合計である。
【００１３】
したがって実際には、排気上流側と排気下流側とにおける排気からの直接的な受熱量の差ではなく、上述した総受熱量の差が、排気上流側と排気下流側とで排気冷却用アダプタにおいて温度差を生じさせる要因となる。
【００１４】
このため本発明では排気冷却用アダプタにおいて、排気通路ではなく、上下流に接続される排気流入側部材と排気流出側部材との間の各接続部分に、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部とを設けている。
【００１５】
この上流側伝熱性設定部及び下流側伝熱性設定部では、その伝熱性には差異が設定されている。この伝熱性の差異は、差異が無い場合に比較して排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量との差を小さくする関係に設定とされている。
【００１６】
すなわち、排気からの直接的な受熱量は上流側で大きく下流側では小さいくなるが、この関係がそのまま総受熱量の差とならないように、すなわちこの差が小さくなるように、上流側伝熱性設定部の伝熱性と下流側伝熱性設定部の伝熱性との差異が設定されている。
【００１７】
このことにより排気流からの受熱量による排気冷却用アダプタの上流側と下流側との温度差を抑制できる。したがって排気冷却用アダプタの排気冷却機能を十分に発揮させることができると共に、上流側と下流側との温度差による熱歪みや熱溜まりの発生を防止することができる。
【００１８】
請求項２に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量とを同一とする設定であることを特徴とする。
【００１９】
ここでは上流側伝熱性設定部の伝熱性と下流側伝熱性設定部の伝熱性との関係は、排気冷却用アダプタの排気上流側と排気下流側とで総受熱量が同一となるように設定されている。
【００２０】
したがって排気冷却用アダプタの排気冷却機能を十分に発揮させることができると共に、排気流からの受熱量による排気冷却用アダプタの上流側と下流側との温度差を無くすことができ、排気冷却用アダプタの熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
【００２１】
請求項３に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部の伝熱性と前記下流側伝熱性設定部の伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部を介する前記排気流入側部材からの受熱量と前記下流側伝熱性設定部を介する前記排気流出側部材からの受熱量との受熱量差が、前記排気冷却用アダプタの排気通路の上流側における排気からの受熱量と下流側における排気からの受熱量との受熱量差を相殺する関係に設定されていることを特徴とする。
【００２２】
このような受熱量差の相殺関係となるように、上流側伝熱性設定部の伝熱性と下流側伝熱性設定部の伝熱性との関係を設定している。このことにより排気冷却用アダプタの排気冷却機能を十分に発揮させることができると共に、排気冷却用アダプタの上流側と下流側との温度差を抑制して、排気冷却用アダプタの熱歪みや熱溜まりの発生を防止できる。
【００２３】
請求項４に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項３に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記排気流入側部材は前記排気通路として排気ポートを備える内燃機関のシリンダヘッドであり、前記排気流出側部材はエキゾーストマニホールドであり、前記シリンダヘッドの排気ポートから前記排気冷却用アダプタの排気通路に排気が導入され、前記排気冷却用アダプタの排気通路から前記エキゾーストマニホールドの排気通路に排気が排出され、前記下流側伝熱性設定部は前記上流側伝熱性設定部よりも伝熱性が低いことを特徴とする。
【００２４】
このようにシリンダヘッドとエキゾーストマニホールドとの間に排気冷却用アダプタを介在させた構成では、エキゾーストマニホールドは、冷却水により十分に冷却されているシリンダヘッド側よりも高温となる。このことから、排気冷却用アダプタとエキゾーストマニホールドとの間に設けられている下流側伝熱性設定部は、シリンダヘッドと排気冷却用アダプタとの間に設けられている上流側伝熱性設定部よりも伝熱性を低下させている。このことで、シリンダヘッドから排気冷却用アダプタへの受熱量よりも、エキゾーストマニホールドから排気冷却用アダプタへの受熱量を少なくすることができる。
【００２５】
このようにして排気上流側と排気下流側とで総受熱量の差が抑制できる。したがって、排気冷却用アダプタの排気冷却機能を十分に発揮させることができると共に、排気冷却用アダプタの上流側と下流側との温度差を抑制して、排気冷却用アダプタの熱歪みや熱溜まりの発生を防止できる。
【００２６】
請求項５に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とは、応力集中部位を避けて配置されていることを特徴とする。
【００２７】
上流側伝熱性設定部及び下流側伝熱性設定部は、応力集中により大きな歪みが生じると伝熱性に影響が生じるおそれがある。このため、応力集中部位に上流側伝熱性設定部及び下流側伝熱性設定部を設けると、予め設定されている伝熱性が変化して予定する総受熱量を達成できなくなるおそれがある。
【００２８】
このため応力集中部位を避けて上流側伝熱性設定部及び下流側伝熱性設定部を配置することで、設定通りに適切に排気冷却用アダプタの上流側と下流側との温度差を抑制でき、排気冷却用アダプタの熱歪みや熱溜まりの発生を十分に防止できる。
【００２９】
請求項６に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにそれぞれ配置されている断熱材の断熱性の差異により設定されていることを特徴とする。
【００３０】
伝熱性の差異は、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部とにそれぞれ配置されている断熱材の断熱性の差異により設定でき、上述したごとくの作用・効果を生じさせることができる。
【００３１】
請求項７に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにそれぞれ配置されているガスケットの厚さの差異により設定されていることを特徴とする。
【００３２】
伝熱性の差異は、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部とにそれぞれ配置されているガスケットの厚さの差異により設定でき、上述したごとくの作用・効果を生じさせることができる。
【００３３】
請求項８に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにそれぞれ形成されている空気層の領域面積又は空気層の厚さの差異により設定されていることを特徴とする。
【００３４】
伝熱性の差異は、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部とにそれぞれ形成されている空気層の領域面積又は空気層の厚さの差異により設定でき、上述したごとくの作用・効果を生じさせることができる。
【００３５】
請求項９に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにおける伝熱面積の差異により設定されていることを特徴とする。
【００３６】
伝熱性の差異は、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部とにおけるそれぞれの伝熱面積の差異により設定でき、上述したごとくの作用・効果を生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施の形態１の内燃機関排気冷却装置の斜視図。
【図２】同じく内燃機関排気冷却装置の背面側からの斜視図。
【図３】同じく内燃機関排気冷却装置の正面図。
【図４】同じく内燃機関排気冷却装置の背面図。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）同じく内燃機関排気冷却装置の構成説明図。
【図６】同じく図５の（Ａ）Ｘ−Ｘ線で破断した内燃機関排気冷却装置の破断斜視図。
【図７】同じく図５の（Ａ）Ｘ−Ｘ線で破断した内燃機関排気冷却装置の断面図。
【図８】同じく内燃機関排気冷却装置の分解斜視図。
【図９】同じく排気冷却用アダプタの斜視図。
【図１０】同じく排気冷却用アダプタの背面側からの斜視図。
【図１１】実施の形態２の内燃機関排気冷却装置の断面図。
【図１２】同じく内燃機関排気冷却装置の分解斜視図。
【図１３】実施の形態３の内燃機関排気冷却装置の分解斜視図。
【図１４】同じく図１３とは逆側から見た内燃機関排気冷却装置の分解斜視図。
【図１５】同じく内燃機関排気冷却装置の断面図。
【図１６】同じく内燃機関排気冷却装置の他の例を示す分解斜視図。
【図１７】実施の形態４の内燃機関排気冷却装置の分解斜視図。
【図１８】同じく内燃機関排気冷却装置の断面図。
【図１９】排気冷却用アダプタの長さを変更した場合の上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部との設定関係を示すグラフ。
【図２０】排気冷却用アダプタの排気通路における出口と入口との面積比を変更した場合の上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部との設定関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
［実施の形態１］
〈実施の形態１の構成〉図１〜７は上述した発明が適用された内燃機関排気冷却装置２の概略構成を表す。この内燃機関排気冷却装置２は、図８に分解して示すごとく排気冷却用アダプタ４、ガスケット６，８、及び断熱材１０，１２を備えた構成である。
【００３９】
内燃機関排気冷却装置２が適用される内燃機関は４気筒であり、そのシリンダヘッドＨｄには４つの排気ポートＰｅが開口している。この排気ポートＰｅに対応して、図９，１０に示すごとく排気冷却用アダプタ４の内部には、４つの排気通路１４が直線状に配列して形成されている。排気通路１４における排気導入口１４ａはシリンダヘッド側接続面１６に開口している。排気通路１４における排気排出口１４ｂはエキゾーストマニホールド側接続面１８に開口している。
【００４０】
