JP4151881B2 - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却水がラジエータからシリンダヘッドに供給され、このシリンダヘッド内の冷却水通路からシリンダブロック内の冷却水通路に供給されるエンジンの冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば自動車用エンジンに用いられている冷却装置としては、例えば図４に示すように構成されたものがある。
図４は従来のエンジンの冷却装置の構成を示す図で、同図において、符号１はエンジンを示し、２はこのエンジン１のシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４は冷却装置、５，６，７はこの冷却装置４を構成するラジエータ、冷却水ポンプおよびサーモスタットを示す。
【０００３】
前記シリンダブロック２とシリンダヘッド３との内部には、冷却水通路８，９がそれぞれ形成されている。これらの冷却水通路８，９は、エンジン１内で互いに連通されている。
冷却装置４は、前記シリンダブロック２内の冷却水通路８に冷却水ポンプ６によって冷却水を供給し、シリンダヘッド３から導出された冷却水をラジエータ５によって冷却してからシリンダブロック２の冷却水通路８に戻すように構成されている。ラジエータ５の冷却水入口５ａと冷却水出口５ｂとの間は、サーモスタット７を介してバイパス通路１０で接続されている。この冷却装置４においては、冷却水の温度がサーモスタット７の設定温度より低い場合はバイパス通路１０に冷却水が流され、冷却水の温度が前記設定温度より高い場合には、ラジエータ５に冷却水が流される。
【０００４】
このようにラジエータ５またはバイパス通路１０を通った冷却水は、冷却水ポンプ６によってシリンダブロック２内の冷却水通路８に供給される。そして、この冷却水は、エンジン１内でシリンダヘッド３内の冷却水通路９に入り、シリンダヘッド３の冷却水出口３ａから出てサーモスタット７に入る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように構成された従来の冷却装置４は、シリンダブロック２を冷却した後の冷却水によってシリンダヘッド３が冷却されるものであるから、シリンダヘッド３を効率よく冷却することができないという問題があった。シリンダヘッド３は、燃焼室の天井壁を構成するものであるから、可及的温度が低い冷却水によって冷却されることが望ましい。
【０００６】
このような不具合は、例えば特開昭５８−１６２７１６号公報に開示されているように、シリンダヘッド内の冷却水通路に最初に冷却水を供給する構成を採ることによって、ある程度は解消することができる。この公報に示された冷却装置は、冷却水がシリンダヘッドの冷却水通路からラジエータとラジエータ下流側の冷却水ポンプとを通って前記冷却水通路に戻る循環通路が設けられており、シリンダヘッド内の冷却水通路からエンジン内でシリンダブロックの冷却水通路に冷却水が供給される構成が採られている。
【０００７】
前記シリンダヘッド内の冷却水通路は、シリンダヘッドの一側部に形成された冷却水入口を介して冷却水ポンプの冷却水出口に接続されるともに、シリンダヘッドの他側部に形成された冷却水出口を介して冷却水排出用通路に接続されており、気筒毎に形成された連通路を介してシリンダブロック内の冷却水通路に接続されている。
前記冷却水排出用通路は、下流側端部にラジエータ用バイパス通路の第１のサーモスタットが設けられ、この第１のサーモスタットを介してラジエータの冷却水入口とラジエータ用バイパス通路とに接続されている。
【０００８】
前記シリンダブロック内の冷却水通路は、シリンダブロックの一側部の冷却水出口を介して前記冷却水排出用通路に接続されている。シリンダブロックの冷却水出口は、第２のサーモスタットが設けられており、冷却水の温度が設定温度より高くなり第２のサーモスタットが開くことによって、冷却水が冷却水排出用通路に流出する。
このように冷却水をシリンダヘッドに直接供給することによって、最も温度が低い状態にある冷却水がシリンダヘッドに供給され、シリンダヘッドを効率よく冷却することができる。
