JP4285116B2

JP4285116B2 - 車両用内燃機関のヒータ用冷却水通路分岐構造

Info

Publication number: JP4285116B2
Application number: JP2003189167A
Authority: JP
Inventors: 徹篠原; 東治井上; 達也多田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: JP2005023810A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車室暖房用のヒータを備えた車両用内燃機関の水冷式冷却装置に関し、特に、ラジエータを含む冷却水循環系からヒータ用冷却水通路が分岐する分岐部における分岐構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に開示されているように、水冷式冷却装置を備えた車両用内燃機関においては、内燃機関で高温となった冷却水の一部を冷却水循環系から取り出して、車室暖房用のヒータコアに通流させ、ウォータポンプ上流側の適宜位置に戻すようにした構成が広く一般に用いられている。このヒータコアに至るヒータ用冷却水通路は、冷却水循環系の中で、一般に内燃機関のウォータジャケット出口に比較的近い位置から分岐するように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１８６５４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
冷却水循環系内には、冷却水とともに多少なりとも空気が混入してしまうことがあるが、ウォータジャケットの出口付近は、比較的気泡が集中して滞留しやすい。そのため、冷却水の流量が変化したときなどに、気泡がウォータジャケットから流れ出て、冷却水とともにヒータ用冷却水通路に流入することがある。このように気泡を含んだ冷却水がヒータコアを流れると、大きな水流音が発生し、乗客に違和感を与えるため、好ましくない。
【０００５】
そこで、この発明は、ウォータジャケットから気泡を含む冷却水が流れ出たとしても、ヒータ用冷却水通路へは気泡が流入しにくいようにしたヒータ用冷却水通路の分岐構造を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、請求項１に記載のように、車両用内燃機関の水冷式冷却装置を対象とするものであり、内燃機関のウォータジャケットとウォータポンプとラジエータとを含み、上記ウォータジャケットと上記ラジエータとの間で冷却水が循環するように構成された冷却水循環系と、上記冷却水循環系における上記ウォータジャケットの下流側の分岐部で上記冷却水循環系から分岐するとともに、上記ウォータポンプよりも上流側の位置に合流し、かつ途中にヒータコアを備えたヒータ用冷却水通路と、を備えている。
【０００７】
上記分岐部は、上記冷却水循環系の一部となる冷却水配管が水平方向に湾曲する湾曲部に位置するとともに、該冷却水配管から上方にヒータ用冷却水通路が分岐している。そして、上記ヒータ用冷却水通路が、上記湾曲部の通路中心から外周側に片寄った位置に接続されている。
【０００８】
さらに、上記冷却水配管の通路内に、上記ヒータ用冷却水通路先端の開口を囲む筒状部が突出して設けられている。そして、上記筒状部が対向する上記冷却水配管の底部が、部分的に下方へ凹んでいる。
【０００９】
水平方向に湾曲する湾曲部を気泡を含んだ冷却水が流れる場合、遠心力によって、比重の高い冷却水のみが外周側を通り、逆に比重が低い気泡は内周側に集まる。そして、このように冷却水配管の外周側を通る冷却水の一部が、上記ヒータ用冷却水通路へと上方へ分流する。従って、ヒータ用冷却水通路へ流入する気泡は、非常に少なくなる。
【００１０】
特に、冷却水配管の通路内に筒状部が突出した構成では、冷却水の流速が遅いときにも、冷却水配管の通路上方を流れる気泡がヒータ用冷却水通路に流入しにくい。
【００１１】
なお、請求項の記載における「水平方向に湾曲する」とは、水平面に沿って湾曲している状態を指すが、概ね水平であればよく、厳密な水平に限定されるものではない。
【００１２】
【発明の効果】
この発明によれば、冷却水配管を流れる冷却水に気泡が混入していても、ここから分岐するヒータ用冷却水通路には気泡が流入しにくく、従って、気泡を含む冷却水がヒータコアを通過することによる大きな水流音の発生を抑制できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