排気冷却用アダプタ４の外周には、シリンダヘッドＨｄに対するボルト締結部２０が形成されている。このボルト締結部２０には、ボルトＢ１を挿通してシリンダヘッドＨｄに締結するためのボルト挿通孔２０ａが形成されている。更に排気冷却用アダプタ４の外周にはエキゾーストマニホールドＥｘを締結するためのボルト締結部２２が形成されている。このボルト締結部２２には螺合孔２２ａが形成されている。この螺合孔２２ａに対して、エキゾーストマニホールドＥｘのフランジに形成された挿通孔を介して、ボルトＢ２が螺合される。このことによりエキゾーストマニホールドＥｘが排気冷却用アダプタ４に締結される。
【００４１】
図６，７に示すごとく排気冷却用アダプタ４内には冷却水通路２４が形成されている。冷却水通路２４へは冷却水導入部２６から冷却水が導入される。冷却水通路２４へ入った冷却水は各排気通路１４の周りを流れた後に、冷却水排出部２８から排出される。
【００４２】
このような排気冷却用アダプタ４において、そのシリンダヘッド側接続面１６には外周縁部１６ａを除いて断熱材収納部１６ｂが形成されている。エキゾーストマニホールド側接続面１８にも外周縁部１８ａを除いて断熱材収納部１８ｂが形成されている。これら断熱材収納部１６ｂ，１８ｂは、外周縁部１６ａ，１８ａの面に対し凹状に形成されている。この断熱材収納部１６ｂ，１８ｂの凹状空間形状は、断熱材１０，１２の形状に対応している。
【００４３】
内燃機関への取り付けに際しては、一方の断熱材１０をシリンダヘッド側接続面１６に形成された断熱材収納部１６ｂに収納し、この上からガスケット６を配置する。そして、ボルトＢ１により、シリンダヘッドＨｄと排気冷却用アダプタ４との間に断熱材１０及びガスケット６を挟んだ状態で、排気冷却用アダプタ４をシリンダヘッドＨｄに締結する。更に、他方の断熱材１２をエキゾーストマニホールド側接続面１８に形成された断熱材収納部１８ｂに収納し、この上からガスケット８を配置する。そして、ボルトＢ２により、エキゾーストマニホールドＥｘと排気冷却用アダプタ４との間に断熱材１２及びガスケット８を挟んだ状態で、排気冷却用アダプタ４に対してエキゾーストマニホールドＥｘを締結する。このことにより内燃機関に内燃機関排気冷却装置２が配置される。
【００４４】
ここでシリンダヘッドＨｄ側に配置されたヘッド側断熱材１０（上流側伝熱性設定部に相当）と、エキゾーストマニホールドＥｘ側に配置されたエキゾースト側断熱材１２（下流側伝熱性設定部に相当）とは、形状は同一であるが、設定された伝熱性に差異が設けられている。この伝熱性の違いは、排気通路１４を流れる排気から、排気冷却用アダプタ４が上流と下流とで受ける受熱量の差と関連して設定されている。
【００４５】
断熱材１０，１２としては、例えばセラミック、シリコーン系樹脂などの材料が用いられる。
〈実施の形態１の作用〉次に本実施の形態の作用について説明する。内燃機関運転時において、排気冷却用アダプタ４全体の受熱量Ｑｗは、図７に示したごとくシリンダヘッドＨｄからの受熱量Ｑｆｈ、エキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅ、排気通路１４の上流側で排気からの受熱量Ｑｇｈ、及び排気通路１４の下流側で排気からの受熱量Ｑｇｅの合計である。すなわち式１に示すごとくの関係にある。
【００４６】
［式１］ Ｑｗ＝Ｑｆｈ＋Ｑｇｈ＋Ｑｆｅ＋Ｑｇｅ
ここで排気冷却用アダプタ４は排気通路１４により排気を冷却しているため、上流側での排気温は下流側よりも高温である。このため上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈは下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅよりも大きい。
【００４７】
しかし、本実施の形態の内燃機関排気冷却装置２では、排気冷却用アダプタ４における上流側の総受熱量（Ｑｆｈ＋Ｑｇｈ）と、下流側の総受熱量（Ｑｆｅ＋Ｑｇｅ）との差が、排気のみの受熱量の差（Ｑｇｈ−Ｑｇｅ）よりも、絶対値として小さくされている。
【００４８】
内燃機関排気冷却装置２でのこのような機能は、ヘッド側断熱材１０とエキゾースト側断熱材１２との伝熱性の差により、シリンダヘッドＨｄからの受熱量ＱｆｈとエキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅとの大小関係を設定することにより実現している。
【００４９】
特に本実施の形態では、式２の関係が実現するように、２つの受熱量Ｑｆｈ，Ｑｆｅの大小関係が設定されている。
［式２］ Ｑｇｈ−Ｑｇｅ＝Ｑｆｅ−Ｑｆｈ
上記式２は上下流での排気からの受熱量Ｑｇｈ，Ｑｇｅの差（Ｑｇｈ−Ｑｇｅ）とシリンダヘッドＨｄとエキゾーストマニホールドＥｘとからの受熱量Ｑｆｅ，Ｑｆｈの差（Ｑｆｅ−Ｑｆｈ）とが同一に設定されていることを表している。
【００５０】
すなわちエキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量ＱｆｅとシリンダヘッドＨｄからの受熱量Ｑｆｈとの受熱量差（Ｑｆｅ−Ｑｆｈ）が、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとの受熱量差（Ｑｇｈ−Ｑｇｅ）を完全に相殺する関係を表している。
【００５１】
この式２は、次式３の関係に変換できる。
［式３］ Ｑｆｈ＋Ｑｇｈ＝Ｑｆｅ＋Ｑｇｅ
すなわち排気冷却用アダプタ４における上流側の総受熱量（Ｑｆｈ＋Ｑｇｈ）と、下流側の総受熱量（Ｑｆｅ＋Ｑｇｅ）とが同一となるように、断熱材１０，１２間の伝熱性関係が設定されていることを表している。
【００５２】
例えば、断熱材１０，１２の材料として無機物の発泡体が適用される場合には、その気泡の大きさや無機物の種類を選択することで伝熱性に差を設けることができる。そして平均的なあるいは代表的な内燃機関運転状態における、上下流での排気からの受熱量（あるいは排気温）、排気流入側部材であるシリンダヘッドＨｄの温度、排気流出側部材であるエキゾーストマニホールドＥｘの温度、及び冷却水温を勘案して前記式２，３に適合する伝熱性を有する断熱材１０，１２の材料を決定する。
【００５３】
ここで内燃機関のシリンダヘッドＨｄは水冷により冷却されており、エキゾーストマニホールドＥｘは冷却されていない構成であるとすると、ヘッド側断熱材１０に比較して、エキゾースト側断熱材１２の伝熱性を十分に低く設定する。すなわちエキゾースト側断熱材１２の断熱性を十分に高く設定することで、前記式２，３の関係を成立させることができる。
【００５４】
尚、エキゾースト側断熱材１２の断熱性の効果がヘッド側断熱材１０より大きいのに、エキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅの方がシリンダヘッドＨｄからの受熱量Ｑｆｈよりも大きいのは、シリンダヘッドＨｄに比較してエキゾーストマニホールドＥｘの方が高温だからである。
【００５５】
ただしエキゾーストマニホールドＥｘがシリンダヘッドＨｄと同様に冷却されていたりして、シリンダヘッドＨｄとエキゾーストマニホールドＥｘとの間の温度関係が上述とは異なる場合がある。このような場合には、前記式２，３を成立させるために、ヘッド側断熱材１０とエキゾースト側断熱材１２との間の断熱性（伝熱性）の大小関係は、上述した関係とは逆になる場合もある。
〈実施の形態１の効果〉（１）各断熱材１０，１２の伝熱性の設定により上述した式３が成立している。すなわち排気冷却用アダプタ４の上流側の総受熱量（Ｑｆｈ＋Ｑｇｈ）と、下流側の総受熱量（Ｑｆｅ＋Ｑｇｅ）との差が無い状態とされている。
【００５６】
したがって排気冷却用アダプタ４の排気通路１４による排気冷却機能が十分に発揮できると共に、排気冷却用アダプタ４の上流側と下流側とで温度が同一化することから、排気冷却用アダプタ４の熱歪みを確実に防止できる。
【００５７】
更に排気冷却用アダプタ４の上流側と下流側とで受熱量の偏りが無くなるため、熱溜まりを防止することができる。このため冷却水通路２４における冷却水の部分沸騰を防止できる。
【００５８】
（２）断熱材収納部１６ｂ，１８ｂは、各接続面１６，１８において凹状に形成されている。この凹状空間内部に断熱材１０，１２は収納されている。そしてボルトＢ１，Ｂ２による締結は、接続面１６，１８の凹状空間の周縁にて行われている。
【００５９】
したがって内燃機関排気冷却装置２を適用するために、排気冷却用アダプタ４を内燃機関のシリンダヘッドＨｄにボルト締結し、更に排気冷却用アダプタ４に対してエキゾーストマニホールドＥｘをボルト締結しても、断熱材１０，１２に対する締結時の応力集中は防止できる。
【００６０】
このためボルト締結に伴う歪みが断熱材１０，１２に生じるのを防止でき、断熱材１０，１２において伝熱性の変化、特に断熱性の悪化を防止できる。したがってボルト締結後も前記式２，３の関係を維持することができる。
【００６１】
このように応力集中部位を避けて断熱材１０，１２を配置できることで、排気冷却用アダプタ４による排気冷却機能を十分に発揮しつつ、適切に排気冷却用アダプタ４の上流側と下流側との温度差を抑制でき、排気冷却用アダプタ４の熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
【００６２】
［実施の形態２］
〈実施の形態２の構成〉図１１，１２に示すごとく、本実施の形態の内燃機関排気冷却装置１０２は断熱材を用いていない。このため排気冷却用アダプタ１０４のシリンダヘッド側接続面１１６及びエキゾーストマニホールド側接続面１１８には、前記実施の形態１におけるような凹状の断熱材収納部は形成されていない。シリンダヘッド側接続面１１６及びエキゾーストマニホールド側接続面１１８はそれぞれ全体が平面である。
【００６３】
この平面状のシリンダヘッド側接続面１１６には、ガスケット１０６を介して、内燃機関のシリンダヘッドＨｄがボルトＢ１により締結されている。そして平面状のエキゾーストマニホールド側接続面１１８には、ガスケット１０８を介して、エキゾーストマニホールドＥｘがボルトＢ２により締結されている。排気通路１１４、冷却水通路１２４、その他の構成は前記実施の形態１と同じである。
【００６４】
ここで２つのガスケット１０６，１０８は材質的には同じであるが、シリンダヘッドＨｄ側のガスケット１０６よりもエキゾーストマニホールドＥｘ側のガスケット１０８の方が厚い。ここではシリンダヘッドＨｄ側のガスケット１０６が上流側伝熱性設定部に相当し、エキゾーストマニホールドＥｘ側のガスケット１０８が下流側伝熱性設定部に相当する。
【００６５】