【０００９】
しかし、この冷却装置は、シリンダヘッドを効率よく冷却できる反面、シリンダブロックが冷却され難くなるという問題があった。これは、シリンダヘッド内の冷却水の一部がシリンダブロック内の冷却水通路に供給され、この冷却水通路を通過してシリンダブロックの冷却水出口から出た後に、シリンダヘッドの冷却水出口から出た他の冷却水と冷却水排出用通路で合流することが原因であると考えられる。すなわち、冷却水がシリンダブロック内の冷却水通路を通るときの抵抗がシリンダヘッドのみを通るときに較べて大きくなり、シリンダブロック内の冷却水通路にシリンダヘッド側から冷却水が流れ込み難くなるからである。
【００１０】
本発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、シリンダヘッドを効率よく冷却できるとともに、シリンダブロックに供給される冷却水の供給量を増大させることができるエンジンの冷却装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明に係るエンジンの冷却装置は、冷却水がシリンダヘッドの冷却水通路からラジエータとラジエータ下流側の冷却水ポンプとを通って前記冷却水通路に戻る循環通路を有し、前記シリンダヘッドの冷却水通路からシリンダブロックの冷却水通路に冷却水が供給されるエンジンの冷却装置において、前記シリンダブロックの冷却水通路を、開閉弁を介して独立した冷却水通路で前記ラジエータと冷却水ポンプとの間の冷却水通路に接続し、前記ラジエータの冷却水入口と冷却水ポンプの冷却水入口とを接続するラジエータ用バイパス通路を設け、ラジエータの冷却水出口と冷却水ポンプの冷却水入口との間に、前記ラジエータ用バイパス通路のサーモスタットを設け、このサーモスタットは、前記バイパス通路とラジエータの冷却水出口とを選択的に冷却水ポンプに接続する構成とされ、このサーモスタットのハウジングにおける弁体の下流側で冷却水ポンプの冷却水入口に連通する部位に、シリンダブロックの冷却水系に設けられた開閉弁を接続したものである。
【００１２】
本発明によれば、シリンダブロックの冷却水系に設けられた開閉弁が閉じている状態では、冷却水は全量がシリンダヘッド内の冷却水通路を通過し、前記循環通路を流れる。前記開閉弁が開いた状態では、シリンダヘッド内の冷却水の一部がシリンダブロック内の冷却水通路に入り、前記開閉弁と独立した通路とを通って冷却水ポンプの冷却水入口側に吸入される。すなわち、開閉弁が開く状態では、シリンダヘッド内に供給された冷却水のうちの一部がシリンダブロックの冷却水通路と開閉弁とを通って冷却水ポンプに吸入され、残部が前記循環通路を流れるようになる。
【００１３】
したがって、シリンダブロック内の冷却水通路から開閉弁を通って出た冷却水はラジエータを通ることなく冷却水ポンプに吸入されるから、シリンダブロック内の冷却水通路を有する冷却水系を冷却水が通過するときの抵抗を低減することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、シリンダブロックの冷却水系を通る冷却水の温度がサーモスタットの開閉に影響を及ぼすようになる。このため、例えば冷却水の温度がサーモスタットの設定温度より低く、前記バイパス通路を冷却水が流れる状態であっても、シリンダブロック内の冷却水の温度が前記設定温度より高くなった場合には、相対的に温度が高い冷却水がシリンダブロックの冷却水系からサーモスタットに入ることによって、サーモスタットの温度が上昇し、冷却水がラジエータを通るようにサーモスタットの開閉状態が切換わる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るエンジンの冷却装置の一実施の形態を図１ないし図３によって詳細に説明する。
図１および図２は本発明に係るエンジンの冷却装置の構成を示す図で、図１は第１および第２のサーモスタットが閉じている状態を示し、図２は第１および第２のサーモスタットが開いている状態を示す。図３は第１のサーモスタットを拡大して示す断面図である。
