JP2007321637A - Engine cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの早期暖機及び暖機完了後のエンジンを適切に冷却することができるエンジンの冷却装置に関する。 The present invention relates to an engine cooling apparatus capable of appropriately cooling an engine after the engine has been warmed up early and after the engine has been warmed up.
エンジンは、暖機が完了していない状態ではフリクションが大きい等の問題があることから早期の暖機完了が求められる。特に、シリンダボアやピストン、クランクシャフト等の摺動部を有する構成要素は効率のよい運転を実現するために早期暖機完了が望まれる。通常のエンジンは筒内爆発が開始されるとシリンダブロックやシリンダヘッド等のエンジン構成要素、さらに、これらのエンジン構成要素に形成された油路中を循環するエンジンオイル、ウォータジャケット中を循環する冷却水が温められ、徐々に暖機が進行する。 Since the engine has a problem such as a large friction when the warm-up is not completed, early warm-up is required. In particular, components having sliding portions such as cylinder bores, pistons, crankshafts, and the like are desired to complete early warm-up in order to realize efficient operation. When an in-cylinder explosion starts in a normal engine, engine components such as cylinder blocks and cylinder heads, engine oil that circulates in oil passages formed in these engine components, and cooling that circulates in a water jacket The water is warmed and warming up gradually.
また、その一方で、暖機完了後はエンジン各部の温度が過度に上昇することを回避すべく、エンジンには冷却装置が搭載されている。 On the other hand, after the warm-up is completed, a cooling device is mounted on the engine in order to avoid an excessive increase in the temperature of each part of the engine.
従来、エンジンの冷却装置は種々の形態のものが提案されており、例えば、特許文献1には、エンジンの冷間時には、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間で冷却水を循環させ、エンジンの温間軽負荷時には、シリンダヘッド及びシリンダブロックのうちシリンダヘッドのみに冷却水を流すとともに、必要に応じてラジエータにも流し、エンジンの温間高負荷時には、シリンダヘッド、シリンダブロック及びラジエータ間で冷却水を循環させるとともに、ラジエータから流出した冷却水を先にシリンダヘッドに流し、その後にシリンダブロックに流すようにした構成が開示されている。このようなエンジンの冷却装置は、具体的には、一端が冷却水流入口と連通するシリンダヘッド吸気側通路部と、一端がシリンダヘッド吸気側通路部の他端と連通部を介して連通し、他端が冷却水出口と連通するシリンダヘッド排気側通路部を備えている。このようなエンジンの冷却装置では、冷却水は、まずシリンダヘッド吸気側通路部へ流入し、連通部を通じてシリンダヘッド排気側通路部へ流れ、その後、シリンダブロックへ流入する。 Conventionally, various types of engine cooling devices have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses that when the engine is cold, cooling water is circulated between the cylinder head and the cylinder block to When the load is light, the coolant flows only to the cylinder head of the cylinder head and cylinder block, and also flows to the radiator as necessary. When the engine is warm, the coolant flows between the cylinder head, cylinder block, and radiator. In addition, a configuration is disclosed in which the cooling water flowing out from the radiator is caused to flow first to the cylinder head and then to the cylinder block. Specifically, such a cooling device for an engine has a cylinder head intake side passage portion whose one end communicates with the coolant inlet, and one end communicates with the other end of the cylinder head intake side passage portion via the communication portion, A cylinder head exhaust side passage portion having the other end communicating with the coolant outlet is provided. In such an engine cooling device, the cooling water first flows into the cylinder head intake side passage portion, flows through the communication portion to the cylinder head exhaust side passage portion, and then flows into the cylinder block.
このようなエンジンの冷却装置は、エンジンの冷間時には暖機性を促進し、温間時にはエンジンをその運転状態に応じて適切に冷却することを目的としている。 Such an engine cooling device is intended to promote warm-up when the engine is cold, and to cool the engine appropriately according to the operating state when the engine is warm.
