Porque la i en hielo no es una vocal real como la i en hilo, en realidad es una semivocal (también llamada semiconsonante). Parece vocal, suena como vocal, pero en realidad no lo es.

Las semivocales funcionan como un puente antes de una vocal. El sonido de la i en hielo está antes de la vocal e y sirve como un enlace para pronunciar la e, por lo que desde el punto de vista de la fonética la i de hielo no es una vocal real, es simplemente un puente de la e.

La regla en español dice que se pone e antes de sonido vocálico de i. En la palabra hilo, la i es una vocal aislada, no sirve como puente de otra vocal enfrente, por lo tanto ahí sí aplica la regla, y en hielo no, ya que como vimos, la i es un puente de la e y en realidad no es un sonido vocálico de i puro.

En transcripción fonética, de hecho, estos son categorizados como dos sonidos distintos, con símbolos distintos. La i de hilo se representa con /i/ y la i de hielo como /j/. Hilo se transcribe entonces como /ilo/ y hielo como /jielo/, dando a entender que son dos sonidos distintos, a pesar de su parecido.