JP5440399B2 - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、水冷式内燃機関の冷却装置に関する。

従来より、自動車用内燃機関において、シリンダヘッドのウォータジャケットおよびシリンダブロックのウォータジャケットに対して冷却水を並列に循環させるようにした内燃機関の冷却装置が提案されている（例えば特許文献１参照。）。この種の内燃機関の冷却装置では、シリンダブロックのウォータジャケット内の冷却水の循環を停止させたまま、シリンダヘッドのウォータジャケット内の冷却水のみを循環させる弁を備えている。そして、そのような冷却水の循環を内燃機関のコールドスタート時に実行させることで、シリンダヘッドの燃焼室壁の温度上昇を抑制しつつ、シリンダブロックを早急に暖めることが可能となる。これにより、ノッキングの抑制、エミッションの改善、シリンダのフリクションロスの低減による燃費向上などが図られる。

特開平５−８６９７０号公報

特許文献１に開示されている内燃機関の冷却装置では、シリンダブロックのウォータジャケット内の冷却水の循環を停止させる弁が、シリンダブロックの外側に付設されている。このため、上記弁を含めた内燃機関の体格が大型化し易いという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みて創案されたものであり、シリンダブロックおよびシリンダヘッドに形成されたウォータジャケット内の冷却水の循環態様を切替える弁を備えた内燃機関の冷却装置において、上記弁を含めた内燃機関の小型化を実現し易くする内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の冷却装置は以下のように構成されている。

すなわち、本発明の内燃機関の冷却装置は、シリンダヘッドと、シリンダブロックと、 前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとの間に配置されたガスケットと、前記シリンダブロック内に形成されたブロック側ウォータジャケットと、前記シリンダヘッド内に形成されたヘッド側ウォータジャケットと、前記ウォータジャケット内の冷却水の循環態様を切替える弁と、前記シリンダヘッドから排出された冷却水を分岐する分岐管と、を備え、前記ガスケットには、前記ブロック側ウォータジャケットと連通する連通孔が形成され、前記シリンダヘッドにおける気筒配列方向の端面には、冷却水を外に排出するための出口開口が形成され、前記シリンダヘッドの内部には、前記連通孔と前記出口開口とを繋ぐように前記気筒配列方向に沿って合流案内流路が形成され、前記合流案内流路の側面には、前記ヘッド側ウォータジャケットの下流端が連通され、前記合流案内流路の内壁には、前記連通孔よりも前記出口開口側の部分に、前記出口開口側に向いた座面が形成され、前記分岐管は、前記出口開口の周囲に固定される第１フランジ部と、前記第１フランジ部の前方に設けられ、前記出口開口から前記シリンダヘッド内に挿入される挿入筒部と、前記第１フランジ部の後方に設けられ、前記出口開口から送り出される冷却水を分岐する第１および第２分岐管とを有し、前記挿入筒部の側面には、前記ヘッド側ウォータジャケットの下流端に対向する開口部が形成され、前記弁は、その外面において外側に張り出した第２フランジ部を有し、前記第２フランジ部が前記シリンダヘッド内で前記座面と前記挿入端部の端部とで挟持された状態で、前記シリンダ内に設けられていることを特徴とするものである。

かかる構成を備える内燃機関の冷却装置によれば、ウォータジャケット内の冷却水の循環態様を切替える弁がシリンダヘッド内に設けられていることから、前記弁がシリンダヘッドやシリンダブロックの外部に設置される場合と比較して、前記弁を含めた内燃機関の小型化を実現し易くなる。

また、前記ブロック側ウォータジャケットと前記ヘッド側ウォータジャケットに冷却水を並列に循環させるための冷却水循環路と、前記各ウォータジャケット内を通過した冷却水を合流させる合流部と、を備え、前記合流部が前記シリンダヘッド内に設けられていることが望ましい。

かかる構成を備える内燃機関の冷却装置によれば、前記弁とともに合流部をシリンダヘッド内に設けることで、合流部をシリンダヘッドやシリンダブロックの外部に設けるための配管類を必要としないことから、更に、内燃機関の小型化を実現し易くなる。

また、前記ウォータジャケット内の冷却水の循環態様の切替は、例えば、前記ブロック側ウォータジャケットと前記ヘッド側ウォータジャケットに冷却水を並列に循環させる態様と、前記ブロック側ウォータジャケットの冷却水の循環を停止しながら、前記ヘッド側ウォータジャケットの冷却水を循環させる態様との切替である。そして、前記弁は、前記合流部を流れる冷却水の水温に応じて前記ブロック側ウォータジャケットの出口流路を開閉することにより、前記冷却水の循環態様の切替を行うものであるものであることが望ましい。