しかしながら、前記特許文献1で開示されたエンジンの冷却装置では、シリンダヘッド吸気側通路部へ流入した冷却水が連通部を通じてシリンダヘッド排気側通路部へ流れることから、エンジンの温間高負荷時のシリンダヘッド排気側には、シリンダヘッド吸気側通路部、連通部を通過することによって温度が上昇した冷却水が流通することとなり、冷却性の確保が十分でないおそれがある。 However, in the engine cooling device disclosed in Patent Document 1, the cooling water that has flowed into the cylinder head intake side passage portion flows to the cylinder head exhaust side passage portion through the communication portion. On the exhaust side of the cylinder head, cooling water whose temperature has increased due to passing through the cylinder head intake side passage portion and the communication portion flows, and there is a possibility that the cooling performance may not be sufficiently secured.
そこで、本発明は、エンジンの早期暖機を達成することができるとともに、エンジンの効率的な冷却効果を得ることができるエンジンの冷却装置を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an engine cooling apparatus that can achieve early engine warm-up and can obtain an efficient engine cooling effect.
かかる課題を解決するための、本発明のエンジンの冷却装置は、ウォータポンプと、シリンダヘッドの吸気側に配置され、エンジンの一端側に前記ウォータポンプに接続された冷却水入口を備えると共に他端側に冷却水出口を備える吸気側ウォータジャケットと、シリンダヘッドの排気側に配置され、エンジンの一端側にシリンダブロックウォータジャケットへ通じる冷却水出口を備えると共に他端側に冷却水入口を備える排気側ウォータジャケットと、前記吸気側ウォータジャケットの冷却水出口と前記排気側ウォータジャケットの冷却水入口とを接続するUターン通路と、前記吸気側ウォータジャケットから分岐して前記排気側ウォータジャケットへ接続されるバイパス通路と、当該バイパス通路の冷却水の流通を制御するバイパス弁と、を備えたことを特徴とする(請求項1)。 In order to solve this problem, an engine cooling device according to the present invention includes a water pump, a cooling water inlet disposed on the intake side of the cylinder head, connected to the water pump on one end side of the engine, and the other end. An intake side water jacket having a cooling water outlet on the side and an exhaust side disposed on the exhaust side of the cylinder head and having a cooling water outlet leading to the cylinder block water jacket on one end side of the engine and a cooling water inlet on the other end side A water jacket, a U-turn passage connecting a cooling water outlet of the intake side water jacket and a cooling water inlet of the exhaust side water jacket, and branched from the intake side water jacket and connected to the exhaust side water jacket A bypass passage and a bypass valve for controlling the flow of cooling water in the bypass passage; Characterized by comprising a (claim 1).
このような構成とすることにより、エンジンの早期暖機を図ることができる。特に、エンジン始動により高温の排気ガスが流通するシリンダヘッドの排気側の周囲を通過した冷却水がシリンダブロックへ供給されるので、シリンダブロックの周囲を効率よく温めることができる。また、シリンダヘッドの排気側で温められた冷却水がシリンダヘッドの吸気側へ流入することがないので吸気に熱を奪われることがなく、吸気の温度上昇も抑制することができる。 With this configuration, the engine can be warmed up quickly. In particular, since the cooling water that has passed around the exhaust side of the cylinder head through which high-temperature exhaust gas circulates when the engine is started is supplied to the cylinder block, the periphery of the cylinder block can be efficiently warmed. Further, since the cooling water heated on the exhaust side of the cylinder head does not flow into the intake side of the cylinder head, the intake air is not deprived of heat, and the temperature rise of the intake air can be suppressed.
しかし、その一方で、暖機完了後は、シリンダヘッドにおける冷却性能が不足することが懸念される。そこで、本発明では、シリンダヘッド内に略並行に配置される吸気側ウォータジャケットと排気側ウォータジャケットとを接続するバイパス通路を設け、このバイパス通路に高負荷時に開弁するバイパス弁を設ける構成としている。このような構成とすることにより冷却水の流量を稼ぐことができるとともに排気側ウォータジャケットへ到達するまでの圧損を低減することができる。この結果、シリンダヘッドにおける冷却性能の向上を実現できる。 However, on the other hand, there is a concern that the cooling performance of the cylinder head is insufficient after the warm-up is completed. Therefore, in the present invention, a bypass passage that connects the intake-side water jacket and the exhaust-side water jacket that are arranged substantially in parallel in the cylinder head is provided, and a bypass valve that opens at high load is provided in the bypass passage. Yes. With such a configuration, it is possible to increase the flow rate of the cooling water and reduce pressure loss until it reaches the exhaust-side water jacket. As a result, the cooling performance of the cylinder head can be improved.
