JP6437650B2 - 内燃機関の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダブロックに形成されたウォータージャケットの流路を変更できる内燃機関の冷却構造に関する。

自動車等に利用される内燃機関では、機関本体に形成されたウォータージャケットに冷却水を流通させる水冷式の冷却装置が設けられることが多い。この冷却装置は、通常運転時には内燃機関が過熱しないように冷却水をウォータージャケットに流通させ、吸熱して高温になった冷却水をラジエータに流通させて冷却する。一方、この冷却装置では、ラジエータに流通させる流路とラジエータに流通させない流路とを切り替え可能なサーモスタットが設けられており、始動時や低温時には、サーモスタットが冷却水をラジエータに流通させないようにすることで、内燃機関の早期暖機が図られる。

このような冷却装置として、シリンダヘッドに流れる冷却水流量とシリンダブロックに流れる冷却水流量とをコントロール可能にした、所謂スプリット・クーリングを採用したものが公知である（特許文献１参照）。特許文献１記載の冷却装置では、シリンダブロックの冷却水導入部に設けられたメインのサーモスタットによりラジエータを通る冷却水の流量がコントロールされ、シリンダブロックの冷却水出口に設けられたサブのサーモスタットによりシリンダブロック内を流れる冷却水流量、即ちシリンダブロック内の冷却水流量とシリンダヘッド内の冷却水流量との比率がコントロールされる。

他方、内燃機関の早期暖機と過熱防止とを両立させる冷却構造として、シリンダボアの周囲に形成されて冷却水を循環させるウォータージャケットに、当該ウォータージャケットをシリンダボア側とシリンダブロック外壁側とに仕切る形状のスペーサが設けられ、スペーサには、シリンダボア側と外壁側とを連通する連通路と、連通路を開閉可能な蓋体とが設けられ、蓋体が、シリンダボア側を流れる冷却水の温度が高い時に連通路の通路面積を大きくするように変形するバイメタルによって構成されたものも公知である（特許文献２参照）。

特開平１０−８２３２０号公報 特開２００７−３２１５８１号公報

しかしながら、特許文献１記載の冷却装置では、サーモスタットが複数必要になる。また、内燃機関に流入した冷却水はシリンダブロックとシリンダヘッドとに分かれて流れる上、シリンダブロックにおいて冷却水がシリンダ列の両側を流れることから冷却水の流速が低く、シリンダブロックを効果的に冷却することができない。

また、特許文献２記載の冷却装置では、冷却水通路をシリンダボア側及び外壁側に２重に形成しなければならず、シリンダブロックが大型化する。シリンダブロックの大型化を避けるために両冷却水通路の幅を小さくすることも可能であるが、このようにすると流路抵抗による圧力損失が大きくなる。従って、シリンダブロックを効果的に冷却することができない。

本発明は、このような背景に鑑み、シリンダブロックの大型化や冷却水の圧力損失の増大を抑制しつつ、早期暖機とシリンダブロックの効果的冷却との両立が可能な内燃機関の冷却構造を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明に係る内燃機関（１）の冷却構造の一態様は、シリンダブロック（３）にシリンダ（２）を取り囲むように環状に形成されたウォータージャケット（７Ａ）と、前記ウォータージャケットに冷却水を流入させる冷却水入口（２１）と、前記ウォータージャケットの周方向において前記冷却水入口と異なる位置に設けられ、前記ウォータージャケットから冷却水を流出させる冷却水出口（２２ｍ）と、前記ウォータージャケットにおける前記冷却水入口と前記冷却水出口との間に設けられ、当該ウォータージャケットを周方向に仕切る閉位置と当該ウォータージャケットを周方向に開放する開位置とを取り得る可動パーティション部材（３１）とを備える構成とする。

この構成によれば、冷却水は、可動パーティション部材が閉位置にある閉塞状態では、冷却水入口から可動パーティション部材が設けられた部分を迂回して冷却水出口に流れ、可動パーティション部材が開位置にある開放状態では、可動パーティション部材が設けられた部分をも通るように冷却水入口から冷却水出口に向けて流れる。つまり、可動パーティション部材がウォータージャケットを開放し、冷却水の流通経路を増やすことで、閉塞状態で冷却水通路となる部分の冷却水の流速を低下させて内燃機関の早期暖機を図ることができる一方、可動パーティション部材がウォータージャケットを仕切り、冷却水の流通経路を減らすことで、冷却水の流速を増大させてシリンダブロックを効果的に冷却することができる。また、ウォータージャケットは周方向に仕切られるだけであり、２重に形成される必要がないため、シリンダブロックの大型化や冷却水の圧力損失の増大が抑制される。

また、上記の態様において、前記冷却水出口（２２ｍ）は、前記ウォータージャケット（７Ａ）の周方向において前記冷却水入口（２１）から半周離れた位置（Ｐ１）に対して周方向の一方に偏倚した位置に設けられ、前記可動パーティション部材（３１）が、前記ウォータージャケットにおける前記冷却水入口と前記冷却水出口との間の部分のうちの短い方に設けられた構成とすることができる。

ここで、半周とは、環状のウォータージャケットの全周長の半分を意味する。つまり、ウォータージャケットが１つのシリンダのみを取り囲む場合には、ウォータージャケットの半周はシリンダの半周に相当するが、ウォータージャケットが複数のシリンダを取り囲む場合には、ウォータージャケットの半周は１つのシリンダの半周に相当するものではない。