また、前記弁がサーモスタット弁であり、その感温部が前記合流部に設けられているものであることが望ましい。

かかる構成を備える内燃機関の冷却装置によれば、合流部がサーモスタット弁の感温部の設置スペースを兼ねていることから、更に、内燃機関の小型化を実現し易くなる。

本発明の内燃機関の冷却装置によれば、ウォータジャケット内の冷却水の循環態様を切替える弁がシリンダヘッド内に設けられていることから、前記弁がシリンダヘッドやシリンダブロックの外部に設置される場合と比較して、前記弁を含めた内燃機関の小型化を実現し易くなる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却装置を示す概略図である。 図１のシリンダヘッドのＡ−Ａ断面に相当する図であって、具体的なヘッド側ウォータジャケットの形態を示す図である。 シリンダヘッドに対してサーモスタット弁および分岐管を分離した状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態における内燃機関として、直列４気筒エンジンを例に挙げて説明する。

図１に示すように、エンジン１０の冷却装置は、シリンダブロック２０内に形成されたウォータジャケット２１（以下「ブロック側ウォータジャケット２１」ともいう。）と、シリンダヘッド３０内に形成されたウォータジャケット３１（図２参照；以下「ヘッド側ウォータジャケット３１」ともいう。）を備えている。なお、ヘッド側ウォータジャケット３１は図１で図示省略している。

ウォータポンプ４０から吐出する冷却水は、シリンダブロック２０の冷却水導入口２２よりブロック側ウォータジャケット２１の前部（気筒配列方向一端位置に配置されたシリンダ５１周り）に導入される。そして、その導入された冷却水は、後述する第２サーモスタット弁７０が開弁しているとき、シリンダ５１の前方で分流して、その一部がブロック側ウォータジャケット２１内を流れ、その余部がヘッド側ウォータジャケット３１側に流れる。

ブロック側ウォータジャケット２１内を流れる冷却水は、矢印９１，９２に示すように、各シリンダ５１〜５４の両側に沿って、気筒配列方向に前方（一方）から後方（他方）に向かって流れ、シリンダ５４の後方で合流する。そして、シリンダ５４の後方に到達した冷却水は、シリンダブロック２０とシリンダヘッド３０の間に介装されたガスケット６０に形成された連通孔６２とシリンダヘッド３０に形成された合流案内流路３９とを通過し、ヘッド側ウォータジャケット３１を通過した冷却水とシリンダヘッド３０内の合流部３２において合流する。つまり、エンジン１０内には、ブロック側ウォータジャケット２０とヘッド側ウォータジャケット３０に冷却水を並列に循環させるための冷却水循環路が形成されている。

ヘッド側ウォータジャケット３１内の冷却水は、矢印９３に示すように、概ね各シリンダ５１〜５４の燃焼室壁に沿って気筒配列方向に前方（一方）から後方（他方）に向かって流れる。そして、合流部３２においてブロック側ウォータジャケット２１を通過した冷却水と合流して、出口開口３３からシリンダヘッド３０の外へ出る。

合流部３２には、第２サーモスタット弁７０が設置されている。この第２サーモスタット弁７０は、ブロック側ウォータジャケット２１およびヘッド側ウォータジャケット３１内の冷却水の循環態様を切替えるものである。具体的には、第２サーモスタット弁７０は、合流部３２における冷却水の水温に基づいてブロック側ウォータジャケット２１の出口流路を開閉して、ブロック側ウォータジャケット２１内で冷却水を循環させ、あるいは、その循環を停止させるために設けられている。この第２サーモスタット弁７０は、水温Ｔｃ（例えばＴｃ＝７５℃）未満で閉弁し、水温Ｔｃ以上で開弁し、水温Ｔｃｗ（例えばＴｃｗ＝８５℃）以上で全開となる。

出口開口３３からシリンダヘッド３０の外へ出た冷却水は、第１サーモスタット弁４３が開弁していれば、分岐点４１で分岐し、その一部はラジエータ８２、第１サーモスタット弁４３を経由してウォータポンプ４０に還流する。また、その余部は、ヒータ４４、第１サーモスタット弁４３を経由してウォータポンプ４０に還流する。一方、第１サーモスタット弁４３が閉弁している場合は、出口開口３３からシリンダヘッド３０の外へ出た冷却水は、ラジエータ８２を循環することはなく、ヒータ４４、第１サーモスタット弁４３を経由してウォータポンプ４０に還流する。なお、第１サーモスタット弁４３は、水温Ｔｗ（例えばＴｗ＝８８℃）未満では閉弁し、水温Ｔｗ以上で開弁して水温Ｔｗｗ（例えばＴｗｗ＝９４℃）以上で全開となる。