ここで、バイパス弁としては、例えば、吸気側ウォータジャケット内の冷却水の圧力が排気側ウォータジャケット内の冷却水の圧力に対して上昇することにより開弁される圧力弁を採用することができる。例えば、ウォータポンプをエンジンの回転数の上昇に伴って回転数が上昇する機械式とすれば、高負荷時に吸気側ウォータジャケット内の冷却水の圧力が高まり、バイパス弁である圧力弁が開弁する。これにより、吸気側ウォータジャケット内の冷却水は、Uターン通路をバイパスして排気側ウォータジャケット内に流入する。また、例えば、サーモスタット等を用い、冷却水の温度に感応して開閉を行うタイプの弁をバイパス弁として用いることもできる。さらに、制御手段によって制御される電磁弁等の任意駆動弁をバイパス弁として用いることもできる。 Here, as the bypass valve, for example, a pressure valve that is opened when the pressure of the cooling water in the intake water jacket rises with respect to the pressure of the cooling water in the exhaust water jacket can be employed. . For example, if the water pump is a mechanical type whose rotational speed increases as the rotational speed of the engine increases, the pressure of the cooling water in the intake water jacket increases at high loads, and the pressure valve that is a bypass valve opens. To do. As a result, the cooling water in the intake water jacket flows into the exhaust water jacket bypassing the U-turn passage. Further, for example, a valve that opens and closes in response to the temperature of the cooling water using a thermostat or the like can be used as the bypass valve. Furthermore, an arbitrary drive valve such as an electromagnetic valve controlled by the control means can be used as a bypass valve.
また、排気側ウォータジャケットの冷却水出口にウォータポンプからの配管を行い、この配管にバイパス通路の機能を持たせ、この配管に圧力弁等のバイパス弁を装着した構成とすることもできる。このような構成とすることにより、高負荷時の吸気側ウォータジャケット及び排気側ウォータジャケットにはエンジンの同一の側から冷却水が流入することとなる。この結果、シリンダヘッドにおける吸気側、排気側の冷却性能を向上させることができる。 Alternatively, a pipe from a water pump may be provided at the cooling water outlet of the exhaust water jacket so that the pipe has a function of a bypass passage, and a bypass valve such as a pressure valve is attached to the pipe. With such a configuration, the cooling water flows into the intake side water jacket and the exhaust side water jacket at the time of high load from the same side of the engine. As a result, the cooling performance on the intake side and exhaust side of the cylinder head can be improved.
このようなエンジンンの冷却装置では、前記シリンダヘッドに連続して設けられるエキゾーストマニホールドと、当該エキゾーストマニホールドの周囲に形成され、前記排気側ウォータジャケットから冷却水が流入するエキゾーストマニホールドウォータジャケットと、を備えた構成とすることができる(請求項2)。このような構成とすることにより、冷却水はエキゾーストマニホールドからも熱を受け取り、この熱をシリンダブロック周辺の昇温へ利用することができる。また、温間高負荷時のエキゾーストマニホールド周辺の冷却性能を向上させることにもなる。 In such an engine cooling device, an exhaust manifold continuously provided in the cylinder head, and an exhaust manifold water jacket formed around the exhaust manifold and into which cooling water flows from the exhaust-side water jacket, It can be set as the structure provided (Claim 2). With such a configuration, the cooling water also receives heat from the exhaust manifold, and can use this heat to raise the temperature around the cylinder block. It also improves the cooling performance around the exhaust manifold when the load is warm.
