JP2014145326A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関において、ＣＶＴウォーマ等のオイル熱交換器の的確な加温と機関の早期暖機の促進とを図る。
【解決手段】冷却系統は、ブロック冷却水通路４とヘッド冷却水通路５との２つにわかれている。ヘッド冷却水通路５には常に冷却水が流れるが、ブロック冷却水通路４には暖機運転中は冷却水は流れず、暖機運転を終了すると第１サーモ弁１２が開いて冷却水がブロック冷却水通路に流れる。ＣＶＴウォーマ７等のオイル熱交換器には、ブロック冷却水通路４を経由した冷却水が流れる。従って、暖機運転中はＣＶＴウォーマ７には冷却水は流れない。このため、オイルの熱が奪われることはないと共に、シリンダヘッド２を早期昇温できる。
【選択図】図１

Description

本願発明は、オイル熱交換器を備えた内燃機関に関し、特に、オイルが封入された自動変速機を有する車両用内燃機関を好適な対象にしている。

レシプロ式内燃機関ではシリンダブロックとシリンダヘッドとにそれぞれ冷却水通路を設けており、一般には、冷却水は機関の始動と同時にシリンダブロックの冷却水通路とシリンダヘッドの冷却水通路とを循環するようになっている。しかし、外気温が低いと機関の温度も低いため、冷却水の熱がシリンダブロックに奪われる現象が発生することがあり、このため、燃焼が不安定化することがある。

そこで、冷却水の温度がある程度以下に低い場合は、シリンダヘッドの冷却水通路のみに冷却水を流して、シリンダブロックの冷却水通路には冷却水を流さないように制御することが提案されている。

他方、近年の車両用内燃機関は自動変速機を備えていることが大半であり、自動変速機はその方式に関係なくオイル（作動油）を使用しているが、自動変速機の油温が低いと粘度が高くなって機械的損失（メカロス）が増大することから、機関で温められた冷却水で自動変速機のオイルを加温することも行われている。すなわち、冷却水でオイルを加温するオイルウォーマを設けることも行われている。

そして、特許文献１，２には、冷却水温度が低い場合はヘッド冷却水通路のみに冷却水を流す冷却系統切り替え手段を備えると共に、自動変速機のオイルを冷却水で加温することが記載されており、両特許文献では、機関の始動と同時に冷却水をオイルウォーマに流して、機関が運転されている間は冷却水をオイルウォーマに流し続ける構成になっている。なお、オイル温度が冷却水温度よりも高くなると、オイルウォーマはオイルクーラとして機能する。

特開２００４−２３２５１４号公報 特開２００９−２９３４１５号公報

さて、上記のとおり、外気温度が低いと冷却水の熱が機関本体に奪われて温度上昇が遅くなる現象がある。この点、特許文献１，２では、暖機運転中はシリンダヘッドの冷却水通路を通った冷却水をオイルウォーマに流すことで、暖機運転時におけるオイルウォーマの加温を図っているが、オイルが冷却されてしまうおそれは否定できない。

また、冷却水がオイルウォーマを通ることで熱を奪われて、機関の暖機が遅れる可能性もある。更に、暖機運転終了後はシリンダヘッドの冷却水通路を通った冷却水とシリンダブロックの冷却水通路を通った冷却水との全量がオイルウォーマに流れるため、暖機運転後や外気温が高い状態での運転においてオイルが過度に加温され過ぎる可能性もある。

本願発明は、かかる現状を改善すべく成されたものである。

本願発明の内燃機関は、シリンダブロックを冷却するブロック冷却水通路と、シリンダヘッドを冷却するヘッド冷却水通路と、冷却水温度が予め設定した基準温度より低い場合はシリンダヘッドのみに冷却水を流して冷却水温度が前記基準温度以上の場合は冷却水通路をヘッド冷却水通路とブロック冷却水通路との両方に流す冷却系切り替え弁と、冷却水でオイルを加温又は冷却するオイル熱交換器とを備えている。

そして、前記ブロック冷却水通路とオイル熱交換器とを、前記オイル熱交換器に前記ブロック冷却水通路を経由した冷却水が流れるように接続している。

冷却系切り替え弁は例えば温度センサによって制御される電磁弁でもよいが、実施形態のように温度に感応して作動するサーモ弁を使用すると、構造が簡単になると共に誤作動も防止できる利点がある。また、オイル熱交換器は潤滑油のためのものであってもよいし、車両用内燃機関の場合は、自動変速機のオイルのためのものやパワーステアリングのオイルのためのものとすることができる。

本願発明では、暖機運転中は冷却水はオイルウォーマ等のオイル熱交換器には流れず、冷却水は専らヘッド冷却水通路を流れる。このため、冷却水がオイル熱交換器によって熱を奪われてシリンダヘッドの加温が遅れる事態や、オイルの熱が冷却水に奪われて機械的損失が増えるといった事態を防止できる。従って、オイルの熱が冷却水に奪われることを防止できることにより、オイルの早期昇温（早期粘度低下）を図って機械的損失を抑制することが可能となる。