この構成によれば、可動パーティション部材が閉位置にある閉塞状態では、冷却水通路長が半周よりも長くなることから冷却効果が高くなり、可動パーティション部材が開位置にある開放状態では、冷却水入口と冷却水出口と距離が短くなることから冷却効果が低くなる。これにより、シリンダブロックの効果的冷却及び早期暖機が促進される。

また、上記の態様において、前記シリンダブロック（３）に前記シリンダ（２）が複数形成され、前記冷却水入口（２１）及び前記冷却水出口（２２ｍ）が、前記ウォータージャケット（７Ａ）における１つの前記シリンダ（２ａ）に対向する部分に設けられた構成とすることができる。

この構成によれば、可動パーティション部材が閉位置にある閉塞状態において、ウォータージャケットの冷却水入口及び冷却水出口が設けられた部分が取り囲むシリンダを少なくとも部分的に、他のシリンダを全体的に冷却することができ、複数のシリンダの全てを冷却することができる。

また、このような課題を解決するために、本発明に係る内燃機関（１）の冷却構造の他の態様は、シリンダブロック（３）にシリンダ（２）を取り囲むように環状に形成されたウォータージャケット（７Ａ）と、前記ウォータージャケットに冷却水を流入させる冷却水入口（２１）と、前記ウォータージャケットから冷却水を流出させる第１冷却水出口（２２ｍ_１）及び第２冷却水出口（２２ｍ_２）と、前記ウォータージャケットを周方向に仕切るように設けられた固定パーティション部材（４１）と、前記ウォータージャケットの周方向において前記固定パーティション部材と異なる位置に設けられ、前記ウォータージャケットを周方向に仕切る閉位置と前記ウォータージャケットを周方向に開放する開位置とを取り得る可動パーティション部材（３１）とを備え、前記ウォータージャケットにおける前記固定パーティション部材と前記可動パーティション部材との間の部分のうちの一方に前記冷却水入口及び前記第１冷却水出口が設けられ、前記ウォータージャケットにおける前記固定パーティション部材と前記可動パーティション部材との間の部分のうちの他方に前記第２冷却水出口が設けられた構成とすることができる。

この構成によれば、冷却水は、可動パーティション部材が閉位置にある閉塞状態では、冷却水入口から直接的に第１冷却水出口に流れ、可動パーティション部材が開位置にある開放状態では、可動パーティション部材が設けられた部分をも通るように冷却水入口から第１冷却水出口及び第２冷却水出口に向けて流れる。つまり、可動パーティション部材がウォータージャケットを仕切り、冷却水の流通経路を減らすことで、冷却水の流通範囲を小さくすると共に開放時に冷却水通路となる部分の冷却水の流速を低下させて内燃機関の早期暖機を図ることができる。一方、可動パーティション部材がウォータージャケットを開放し、冷却水の流通経路を増やすことで、冷却水の流通範囲を大きくしてシリンダブロックを効果的に冷却することができる。また、ウォータージャケットは周方向に仕切られるだけであり、２重に形成される必要がないため、シリンダブロックの大型化や冷却水の圧力損失の増大が抑制される。

また、上記の態様において、前記第１冷却水出口（２２ｍ_１）が前記第２冷却水出口（２２ｍ_２）よりも小さい構成とすることができる。

この構成によれば、可動パーティション部材が閉位置にある閉塞状態での第１冷却水出口の流路抵抗は大きくなるが、可動パーティション部材が開位置にある開放状態において第２冷却水出口に向けて流通する冷却水量を確保することができる。

また、上記の態様において、前記可動パーティション部材（３１）は、前記ウォータージャケットの周方向において前記固定パーティション部材（４１）から半周離れた位置（Ｐ２）に対して周方向の一方に偏倚した位置に設けられ、前記冷却水入口（２１）及び前記第１冷却水出口（２２ｍ_１）が、前記ウォータージャケット（７Ａ）における前記固定パーティション部材と前記可動パーティション部材との間の部分のうちの短い方に設けられた構成とすることができる。

この構成によれば、可動パーティション部材が開位置にある開放状態では、冷却水の流通範囲が広くなることから冷却効果が高くなり、可動パーティション部材が閉位置にある閉塞状態では、冷却水の流通範囲が半周よりも短くなることから冷却効果が低くなる。これにより、シリンダブロックの効果的冷却及び早期暖機が促進される。

また、上記の態様において、前記シリンダブロック（３）に前記シリンダ（２）が複数形成され、前記固定パーティション部材（４１）及び前記可動パーティション部材（３１）が、前記ウォータージャケットにおける１つの前記シリンダ（２ａ）に対向する部分に設けられた構成とすることができる。

この構成によれば、可動パーティション部材が閉位置にある閉塞状態において、ウォータージャケットの冷却水入口及び第１冷却水出口が設けられた部分が取り囲むシリンダのみが部分的に冷却され、他のシリンダの冷却を停止できる。これにより、一層の早期暖機を実現できる。

このように本発明によれば、シリンダブロックの大型化や冷却水の圧力損失の増大を抑制しつつ、早期暖機とシリンダブロックの効果的冷却との両立が可能な内燃機関の冷却構造を提供することができる。