この厚さの差により、排気冷却用アダプタ１０４におけるシリンダヘッドＨｄ側からの受熱量ＱｆｈはエキゾーストマニホールドＥｘ側からの受熱量Ｑｆｅより小さくされていると共に、受熱量Ｑｆｅ，Ｑｆｈの差は、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとの受熱量差を完全に相殺する。
〈実施の形態２の作用〉本実施の形態では、各ガスケット１０６，１０８の厚さの違いにより、それぞれの伝熱性が設定されている。このことにより前記実施の形態１に説明したごとく、前記式２，３を成立させている。
【００６６】
尚、エキゾーストマニホールドＥｘ側のガスケット１０８の方がシリンダヘッドＨｄ側のガスケット１０６より厚いのに、エキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅの方がシリンダヘッドＨｄからの受熱量Ｑｆｈよりも大きいのは、シリンダヘッドＨｄに比較してエキゾーストマニホールドＥｘの方が高温だからである。
【００６７】
ただしエキゾーストマニホールドＥｘがシリンダヘッドＨｄと同様に冷却されていたりして、シリンダヘッドＨｄとエキゾーストマニホールドＥｘとの間の温度関係が上述とは異なる場合がある。このような場合には、前記式２，３を成立させるために、２つのガスケット１０６，１０８の間の厚さの大小関係は、上述した関係とは逆になる場合もある。
〈実施の形態２の効果〉（１）ガスケット１０６，１０８のみによっても前記式２，３の関係が設定できる。したがって排気冷却用アダプタ１０４の排気通路１１４による排気冷却機能が十分に発揮できると共に、より少ない部品点数で、排気冷却用アダプタ１０４の上流側と下流側とで温度を同一化でき、排気冷却用アダプタ１０４の熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
【００６８】
（２）断熱材が用いられていないので、各接続面１１６，１１８には断熱材収納部が不要となる。このため排気冷却用アダプタ１０４の製造が容易となる。
［実施の形態３］
〈実施の形態３の構成〉図１３〜１５に示すごとく、本実施の形態の内燃機関排気冷却装置２０２は断熱材を用いていない。本実施の形態では空気層の厚さあるいは空気層の有無により、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部との伝熱性の違いを設定している。
【００６９】
ここで排気冷却用アダプタ２０４のシリンダヘッド側接続面２１６においてガスケット２０６との上流側間隙設定部２１０が上流側伝熱性設定部に相当する。エキゾーストマニホールド側接続面２１８においてガスケット２０８との下流側間隙設定部２１２が下流側伝熱性設定部に相当する。
【００７０】
ここでは上流側間隙設定部２１０は実際には間隙設定量は０ｍｍであり空気層は形成されていない。下流側間隙設定部２１２は或る程度の幅となる間隙設定量が存在し空気層が形成されている。
【００７１】
ガスケット２０６，２０８、排気通路２１４、冷却水通路２２４、その他の構成は前記実施の形態１と同じである。
上述のごとく下流側間隙設定部２１２に空気層が存在し、上流側間隙設定部２１０には空気層が存在しない。このことにより、排気冷却用アダプタ２０４におけるシリンダヘッドＨｄ側からの受熱量ＱｆｈはエキゾーストマニホールドＥｘ側からの受熱量Ｑｆｅより小さくされていると共に、受熱量Ｑｆｅ，Ｑｆｈの差は、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとの受熱量差を完全に相殺する。
【００７２】
尚、シリンダヘッドＨｄ側での断熱性が不足（伝熱性が高すぎる）場合には、図１６に示すごとくの排気冷却用アダプタ２３４としても良い。この排気冷却用アダプタ２３４では、シリンダヘッド側接続面２４６に、エキゾーストマニホールド側接続面２１８（図１３）より少ない領域面積の空気層２４６ａを形成している。すなわち伝熱面積を少なく調節していることになる。
【００７３】
このように空気層２４６ａの占める領域面積を調節（伝熱面積の調節にも相当する）したり、あるいは空気層２４６ａの厚さを調節したりすることにより、シリンダヘッドＨｄ側から排気冷却用アダプタ２３４への受熱量Ｑｆｈを調節できる。このことはエキゾーストマニホールドＥｘ側の空気層（下流側間隙設定部２１２）についても同じである。
〈実施の形態３の作用〉本実施の形態では、各間隙設定部２１０，２１２の空気層の厚さの違いにより、それぞれの伝熱性が設定されている。このことにより前記実施の形態１にて説明したごとく、前記式２，３を成立させている。
【００７４】
尚、エキゾーストマニホールドＥｘ側の間隙設定部２１２の方がシリンダヘッドＨｄ側の間隙設定部２１０より厚い空気層が存在するのに、エキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅの方がシリンダヘッドＨｄからの受熱量Ｑｆｈよりも大きいのは、シリンダヘッドＨｄに比較してエキゾーストマニホールドＥｘの方が高温だからである。
【００７５】
ただしエキゾーストマニホールドＥｘがシリンダヘッドＨｄと同様に冷却されていたりして、シリンダヘッドＨｄとエキゾーストマニホールドＥｘとの間の温度関係が上述とは異なる場合がある。このような場合には、前記式２，３を成立させるために、２つの間隙設定部２１０，２１２の空気層の厚さの大小関係は、上述した関係とは逆になる場合もある。
〈実施の形態３の効果〉（１）断熱材によらずガスケット２０６，２０８と排気冷却用アダプタ２０４，２３４との間の間隙設定部２１０，２１２によっても前記式２，３の関係が設定できる。
【００７６】
したがって排気冷却用アダプタ２０４，２３４の排気通路２１４による排気冷却機能が十分に発揮できると共に、より少ない部品点数で、排気冷却用アダプタ２０４，２３４の上流側と下流側とで温度を同一化でき、排気冷却用アダプタ２０４，２３４の熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
（２）断熱材が用いられず、空気層のみであることから、内燃機関の軽量化に貢献できる。
【００７７】
［実施の形態４］
〈実施の形態４の構成〉図１７，１８に示すごとく、本実施の形態の内燃機関排気冷却装置３０２は断熱材を用いていない。この排気冷却用アダプタ３０４は、シリンダヘッド側接続面３１６の面積及び形状は、前記実施の形態３のシリンダヘッド側接続面２１６（図１４）と同じであり、シリンダヘッドＨｄとの間に配置されるガスケット３０６の形状及び厚さも前記実施の形態３のガスケット２０６（図１４）と同じである。
【００７８】
エキゾーストマニホールド側接続面３１８は、前記実施の形態３のエキゾーストマニホールド側接続面２１８（図１３）の外形よりも縮小されている。ただし前記実施の形態３とは異なり、エキゾーストマニホールド側接続面３１８には凹状の間隙設定部２１２（図１３）は存在せず平面状である。
【００７９】
したがってこの排気冷却用アダプタ３０４は、シリンダヘッド側接続面３１６の面積よりも、エキゾーストマニホールド側接続面３１８の面積が十分に縮小されている。これに対応して、エキゾーストマニホールドＥｘとの間に配置されるガスケット３０８についても小面積の形状とされている。
【００８０】
排気通路３１４、冷却水通路３２４、その他の構成は前記実施の形態３と同じである。
本実施の形態では、上述したごとく排気冷却用アダプタ３０４のエキゾーストマニホールドＥｘ側では、シリンダヘッドＨｄ側よりも伝熱面積が十分に小さくされている。
【００８１】
このことにより、排気冷却用アダプタ３０４におけるシリンダヘッドＨｄ側からの受熱量ＱｆｈはエキゾーストマニホールドＥｘ側からの受熱量Ｑｆｅより小さくされていると共に、受熱量Ｑｆｅ，Ｑｆｈの差は、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとの受熱量差を完全に相殺する。
【００８２】
本実施の形態では、シリンダヘッド側接続面３１６が上流側伝熱性設定部に相当し、エキゾーストマニホールド側接続面３１８が下流側伝熱性設定部に相当する。
〈実施の形態４の作用〉上述したごとく、伝熱面積である接続面３１６，３１８の面積の違いにより、それぞれの伝熱性が設定されている。このことにより前記実施の形態１にて説明したごとく、前記式２，３を成立させている。
【００８３】
尚、エキゾーストマニホールド側接続面３１８の方がシリンダヘッド側接続面３１６より小面積であるのに、エキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅの方がシリンダヘッドＨｄからの受熱量Ｑｆｈよりも大きいのは、シリンダヘッドＨｄに比較してエキゾーストマニホールドＥｘの方が高温だからである。
【００８４】
ただしエキゾーストマニホールドＥｘがシリンダヘッドＨｄと同様に冷却されていたりして、シリンダヘッドＨｄとエキゾーストマニホールドＥｘとの間の温度関係が上述とは異なる場合がある。このような場合には、前記式２，３を成立させるために、２つの接続面３１６，３１８の間の面積の大小関係は、上述した関係とは逆になる場合もある。
〈実施の形態４の効果〉（１）断熱材によらず接続面３１６，３１８の面積の違いによっても前記式２，３の関係が設定できる。
【００８５】
したがって排気冷却用アダプタ３０４の排気通路３１４による排気冷却機能が十分に発揮できると共に、より少ない部品点数で、排気冷却用アダプタ３０４の上流側と下流側とで温度を同一化でき、排気冷却用アダプタ３０４の熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
（２）断熱材が用いられず、エキゾーストマニホールド側接続面３１８及びエキゾーストマニホールドＥｘ側のガスケット３０８が小面積であることから、内燃機関の軽量化に貢献できる。
【００８６】
［その他の実施の形態］
・前記各実施の形態においては、シリンダヘッドＨｄからの受熱量ＱｆｈとエキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅとの受熱量差（Ｑｆｅ−Ｑｆｈ）が、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとの受熱量差（Ｑｇｈ−Ｑｇｅ）を完全に相殺する関係とした。すなわち前記式２，３が成立する受熱量Ｑｆｈ，Ｑｆｅに設定し、このことにより排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量との差が無いようにしていた。
【００８７】