そして、内燃機関ではシリンダヘッドの燃焼室の近傍が最も高温になることから、冷却水はヘッド冷却水通路によって最も高温になるが、本願発明では、暖機運転終了後はオイル熱交換器にはブロック冷却水通路を経由した冷却水が流れるようになっており、ヘッド冷却水通路を通って冷却水がオイル熱交換器に流れることはないため、ヘッド冷却水通路を通った高温の冷却水でオイル熱交換器を過度に加温し過ぎることを抑制できる。

また、特許文献１，２では暖機運転終了後は冷却水の全量がオイルウォーマを流れることからオイルウォーマを加温し過ぎることが有り得るが、本願発明では、オイル熱交換器に流れる冷却水の量は全冷却水のうちのブロック冷却水通路を通った量だけであり、この面でも、オイル熱交換器を過度に加温し過ぎることを防止できる。

実施形態を示す模式図である。

(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は車両用内燃機関に適用しており、内燃機関は、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とを主要要素とした機関本体３を備えている。シリンダブロック１には気筒の外側に配置されたブロック冷却水通路４が形成され、シリンダヘッド２には、燃焼室や排気ポート等の近傍に配置されたヘッド冷却水通路５が形成されている。

シリンダブロック１の一側面１ａには、自動変速機の一例としてのＣＶＴ６が取付けられており、ＣＶＴ６には、オイル熱交換器の一例として、オイル（作動油）を加温するためのＣＶＴウォーマ７を付設している。なお、ＣＶＴウォーマ７は、ＣＶＴ６に内蔵してもよいし外側に固定的に設けてもよく、或いは、ＣＶＴ６とは分離した状態に配置して両者を配管で接続してもよい。

シリンダブロック１の他側面１ｂには、補機駆動ベルトで駆動されるウォータポンプ８を固定している（シリンダブロック１の他側面１ｂにチェーンカバーを固定している場合は、ウォータポンプ８はチェーンカバーに固定してもよい。）。また、内燃機関は、ラジェータ９と車内暖房用ヒータ１０とを備えている。

ウォータポンプ８の吐出ポートに接続された送水通路１１は、ブロック冷却水通路４の入口とヘッド冷却水通路５の入口とに接続されており（ブロック冷却水通路４の入口は、ヘッド冷却水通路４に連通させてもよい。）、ブロック冷却水通路４の出口は、冷却系切り替え弁の一例としての第１サーモ弁１２及び第１中間管路１３を介してＣＶＴウォーマ７の入口ポートに接続されている。

第１サーモ弁１２は弁体を駆動する感熱部材を有しており、感熱部材はブロック冷却水通路４の終端部に晒されている。従って、ブロック冷却水通路４の温度が設定温度まで上昇すると第１サーモ弁１２が開いて、冷却水がＣＶＴウォーマ７に流れる。ブロック冷却水通路４の冷却水は出口付近でかつ上部において最も温度が高いので、第１サーモ弁１２も、シリンダブロック１のうちできるだけ上部に配置するのが好ましい（ブロック冷却水通路４の水温への感応性が高い。）。

なお、第１サーモ弁１２をシリンダヘッド２に設けて、第１サーモ弁１２の感熱部材をヘッド冷却水通路５の出口近傍に晒すこと（すなわち、ヘッド冷却水通路５における冷却水の温度によって第１サーモ弁１２を開閉させること）も可能である。

他方、ヘッド冷却水通路５の出口は第２中間管路１４によってラジェータ９のアッパータンクに接続され、ラジェータ９のロアタンクは、第３中間管路１５を介して第２サーモ弁１６に接続されている。第２サーモ弁１６はシリンダヘッド２に設けており、感熱材をヘッド冷却水通路５の出口部に晒すことで、冷却水の温度に応じて自動的に開閉するようになっている。第２サーモ弁１６の出口は、リターン通路１７を介してウォータポンプ８の入口ポートに接続されている。なお、リターン通路１７は、その大部分又は全体が機関本体３に鋳込み等で形成されていることが多い。

ヒータ１０の入口は第３中間管路１８を介して第２中間管路１４に接続されており、ヒータ１０の出口は第５中間管路１９を介してリターン通路１７に接続されている。従って、ヒータ１０には、ヘッド冷却水通路５を経由した冷却水が常に流れている。ＣＶＴウォーマ７の出口は、第６中間管路２０を介して第５中間管路１９に接続されている。なお、第６中間管路２０はリターン通路１７に接続してもよい。