第１実施形態に係る内燃機関の冷却構造の概略全体図 図１に示す内燃機関の（Ａ）暖機時、（Ｂ）暖機完了後の冷却水の流れを示す概略説明図 図１に示すウォータージャケットを実体的に示す斜視図 図１に示すブロック側ウォータージャケットの上面図 図１中のＶ部に配置された可動パーティション装置の拡大断面図 可動パーティション装置の他の例を示す平断面図 図４に示すブロック側ウォータージャケットにおける（Ａ）暖機時、（Ｂ）暖機完了後の冷却水の流れを示す概略説明図 図７に示す内燃機関の冷却構造における冷却水の圧力損失を示すグラフ 図７に示す内燃機関の冷却構造におけるシリンダ上端温度を示すグラフ 図７に示す内燃機関の冷却構造における冷却水の流速を示すグラフ 第２実施形態に係る内燃機関の冷却構造のブロック側ウォータージャケットの上面図 図１１に示すブロック側ウォータージャケットにおける（Ａ）暖機時、（Ｂ）暖機完了後の冷却水の流れを示す概略説明図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。

≪第１実施形態≫
まず、図１〜図１０を参照して第１実施形態に係る内燃機関１の冷却構造について説明する。内燃機関１は、３つのシリンダ２（以下、左から順に第１シリンダ２ａ、第２シリンダ２ｂ、第３シリンダ２ｃとする）が形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３のシリンダ軸線２Ｘ方向の一方の端面（図示例では上面）に結合されたシリンダヘッド４とを備えている。シリンダブロック３の他方の端面にはロアブロックやオイルパンが適宜結合されており、シリンダ２のシリンダヘッド４と相反する側にクランク室やオイル溜めが形成されている。本実施形態の内燃機関１は、３つのシリンダ２が１列に形成された直列３気筒ガソリンエンジンである。

内燃機関１は、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４を冷却する冷却装置５や、クランクシャフトやカムシャフト等の各摺動部にオイルを供給する図示しない潤滑装置等を備えている。冷却装置５は、クランクシャフトにより駆動され、冷却水（冷却液）を圧送するウォーターポンプ６、シリンダブロック３に形成されたブロック側ウォータージャケット７Ａ、ブロック側ウォータージャケット７Ａと連通するようにシリンダヘッド４に形成されたヘッド側ウォータージャケット７Ｂ、冷却水を冷却するラジエータ８、内燃機関１やラジエータ８、ウォーターポンプ６等を互いに接続する冷却水配管９（９ａ〜９ｅ）、ブロック側ウォータージャケット７Ａ及びヘッド側ウォータージャケット７Ｂ（以下、総称する場合には単にウォータージャケット７と記す）から流出した冷却水をラジエータ８に流通させる流路と冷却水をラジエータ８に流通させない流路とを切り替えるサーモスタット１０等により構成されている。

本実施形態では、ウォーターポンプ６とブロック側ウォータージャケット７Ａとが第１配管９ａにより接続され、ヘッド側ウォータージャケット７Ｂとラジエータ８とが第２配管９ｂにより接続され、ヘッド側ウォータージャケット７Ｂとサーモスタット１０とが第３配管９ｃにより接続され、ラジエータ８とサーモスタット１０とが第４配管９ｄにより接続され、サーモスタット１０とウォーターポンプ６とが第５配管９ｅにより接続されている。図示例では、第２配管９ｂの上流側（シリンダヘッド４側）部分と第３配管９ｃの上流側部分とが共通となっている。

サーモスタット１０は、第３配管９ｃが接続する第１冷却水入口１１ａ、第４配管９ｄが接続する第２冷却水入口１１ｂ、及び第５配管９ｅが接続する冷却水出口１１ｃが形成されたケース１１と、ケース１１内に収容された弁体１２とを備えている。サーモスタット１０は、冷却水温が所定の閾値よりも低い時（即ち、暖機時）に弁体１２が第２冷却水入口１１ｂを閉塞すると共に第１冷却水入口１１ａを開放し、冷却水温が所定の閾値以上の時（即ち、暖機完了後）に弁体１２が第２冷却水入口１１ｂを開放すると共に第１冷却水入口１１ａを閉塞するように構成されている。

これによって冷却水は次のように流通する。即ち、図２（Ａ）に示されるように、冷却水温が所定の閾値よりも低く、サーモスタット１０が閉状態（弁体１２が第２冷却水入口１１ｂを閉塞した状態）では、ウォーターポンプ６から第１配管９ａを介してウォータージャケット７へ圧送された冷却水は、第３配管９ｃを通って第１冷却水入口１１ａからサーモスタット１０に流入する。サーモスタット１０の冷却水出口１１ｃから流出した冷却水は、第５配管９ｅを通ってウォーターポンプ６に戻される。

一方、図２（Ｂ）に示されるように、冷却水温が所定の閾値以上であり、サーモスタット１０が開状態（弁体１２が第２冷却水入口１１ｂを開放した状態）では、ウォーターポンプ６から第１配管９ａを介してウォータージャケット７へ圧送されて昇温した冷却水は、第２配管９ｂを通ってラジエータ８へ送られる。ラジエータ８での熱交換により冷却された冷却水は、第４配管９ｄを介して第２冷却水入口１１ｂからサーモスタット１０に流入し、冷却水出口１１ｃから第５配管９ｅを通ってウォーターポンプ６に戻される。