このように完全に前記式２，３の関係が成立しなくても、上流側の接続部分での伝熱性（あるいは断熱性）と下流側の接続部分での伝熱性（あるいは断熱性）とに差を設けることで、排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量との差を小さくするようにしても良い。
【００８８】
・前記各実施の形態において、排気流方向での排気冷却用アダプタの長さを変更した場合、例えば短くした場合には、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとは近づき、差が小さくなる。長くした場合には、下流側の受熱量Ｑｇｅが上流側の受熱量Ｑｇｈよりも小さくなる方向に離れ、差が大きくなる。したがって排気冷却用アダプタの長さに対しては、シリンダヘッドＨｄからの受熱量ＱｆｈとエキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅとの比が、図１９に示すごとくとなるように、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部との伝熱性設定状態を変更する。このことにより排気冷却用アダプタの上流側と下流側とで温度を同一化でき、排気冷却用アダプタの熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
【００８９】
・前記各実施の形態において、排気通路の排気導入口と排気排出口との面積比を変更した場合、例えば排気導入口面積と排気排出口面積とを近づけた場合には、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとは近づき、差が小さくなる。排気導入口面積よりも排気排出口面積を大きくした場合には、下流側の受熱量Ｑｇｅが上流側の受熱量Ｑｇｈよりも小さくなる方向に離れ、差が大きくなる。したがって排気通路の排気導入口と排気排出口との面積比に対しては、シリンダヘッドＨｄからの受熱量ＱｆｈとエキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅとの比が、図２０に示すごとくとなるように、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部との伝熱性設定状態を変更する。このことにより排気冷却用アダプタの上流側と下流側とで温度を同一化でき、排気冷却用アダプタの熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
【符号の説明】
【００９０】
２…内燃機関排気冷却装置、４…排気冷却用アダプタ、６，８…ガスケット、１０…ヘッド側断熱材、１２…エキゾースト側断熱材、１４…排気通路、１４ａ…排気導入口、１４ｂ…排気排出口、１６…シリンダヘッド側接続面、１６ａ…外周縁部、１６ｂ…断熱材収納部、１８…エキゾーストマニホールド側接続面、１８ａ…外周縁部、１８ｂ…断熱材収納部、２０…ボルト締結部、２０ａ…ボルト挿通孔、２２…ボルト締結部、２２ａ…螺合孔、２４…冷却水通路、２６…冷却水導入部、２８…冷却水排出部、１０２…内燃機関排気冷却装置、１０４…排気冷却用アダプタ、１０６…ガスケット、１０８…ガスケット、１１４…排気通路、１１６…シリンダヘッド側接続面、１１８…エキゾーストマニホールド側接続面、１２４…冷却水通路、２０２…内燃機関排気冷却装置、２０４…排気冷却用アダプタ、２０６，２０８…ガスケット、２１０…上流側間隙設定部、２１２…下流側間隙設定部、２１４…排気通路、２１６…シリンダヘッド側接続面、２１８…エキゾーストマニホールド側接続面、２２４…冷却水通路、２３４…排気冷却用アダプタ、２４６…シリンダヘッド側接続面、２４６ａ…空気層、３０２…内燃機関排気冷却装置、３０４…排気冷却用アダプタ、３０６，３０８…ガスケット、３１４…排気通路、３１６…シリンダヘッド側接続面、３１８…エキゾーストマニホールド側接続面、３２４…冷却水通路、Ｂ１，Ｂ２…ボルト、Ｅｘ…エキゾーストマニホールド、Ｈｄ…シリンダヘッド、Ｐｅ…排気ポート、Ｑｆｈ，Ｑｆｅ，Ｑｇｈ，Ｑｇｅ…受熱量、Ｑｗ…全体の受熱量。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気経路に排気冷却用アダプタを配置して排気を冷却する内燃機関排気冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関排気系での熱害、特に排気浄化触媒の熱害を防止するために排気を冷却する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、ターボチャージャやエキゾーストマニホールドからの熱が排気冷却用アダプタを介して他方に伝達しないようにされている。
【０００３】
又、内燃機関排気系にて排気浄化触媒の暖機を促進するために排気ポートでの伝熱性を調節している技術が知られている（例えば特許文献２，３参照）。
特許文献２では、排気ポート内に熱伝導率の低いポートライナを配置して冷間時に排気が冷却されないようにして触媒暖機を迅速化している。暖機後はエキゾーストマニホールドからはガスケットを介してシリンダヘッドに熱が逃がされる。
【０００４】
特許文献３では、排気ポート内に断熱材を配置して冷間時に排気が冷却されないようにして触媒暖機を迅速化している。この触媒暖機を更に促進するために断熱材が配置されている下流側排気ポートにはウォータジャケットは形成されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６４−１５７１８号全文公報（第１３頁、図４，５）
【特許文献２】特開２００４−１５６５４７号公報（第４〜７頁、図１）
【特許文献３】特開２００２−１１５６０１号公報（第４頁、図１，２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の排気冷却用アダプタでは、排気流の上流と下流とに接続されている部材から受熱するが、上流側と下流側とで断熱空間により同等な断熱を実行しているのみである。上流と下流側とでの受熱量の違いや、排気冷却用アダプタ内を流れる排気からの受熱状態との関係を考慮した断熱性（伝熱性）の設定が行われているわけではない。
【０００７】
このため排気冷却用アダプタの上下流に接続されている部材からの受熱量の違いや、内部を流れる排気からの上下流での受熱量の違いが蓄積し、上流側と下流側とで大きな温度差が生じるおそれがある。このような大きな温度差が排気冷却用アダプタの上流側と下流側との間で生じると、排気冷却用アダプタに大きな熱歪みを生じる。このことにより排気冷却用アダプタの耐久性が低下するおそれがある。
【０００８】
更に受熱量の偏りにより熱溜まりが発生し、このことにより冷却水の部分沸騰を招いてしまうおそれがある。
特許文献１の排気冷却用アダプタに対して、特許文献２，３の排気ポートの構成を適用すると、特許文献１の排気冷却用アダプタ内の排気通路内面を断熱材で覆う構成となる。このように排気通路内面を覆うと、排気自体からの受熱を、排気冷却用アダプタ全体で少なくすることは可能となる。しかし、これでは肝心の排気冷却機能が阻害され、排気冷却用アダプタの機能を果たさなくなる。しかも上流側と下流側とに接続されている部材（ここではシリンダヘッドとエキゾーストマニホールド）からの受熱量の差による熱歪みや熱溜まりの発生については何らの対策もなされていない。
【０００９】
本発明は、排気冷却用アダプタにおいて、排気冷却機能を十分に発揮させると共に、上流側と下流側との温度差を抑制して、熱歪みや熱溜まりの発生を防止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用・効果について記載する。
請求項１に記載の内燃機関排気冷却装置は、内燃機関の排気経路に排気冷却用アダプタを配置し、この排気冷却用アダプタの上流側には排気流入側部材が接続され下流側に排気流出側部材が接続されて、前記排気流入側部材の排気通路から前記排気冷却用アダプタの排気通路に排気が導入され、前記排気冷却用アダプタの排気通路から前記排気流出側部材の排気通路に排気が排出されることにより内燃機関の排気を冷却する内燃機関排気冷却装置であって、前記排気冷却用アダプタと前記排気流入側部材との間の接続部分に設けられて、この接続部分での伝熱性を設定している上流側伝熱性設定部と、前記排気冷却用アダプタと前記排気流出側部材との間の接続部分に設けられて、この接続部分での伝熱性を、前記上流側伝熱性設定部とは異なる伝熱性に設定している下流側伝熱性設定部と、を備え、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、この差異が無い場合に比較して前記排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量との差を小さくする設定であることを特徴とする。
【００１１】
排気冷却用アダプタは、その内部の排気通路にて排気を冷却するため、上流側では、下流側に比較して排気が高温である。このため排気通路の上流側と下流側とでは排気からの受熱量には差が生じる。
【００１２】
しかし受熱量は排気からの直接的なもののみでなく、排気流入側部材からの受熱量及び排気流出側部材からの受熱量が存在する。したがって排気冷却用アダプタは、排気上流側の総受熱量としては、排気からの直接の受熱量と排気流入側部材を介しての受熱量との合計である。排気下流側の総受熱量としては、排気から直接の受熱量と排気流出側部材を介しての受熱量との合計である。
【００１３】
したがって実際には、排気上流側と排気下流側とにおける排気からの直接的な受熱量の差ではなく、上述した総受熱量の差が、排気上流側と排気下流側とで排気冷却用アダプタにおいて温度差を生じさせる要因となる。
【００１４】
このため本発明では排気冷却用アダプタにおいて、排気通路ではなく、上下流に接続される排気流入側部材と排気流出側部材との間の各接続部分に、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部とを設けている。
【００１５】
この上流側伝熱性設定部及び下流側伝熱性設定部では、その伝熱性には差異が設定されている。この伝熱性の差異は、差異が無い場合に比較して排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量との差を小さくする関係に設定とされている。
【００１６】
すなわち、排気からの直接的な受熱量は上流側で大きく下流側では小さいくなるが、この関係がそのまま総受熱量の差とならないように、すなわちこの差が小さくなるように、上流側伝熱性設定部の伝熱性と下流側伝熱性設定部の伝熱性との差異が設定されている。