先ず、図１〜図３に基づいて、本発明に係る内燃機関の水冷式冷却装置全体の構成を説明する。この実施例は、Ｖ型６気筒内燃機関の冷却装置に適用した例であり、図１は、水冷式冷却装置全体の構成を模式的に示し、図３は、その主要部の具体的な構成を示している。
【００１５】
図１に示すように、内燃機関のシリンダブロック１および左右のシリンダヘッド２，３には、それぞれウォータジャケット１ａ，２ａ，３ａが形成されており、シリンダブロック１前端に設けられたウォータポンプ４によって、シリンダブロック１内のウォータジャケット１ａに冷却水が送り込まれ、図２にも示すように、左右のシリンダヘッド２，３内のウォータジャケット２ａ，３ａに一部が分流するようになっている。両バンクのウォータジャケット２ａ，３ａの後端にそれぞれ設けられた冷却水出口２ｂ，３ｂは、本発明の要部である冷却水配管に相当する冷却水出口集合管１４によって１本の流路に集合しており、かつその端部が、シリンダヘッド３の側方に沿って機関前方へ向かうように湾曲している。そして、ラジエータ入口管５の一端がこの冷却水出口集合管１４に接続され、かつ他端がラジエータ６の一方のタンク６ａに接続されている。
【００１６】
上記ウォータポンプ４の上流側には、冷却水温度に応じて流路の切換を行うサーモスタット弁７が配置されており、ラジエータ６の他方のタンク６ｂに一端が接続されたラジエータ出口管８の他端が、このサーモスタット弁７に接続されている。また、上記ラジエータ６をバイパスするバイパス通路９が、上記ラジエータ入口管５と上記サーモスタット弁７との間に設けられており、冷却水温度が低い暖機中は、上記ラジエータ出口管８がサーモスタット弁７により閉じられるため、このバイパス通路９を通して冷却水が循環するようになっている。さらに、上記バイパス通路９と並列に、ラジエータ入口管５とサーモスタット弁７との間に、オイルクーラ用通路１０が設けられており、その途中に、オイルクーラ１１が介装されている。なお、図１には図示していないが、図３に示すように、スロットルバルブを備えた吸気系のスロットルチャンバ１２を保温するために、上記ラジエータ入口管５から、さらにスロットルバルブヒータ用通路１３が分岐している。
【００１７】
以上のウォータジャケット１ａ，２ａ，３ａ、ウォータポンプ４、ラジエータ６、ラジエータ入口管５、ラジエータ出口管８、サーモスタット弁７、等を主体として、冷却水循環系が構成されている。
【００１８】
一方、図１に示すように、車室内の空調装置内にヒータコア１５が設けられており、ヒータ用冷却水通路となるヒータ入口管１６およびヒータ出口管１７を介して、上記冷却水循環系に接続されている。具体的には、上記ヒータ入口管１６は、上記冷却水出口集合管１４の後述する分岐部１８において冷却水循環系から分岐しており、また、上記ヒータ出口管１７は、その先端が上記サーモスタット弁７に接続されて冷却水循環系に合流している。
【００１９】
図３では、シリンダブロック１やシリンダヘッド２，３は図示されておらず、シリンダブロック１に取り付けられているサーモスタット弁７も図示省略されているが、バイパス通路９先端とヒータ出口管１７先端とが接続されたフランジ部１９が、サーモスタット弁７のハウジングに取り付けられることになる。また、前述したスロットルバルブヒータ用通路１３の先端が、上記ヒータ出口管１７に合流している。上記ヒータ出口管１７は、サーモスタット弁７の温度条件による開閉に拘わらずに、常にウォータポンプ４吸入側に連通しており、従って、ウォータジャケット１ａ，２ａ，３ａで加熱された冷却水の一部が、常にヒータコア１５側へ分流し、かつウォータポンプ４吸入側へと循環する。なお、ヒータ入口管１６およびヒータ出口管１７から分岐したリザーバ用通路１９，２０は、図示せぬリザーバタンクに連通している。
【００２０】
次に、図４〜図７に基づいて、本発明の要部である冷却水出口集合管１４およびその分岐部１８の具体的な構成を説明する。
【００２１】