次に、図３及び図４を参照してウォータージャケット７について説明する。図３は、シリンダブロック３やシリンダヘッド４に形成された通路空間であるウォータージャケット７を実態的に示している。言い換えれば、図３は、シリンダブロック３やシリンダヘッド４を鋳造する際にウォータージャケット７を形成するために用いる中子を示しているとも云える。

図３及び図４に示されるように、ブロック側ウォータージャケット７Ａは、３つのシリンダ２に沿って湾曲するように、且つ３つのシリンダ２の燃焼室側（シリンダヘッド４側）を取り囲むように環状に形成されている。ブロック側ウォータージャケット７Ａは、略同一幅且つ略同一深さの環状溝としてシリンダブロック３に形成される。

ブロック側ウォータージャケット７Ａは、平面視（図４）においてシリンダ列方向に長い形状を有している。３つのシリンダ軸線２Ｘを通るシリンダ中心面２Ｃにより分割される、ブロック側ウォータージャケット７Ａの長手部分の一方（図４中の下方）は吸気側７ｉｎであり、長手部分の他方（図４中の上方）は排気側７ｅｘである。ブロック側ウォータージャケット７Ａは、互いに隣接する２つのシリンダ２間の２箇所において吸気側７ｉｎと排気側７ｅｘとが近接しており、当該２箇所の近接部分には、シリンダ中心面２Ｃに直交する方向に延在して吸気側７ｉｎと排気側７ｅｘとを連通する比較的小断面の連通路７ａが形成されている。

ブロック側ウォータージャケット７Ａの第１シリンダ２ａに対向する部分（第１シリンダ２ａを取り囲む部分、以下同じ）の吸気側７ｉｎの側面には第１配管９ａ（図１）が接続される冷却水入口２１が形成されている。ブロック側ウォータージャケット７Ａでは、ヘッド側ウォータージャケット７Ｂと連通する部分が冷却水出口２２（２２ｍ、２２ｓ）となっている。冷却水出口２２は、シリンダブロック３とシリンダヘッド４との間に介装されるガスケット（図示せず）に形成された貫通孔によってブロック側ウォータージャケット７Ａの上面に複数形成されている。これらの冷却水出口２２のうち、ブロック側ウォータージャケット７Ａの第１シリンダ２ａに対向する部分の排気側７ｅｘ且つシリンダ列方向の最も端に配置された１つは、他の冷却水出口２２（以下、副冷却水出口２２ｓと称する）よりも断面積が大きな主冷却水出口２２ｍとなっている。つまり、主冷却水出口２２ｍは、ブロック側ウォータージャケット７Ａの周方向において冷却水入口２１から半周離れた位置Ｐ１（点対称の位置）に対して周方向の一方（図４では半時計回り方向）に偏倚した位置に配置されている。

図３に示されるように、ヘッド側ウォータージャケット７Ｂは、シリンダヘッド４に形成された図示しない吸気ポートや排気ポートを取り囲むように形成されている。本実施形態の内燃機関１は、１つのシリンダ２につき２つの吸気ポート（図示せず）及び２つの排気ポート（図示せず）が設けられた４バルブエンジンである。また、本実施形態では、複数の排気ポートを集合させる排気マニホールドがシリンダヘッド４内に形成されており、ヘッド側ウォータージャケット７Ｂの排気側７ｅｘは、排気マニホールドを上方及び下方から挟んでシリンダ列方向に延びている。ヘッド側ウォータージャケット７Ｂの排気側７ｅｘにおけるシリンダ列方向の一端（図示例では第３シリンダ２ｃ側の一端）にジャケット冷却水出口２３が形成されている。

図４及び図５に示されるように、ブロック側ウォータージャケット７Ａの第１シリンダ２ａに対向する部分における、シリンダ列方向の一端（第１シリンダ２ａ側の一端）であるシリンダ中心面２Ｃ上には、可動パーティション装置３０が設けられている。つまり、可動パーティション装置３０は、ブロック側ウォータージャケット７Ａにおける冷却水入口２１と主冷却水出口２２ｍとの間の部分のうちの短い方に設けられている。可動パーティション装置３０は、環状のブロック側ウォータージャケット７Ａを周方向に仕切る突出位置（閉位置）とブロック側ウォータージャケット７Ａを周方向に開放する没入位置（開位置）とを取り得るように設けられた可動パーティション部材３１と、可動パーティション部材３１を変位させる駆動源３２とを備えている。

可動パーティション部材３１は、ブロック側ウォータージャケット７Ａと同程度の幅、及びブロック側ウォータージャケット７Ａの深さと同程度の長さを有する棒状又は板状（図示例では棒状）とされている。可動パーティション部材３１は、例えば、ゴムや樹脂、金属、或いはこれらの組み合わせにより形成される。なお、可動パーティション部材３１は、突出位置にある時にブロック側ウォータージャケット７Ａを完全に仕切る（閉塞する）必要はない。同様に、可動パーティション部材３１は、没入位置にある時にブロック側ウォータージャケット７Ａを完全に開放する必要はない。

駆動源３２は、シリンダブロック３に取り付けられるケーシング３３と、可動パーティション部材３１に連結され、ケーシング３３に摺動自在に設けられたプランジャ３４と、プランジャ３４を突出方向に常時付勢する付勢手段であるばね３５と、プランジャ３４の周囲に設けられたソレノイド３６とを有するリニアソレノイドである。駆動源３２は、ソレノイド３６への通電が開始されると、プランジャ３４を引き寄せて可動パーティション部材３１をブロック側ウォータージャケット７Ａに対して没入させ、ソレノイド３６への通電を遮断されると、ばね３５の付勢力によりプランジャ３４を押し出して可動パーティション部材３１をブロック側ウォータージャケット７Ａ内に突出させる。