つぎに、シリンダヘッド３０内の具体的構造について図２に基づいて説明する。図２は、図１のＡ−Ａ断面図の具体例を示している。なお、説明の便宜上、ヘッド側ウォータジャケット３１内を流れる冷却水の上流側をエンジン１０の「前」とし、下流側をエンジン１０の「後」とする。また、排気ポートから排ガスが排出される方を「排気側」、吸気ポートから新気が吸入される方を「吸気側」とする。

図２に示すように、ヘッド側ウォータジャケット３１は、シリンダヘッド３０内で概ね気筒配列方向に延在している。ヘッド側ウォータジャケット３１の前端部には、ブロック側ウォータジャケット２１に連通する連通路６１が形成されており、この連通路６１を通じてブロック側ウォータジャケット２１から冷却水がヘッド側ウォータジャケット３１内に流入する。上記連通路６１は、ガスケット６０の所定位置に形成された貫通孔等で構成される。

ヘッド側ウォータジャケット３１の後端部は、後述する合流案内流路３９の排気側に形成され、その下流端は、合流案内流路３９の後方かつ吸気側に向かって開口している。

合流案内流路３９は、連通孔６２から合流部３２に亘ってエンジン１０の前後方向に形成された比較的短い冷却水流路である。この合流案内流路３９は、ブロック側ウォータジャケット２１から連通孔６２を通過して供給される冷却水をその後方へ案内し、ヘッド側ウォータジャケット３１の後端部の開口から供給される冷却水と合流部３２において合流させる。合流部３２の後方直後には、合流した冷却水をシリンダヘッド３０の外へ排出するための出口開口３３が形成されている。

図２において、符号３４は排気ポート用通路、符号３５は吸気ポート用通路、符号３６は点火栓用開口を示している。

なお、本実施形態では、連通孔６２、合流案内流路３９および合流部３２は、吸気側（図２においては、４つのシリンダ５１〜５４の中心を通る中心線より吸気側）に偏在しており、ヘッド側ウォータジャケット３１の後端部は、その合流案内流路３９の排気側に形成されているが、連通孔６２、合流案内流路３９および合流部３２を排気側に偏在させ、ヘッド側ウォータジャケット３１の後端部をその合流案内流路３９の吸気側に形成し、更にヘッド側ウォータジャケット３１の下流端を合流案内流路３９の後方かつ排気側に向かって開口させたものとしてもよい。

第２サーモスタット弁７０は、図２に示すように、弁体７１、感温部７２、フランジ部７３、ピストン部７４等を備え、合流案内流路３９から合流部３２に亘って設置されている。第２サーモスタット弁７０のフランジ部７３は、シリンダヘッド３０内で後方の出口開口３３に向かって形成された座面３８と、分岐管４５の端部（後述する分岐管４５の挿入筒部４５１の端部４５１ｂ）とで挟持されている。

感温部７２は合流部３２内に設けられ、合流部３２を流れる冷却水の水温に反応して弁体７１を開閉させる。なお、弁体７１は、感温部７２内のワックスの膨張・収縮力によって作動するピストン部７４に固設されており、ブロック側ウォータジャケット２１側から合流部３２へ流れ込む冷却水の流路を合流案内流路３９において開閉するように設置されている。

出口開口３３には、図３に示すような、分岐管４５が取り付けられている。この分岐管４５は、出口開口３３の周囲にボルト等にて固定されるフランジ部４５２と、このフランジ部４５の前方に設けられ、出口開口３３からシリンダヘッド３０内に挿入される挿入筒部４５１と、フランジ部４５２の後方に設けられ、出口開口３３から送り出される冷却水をラジエータ４２側とヒータ４４側へ分岐する分岐管４５３，４５４を有している。

上記挿入筒部４５１は、その側面にヘッド側ウォータジャケット３１の下流端に対向する開口部４５１ａを有している。この開口部４５１ａより、ヘッド側ウォータジャケット３１側から冷却水が流入するようになっている。また、既述したように、挿入筒部４５１の先端面４５１ｂはシリンダヘッド３０内の座面３８とともに第２サーモスタット弁７０のフランジ部７３を挟持する。

以上に説明した本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却装置によれば、第２サーモスタット弁７０がシリンダヘッド３０内に設けられることから、第２サーモスタット弁７０がシリンダヘッド３０やシリンダブロック２０の外部に設置される場合と比較して、第２サーモスタット弁７０を含めたエンジン１０の体格を小型化し易くなる。すなわち、第２サーモスタット弁７０をシリンダヘッド３０やシリンダブロック２０の外部に設置する場合は、第２サーモスタット弁７０およびそのカバー・配管類の体積分だけエンジンの体格（カバー・配管類を含めたエンジンの体格）が大きくなる可能性が高くなる。