【００１７】
このことにより排気流からの受熱量による排気冷却用アダプタの上流側と下流側との温度差を抑制できる。したがって排気冷却用アダプタの排気冷却機能を十分に発揮させることができると共に、上流側と下流側との温度差による熱歪みや熱溜まりの発生を防止することができる。
【００１８】
請求項２に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量とを同一とする設定であることを特徴とする。
【００１９】
ここでは上流側伝熱性設定部の伝熱性と下流側伝熱性設定部の伝熱性との関係は、排気冷却用アダプタの排気上流側と排気下流側とで総受熱量が同一となるように設定されている。
【００２０】
したがって排気冷却用アダプタの排気冷却機能を十分に発揮させることができると共に、排気流からの受熱量による排気冷却用アダプタの上流側と下流側との温度差を無くすことができ、排気冷却用アダプタの熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
【００２１】
請求項３に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部の伝熱性と前記下流側伝熱性設定部の伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部を介する前記排気流入側部材からの受熱量と前記下流側伝熱性設定部を介する前記排気流出側部材からの受熱量との受熱量差が、前記排気冷却用アダプタの排気通路の上流側における排気からの受熱量と下流側における排気からの受熱量との受熱量差を相殺する関係に設定されていることを特徴とする。
【００２２】
このような受熱量差の相殺関係となるように、上流側伝熱性設定部の伝熱性と下流側伝熱性設定部の伝熱性との関係を設定している。このことにより排気冷却用アダプタの排気冷却機能を十分に発揮させることができると共に、排気冷却用アダプタの上流側と下流側との温度差を抑制して、排気冷却用アダプタの熱歪みや熱溜まりの発生を防止できる。
【００２３】
請求項４に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項３に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記排気流入側部材は前記排気通路として排気ポートを備える内燃機関のシリンダヘッドであり、前記排気流出側部材はエキゾーストマニホールドであり、前記シリンダヘッドの排気ポートから前記排気冷却用アダプタの排気通路に排気が導入され、前記排気冷却用アダプタの排気通路から前記エキゾーストマニホールドの排気通路に排気が排出され、前記下流側伝熱性設定部は前記上流側伝熱性設定部よりも伝熱性が低いことを特徴とする。
【００２４】
このようにシリンダヘッドとエキゾーストマニホールドとの間に排気冷却用アダプタを介在させた構成では、エキゾーストマニホールドは、冷却水により十分に冷却されているシリンダヘッド側よりも高温となる。このことから、排気冷却用アダプタとエキゾーストマニホールドとの間に設けられている下流側伝熱性設定部は、シリンダヘッドと排気冷却用アダプタとの間に設けられている上流側伝熱性設定部よりも伝熱性を低下させている。このことで、シリンダヘッドから排気冷却用アダプタへの受熱量よりも、エキゾーストマニホールドから排気冷却用アダプタへの受熱量を少なくすることができる。
【００２５】
このようにして排気上流側と排気下流側とで総受熱量の差が抑制できる。したがって、排気冷却用アダプタの排気冷却機能を十分に発揮させることができると共に、排気冷却用アダプタの上流側と下流側との温度差を抑制して、排気冷却用アダプタの熱歪みや熱溜まりの発生を防止できる。
【００２６】
請求項５に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とは、応力集中部位を避けて配置されていることを特徴とする。
【００２７】
上流側伝熱性設定部及び下流側伝熱性設定部は、応力集中により大きな歪みが生じると伝熱性に影響が生じるおそれがある。このため、応力集中部位に上流側伝熱性設定部及び下流側伝熱性設定部を設けると、予め設定されている伝熱性が変化して予定する総受熱量を達成できなくなるおそれがある。
【００２８】
このため応力集中部位を避けて上流側伝熱性設定部及び下流側伝熱性設定部を配置することで、設定通りに適切に排気冷却用アダプタの上流側と下流側との温度差を抑制でき、排気冷却用アダプタの熱歪みや熱溜まりの発生を十分に防止できる。
【００２９】
請求項６に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにそれぞれ配置されている断熱材の断熱性の差異により設定されていることを特徴とする。
【００３０】
伝熱性の差異は、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部とにそれぞれ配置されている断熱材の断熱性の差異により設定でき、上述したごとくの作用・効果を生じさせることができる。
【００３１】
請求項７に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにそれぞれ配置されているガスケットの厚さの差異により設定されていることを特徴とする。
【００３２】
伝熱性の差異は、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部とにそれぞれ配置されているガスケットの厚さの差異により設定でき、上述したごとくの作用・効果を生じさせることができる。
【００３３】
請求項８に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにそれぞれ形成されている空気層の領域面積又は空気層の厚さの差異により設定されていることを特徴とする。
【００３４】
伝熱性の差異は、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部とにそれぞれ形成されている空気層の領域面積又は空気層の厚さの差異により設定でき、上述したごとくの作用・効果を生じさせることができる。
【００３５】
請求項９に記載の内燃機関排気冷却装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにおける伝熱面積の差異により設定されていることを特徴とする。
【００３６】
伝熱性の差異は、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部とにおけるそれぞれの伝熱面積の差異により設定でき、上述したごとくの作用・効果を生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施の形態１の内燃機関排気冷却装置の斜視図。
【図２】同じく内燃機関排気冷却装置の背面側からの斜視図。
【図３】同じく内燃機関排気冷却装置の正面図。
【図４】同じく内燃機関排気冷却装置の背面図。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）同じく内燃機関排気冷却装置の構成説明図。
【図６】同じく図５の（Ａ）Ｘ−Ｘ線で破断した内燃機関排気冷却装置の破断斜視図。
【図７】同じく図５の（Ａ）Ｘ−Ｘ線で破断した内燃機関排気冷却装置の断面図。
【図８】同じく内燃機関排気冷却装置の分解斜視図。
【図９】同じく排気冷却用アダプタの斜視図。
【図１０】同じく排気冷却用アダプタの背面側からの斜視図。
【図１１】実施の形態２の内燃機関排気冷却装置の断面図。
【図１２】同じく内燃機関排気冷却装置の分解斜視図。
【図１３】実施の形態３の内燃機関排気冷却装置の分解斜視図。
【図１４】同じく図１３とは逆側から見た内燃機関排気冷却装置の分解斜視図。
【図１５】同じく内燃機関排気冷却装置の断面図。
【図１６】同じく内燃機関排気冷却装置の他の例を示す分解斜視図。
【図１７】実施の形態４の内燃機関排気冷却装置の分解斜視図。
【図１８】同じく内燃機関排気冷却装置の断面図。
【図１９】排気冷却用アダプタの長さを変更した場合の上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部との設定関係を示すグラフ。
【図２０】排気冷却用アダプタの排気通路における出口と入口との面積比を変更した場合の上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部との設定関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
［実施の形態１］
〈実施の形態１の構成〉図１〜７は上述した発明が適用された内燃機関排気冷却装置２の概略構成を表す。この内燃機関排気冷却装置２は、図８に分解して示すごとく排気冷却用アダプタ４、ガスケット６，８、及び断熱材１０，１２を備えた構成である。
【００３９】
内燃機関排気冷却装置２が適用される内燃機関は４気筒であり、そのシリンダヘッドＨｄには４つの排気ポートＰｅが開口している。この排気ポートＰｅに対応して、図９，１０に示すごとく排気冷却用アダプタ４の内部には、４つの排気通路１４が直線状に配列して形成されている。排気通路１４における排気導入口１４ａはシリンダヘッド側接続面１６に開口している。排気通路１４における排気排出口１４ｂはエキゾーストマニホールド側接続面１８に開口している。
【００４０】
排気冷却用アダプタ４の外周には、シリンダヘッドＨｄに対するボルト締結部２０が形成されている。このボルト締結部２０には、ボルトＢ１を挿通してシリンダヘッドＨｄに締結するためのボルト挿通孔２０ａが形成されている。更に排気冷却用アダプタ４の外周にはエキゾーストマニホールドＥｘを締結するためのボルト締結部２２が形成されている。このボルト締結部２２には螺合孔２２ａが形成されている。この螺合孔２２ａに対して、エキゾーストマニホールドＥｘのフランジに形成された挿通孔を介して、ボルトＢ２が螺合される。このことによりエキゾーストマニホールドＥｘが排気冷却用アダプタ４に締結される。
【００４１】
図６，７に示すごとく排気冷却用アダプタ４内には冷却水通路２４が形成されている。冷却水通路２４へは冷却水導入部２６から冷却水が導入される。冷却水通路２４へ入った冷却水は各排気通路１４の周りを流れた後に、冷却水排出部２８から排出される。
【００４２】