駆動源３２を制御する制御装置３７は、例えば、図示しない水温センサにより検出された冷却水温が所定の閾値よりも低い時（即ち、暖機時）や低負荷時に可動パーティション部材３１を没入させるべく駆動源３２へ通電する。これにより、ブロック側ウォータージャケット７Ａは周方向に開放された無端環状の冷却水通路を形成する。そして、冷却水温が所定の閾値以上になった時（即ち、暖機完了時）や高負荷時に、制御装置３７は可動パーティション部材３１を突出させるべく駆動源３２への通電を遮断する。これにより、ブロック側ウォータージャケット７Ａは、暖機完了時や高負荷時には、可動パーティション部材３１により周方向に仕切られた（閉塞された）有端環状の冷却水通路を形成する。

或いは、制御装置３７は、冷却水温が第１の閾値以上になった時や中負荷時に、可動パーティション部材３１が没入位置と突出位置との中間位置にある時のばね３５の付勢力に釣り合う吸引力がソレノイド３６により発揮される程度まで駆動源３２への供給電力を低減し、冷却水温が第１の閾値よりも高い第２の閾値以上になった時や高負荷時に、駆動源３２への通電を遮断してもよい。制御装置３７によって駆動源３２がこのように制御されることにより、上記のブロック側ウォータージャケット７Ａが周方向に開放された開放状態及び周方向に仕切られた閉塞状態の２つの状態に加え、ブロック側ウォータージャケット７Ａが可動パーティション部材３１によって断面積を絞られた中間状態の３つの状態に変更することが可能である。更に、制御装置３７によって駆動源３２がより多くの状態に段階的又は連続的にブロック側ウォータージャケット７Ａの連通状態を変更するように制御されてもよい。

図６は、可動パーティション装置３０の他の例を示す平断面図（シリンダブロック３をシリンダ軸線２Ｘに直交する切断面で示す断面図）である。図示されるように、可動パーティション部材３１は、ブロック側ウォータージャケット７Ａと同程度の幅、及びブロック側ウォータージャケット７Ａの深さと同程度の長さを有する板状に形成され、シリンダ軸線２Ｘ（図４）と平行な回動軸回りに回動可能に設けられる。駆動源３２は、例えば、ステッピングモータ等の電動機である。

駆動源３２は、例えば、暖機時や低負荷時に、図６に破線で示されるように可動パーティション部材３１をブロック側ウォータージャケット７Ａの壁面に沿わせるように（回動角：０°）駆動制御され、暖機完了時や高負荷時に、図６に実線で示されるように可動パーティション部材３１をブロック側ウォータージャケット７Ａに突出させるように（回動角：９０°）駆動制御される。或いは、上記同様に、駆動源３２は、冷却水温が第１の閾値以上かつ第２の閾値未満の時や中負荷時に、可動パーティション装置３０をブロック側ウォータージャケット７Ａの幅の半分程度突出させるように（回動角：３０°）駆動制御される形態や、より多くの回動角に段階的又は連続的に変化するように駆動制御される形態とされてもよい。このように構成された可動パーティション装置３０によっても、上記同様にブロック側ウォータージャケット７Ａの周方向の連通状態を変更することができる。

可動パーティション装置３０がこのように可動パーティション部材３１を駆動してブロック側ウォータージャケット７Ａの周方向の連通状態を変更することにより、冷却水は図７に示されるようにブロック側ウォータージャケット７Ａを流通する。即ち、図７（Ａ）に示されるようにブロック側ウォータージャケット７Ａが可動パーティション部材３１により周方向に仕切られていない開放状態では、冷却水入口２１からブロック側ウォータージャケット７Ａに流入した冷却水の多くは、可動パーティション部材３１が設けられた部分を通過する最短経路を通って直接的に主冷却水出口２２ｍに流れ、主冷却水出口２２ｍからヘッド側ウォータージャケット７Ｂへ流出する。

なお、ブロック側ウォータージャケット７Ａには複数の副冷却水出口２２ｓ（図４）が形成されているため、冷却水はブロック側ウォータージャケット７Ａにおける第２シリンダ２ｂ及び第３シリンダ２ｃに対向する部分にも若干流れる。また、主冷却水出口２２ｍと冷却水入口２１とが平面視でオフセットしていることから、副冷却水出口２２ｓへの流れとは別に、吸気側７ｉｎを第１シリンダ２ａ側から第３シリンダ２ｃ側へ向かう冷却水の流れも発生する。

一方、図７（Ｂ）に示されるようにブロック側ウォータージャケット７Ａが可動パーティション部材３１により周方向に仕切られた閉塞状態では、冷却水入口２１からブロック側ウォータージャケット７Ａに流入した冷却水は、副冷却水出口２２ｓ（図４）から流出しつつ、可動パーティション部材３１が設けられた部分を迂回するように、ブロック側ウォータージャケット７Ａにおける吸気側７ｉｎの第１シリンダ２ａ、第２シリンダ２ｂ、第３シリンダ２ｃに対向する部分を順に流れ、第３シリンダ２ｃに対向する部分でＵターンしてブロック側ウォータージャケット７Ａにおける排気側７ｅｘを第３シリンダ２ｃ、第２シリンダ２ｂ、第１シリンダ２ａに対向する部分の順に流れて主冷却水出口２２ｍからヘッド側ウォータージャケット７Ｂへ流出する。