また、上記カバー・配管類を要しないことから、比較的、部品点数の低減、カバー類の取付工数の低減、これらに伴うコスト低減などが図られる。

また、本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却装置によれば、第２サーモスタット弁７０とともに合流部３２がシリンダヘッド３０内に設けられていることから、更にエンジン１０の体格を小型化し易くなる。すなわち、合流部３２をシリンダヘッド３０やシリンダブロック２０の外部に設ける場合は、合流部を形成するための配管類をシリンダヘッド３０やシリンダブロック２０の外部に設置することが必要となり、その配管類の設置スペース分だけエンジンの体格（配管類を含めたエンジンの体格）が大きくなる可能性が高くなる。

また、合流部を形成するための配管類を要しないことから、比較的、部品点数の低減、配管類の取付工数の低減、これらに伴うコスト低減などが図られる。

また、本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却装置においては、ヘッド側ウォータジャケット３１の下流端が合流案内流路３９の後方かつ吸気側に向かって開口しており、更に、合流部３２の後方直後に出口開口３３が形成されていることから、合流部３２では、第２サーモスタット弁７０が閉弁していても、ヘッド側ウォータジャケット３１側から供給される冷却水が常に流動しており、淀みにくくなっている。これにより、冷却水の水温の変化に対して第２サーモスタット弁７０を迅速に反応させることができるようになっている。

本発明は、例えば、水冷式内燃機関の冷却装置に適用可能である。

１０ エンジン（内燃機関）
２０ シリンダブロック
２１ ブロック側ウォータジャケット
３０ シリンダヘッド
３１ ヘッド側ウォータジャケット
３２ 合流部
７０ サーモスタット弁
７２ 感温部

Claims (4)

1. シリンダヘッドと、
   シリンダブロックと、
   前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとの間に配置されたガスケットと、
   前記シリンダブロック内に形成されたブロック側ウォータジャケットと、
   前記シリンダヘッド内に形成されたヘッド側ウォータジャケットと、
   前記ウォータジャケット内の冷却水の循環態様を切替える弁と、
   前記シリンダヘッドから排出された冷却水を分岐する分岐管と、を備え、
   前記ガスケットには、前記ブロック側ウォータジャケットと連通する連通孔が形成され、
   前記シリンダヘッドにおける気筒配列方向の端面には、冷却水を外に排出するための出口開口が形成され、前記シリンダヘッドの内部には、前記連通孔と前記出口開口とを繋ぐように前記気筒配列方向に沿って合流案内流路が形成され、前記合流案内流路の側面には、前記ヘッド側ウォータジャケットの下流端が連通され、前記合流案内流路の内壁には、前記連通孔よりも前記出口開口側の部分に、前記出口開口側に向いた座面が形成され、
   前記分岐管は、前記出口開口の周囲に固定される第１フランジ部と、前記第１フランジ部の前方に設けられ、前記出口開口から前記シリンダヘッド内に挿入される挿入筒部と、前記第１フランジ部の後方に設けられ、前記出口開口から送り出される冷却水を分岐する第１および第２分岐管とを有し、
   前記挿入筒部の側面には、前記ヘッド側ウォータジャケットの下流端に対向する開口部が形成され、
   前記弁は、その外面において外側に張り出した第２フランジ部を有し、前記第２フランジ部が前記シリンダヘッド内で前記座面と前記挿入端部の端部とで挟持された状態で、前記シリンダ内に設けられていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記ブロック側ウォータジャケットと前記ヘッド側ウォータジャケットに冷却水を並列に循環させるための冷却水循環路と、
   前記各ウォータジャケット内を通過した冷却水を合流させる合流部と、を備え、
   前記合流部が前記シリンダヘッド内に設けられていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記ウォータジャケット内の冷却水の循環態様の切替は、前記ブロック側ウォータジャケットと前記ヘッド側ウォータジャケットに冷却水を並列に循環させる態様と、前記ブロック側ウォータジャケットの冷却水の循環を停止しながら、前記ヘッド側ウォータジャケットの冷却水を循環させる態様との切替であり、
   前記弁は、前記合流部を流れる冷却水の水温に応じて前記ブロック側ウォータジャケットの出口流路を開閉することにより、前記冷却水の循環態様の切替を行うものである、ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記弁は、サーモスタット弁であり、その感温部は前記合流部に設けられていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。

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