【００１７】
これらの図において、符号２１は、この実施の形態によるエンジンを示す。このエンジン２１は、自動車用の水冷式４サイクルエンジンで、本発明に係る冷却装置２２によってシリンダヘッド２３の内部の冷却水通路２４とシリンダブロック２５の内部の冷却水通路２６とに冷却水が供給される。
シリンダヘッド２３内の冷却水通路２４は、後述する循環通路２７が接続されるとともに、前記シリンダブロック２５内の冷却水通路２６にエンジン２１内の連通路２８によって接続されている。
【００１８】
前記循環通路２７は、シリンダヘッド２３の冷却水出口２３ａに第１の冷却水管３１を介して冷却水入口３２が接続されたラジエータ３３と、このラジエータ３３の冷却水出口３４に第２の冷却水管３５を介して一端部が接続された第１のサーモスタット３６と、この第１のサーモスタット３６の他端部と前記第１の冷却水管３１との間に介装されたバイパス通路形成用の第３の冷却水管３７と、前記第１のサーモスタット３６に第４の冷却水管３８を介して冷却水入口３９が接続された冷却水ポンプ４０と、この冷却水ポンプ４０の冷却水出口４１とシリンダヘッド２３の冷却水入口２３ｂとを接続する第５の冷却水管４２などによって構成されている。前記ラジエータ３３と冷却水ポンプ４０は、従来の冷却装置に用いられていたものと同等のものであるから、これらの詳細な説明は省略する。前記第１のサーモスタット３６によって、請求項２に記載された発明に係るサーモスタットを構成している。
【００１９】
第１のサーモスタット３６は、図３に示すように、ハウジング４３の内部にサーモスタット本体４４が設けられ、従来からよく知られているように、サーモスタット本体４４に内蔵されたワックス（図示せず）が温度上昇により膨張することによって開く構造のものである。この第１のサーモスタット３６が開くことによって、冷却水がラジエータ３３から第１のサーモスタット３６を通って冷却水ポンプ４０に吸入され、第１のサーモスタット３６が閉じることによって、冷却水が第３の冷却水管３７（バイパス通路）から第１のサーモスタット３６を通って冷却水ポンプ４０に吸込まれる。すなわち、この第１のサーモスタット３６は、第３の冷却水管３７（バイパス通路）とラジエータ３３の冷却水出口３４とを選択的に冷却水ポンプ４９に接続する構成とされている。
【００２０】
第１のサーモスタット３６の前記ハウジング４３には、軸線方向（図３においては左右方向）の一端部に前記第２の冷却水管３５を接続するための接続用パイプ４５が設けられており、ハウジング４３の他端部には、前記第３の冷却水管３７を接続するための接続用パイプ４６が設けられている。また、このハウジング４３の軸線方向の中央部には、前記第４の冷却水管３８を接続するための接続用パイプ４７が一体に形成されており、さらに後述するようにシリンダブロック２５から延びる第６の冷却水管４８（図１，２参照）を接続するための接続用パイプ４９が設けられている。
【００２１】
ハウジング４３の内部に設けられたサーモスタット本体４４は、前記ハウジング４３にフレーム５１を介して支持されたシリンダ５２と、このシリンダ５２の内部に設けられたワックスの体積が変化することによって軸線方向に移動する第１の弁体５３および第２の弁体５４と、これらの弁体５３，５４を閉方向（図３においては右方向）に付勢する圧縮コイルばね５５などによって構成されている。このサーモスタット本体４４は、温度上昇により前記ワックスの体積が増大することによって、第１の弁体５３と第２の弁体５４とが図３に示す全閉位置から圧縮コイルばね５５の弾発力に抗して図３の左方向に移動する。
【００２２】
第１の弁体５３は、ハウジング４３の一端部に設けられた前記接続用パイプ４５に接続された第１の水室５６と、ハウジング４３の中央部に形成され前記接続用パイプ４７に接続された第２の水室５７とを連通する連通口５８を開閉するように形成されている。第２の弁体５４は、ハウジング４３の他端部に設けられた接続用パイプ４６に連通する第３の水室５９と、前記第２の水室５７とを連通する連通口６０を開閉するように形成されている。
【００２３】