つまり、図７（Ａ）に示される開放状態では、冷却水は、図７（Ｂ）の流通経路を通ることに加え、可動パーティション部材３１が設けられた部分をも通って主冷却水出口２２ｍに向けて流れる。言い換えれば、可動パーティション部材３１がブロック側ウォータージャケット７Ａを開放することにより、冷却水の流通経路が増えている。

このように本実施形態では、ブロック側ウォータージャケット７Ａの周方向に互いに異なる位置に冷却水入口２１及び主冷却水出口２２ｍが設けられ、ブロック側ウォータージャケット７Ａの冷却水入口２１と主冷却水出口２２ｍとの間に、閉位置と開位置とを取り得る可動パーティション部材３１が設けられている。これにより、図７（Ｂ）に示される閉塞状態では、冷却水は冷却水入口２１から可動パーティション部材３１が設けられた部分を迂回して主冷却水出口２２ｍに流れ、図７（Ａ）に示される開放状態では、冷却水は冷却水入口２１から可動パーティション部材３１が設けられた部分をも通るように主冷却水出口２２ｍに向けて流れる。

ブロック側ウォータージャケット７Ａの冷却水流通経路がこのように切り替えられることにより、次のような作用効果が得られる。なお、以下では、作用効果を明瞭にするため、副冷却水出口２２ｓが設けられておらず、主冷却水出口２２ｍのみが設けられている場合を例にして説明する。

図８は、流通経路がこのように切り替えられるブロック側ウォータージャケット７Ａにおける冷却水の圧力損失を示している。ブロック側ウォータージャケット７Ａが開放された状態では、上記の通り多くの冷却水は、可動パーティション部材３１が配置された部分を通って直接的に主冷却水出口２２ｍに流れるため、ブロック側ウォータージャケット７Ａが閉塞された状態に比べて圧力損失が３分の１程度に低下している。ブロック側ウォータージャケット７Ａが可動パーティション部材３１により中間的に閉塞された状態では、圧力損失は開放状態と閉塞状態との中間的な値であって、閉塞状態の値の３分の２程度になっている。

図９は、同じくブロック側ウォータージャケット７Ａの第２シリンダ２ｂ及び第３シリンダ２ｃに対向する部分における冷却水の流速を示している。ブロック側ウォータージャケット７Ａが閉塞された状態では、冷却水は第２シリンダ２ｂ及び第３シリンダ２ｃに対向する部分を通過して主冷却水出口２２ｍに流れるため、流速が比較的高い。一方、ブロック側ウォータージャケット７Ａが開放された状態では、上記の通り冷却水は直接的に主冷却水出口２２ｍに流れるため、第２シリンダ２ｂ及び第３シリンダ２ｃに対向する部分での冷却水の流速は極端に低くなる。ブロック側ウォータージャケット７Ａが中間的に閉塞された状態では、第２シリンダ２ｂ及び第３シリンダ２ｃに対向する部分における冷却水の流速は開放状態と閉塞状態との中間的な値となる。

図１０は、同じくブロック側ウォータージャケット７Ａにおけるシリンダ２上端部の温度を示している。なお、内燃機関１の運転条件は同一である。図８及び図９を参照して説明したように、ブロック側ウォータージャケット７Ａが閉塞された状態では、冷却水の圧力損失が大きくなる一方で冷却水の流速が高くなるため、ブロック側ウォータージャケット７Ａが開放された状態に比べてシリンダブロック３が冷却され、シリンダ２上端部の温度は低下する。ブロック側ウォータージャケット７Ａが中間的に閉塞された状態では、シリンダ２上端部の温度は開放状態と閉塞状態との中間的な値となる。

つまり、ブロック側ウォータージャケット７Ａの冷却水入口２１と主冷却水出口２２ｍとの間に設けられた可動パーティション部材３１がブロック側ウォータージャケット７Ａを開放し、冷却水の流通経路を増やすことで、閉塞状態で冷却水通路となる部分の冷却水の流速を低下させて内燃機関１の早期暖機を図ることができる一方、可動パーティション部材３１がブロック側ウォータージャケット７Ａを仕切り、冷却水の流通経路を減らすことで、冷却水の流速を増大させてシリンダブロック３を効果的に冷却することができる。また、ブロック側ウォータージャケット７Ａは可動パーティション部材３１により周方向に仕切られるだけであり、２重に形成される必要がないため、シリンダブロック３の大型化や冷却水の圧力損失の増大が抑制される。

また、本実施形態では図４に示されるように、主冷却水出口２２ｍが、ブロック側ウォータージャケット７Ａの周方向において冷却水入口２１から半周離れた位置Ｐ１に対して周方向の一方に偏倚した位置に設けられ、可動パーティション部材３１が、ブロック側ウォータージャケット７Ａにおける冷却水入口２１と主冷却水出口２２ｍとの間の部分のうちの短い方に設けられている。そのため、可動パーティション部材３１が閉位置にある閉塞状態では、冷却水通路長がブロック側ウォータージャケット７Ａの半周よりも長くなることから冷却効果が高くなり、可動パーティション部材３１が開位置にある開放状態では、冷却水入口２１と主冷却水出口２２ｍとの距離が短くなることから冷却効果が低くなる。これにより、シリンダブロック３の効果的冷却及び早期暖機が促進される。