このような排気冷却用アダプタ４において、そのシリンダヘッド側接続面１６には外周縁部１６ａを除いて断熱材収納部１６ｂが形成されている。エキゾーストマニホールド側接続面１８にも外周縁部１８ａを除いて断熱材収納部１８ｂが形成されている。これら断熱材収納部１６ｂ，１８ｂは、外周縁部１６ａ，１８ａの面に対し凹状に形成されている。この断熱材収納部１６ｂ，１８ｂの凹状空間形状は、断熱材１０，１２の形状に対応している。
【００４３】
内燃機関への取り付けに際しては、一方の断熱材１０をシリンダヘッド側接続面１６に形成された断熱材収納部１６ｂに収納し、この上からガスケット６を配置する。そして、ボルトＢ１により、シリンダヘッドＨｄと排気冷却用アダプタ４との間に断熱材１０及びガスケット６を挟んだ状態で、排気冷却用アダプタ４をシリンダヘッドＨｄに締結する。更に、他方の断熱材１２をエキゾーストマニホールド側接続面１８に形成された断熱材収納部１８ｂに収納し、この上からガスケット８を配置する。そして、ボルトＢ２により、エキゾーストマニホールドＥｘと排気冷却用アダプタ４との間に断熱材１２及びガスケット８を挟んだ状態で、排気冷却用アダプタ４に対してエキゾーストマニホールドＥｘを締結する。このことにより内燃機関に内燃機関排気冷却装置２が配置される。
【００４４】
ここでシリンダヘッドＨｄ側に配置されたヘッド側断熱材１０（上流側伝熱性設定部に相当）と、エキゾーストマニホールドＥｘ側に配置されたエキゾースト側断熱材１２（下流側伝熱性設定部に相当）とは、形状は同一であるが、設定された伝熱性に差異が設けられている。この伝熱性の違いは、排気通路１４を流れる排気から、排気冷却用アダプタ４が上流と下流とで受ける受熱量の差と関連して設定されている。
【００４５】
断熱材１０，１２としては、例えばセラミック、シリコーン系樹脂などの材料が用いられる。
〈実施の形態１の作用〉次に本実施の形態の作用について説明する。内燃機関運転時において、排気冷却用アダプタ４全体の受熱量Ｑｗは、図７に示したごとくシリンダヘッドＨｄからの受熱量Ｑｆｈ、エキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅ、排気通路１４の上流側で排気からの受熱量Ｑｇｈ、及び排気通路１４の下流側で排気からの受熱量Ｑｇｅの合計である。すなわち式１に示すごとくの関係にある。
【００４６】
［式１］ Ｑｗ＝Ｑｆｈ＋Ｑｇｈ＋Ｑｆｅ＋Ｑｇｅ
ここで排気冷却用アダプタ４は排気通路１４により排気を冷却しているため、上流側での排気温は下流側よりも高温である。このため上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈは下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅよりも大きい。
【００４７】
しかし、本実施の形態の内燃機関排気冷却装置２では、排気冷却用アダプタ４における上流側の総受熱量（Ｑｆｈ＋Ｑｇｈ）と、下流側の総受熱量（Ｑｆｅ＋Ｑｇｅ）との差が、排気のみの受熱量の差（Ｑｇｈ−Ｑｇｅ）よりも、絶対値として小さくされている。
【００４８】
内燃機関排気冷却装置２でのこのような機能は、ヘッド側断熱材１０とエキゾースト側断熱材１２との伝熱性の差により、シリンダヘッドＨｄからの受熱量ＱｆｈとエキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅとの大小関係を設定することにより実現している。
【００４９】
特に本実施の形態では、式２の関係が実現するように、２つの受熱量Ｑｆｈ，Ｑｆｅの大小関係が設定されている。
［式２］ Ｑｇｈ−Ｑｇｅ＝Ｑｆｅ−Ｑｆｈ
上記式２は上下流での排気からの受熱量Ｑｇｈ，Ｑｇｅの差（Ｑｇｈ−Ｑｇｅ）とシリンダヘッドＨｄとエキゾーストマニホールドＥｘとからの受熱量Ｑｆｅ，Ｑｆｈの差（Ｑｆｅ−Ｑｆｈ）とが同一に設定されていることを表している。
【００５０】
すなわちエキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量ＱｆｅとシリンダヘッドＨｄからの受熱量Ｑｆｈとの受熱量差（Ｑｆｅ−Ｑｆｈ）が、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとの受熱量差（Ｑｇｈ−Ｑｇｅ）を完全に相殺する関係を表している。
【００５１】
この式２は、次式３の関係に変換できる。
［式３］ Ｑｆｈ＋Ｑｇｈ＝Ｑｆｅ＋Ｑｇｅ
すなわち排気冷却用アダプタ４における上流側の総受熱量（Ｑｆｈ＋Ｑｇｈ）と、下流側の総受熱量（Ｑｆｅ＋Ｑｇｅ）とが同一となるように、断熱材１０，１２間の伝熱性関係が設定されていることを表している。
【００５２】
例えば、断熱材１０，１２の材料として無機物の発泡体が適用される場合には、その気泡の大きさや無機物の種類を選択することで伝熱性に差を設けることができる。そして平均的なあるいは代表的な内燃機関運転状態における、上下流での排気からの受熱量（あるいは排気温）、排気流入側部材であるシリンダヘッドＨｄの温度、排気流出側部材であるエキゾーストマニホールドＥｘの温度、及び冷却水温を勘案して前記式２，３に適合する伝熱性を有する断熱材１０，１２の材料を決定する。
【００５３】
ここで内燃機関のシリンダヘッドＨｄは水冷により冷却されており、エキゾーストマニホールドＥｘは冷却されていない構成であるとすると、ヘッド側断熱材１０に比較して、エキゾースト側断熱材１２の伝熱性を十分に低く設定する。すなわちエキゾースト側断熱材１２の断熱性を十分に高く設定することで、前記式２，３の関係を成立させることができる。
【００５４】
尚、エキゾースト側断熱材１２の断熱性の効果がヘッド側断熱材１０より大きいのに、エキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅの方がシリンダヘッドＨｄからの受熱量Ｑｆｈよりも大きいのは、シリンダヘッドＨｄに比較してエキゾーストマニホールドＥｘの方が高温だからである。
【００５５】
ただしエキゾーストマニホールドＥｘがシリンダヘッドＨｄと同様に冷却されていたりして、シリンダヘッドＨｄとエキゾーストマニホールドＥｘとの間の温度関係が上述とは異なる場合がある。このような場合には、前記式２，３を成立させるために、ヘッド側断熱材１０とエキゾースト側断熱材１２との間の断熱性（伝熱性）の大小関係は、上述した関係とは逆になる場合もある。
〈実施の形態１の効果〉（１）各断熱材１０，１２の伝熱性の設定により上述した式３が成立している。すなわち排気冷却用アダプタ４の上流側の総受熱量（Ｑｆｈ＋Ｑｇｈ）と、下流側の総受熱量（Ｑｆｅ＋Ｑｇｅ）との差が無い状態とされている。
【００５６】
したがって排気冷却用アダプタ４の排気通路１４による排気冷却機能が十分に発揮できると共に、排気冷却用アダプタ４の上流側と下流側とで温度が同一化することから、排気冷却用アダプタ４の熱歪みを確実に防止できる。
【００５７】
更に排気冷却用アダプタ４の上流側と下流側とで受熱量の偏りが無くなるため、熱溜まりを防止することができる。このため冷却水通路２４における冷却水の部分沸騰を防止できる。
【００５８】
（２）断熱材収納部１６ｂ，１８ｂは、各接続面１６，１８において凹状に形成されている。この凹状空間内部に断熱材１０，１２は収納されている。そしてボルトＢ１，Ｂ２による締結は、接続面１６，１８の凹状空間の周縁にて行われている。
【００５９】
したがって内燃機関排気冷却装置２を適用するために、排気冷却用アダプタ４を内燃機関のシリンダヘッドＨｄにボルト締結し、更に排気冷却用アダプタ４に対してエキゾーストマニホールドＥｘをボルト締結しても、断熱材１０，１２に対する締結時の応力集中は防止できる。
【００６０】
このためボルト締結に伴う歪みが断熱材１０，１２に生じるのを防止でき、断熱材１０，１２において伝熱性の変化、特に断熱性の悪化を防止できる。したがってボルト締結後も前記式２，３の関係を維持することができる。
【００６１】
このように応力集中部位を避けて断熱材１０，１２を配置できることで、排気冷却用アダプタ４による排気冷却機能を十分に発揮しつつ、適切に排気冷却用アダプタ４の上流側と下流側との温度差を抑制でき、排気冷却用アダプタ４の熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
【００６２】
［実施の形態２］
〈実施の形態２の構成〉図１１，１２に示すごとく、本実施の形態の内燃機関排気冷却装置１０２は断熱材を用いていない。このため排気冷却用アダプタ１０４のシリンダヘッド側接続面１１６及びエキゾーストマニホールド側接続面１１８には、前記実施の形態１におけるような凹状の断熱材収納部は形成されていない。シリンダヘッド側接続面１１６及びエキゾーストマニホールド側接続面１１８はそれぞれ全体が平面である。
【００６３】
この平面状のシリンダヘッド側接続面１１６には、ガスケット１０６を介して、内燃機関のシリンダヘッドＨｄがボルトＢ１により締結されている。そして平面状のエキゾーストマニホールド側接続面１１８には、ガスケット１０８を介して、エキゾーストマニホールドＥｘがボルトＢ２により締結されている。排気通路１１４、冷却水通路１２４、その他の構成は前記実施の形態１と同じである。
【００６４】
ここで２つのガスケット１０６，１０８は材質的には同じであるが、シリンダヘッドＨｄ側のガスケット１０６よりもエキゾーストマニホールドＥｘ側のガスケット１０８の方が厚い。ここではシリンダヘッドＨｄ側のガスケット１０６が上流側伝熱性設定部に相当し、エキゾーストマニホールドＥｘ側のガスケット１０８が下流側伝熱性設定部に相当する。
【００６５】
この厚さの差により、排気冷却用アダプタ１０４におけるシリンダヘッドＨｄ側からの受熱量ＱｆｈはエキゾーストマニホールドＥｘ側からの受熱量Ｑｆｅより小さくされていると共に、受熱量Ｑｆｅ，Ｑｆｈの差は、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとの受熱量差を完全に相殺する。
〈実施の形態２の作用〉本実施の形態では、各ガスケット１０６，１０８の厚さの違いにより、それぞれの伝熱性が設定されている。このことにより前記実施の形態１に説明したごとく、前記式２，３を成立させている。
【００６６】
尚、エキゾーストマニホールドＥｘ側のガスケット１０８の方がシリンダヘッドＨｄ側のガスケット１０６より厚いのに、エキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅの方がシリンダヘッドＨｄからの受熱量Ｑｆｈよりも大きいのは、シリンダヘッドＨｄに比較してエキゾーストマニホールドＥｘの方が高温だからである。
【００６７】