本発明によれば、高温となる排気ガスが流通するシリンダヘッド排気側に配置された排気側ウォータジャケットを通過した冷却水が即座にシリンダブロックに供給されるので、シリンダブロックの早期昇温、暖機完了が可能となる。また、高負荷時にはバイパス通路を通じて排気側ウォータジャケットへ冷却水を流通させるようにしたのでシリンダヘッドの冷却性能を向上させることができる。 According to the present invention, the cooling water that has passed through the exhaust-side water jacket disposed on the exhaust side of the cylinder head through which the exhaust gas that becomes hot flows is immediately supplied to the cylinder block. The machine can be completed. In addition, the cooling performance of the cylinder head can be improved because the cooling water is circulated to the exhaust-side water jacket through the bypass passage when the load is high.
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。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明のエンジンの冷却装置の概略構成を示す模式図である。本実施例における冷却装置が搭載されるエンジンは、図1中、左右方向に直列にシリンダが配列された直列4気筒エンジンである。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an engine cooling device of the present invention. The engine on which the cooling device in this embodiment is mounted is an in-line four-cylinder engine in which cylinders are arranged in series in the left-right direction in FIG.
冷却装置は、機械式のウォータポンプ1と、エンジンを構成するシリンダヘッド2内に配置される吸気側ウォータジャケット3と排気側ウォータジャケット4とを備えている。吸気側ウォータジャケット3は、シリンダヘッド2の吸気側(IN側)に配置されており、エンジンの一端側(図1中、左側)に冷却水入口3aを備え、他端側(図1中、右側)に冷却水出口3bを備えている。一方、排気側ウォータジャケット4は、シリンダヘッド2の排気側(EX側)に配置されており、エンジンの一端側(図1中、左側)に冷却水出口4bを備え、他端側(図1中、右側)に冷却水入口4aを備えている。このような吸気側ウォータジャケット3の冷却水出口3bと排気側ウォータジャケット4の冷却水入口4aとはUターン通路5を介して接続されている。
The cooling device includes a mechanical water pump 1 and an
また、吸気側ウォータジャケット3と排気側ウォータジャケット4は、吸気側ウォータジャケット3から分岐して排気側ウォータジャケット4へ接続されるバイパス通路8によって接続されている。このバイパス通路8には吸気側ウォータジャケット3から排気側ウォータジャケット4への冷却水の流通を制御するバイパス弁9を備えている。図2は、このバイパス弁9の動作を示す説明図である。バイパス弁9は、ケース9a内にスプリング9bによって吸気側に付勢された弁体9cが組み込まれて構成されている。
The
シリンダブロック6には、シリンダの吸気側(IN側)と排気側(EX側)の周囲を循環するシリンダブロックウォータジャケット7が形成されている。このシリンダブロックウォータジャケット7は、排気側ウォータジャケット4の冷却水出口4bから冷却水が供給されるようになっている。
The
冷却装置はラジエータ10が組み込まれている。ラジエータ10の入口10aは、シリンダブロックウォータジャケット7と接続されている。また、ラジエータ10の出口10bの下流にはサーモスタット11が装着されている。サーモスタット11は、ラジエータ10の出口10bにつながる配管以外に、シリンダブロックウォータジャケット7と接続され、さらにウォータポンプ1へつながる配管が接続されている。
A
次に、以上のように構成される冷却装置における冷却水の流通の様子を説明する。 Next, the state of circulation of the cooling water in the cooling device configured as described above will be described.