また、本実施形態では、シリンダブロック３にシリンダ２が複数形成され、冷却水入口２１及び主冷却水出口２２ｍが、ブロック側ウォータージャケット７Ａにおける第１シリンダ２ａに対向する部分に設けられている。そのため、可動パーティション部材３１が閉位置にある閉塞状態において、冷却水入口２１及び主冷却水出口２２ｍが設けられた部分に対向する第１シリンダ２ａを少なくとも部分的に、第２シリンダ２ｂ及び第３シリンダ２ｃを全体的に冷却することができ、複数のシリンダ２の全てを冷却することができる。

≪第２実施形態≫
次に、図１１及び図１２を参照して第２実施形態に係る内燃機関１の冷却構造について説明する。なお、第１実施形態と形態又は機能が同一又は同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１１に示されるように、本実施形態の冷却構造では、ブロック側ウォータージャケット７Ａの冷却水出口２２が、平面視（図１１）において冷却水入口２１と重なる位置に配置された第１主冷却水出口２２ｍ_１と、ブロック側ウォータージャケット７Ａの第１シリンダ２ａに対向する部分の排気側７ｅｘ且つシリンダ列方向の端部近傍に配置された第２主冷却水出口２２ｍ_２と、複数の副冷却水出口２２ｓとを有している。第１主冷却水出口２２ｍ_１の断面積は、第２主冷却水出口２２ｍ_２の断面積よりも小さく、且つ副冷却水出口２２ｓの断面積よりも大きくされている。

また、ブロック側ウォータージャケット７Ａには、第１シリンダ２ａに対向する部分の吸気側７ｉｎ且つシリンダ列方向の端部近傍であって、第１主冷却水出口２２ｍ_１と第２主冷却水出口２２ｍ_２との間に、固定パーティション部材４１がブロック側ウォータージャケット７Ａを周方向に仕切るように設けられている。一方、可動パーティション装置３０は、ブロック側ウォータージャケット７Ａの第１シリンダ２ａに対向する部分の吸気側７ｉｎ且つ第２シリンダ２ｂ側であって、冷却水入口２１及び第１主冷却水出口２２ｍ_１よりも第２シリンダ２ｂ側に設けられている。即ち、可動パーティション部材３１は、ブロック側ウォータージャケット７Ａの周方向において固定パーティション部材４１から半周離れた位置Ｐ２（点対称の位置）に対して周方向の一方（図１１では時計周り方向）に偏倚した位置に設けられている。

つまり、ブロック側ウォータージャケット７Ａにおける固定パーティション部材４１と可動パーティション部材３１との間の部分のうちの短い方に冷却水入口２１及び第１主冷却水出口２２ｍ_１が設けられている。そして、ブロック側ウォータージャケット７Ａにおける固定パーティション部材４１と可動パーティション部材３１との間の部分のうちの長い方且つ固定パーティション部材４１の近傍に第２主冷却水出口２２ｍ_２が設けられている。

可動パーティション部材３１は、第１実施形態とは異なり、次のように駆動制御される。即ち、可動パーティション部材３１は、例えば、冷却水温が所定の閾値よりも低い時（即ち、暖機時）や低負荷時にブロック側ウォータージャケット７Ａを仕切る閉塞状態とされる。これにより、ブロック側ウォータージャケット７Ａは、可動パーティション部材３１と固定パーティション部材４１とにより２つに分断される。そして、冷却水温が所定の閾値以上になった時（即ち、暖機完了時）や高負荷時に、可動パーティション部材３１はブロック側ウォータージャケット７Ａを開放する開放状態とされる。これにより、ブロック側ウォータージャケット７Ａは、固定パーティション部材４１のみにより周方向に仕切られた有端環状の冷却水通路を形成する。

或いは、可動パーティション部材３１は、冷却水温が第１の閾値以上になった時や中負荷時に、ブロック側ウォータージャケット７Ａの断面積を絞った中間状態とされ、冷却水温が第１の閾値よりも高い第２の閾値以上になった時や高負荷時に、ブロック側ウォータージャケット７Ａを仕切る閉塞状態とされてもよい。また、第１実施形態における説明と同様に、可動パーティション部材３１がより多くの状態に段階的又は連続的にブロック側ウォータージャケット７Ａの連通状態を変更してもよい。

可動パーティション部材３１がこのように駆動制御されてブロック側ウォータージャケット７Ａの周方向の連通状態が変更されることにより、冷却水は図１２に示されるようにブロック側ウォータージャケット７Ａを流通する。即ち、図１２（Ａ）に示されるようにブロック側ウォータージャケット７Ａが可動パーティション部材３１により周方向に仕切られた閉塞状態（ブロック側ウォータージャケット７Ａが２つに分割された状態）では、冷却水入口２１からブロック側ウォータージャケット７Ａに流入した冷却水の多くが、可動パーティション部材３１と固定パーティション部材４１との間の最短経路を通って直接的に第１主冷却水出口２２ｍ_１に流れ、第１主冷却水出口２２ｍ_１からヘッド側ウォータージャケット７Ｂへ流出する。