ただしエキゾーストマニホールドＥｘがシリンダヘッドＨｄと同様に冷却されていたりして、シリンダヘッドＨｄとエキゾーストマニホールドＥｘとの間の温度関係が上述とは異なる場合がある。このような場合には、前記式２，３を成立させるために、２つのガスケット１０６，１０８の間の厚さの大小関係は、上述した関係とは逆になる場合もある。
〈実施の形態２の効果〉（１）ガスケット１０６，１０８のみによっても前記式２，３の関係が設定できる。したがって排気冷却用アダプタ１０４の排気通路１１４による排気冷却機能が十分に発揮できると共に、より少ない部品点数で、排気冷却用アダプタ１０４の上流側と下流側とで温度を同一化でき、排気冷却用アダプタ１０４の熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
【００６８】
（２）断熱材が用いられていないので、各接続面１１６，１１８には断熱材収納部が不要となる。このため排気冷却用アダプタ１０４の製造が容易となる。
［実施の形態３］
〈実施の形態３の構成〉図１３〜１５に示すごとく、本実施の形態の内燃機関排気冷却装置２０２は断熱材を用いていない。本実施の形態では空気層の厚さあるいは空気層の有無により、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部との伝熱性の違いを設定している。
【００６９】
ここで排気冷却用アダプタ２０４のシリンダヘッド側接続面２１６においてガスケット２０６との上流側間隙設定部２１０が上流側伝熱性設定部に相当する。エキゾーストマニホールド側接続面２１８においてガスケット２０８との下流側間隙設定部２１２が下流側伝熱性設定部に相当する。
【００７０】
ここでは上流側間隙設定部２１０は実際には間隙設定量は０ｍｍであり空気層は形成されていない。下流側間隙設定部２１２は或る程度の幅となる間隙設定量が存在し空気層が形成されている。
【００７１】
ガスケット２０６，２０８、排気通路２１４、冷却水通路２２４、その他の構成は前記実施の形態１と同じである。
上述のごとく下流側間隙設定部２１２に空気層が存在し、上流側間隙設定部２１０には空気層が存在しない。このことにより、排気冷却用アダプタ２０４におけるシリンダヘッドＨｄ側からの受熱量ＱｆｈはエキゾーストマニホールドＥｘ側からの受熱量Ｑｆｅより小さくされていると共に、受熱量Ｑｆｅ，Ｑｆｈの差は、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとの受熱量差を完全に相殺する。
【００７２】
尚、シリンダヘッドＨｄ側での断熱性が不足（伝熱性が高すぎる）場合には、図１６に示すごとくの排気冷却用アダプタ２３４としても良い。この排気冷却用アダプタ２３４では、シリンダヘッド側接続面２４６に、エキゾーストマニホールド側接続面２１８（図１３）より少ない領域面積の空気層２４６ａを形成している。すなわち伝熱面積を少なく調節していることになる。
【００７３】
このように空気層２４６ａの占める領域面積を調節（伝熱面積の調節にも相当する）したり、あるいは空気層２４６ａの厚さを調節したりすることにより、シリンダヘッドＨｄ側から排気冷却用アダプタ２３４への受熱量Ｑｆｈを調節できる。このことはエキゾーストマニホールドＥｘ側の空気層（下流側間隙設定部２１２）についても同じである。
〈実施の形態３の作用〉本実施の形態では、各間隙設定部２１０，２１２の空気層の厚さの違いにより、それぞれの伝熱性が設定されている。このことにより前記実施の形態１にて説明したごとく、前記式２，３を成立させている。
【００７４】
尚、エキゾーストマニホールドＥｘ側の間隙設定部２１２の方がシリンダヘッドＨｄ側の間隙設定部２１０より厚い空気層が存在するのに、エキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅの方がシリンダヘッドＨｄからの受熱量Ｑｆｈよりも大きいのは、シリンダヘッドＨｄに比較してエキゾーストマニホールドＥｘの方が高温だからである。
【００７５】
ただしエキゾーストマニホールドＥｘがシリンダヘッドＨｄと同様に冷却されていたりして、シリンダヘッドＨｄとエキゾーストマニホールドＥｘとの間の温度関係が上述とは異なる場合がある。このような場合には、前記式２，３を成立させるために、２つの間隙設定部２１０，２１２の空気層の厚さの大小関係は、上述した関係とは逆になる場合もある。
〈実施の形態３の効果〉（１）断熱材によらずガスケット２０６，２０８と排気冷却用アダプタ２０４，２３４との間の間隙設定部２１０，２１２によっても前記式２，３の関係が設定できる。
【００７６】
したがって排気冷却用アダプタ２０４，２３４の排気通路２１４による排気冷却機能が十分に発揮できると共に、より少ない部品点数で、排気冷却用アダプタ２０４，２３４の上流側と下流側とで温度を同一化でき、排気冷却用アダプタ２０４，２３４の熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
（２）断熱材が用いられず、空気層のみであることから、内燃機関の軽量化に貢献できる。
【００７７】
［実施の形態４］
〈実施の形態４の構成〉図１７，１８に示すごとく、本実施の形態の内燃機関排気冷却装置３０２は断熱材を用いていない。この排気冷却用アダプタ３０４は、シリンダヘッド側接続面３１６の面積及び形状は、前記実施の形態３のシリンダヘッド側接続面２１６（図１４）と同じであり、シリンダヘッドＨｄとの間に配置されるガスケット３０６の形状及び厚さも前記実施の形態３のガスケット２０６（図１４）と同じである。
【００７８】
エキゾーストマニホールド側接続面３１８は、前記実施の形態３のエキゾーストマニホールド側接続面２１８（図１３）の外形よりも縮小されている。ただし前記実施の形態３とは異なり、エキゾーストマニホールド側接続面３１８には凹状の間隙設定部２１２（図１３）は存在せず平面状である。
【００７９】
したがってこの排気冷却用アダプタ３０４は、シリンダヘッド側接続面３１６の面積よりも、エキゾーストマニホールド側接続面３１８の面積が十分に縮小されている。これに対応して、エキゾーストマニホールドＥｘとの間に配置されるガスケット３０８についても小面積の形状とされている。
【００８０】
排気通路３１４、冷却水通路３２４、その他の構成は前記実施の形態３と同じである。
本実施の形態では、上述したごとく排気冷却用アダプタ３０４のエキゾーストマニホールドＥｘ側では、シリンダヘッドＨｄ側よりも伝熱面積が十分に小さくされている。
【００８１】
このことにより、排気冷却用アダプタ３０４におけるシリンダヘッドＨｄ側からの受熱量ＱｆｈはエキゾーストマニホールドＥｘ側からの受熱量Ｑｆｅより小さくされていると共に、受熱量Ｑｆｅ，Ｑｆｈの差は、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとの受熱量差を完全に相殺する。
【００８２】
本実施の形態では、シリンダヘッド側接続面３１６が上流側伝熱性設定部に相当し、エキゾーストマニホールド側接続面３１８が下流側伝熱性設定部に相当する。
〈実施の形態４の作用〉上述したごとく、伝熱面積である接続面３１６，３１８の面積の違いにより、それぞれの伝熱性が設定されている。このことにより前記実施の形態１にて説明したごとく、前記式２，３を成立させている。
【００８３】
尚、エキゾーストマニホールド側接続面３１８の方がシリンダヘッド側接続面３１６より小面積であるのに、エキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅの方がシリンダヘッドＨｄからの受熱量Ｑｆｈよりも大きいのは、シリンダヘッドＨｄに比較してエキゾーストマニホールドＥｘの方が高温だからである。
【００８４】
ただしエキゾーストマニホールドＥｘがシリンダヘッドＨｄと同様に冷却されていたりして、シリンダヘッドＨｄとエキゾーストマニホールドＥｘとの間の温度関係が上述とは異なる場合がある。このような場合には、前記式２，３を成立させるために、２つの接続面３１６，３１８の間の面積の大小関係は、上述した関係とは逆になる場合もある。
〈実施の形態４の効果〉（１）断熱材によらず接続面３１６，３１８の面積の違いによっても前記式２，３の関係が設定できる。
【００８５】
したがって排気冷却用アダプタ３０４の排気通路３１４による排気冷却機能が十分に発揮できると共に、より少ない部品点数で、排気冷却用アダプタ３０４の上流側と下流側とで温度を同一化でき、排気冷却用アダプタ３０４の熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
（２）断熱材が用いられず、エキゾーストマニホールド側接続面３１８及びエキゾーストマニホールドＥｘ側のガスケット３０８が小面積であることから、内燃機関の軽量化に貢献できる。
【００８６】
［その他の実施の形態］
・前記各実施の形態においては、シリンダヘッドＨｄからの受熱量ＱｆｈとエキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅとの受熱量差（Ｑｆｅ−Ｑｆｈ）が、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとの受熱量差（Ｑｇｈ−Ｑｇｅ）を完全に相殺する関係とした。すなわち前記式２，３が成立する受熱量Ｑｆｈ，Ｑｆｅに設定し、このことにより排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量との差が無いようにしていた。
【００８７】
このように完全に前記式２，３の関係が成立しなくても、上流側の接続部分での伝熱性（あるいは断熱性）と下流側の接続部分での伝熱性（あるいは断熱性）とに差を設けることで、排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量との差を小さくするようにしても良い。
【００８８】
・前記各実施の形態において、排気流方向での排気冷却用アダプタの長さを変更した場合、例えば短くした場合には、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとは近づき、差が小さくなる。長くした場合には、下流側の受熱量Ｑｇｅが上流側の受熱量Ｑｇｈよりも小さくなる方向に離れ、差が大きくなる。したがって排気冷却用アダプタの長さに対しては、シリンダヘッドＨｄからの受熱量ＱｆｈとエキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅとの比が、図１９に示すごとくとなるように、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部との伝熱性設定状態を変更する。このことにより排気冷却用アダプタの上流側と下流側とで温度を同一化でき、排気冷却用アダプタの熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