≪冷間時≫
まず、冷間時の冷却水の流通について図3を参照しつつ説明する。冷間時、サーモスタット11は、ラジエータ10の出口10bを塞ぐような状態となっている。また、バイパス弁9は、図2(a)に示すような閉弁状態となっている。このような状態でエンジンが始動し、機械式のウォータポンプ1が駆動され始めると、冷却水が冷却水入口3aから吸気側ウォータジャケット3へ供給される。エンジン始動時の低回転状態では、吸気側ウォータジャケット3内を流通す冷却水の圧力はあまり高くはない。このため、吸気側ウォータジャケット3内の冷却水の圧力によってバイパス弁9を開弁状態とすることはない。このため、吸気側ウォータジャケット3を流通する冷却水がバイパス通路8を通じて排気側ウォータジャケット4へ流入することはない。このため、吸気側ウォータジャケット3内の冷却水はUターン通路を通じて排気側ウォータジャケット4内へ流入する。排気側ウォータジャケット4内を通過する冷却水は、シリンダヘッド2内を流通する高温の排気ガスから熱を得て温度が上昇する。このようにして温度が上昇した冷却水は冷却水出口4bからシリンダブロックウォータジャケット7内に流入して循環した後、サーモスタット11を通じて再びウォータポンプ1に吸い上げられる。この際、冷却水は、シリンダブロック6に熱を与え、シリンダブロック6の暖機が促進される。
なお、ラジエータ10の出口10bの下流に位置するサーモスタット11は、ラジエータ10からの冷却水の流入を遮断する弁状態となっているので、ラジエータ10内の冷却水は殆ど流れておらず、このため、シリンダブロックウォータジャケット7と接続された入口10aからラジエータ10内への冷却水の流入は制限されている。
≪When cold≫
First, the flow of cooling water during cold will be described with reference to FIG. When cold, the
Since the
以上、説明した冷間時における冷却水の流通を整理すると、冷却水は、主としてウォータポンプ1、吸気側ウォータジャケット3、Uターン通路5、排気側ウォータジャケット4、シリンダブロックウォータジャケット7を循環する。冷却水はこの間にシリンダヘッド2、特に排気側から熱を受け取り、シリンダブロックウォータジャケット7を介してその熱をシリンダブロック6へ伝達し、シリンダブロック6の暖機を促進する。
As described above, when the circulation of the cooling water in the cold state is organized, the cooling water mainly circulates through the water pump 1, the intake
≪暖機完了後≫
次に、暖機完了後の冷却水の流通について図4を参照しつつ説明する。暖機の進行に伴って冷却水の温度が上昇し、サーモスタット11の作動温度に到達すると、サーモスタット11は図4に示すようにシリンダブロックウォータジャケット7からの冷却水の流入を制限し、ラジエータ10の出口10bからの冷却水の流入を許容する状態となる。サーモスタット11がこのような状態となると、冷却水はラジエータ10内を流通するようになるのでウォータポンプ11には温度が低下した冷却水が導入され、シリンダヘッド2、シリンダブロック6の冷却が図られる。
≪After warming up≫
Next, the circulation of the cooling water after the completion of warm-up will be described with reference to FIG. When the temperature of the cooling water rises as the warm-up proceeds and reaches the operating temperature of the
≪高負荷時≫
エンジンが高負荷状態となると、ウォータポンプ1の回転数が上昇し、吸気側ウォータジャケット3内の冷却水の圧力が上昇する。吸気側ウォータジャケッ3ト内の冷却水の圧力と排気側ウォータジャケット4内の冷却水の圧力との差がバイパス弁9の開弁圧に到達すると、バイパス弁9は、図2(b)に示すように弁体9cが持ち上げられて開弁状態となる。バイパス弁9が開弁状態となることにより、吸気側ウォータジャケット3内の冷却水はバイパス通路8を通じて排気側ウォータジャケット4内に流入できるようになる。この結果、排気側ウォータジャケット4内に流入する冷却水の流量を稼ぐことができるとともに排気側ウォータジャケット4へ到達するまでの圧損を低減することができる。これにより、シリンダヘッド2における冷却性能の向上を実現できる。
≪High load≫
When the engine is in a high load state, the rotation speed of the water pump 1 increases, and the pressure of the cooling water in the intake
次に、本発明の実施例2について図5を参照しつつ説明する。実施例2が実施例1と異なる点は、実施例2では、シリンダヘッド2の連続して設けられるエキゾーストマニホールド20を備えており、さらに、このエキゾーストマニホールド20の周囲に形成され、排気側ウォータジャケット4から冷却水が流入するエキゾーストマニホールドウォータジャケット21を備えている点である。このような構成とすることにより、冷間時の冷却水はエキゾーストマニホールド20の周囲からも熱を得ることができ、この熱をシリンダブロック6へ伝達することができるのでシリンダブロック6の暖機効率をさらに向上させることができる。一方、暖機完了後には、エキゾーストマニホールド20の周辺から熱を奪うことになるので、エキゾーストマニホールド20周辺の冷却効率を向上させることができる。これは、エキゾーストマニホールド20周辺の信頼性向上、例えば高温での割れ防止、触媒の溶損防止等にもつながる。さらに、ターボエンジンの場合にはタービンの溶損の防止にもなり、排気熱がターボチャージャを伝わり、吸気温が上昇することに起因する出力低下を回避することができる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that the