すなわち、この第１のサーモスタット３６は、ワックスの温度が低いときには、第１の弁体５３が閉状態になってラジエータ３３の冷却水出口３４に至る冷却水通路を閉じるとともに、第２の弁体５４を開状態とし、第３の冷却水管３７（バイパス通路）、第３の水室５９、第２の水室５７、接続用パイプ４７、第４の冷却水管３８などからなる冷却水通路を通って冷却水ポンプ４０に冷却水を吸入させる。
【００２４】
一方、冷却水の温度が上昇してワックスが膨張することにより、第２の弁体５４が閉状態になって第３の冷却水管３７に至る冷却水通路を閉じるとともに、第１の弁体５３が開状態になり、第２の冷却水管３５、接続用パイプ４５、第１の水室５６、第２の水室５７、接続用パイプ４７、第４の冷却水管３８などからなる冷却水通路を通って冷却水ポンプ４０に冷却水は吸入される。第１のサーモスタット３６が開くときの冷却水の温度は、この実施の形態では概ね８５℃に設定されている。
【００２５】
シリンダブロック２５内の冷却水通路２６は、図１および図２に示すように、シリンダブロック２５の一側部に冷却水出口６１が形成され、この冷却水出口６１に介装された第２のサーモスタット６２と、冷却水出口６１から延設された第６の冷却水管４８とを介して前記第１のサーモスタット３６に接続されている。前記第２のサーモスタット６２は、第１のサーモスタット３６と同様にワックスの体積変化によって開閉する構造のもので、冷却水の温度が設定温度より低いときに前記冷却水出口６１を閉じ、冷却水温度が前記設定温度より高くなったときに前記冷却水出口６１を開くように構成されている。この第２のサーモスタット６２が開くときの温度は、この実施の形態では概ね１０５℃に設定されている。この第２のサーモスタット６２によって、請求項１に記載された発明に係る開閉弁を構成している。
【００２６】
前記第６の冷却水管４８の下流側端部は、図３に示すように、前記第１のサーモスタット３６の接続用パイプ４９に接続されており、第１のサーモスタット３６のハウジング４３における第１および第２の弁体５３，５４より下流側で冷却水ポンプ４０の冷却水入口３９に連通する第２の水室５７に接続されている。また、第６の冷却水管４８は、途中にオリフィス６３が設けられており、第２のサーモスタット６２が開いたときの冷却水の流量が所定の流量になるように予め設定される。この冷却装置２２においては、シリンダヘッド２３内の冷却水通路２４を通過する冷却水の流量と、シリンダブロック２５内の冷却水通路２６を通過する冷却水の流量との割合が最適になるように、前記オリフィス６３の開度が設定されている。
【００２７】
このように構成された冷却装置２２は、暖機運転時などで冷却水の温度が相対的に低いときは、図１に示すように、第１および第２のサーモスタット３６，６２が閉状態になる。この状態では、冷却水は、図１中に矢印で示すように、シリンダヘッド２３内の冷却水通路２４に接続された循環通路２７を通って全量が循環する。すなわち、このときに冷却水は、シリンダヘッド２３の冷却水出口２３ａから第１の冷却水管３１と第３の冷却水管３７とを通って第１のサーモスタット３６に入り、この第１のサーモスタット３６から第４の冷却水管３８を通って冷却水ポンプ４０に吸入される。そして、冷却水ポンプ４０から第５の冷却水管４２を通ってシリンダヘッド２３の冷却水入口２３ｂに供給され、ここからシリンダヘッド２３内の冷却水通路２４に入る。
【００２８】
このように冷却水が循環することによって、シリンダブロック２５内の冷却水通路２６を冷却水が通過することがないから、シリンダブロック２５の温度が上昇し易くなる。このため、この冷却装置２２は、暖機運転に要する時間を短縮することができる。
【００２９】
運転状態が継続されることにより、上述した状態から冷却水の温度が上昇し、図２に示すように、第１のサーモスタット３６が開く。第１のサーモスタット３６が開くことにより、第３の冷却水管３７の下流側端部が閉じられ、冷却水は、第１の冷却水管３１からラジエータ３３と第２の冷却水管３５とを通って第１のサーモスタット３６に入るようになる。このため、ラジエータ３３によって冷却されて相対的に温度が低くなる冷却水が冷却水ポンプ４０から第５の冷却水管４２を通ってシリンダヘッド２３内の冷却水通路２４に供給され、シリンダヘッド２３が冷却される。