【００８９】
・前記各実施の形態において、排気通路の排気導入口と排気排出口との面積比を変更した場合、例えば排気導入口面積と排気排出口面積とを近づけた場合には、上流側での排気からの受熱量Ｑｇｈと下流側での排気からの受熱量Ｑｇｅとは近づき、差が小さくなる。排気導入口面積よりも排気排出口面積を大きくした場合には、下流側の受熱量Ｑｇｅが上流側の受熱量Ｑｇｈよりも小さくなる方向に離れ、差が大きくなる。したがって排気通路の排気導入口と排気排出口との面積比に対しては、シリンダヘッドＨｄからの受熱量ＱｆｈとエキゾーストマニホールドＥｘからの受熱量Ｑｆｅとの比が、図２０に示すごとくとなるように、上流側伝熱性設定部と下流側伝熱性設定部との伝熱性設定状態を変更する。このことにより排気冷却用アダプタの上流側と下流側とで温度を同一化でき、排気冷却用アダプタの熱歪みや熱溜まりの発生を確実に防止できる。
【符号の説明】
【００９０】
２…内燃機関排気冷却装置、４…排気冷却用アダプタ、６，８…ガスケット、１０…ヘッド側断熱材、１２…エキゾースト側断熱材、１４…排気通路、１４ａ…排気導入口、１４ｂ…排気排出口、１６…シリンダヘッド側接続面、１６ａ…外周縁部、１６ｂ…断熱材収納部、１８…エキゾーストマニホールド側接続面、１８ａ…外周縁部、１８ｂ…断熱材収納部、２０…ボルト締結部、２０ａ…ボルト挿通孔、２２…ボルト締結部、２２ａ…螺合孔、２４…冷却水通路、２６…冷却水導入部、２８…冷却水排出部、１０２…内燃機関排気冷却装置、１０４…排気冷却用アダプタ、１０６…ガスケット、１０８…ガスケット、１１４…排気通路、１１６…シリンダヘッド側接続面、１１８…エキゾーストマニホールド側接続面、１２４…冷却水通路、２０２…内燃機関排気冷却装置、２０４…排気冷却用アダプタ、２０６，２０８…ガスケット、２１０…上流側間隙設定部、２１２…下流側間隙設定部、２１４…排気通路、２１６…シリンダヘッド側接続面、２１８…エキゾーストマニホールド側接続面、２２４…冷却水通路、２３４…排気冷却用アダプタ、２４６…シリンダヘッド側接続面、２４６ａ…空気層、３０２…内燃機関排気冷却装置、３０４…排気冷却用アダプタ、３０６，３０８…ガスケット、３１４…排気通路、３１６…シリンダヘッド側接続面、３１８…エキゾーストマニホールド側接続面、３２４…冷却水通路、Ｂ１，Ｂ２…ボルト、Ｅｘ…エキゾーストマニホールド、Ｈｄ…シリンダヘッド、Ｐｅ…排気ポート、Ｑｆｈ，Ｑｆｅ，Ｑｇｈ，Ｑｇｅ…受熱量、Ｑｗ…全体の受熱量。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気経路に排気冷却用アダプタを配置し、この排気冷却用アダプタの上流側には排気流入側部材が接続され下流側に排気流出側部材が接続されて、前記排気流入側部材の排気通路から前記排気冷却用アダプタの排気通路に排気が導入され、前記排気冷却用アダプタの排気通路から前記排気流出側部材の排気通路に排気が排出されることにより内燃機関の排気を冷却する内燃機関排気冷却装置であって、
前記排気冷却用アダプタと前記排気流入側部材との間の接続部分に設けられて、この接続部分での伝熱性を設定している上流側伝熱性設定部と、
前記排気冷却用アダプタと前記排気流出側部材との間の接続部分に設けられて、この接続部分での伝熱性を、前記上流側伝熱性設定部とは異なる伝熱性に設定している下流側伝熱性設定部と、
を備え、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、この差異が無い場合に比較して前記排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量との差を小さくする設定であることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量とを同一とする設定であることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部の伝熱性と前記下流側伝熱性設定部の伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部を介する前記排気流入側部材からの受熱量と前記下流側伝熱性設定部を介する前記排気流出側部材からの受熱量との受熱量差が、前記排気冷却用アダプタの排気通路の上流側における排気からの受熱量と下流側における排気からの受熱量との受熱量差を相殺する関係に設定されていることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記排気流入側部材は前記排気通路として排気ポートを備える内燃機関のシリンダヘッドであり、前記排気流出側部材はエキゾーストマニホールドであり、前記シリンダヘッドの排気ポートから前記排気冷却用アダプタの排気通路に排気が導入され、前記排気冷却用アダプタの排気通路から前記エキゾーストマニホールドの排気通路に排気が排出され、前記下流側伝熱性設定部は前記上流側伝熱性設定部よりも伝熱性が低いことを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とは、応力集中部位を避けて配置されていることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにそれぞれ配置されている断熱材の断熱性の差異により設定されていることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにそれぞれ配置されているガスケットの厚さの差異により設定されていることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにそれぞれ形成されている空気層の領域面積又は空気層の厚さの差異により設定されていることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにおける伝熱面積の差異により設定されていることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項１】
内燃機関の排気経路に排気冷却用アダプタを配置し、この排気冷却用アダプタの上流側には排気流入側部材が接続され下流側に排気流出側部材が接続されて、前記排気流入側部材の排気通路から前記排気冷却用アダプタの排気通路に排気が導入され、前記排気冷却用アダプタの排気通路から前記排気流出側部材の排気通路に排気が排出されることにより内燃機関の排気を冷却する内燃機関排気冷却装置であって、
前記排気冷却用アダプタと前記排気流入側部材との間の接続部分に設けられて、この接続部分での伝熱性を設定している上流側伝熱性設定部と、
前記排気冷却用アダプタと前記排気流出側部材との間の接続部分に設けられて、この接続部分での伝熱性を、前記上流側伝熱性設定部とは異なる伝熱性に設定している下流側伝熱性設定部と、
を備え、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、この差異が無い場合に比較して前記排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量との差を小さくする設定であることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記排気冷却用アダプタの上流側での総受熱量と下流側での総受熱量とを同一とする設定であることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部の伝熱性と前記下流側伝熱性設定部の伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部を介する前記排気流入側部材からの受熱量と前記下流側伝熱性設定部を介する前記排気流出側部材からの受熱量との受熱量差が、前記排気冷却用アダプタの排気通路の上流側における排気からの受熱量と下流側における排気からの受熱量との受熱量差を相殺する関係に設定されていることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記排気流入側部材は前記排気通路として排気ポートを備える内燃機関のシリンダヘッドであり、前記排気流出側部材はエキゾーストマニホールドであり、前記シリンダヘッドの排気ポートから前記排気冷却用アダプタの排気通路に排気が導入され、前記排気冷却用アダプタの排気通路から前記エキゾーストマニホールドの排気通路に排気が排出され、前記下流側伝熱性設定部は前記上流側伝熱性設定部よりも伝熱性が低いことを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とは、応力集中部位を避けて配置されていることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにそれぞれ配置されている断熱材の断熱性の差異により設定されていることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにそれぞれ配置されているガスケットの厚さの差異により設定されていることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにそれぞれ形成されている空気層の領域面積又は空気層の厚さの差異により設定されていることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気冷却装置において、前記上流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性と前記下流側伝熱性設定部に設定されている伝熱性との差異は、前記上流側伝熱性設定部と前記下流側伝熱性設定部とにおける伝熱面積の差異により設定されていることを特徴とする内燃機関排気冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−５７２７２（Ｐ２０１３−５７２７２Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５３１４（Ｐ２０１１−１９５３１４）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【Ｆターム（参考）】
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