上記冷却水出口集合管１４は、例えばアルミニウム合金等の金属材料から一体に鋳造されたもので、一対のシリンダヘッド２，３の後端に沿って配設されるように直線状をなし、基端部に、一方のシリンダヘッド２の冷却水出口２ｂに接続される連通孔２１ａを備えた第１フランジ部２１が設けられているとともに、中間部に、他方のシリンダヘッド３の冷却水出口３ｂに接続される連通孔２２ａを備えた第２フランジ部２２が設けられている。つまり、上記第１，第２フランジ部２１，２２を有する直線状部分は、内燃機関の回転軸と直交する方向に沿って、かつ全体として略水平状態に配置される。そして、前述したラジエータ入口管５に接続される先端部２３は、内燃機関の前方を指向するように、上記の直線状部分に対し、９０°方向が異なっている。上記の直線状部分から上記の先端部２３に至る部分は、適宜な曲率半径で、水平方向に、つまり水平面に沿って、９０°湾曲した湾曲部２４となっている。ここで、図６に明らかなように、上記湾曲部２４は、その内周側の壁部が略一定の曲率で円弧形に湾曲しているのに対し、外周側の壁部は、膨出部２４ａとして略三角形に外周側に部分的に張り出した形となっている。より具体的には、この膨出部２４ａは、湾曲部２４の中間点（９０°の湾曲の中の４５°の位置）よりも僅かに下流側に位置し、この膨出部２４ａの上面に、上記分岐部１８が設けられている。
【００２２】
上記分岐部１８は、具体的には、ヒータ用冷却水通路のコネクタ部となる金属パイプ２５が上記冷却水出口集合管１４に取り付けられた構成となっており、この金属パイプ２５に、ゴムホースからなるヒータ入口管１６が接続されている。すなわち、冷却水出口集合管１４に円筒状のボス部２６が形成され、このボス部２６内側に、金属パイプ２５が挿入固定されている。また、上記ボス部２６は、図７に示すように、冷却水出口集合管１４の通路内に、筒状部２６ａとして突出しており、冷却水出口となる開口２７の周囲を囲っている。ここで、上記の金属パイプ２５およびボス部２６は、基本的には、水平方向に湾曲した湾曲部２４の水平面とほぼ直交するように、冷却水出口集合管１４の上側の壁部から上方へ延びているが、完全な垂直方向ではなく、冷却水出口集合管１４内の冷却水の流れに沿うように、垂直方向から僅かに傾斜している。換言すれば、金属パイプ２５の上端が先端部２３寄りとなる方向に、僅かに傾斜して取り付けられている（図７参照）。この金属パイプ２５およびボス部２６の傾斜に対し、冷却水出口集合管１４の通路内における筒状部２６ａの下端２６ｂは、図７に示すように、冷却水の流れを阻害しないように、水平面に沿って形成されている。
【００２３】
図５および図６に明らかなように、上記金属パイプ２５は、上記膨出部２４ａの上面に取り付けられていることから、上記湾曲部２４における冷却水出口集合管１４の通路中心から外周側に片寄った位置に接続されている。そして、図５および図７によく示されているように、金属パイプ２５が配置されている分岐部１８の部分、換言すれば、上記筒状部２６ａが対向する部分の冷却水出口集合管１４の底部が、凹部２８として部分的に下方へ凹んでいる。従って、上記筒状部２６ａの下端２６ｂの位置に対し、その下方に十分に大きな距離が確保されるとともに、冷却水出口集合管１４内の通路断面積が、第１，第２フランジ部２１，２２を有する直線状部分や先端部２３付近に比べて、部分的に拡大している。
【００２４】
上記実施例の構成においては、ウォータジャケット２ａ，３ａから冷却水出口集合管１４へと気泡を含む冷却水が流れてきた場合に、湾曲部２４を流れる際に、遠心力によって、比重の高い冷却水は外周側に片寄って流れ、逆に比重が低い気泡は内周側に集まる。そのため、外周側に位置する金属パイプ２５から取り出される冷却水に含まれる気泡は、非常に少なくなる。特に、上記湾曲部２４が基本的に水平面に沿って湾曲するので、気泡は、その浮力に影響されずに、湾曲部２４の内周側を通って下流側に速やかに流れていく。
【００２５】
また、内燃機関の始動直後などのように、冷却水出口集合管１４を流れる冷却水の流速が比較的低い場合には、遠心力による分離は不十分となりやすいが、この場合、気泡は、冷却水出口集合管１４の上部に集まる傾向があるため、開口２７を囲む筒状部２６ａの周囲を流れるようになり、やはり、金属パイプ２５へと流入する気泡は非常に少なくなる。
【００２６】
さらに、流速変化等により湾曲部２４において流れに乱れが生じたような場合でも、下方へ筒状部２６ａが突出しているとともに、底部が凹部２８として下方へ凹んでいて筒状部２６ａの下端２６ｂとの間に十分に大きな間隔が確保されていることから、気泡が淀んで開口２７へと入り込んでしまうようなことがない。
【００２７】
一方、金属パイプ２５が冷却水出口集合管１４内の流れに沿うように傾斜していることから、冷却水は、より滑らかに分流する。そして、筒状部２６ａの下端２６ｂを水平面に沿って切断した形状とするとともに、凹部２８によって通路断面積を部分的に拡大させたことにより、冷却水の流れに対する通路抵抗の増加を抑制でき、ラジエータ６側へ向かう主流の流量ならびにヒータコア１５側へ向かう流量の双方を、向上させることができる。
【００２８】