【００３０】
一方、シリンダブロック２５内の冷却水通路２６は、第２のサーモスタット６２が閉じている状態ではシリンダヘッド２３側から冷却水が入ることがないから、この冷却水通路２６内の冷却水の温度は、シリンダブロック２５の温度上昇に追従するように上昇する。シリンダブロック２５内の冷却水の温度が上昇して第２のサーモスタット６２が開くことにより、前記冷却水通路２６内の冷却水が第６の冷却水管４８を通って第１のサーモスタット３６内に入るとともに、シリンダヘッド２３内の冷却水通路２４からシリンダブロック２５内の冷却水通路２６に冷却水が新たに供給される。
すなわち、シリンダブロック２５内の冷却水通路２６を通過した冷却水は、シリンダヘッド２３の冷却水出口２３ａから出た冷却水とは別の経路を通って第１のサーモスタット３６内に入り、前記循環通路２７を流れる冷却水と混合されて前記冷却水ポンプ４０に吸入され、シリンダヘッド２３内の冷却水通路２４に供給される。
【００３１】
第２のサーモスタット６２は、シリンダブロック２５内の冷却水の温度に基づいて開閉するから、暖機運転時に第１のサーモスタット３６が閉じている状態（第３の冷却水管３７を冷却水が流れる状態）であっても開くことがある。第１のサーモスタット３６が閉じている状態で第２のサーモスタット６２が開くことにより、シリンダブロック２５内の相対的に温度が高い冷却水が第１のサーモスタット３６に入り、第１のサーモスタット３６が温度上昇によって開く。この結果、循環通路２７の冷却水の温度が相対的に低いにもかかわらず、第１のサーモスタット３６が開き、冷却水がラジエータ３３を通って冷却されるようになる。
【００３２】
したがって、この実施の形態によるエンジンの冷却装置２２によれば、第２のサーモスタット６２が開く状態では、シリンダヘッド２３内に供給された冷却水のうちの一部がシリンダブロック２５の冷却水通路２６から第２のサーモスタット６２、第６の冷却水管４８、第１のサーモスタット３６および第４の冷却水管３８とを通って冷却水ポンプ４０に吸入され、残部がシリンダヘッド２３の冷却水出口２３ａから前記第１の冷却水管３１に流出するようになる。
【００３３】
このため、シリンダブロック２５内の冷却水通路２６から第２のサーモスタット６２を通って出た冷却水は、ラジエータ３３を通ることなく冷却水ポンプ４０に吸入されるから、シリンダブロック２５内の冷却水通路２６を有する冷却水系を冷却水が通過するときの流路抵抗を低減することができる。この結果、シリンダブロック２５を流れる冷却水の流量が増大するようになり、シリンダブロック２５の冷却効率を向上させることができた。
【００３４】
この実施の形態で示したように、第１のサーモスタット３６が約８５℃で開き、第２のサーモスタット６２が約１０５℃で開くように設定することによって、中負荷運転時の冷却水温度がシリンダヘッド２３の冷却水出口２３ａで約１１０℃付近の最適な温度に維持されるようになった。このため、この冷却装置２２を用いることによって、実用運転域での燃焼改善が図られ、燃費が向上するとともに、ＨＣの排出量を低減することができた。
【００３５】
また、シリンダブロック２５から延びる第６の冷却水管４８が第１のサーモスタット３６に接続されているから、シリンダブロック２５の冷却水系を通る冷却水の温度が第１のサーモスタット３６の開閉に影響を及ぼすようになる。このため、前記冷却水が第３の冷却水管３７（バイパス通路）を流れる状態であっても、シリンダブロック２５内の冷却水の温度が上昇して第２のサーモスタット６２が開くことにより、相対的に温度が高い冷却水が第６の冷却水管４８から第１のサーモスタット３６に入って第１のサーモスタット３６の温度が上昇し、冷却水がラジエータ３３を通るように第１のサーモスタット３６の開閉状態が切換わる。すなわち、第１のサーモスタット３６がエンジンの状態に適合するように精度よく開く。
【００３６】