(2).作用の説明
以上の説明から理解できるように、暖機運転中は第１サーモ弁１２は閉じており、このためブロック冷却水通路の冷却は行われないと共に、冷却水はＣＶＴウォーマ７に流れない。このため、オイルより低い温度の冷却水がＣＶＴウォーマ７に流れることでオイルの加温が遅れることを防止できる。また、ヘッド冷却水通路５で加温された冷却水の熱がＣＶＴウォーマ７で奪われることもないため、シリンダヘッド２の早期昇温やヒータ１０の性能アップに貢献できる。

冷却水はブロック冷却水通路４に充満しているので、ブロック冷却水通路４に溜まった冷却水は徐々に昇温していく。従って、場合によっては、暖機運転中であっても第１サーモ弁１２が開いてブロック冷却水通路４の冷却水がＣＶＴウォーマ７に流れることがあるが、この場合は、冷却水の水温は高いのでオイルを的確に加温できる。ＣＶＴウォーマ７の出口は第５中間管路１９に接続されているので、暖機運転中に第１サーモ弁１２が開いても、冷却水の流れが阻害されることとはない。

加温された冷却水がＣＶＴウォーマ７に流れきると新たな冷却水がブロック冷却水通路４に充満するが、その水温が設定値温度よりも低いと第１サーモ弁１２は閉じる。従って、ＣＶＴウォーマ７でオイルが冷却されることはない。既述のとおり、第１サーモ弁１２をヘッド冷却水通路５の冷却水で開閉させることも可能であり、この場合は、第１サーモ弁１２は循環している冷却水の温度に感応して開閉するため、ＣＶＴウォーマ７の加温機能は優れているとも言える。

暖機運転中は第２サーモ弁１６も閉じている。このため、ヘッド冷却水通路４を流れた冷却水はラジェータ９には流れず、ヒータ１０を経由してウォータポンプ８にリターンする。ヘッド冷却水通路４を流れる冷却水の温度が上昇すると第２サーモ弁１６が開き始めて、当初は温度に応じて開度が大きくなり、水温がある程度まで昇温すると第２サーモ弁１６は全開し、ヘッド冷却水通路５を通って冷却水の全量がラジェータ９に流れる。

暖機運転が終了すると第１サーモ弁１２も開き、ブロック冷却水通路４を通った冷却水はＣＶＴウォーマ７に流れる。このため、自動変速機６のオイルの粘度を低めて機械的損失を低減できる。第１サーモ弁１２はある設定温度を境にして全閉と全開とに切り替わる方式でもよいし、ある温度範囲において徐々に開閉する方式でもよい。後者の方式の場合は温度に応じて流量が変化するため、ＣＶＴウォーマ７をスムースに加温できると言える。

また、第１サーモ弁１２と第２サーモ弁１６とは同じ温度特性でもよいし、異なる温度特性でもよい。ラジェータ９による冷却が必要な温度よりはＣＶＴウォーマ７を加温すべき温度の方が低いと解されるので、第１サーモ弁１２は、第１サーモ弁１６より低い温度で開閉するように感度の高いものを使用するのが好ましいとも言える。第１サーモ弁１２と第２サーモ弁１６との感度が同じである場合は、両者を一体化する（１つの感熱部材で両者の弁体を駆動する）ことも可能である。本実施形態のように冷却系切り替え弁として第１サーモ弁１２を使用すると、構造が簡単であるためコスト面で優れていると共に、動きも確実であるため信頼性にも優れている。

(3).その他
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、冷却系切り替え弁は、ヘッド冷却水通路又はブロック冷却水通路の冷却水温度を検知するセンサで駆動される電磁弁とすることも可能である。また、実施形態の第６中間管路２０とラジェータ９のアッパータンクとをバイパス管で接続し、バイパス管にサーモ弁を介在させることで、ＣＶＴウォーマ７を通った冷却水の温度が所定温度以上になったらラジェータで冷却することも可能である。

本願発明は実際に内燃機関に適用できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダブロック
２ シリンダヘッド
３ 機関本体
４ ブロック冷却水通路
５ ヘッド冷却水通路
６ 自動変速機の一例としてのＣＶＴ
７ オイル熱交換器の一例としてのＣＶＴウォーマ
８ ウォータポンプ
９ ラジェータ
１０ ヒータ
１１ 送水通路
１２ 冷却系切り替え弁の一例としての第１サーモ弁
１６ 第２サーモ弁
１７ リターン通路

Claims (1)

1. シリンダブロックを冷却するブロック冷却水通路と、シリンダヘッドを冷却するヘッド冷却水通路と、冷却水温度が予め設定した基準温度より低い場合はシリンダヘッドのみに冷却水を流して冷却水温度が前記基準温度以上の場合は冷却水通路をヘッド冷却水通路とブロック冷却水通路との両方に流す冷却系切り替え弁と、冷却水でオイルを加温又は冷却するオイル熱交換器とを備えており、
   前記ブロック冷却水通路とオイル熱交換器とを、前記オイル熱交換器に前記ブロック冷却水通路を経由した冷却水が流れるように接続している、
   内燃機関。

Images