なお、冷却水の流通は、排気側ウォータジャケット4内に流入した冷却水がエキゾーストマニホールドウォータジャケット21内も流通する以外は、実施例1の場合と同様であるのでその詳細な説明は省略する。
Since the cooling water flows in the same manner as in the first embodiment except that the cooling water flowing into the exhaust-
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、更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。例えば、上述の実施例では、シリンダブロックウォータジャケット7への冷却水の流入は排気側ウォータジャケット4の冷却水出口4bを通じて行っているが、図6に示したようなヘッドガスケット25、すなわち、排気側(EX側)に水穴25a〜25dを設けたヘッドガスケット25を用いて排気側の広範囲に渡って冷却水をシリンダブロックウォータジャケット7へ供給する構成とすることもできる。各ウォータジャケットの形状等を考慮してこのような措置を採ることにより、最適な冷却水の流通を実現することができる。この際、図6に示すように水穴25a〜25dの大きさや位置を調整して冷却水流通の最適化を図ることができる。
The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope. For example, in the above-described embodiment, the cooling water flows into the cylinder
1 ウォータポンプ
2 シリンダヘッド
3 吸気側ウォータジャケット
3a 冷却水入口
3b 冷却水出口
4 排気側ウォータジャケット
4a 冷却水入口
4b 冷却水出口
6 シリンダブロック
7 シリンダブロックウォータジャケット
8 バイパス通路
9 バイパス弁
10 ラジエータ
11 サーモスタット
20 エキゾーストマニホールド
21 エキゾーストマニホールドウォータジャケット
25 ヘッドガスケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water pump 2
Claims (2)
シリンダヘッドの吸気側に配置され、エンジンの一端側に前記ウォータポンプに接続された冷却水入口を備えると共に他端側に冷却水出口を備える吸気側ウォータジャケットと、
シリンダヘッドの排気側に配置され、エンジンの一端側にシリンダブロックウォータジャケットへ通じる冷却水出口を備えると共に他端側に冷却水入口を備える排気側ウォータジャケットと、
前記吸気側ウォータジャケットの冷却水出口と前記排気側ウォータジャケットの冷却水入口とを接続するUターン通路と、
前記吸気側ウォータジャケットから分岐して前記排気側ウォータジャケットへ接続されるバイパス通路と、
当該バイパス通路の冷却水の流通を制御するバイパス弁と、
を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。 A water pump,
An intake-side water jacket that is disposed on the intake side of the cylinder head and includes a cooling water inlet connected to the water pump on one end side of the engine and a cooling water outlet on the other end side;
An exhaust water jacket disposed on the exhaust side of the cylinder head, provided with a cooling water outlet leading to the cylinder block water jacket on one end side of the engine and having a cooling water inlet on the other end side;
A U-turn passage connecting a cooling water outlet of the intake water jacket and a cooling water inlet of the exhaust water jacket;
A bypass passage branched from the intake water jacket and connected to the exhaust water jacket;
A bypass valve that controls the flow of cooling water in the bypass passage;
An engine cooling system comprising:
前記シリンダヘッドに連続して設けられるエキゾーストマニホールドと、
当該エキゾーストマニホールドの周囲に形成され、前記排気側ウォータジャケットから冷却水が流入するエキゾーストマニホールドウォータジャケットと、
を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
The engine cooling device according to claim 1,
An exhaust manifold provided continuously to the cylinder head;
An exhaust manifold water jacket formed around the exhaust manifold and into which cooling water flows from the exhaust water jacket;
An engine cooling system comprising:
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