また、一般に、上記冷却水出口集合管１４が、車両に搭載される内燃機関に予め取り付けられるのに対し、ヒータ入口管１６を含むヒータ系の配管類は、内燃機関を車両に搭載した後に、内燃機関側に接続されることになるが、上記構成では、コネクタ部となる金属パイプ２５が上方へ向かって設けられており、ヒータ入口管１６をエンジンルームの上方から接続することができるので、作業性に優れたものとなる。これは、保守点検の際にも同様である。
【００２９】
以上、この発明をＶ型内燃機関の冷却装置に適用した一実施例を説明したが、この発明は、これに限定されず、例えば直列多気筒機関などにも適用できる。また、湾曲部としては、上述の９０°の湾曲部に限定されないが、遠心力による気泡の分離を行う上で、４５°以上に方向が変化する湾曲部であることが望ましい。また、上記の冷却水出口集合管１４は、鋳造により形成されているが、合成樹脂により所定形状に成形した冷却水配管に本発明を適用することも可能である。
【００３０】
さらに、コネクタ部となる金属パイプを湾曲部の通路内に突出させることで、筒状部を構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例となるＶ型内燃機関の冷却装置全体の構成を模式的に示した説明図。
【図２】おなじくシリンダブロックからシリンダヘッドへ至る流路の説明図。
【図３】この冷却装置の主要部の具体的な構成を示す斜視図。
【図４】本発明の要部である冷却水出口集合管の斜視図。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿った冷却水出口集合管の断面図。
【図６】冷却水出口集合管の縦断面図。
【図７】図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【符号の説明】
１４…冷却水出口集合管
１５…ヒータコア
１６…ヒータ入口管
１８…分岐部
２４…湾曲部
２４ａ…膨出部
２５…金属パイプ
２６ａ…筒状部

Claims

内燃機関のウォータジャケットとウォータポンプとラジエータとを含み、上記ウォータジャケットと上記ラジエータとの間で冷却水が循環するように構成された冷却水循環系と、上記冷却水循環系における上記ウォータジャケットの下流側の分岐部で上記冷却水循環系から分岐するとともに、上記ウォータポンプよりも上流側の位置に合流し、かつ途中にヒータコアを備えたヒータ用冷却水通路と、を備えてなる車両用内燃機関の冷却装置において、
上記分岐部は、上記冷却水循環系の一部となる冷却水配管が水平方向に湾曲する湾曲部に位置するとともに、該冷却水配管から上方にヒータ用冷却水通路が分岐しており、かつ上記ヒータ用冷却水通路が、上記湾曲部の通路中心から外周側に片寄った位置に接続されており、
上記冷却水配管の通路内に、上記ヒータ用冷却水通路先端の開口を囲む筒状部が突出して設けられているとともに、上記筒状部が対向する上記冷却水配管の底部が、部分的に下方へ凹んでいることを特徴とする車両用内燃機関のヒータ用冷却水通路分岐構造。
上記湾曲部は、４５°以上に方向が変化することを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関のヒータ用冷却水通路分岐構造。
上記冷却水配管は上記湾曲部を含む形状に鋳造されており、上記ヒータ用冷却水通路のコネクタ部となる金属パイプが、この冷却水配管に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用内燃機関のヒータ用冷却水通路分岐構造。
上記冷却水配管の上記湾曲部の外周側部分に、該湾曲部の内周側の湾曲に比べて外周側に部分的に張り出した膨出部が形成されており、上記ヒータ用冷却水通路が、この膨出部の上面に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用内燃機関のヒータ用冷却水通路分岐構造。
上記ヒータ用冷却水通路は、上記冷却水配管内の冷却水の流れに沿うように、傾斜して冷却水配管に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用内燃機関のヒータ用冷却水通路分岐構造。
上記冷却水配管は、Ｖ型内燃機関において左右バンクの冷却水出口から冷却水を集合させるように、一対のシリンダヘッドの後端に沿って直線状に形成されるとともに、一方の端部がシリンダヘッドの側方に沿って機関前方へ向かうように湾曲しており、この湾曲部に、上記ヒータ用冷却水通路が接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両用内燃機関のヒータ用冷却水通路分岐構造。