上述した実施の形態では、第１のサーモスタット３６と第２のサーモスタット６２とをワックス式のサーモスタットによって構成する例を示したが、これらのサーモスタットは、電動式のものでもよい。特に第２のサーモスタット６２は、温度変化に対応して通路を開閉するものであれば、どのような弁によって形成しても同等の効果を奏する。また、第２のサーモスタット６２は、冷却水温度の他に、シリンダブロック２５の壁面の温度をセンサによって検出する構造でもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、シリンダブロック内の冷却水通路から開閉弁を通って出た冷却水はラジエータを通ることなく冷却水ポンプに吸入されるから、シリンダブロック内の冷却水通路を有する冷却水系を冷却水が通過するときの流路抵抗を低減することができる。このため、シリンダヘッド内の冷却水通路に相対的に温度が低い冷却水が流入する構成を採りながら、シリンダブロック内の冷却水通路を冷却水が流れ易くなる。
【００３８】
したがって、シリンダヘッドを効率よく冷却できるとともに、シリンダブロックを流れる冷却水の流量を増大させることができるようになるから、シリンダヘッドとシリンダブロックとを確実に冷却することができるエンジンの冷却装置を提供することができる。
【００３９】
請求項２記載の発明によれば、シリンダブロックの冷却水系を通る冷却水の温度がサーモスタットの開閉に影響を及ぼすようになる。このため、例えば冷却水の温度がサーモスタットの設定温度より低く、前記バイパス通路を冷却水が流れる状態であっても、シリンダブロック内の冷却水の温度が前記設定温度より高くなった場合には、相対的に温度が高い冷却水がシリンダブロックの冷却水系からサーモスタットに入ることによって、サーモスタットの温度が上昇し、冷却水がラジエータを通るようにサーモスタットの開閉状態が切換わる。
したがって、サーモスタットが精度よく開くようになるから、信頼性が高いエンジンの冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るエンジンの冷却装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明に係るエンジンの冷却装置の構成を示す図である。
【図３】 サーモスタットを拡大して示す断面図である。
【図４】 従来のエンジンの冷却装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
２１…エンジン、２２…冷却装置、２３…シリンダヘッド、２４，２６…冷却水通路、２５…シリンダブロック、２７…循環通路、３１…第１の冷却水管、３３…ラジエータ、３５…第２の冷却水管、３６…第１のサーモスタット、３７…第３の冷却水管、３８…第４の冷却水管、４０…冷却水ポンプ、４２…第５の冷却水管、４３…ハウジング、４４…サーモスタット本体、４８…第６の冷却水管、５３…第１の弁体、５４…第２の弁体、５６…第１の水室、５７…第２の水室、５９…第３の水室、６２…第２のサーモスタット。

Claims (1)

1. 冷却水がシリンダヘッドの冷却水通路からラジエータとラジエータ下流側の冷却水ポンプとを通って前記冷却水通路に戻る循環通路を有し、前記シリンダヘッドの冷却水通路からシリンダブロックの冷却水通路に冷却水が供給されるエンジンの冷却装置において、前記シリンダブロックの冷却水通路を、開閉弁を介して独立した冷却水通路で前記ラジエータと冷却水ポンプとの間の冷却水通路に接続し、
   前記ラジエータの冷却水入口と冷却水ポンプの冷却水入口とを接続するラジエータ用バイパス通路を設け、ラジエータの冷却水出口と冷却水ポンプの冷却水入口との間に、前記ラジエータ用バイパス通路のサーモスタットを設け、このサーモスタットは、前記バイパス通路とラジエータの冷却水出口とを選択的に冷却水ポンプに接続する構成とされ、このサーモスタットのハウジングにおける弁体の下流側で冷却水ポンプの冷却水入口に連通する部位に、シリンダブロックの冷却水系に設けられた開閉弁を接続してなるエンジンの冷却装置。

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