なお、ブロック側ウォータージャケット７Ａには複数の副冷却水出口２２ｓ（図１１）が形成されているため、可動パーティション部材３１と固定パーティション部材４１との少なくとも一方には閉塞状態においても隙間が形成されている。そのため、冷却水の一部はこの隙間を通って副冷却水出口２２ｓに向かって流れる。

一方、図１２（Ｂ）に示されるようにブロック側ウォータージャケット７Ａが可動パーティション部材３１により周方向に仕切られていない開放状態（固定パーティション部材４１のみにより仕切られた状態）では、冷却水入口２１からブロック側ウォータージャケット７Ａに流入した冷却水は、第１主冷却水出口２２ｍ_１や副冷却水出口２２ｓから流出しつつ、可動パーティション部材３１が設けられた部分をも通って、ブロック側ウォータージャケット７Ａにおける吸気側７ｉｎの第１シリンダ２ａ、第２シリンダ２ｂ、第３シリンダ２ｃに対向する部分を順に流れ、第３シリンダ２ｃに対向する部分でＵターンしてブロック側ウォータージャケット７Ａにおける排気側７ｅｘを第３シリンダ２ｃ、第２シリンダ２ｂ、第１シリンダ２ａに対向する部分の順に流れて第２主冷却水出口２２ｍ_２からヘッド側ウォータージャケット７Ｂへ流出する。

つまり、図１２（Ａ）に示される閉塞状態では、可動パーティション部材３１がブロック側ウォータージャケット７Ａを仕切ることで、冷却水の流通経路が減らされ、冷却水の流通範囲が小さくなる。一方、図１２（Ｂ）に示される開放状態では、可動パーティション部材３１がブロック側ウォータージャケット７Ａを開放することで、冷却水の流通経路が増え、冷却水の流通範囲が大きくなる。

このように本実施形態では、ブロック側ウォータージャケット７Ａにおける固定パーティション部材４１と可動パーティション部材３１との間の部分のうちの一方に冷却水入口２１及び第１主冷却水出口２２ｍ_１が設けられ、ブロック側ウォータージャケット７Ａにおける固定パーティション部材４１と可動パーティション部材３１との間の部分のうちの他方に第２主冷却水出口２２ｍ_２が設けられている。

これにより、可動パーティション部材３１がブロック側ウォータージャケット７Ａを仕切る閉塞状態では、冷却水の流通経路が減って冷却水の流通範囲が小さくなると共に開放時に冷却水通路となる部分の冷却水の流速が低下し、内燃機関１の早期暖機が可能になる。一方、可動パーティション部材３１がブロック側ウォータージャケット７Ａを開放する開放状態では、冷却水の流通経路が増えて冷却水の流通範囲が大きくなることで、シリンダブロック３が効果的に冷却される。また、ブロック側ウォータージャケット７Ａは固定パーティション部材４１及び可動パーティション部材３１により周方向に仕切られるだけであり、２重に形成される必要がないため、シリンダブロック３の大型化や冷却水の圧力損失の増大が抑制される。

また、本実施形態では図１１に示されるように、第１主冷却水出口２２ｍ_１が第２主冷却水出口２２ｍ_２よりも小さくなっている。そのため、可動パーティション部材３１が閉位置にある閉塞状態での第１主冷却水出口２２ｍ_１の流路抵抗は大きくなるが、可動パーティション部材３１が開位置にある開放状態において第２主冷却水出口２２ｍ_２に向けて流通する冷却水量が確保される。

また、本実施形態では、可動パーティション部材３１は、ブロック側ウォータージャケット７Ａの周方向において固定パーティション部材４１から半周離れた位置Ｐ２に対して周方向の一方に偏倚した位置に設けられ、冷却水入口２１及び第１主冷却水出口２２ｍ_１が、ブロック側ウォータージャケット７Ａにおける固定パーティション部材４１と可動パーティション部材３１との間の部分のうちの短い方に設けられている。そのため、可動パーティション部材３１が開位置にある開放状態では、冷却水の流通範囲が広くなることから冷却効果が高くなり、可動パーティション部材３１が閉位置にある閉塞状態では、冷却水の流通範囲が半周よりも短くなることから冷却効果が低くなる。これにより、シリンダブロック３の効果的冷却及び早期暖機が促進される。

更に、本実施形態では、シリンダブロック３にシリンダ２が複数形成され、固定パーティション部材４１及び可動パーティション部材３１が、ブロック側ウォータージャケット７Ａにおける第１シリンダ２ａに対向する部分に設けられている。そのため、可動パーティション部材３１が閉位置にある閉塞状態において、冷却水入口２１及び第１主冷却水出口２２ｍ_１が設けられた部分に対向するシリンダ２のみが部分的に冷却され、他のシリンダ２の冷却を停止することができる。これにより、一層の早期暖機が可能である。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例として直列３気筒ガソリンエンジンに本発明に係る冷却構造を適用したが、単気筒エンジンやＶ型エンジン、ディーゼルエンジン等の他のエンジンに適用してもよい。また、可動パーティション装置３０の駆動源３２としてリニアソレノイドやステッピングモータを例示したが、負圧アクチュエータや油圧アクチュエータ等の流体アクチュエータ、サーモワックス、形状記憶合金、バイメタル等を用いてもよい。可動パーティション部材３１の形態や動作態様等も上記実施形態に限定されるものではない。更に、上記実施形態では、２つのジャケット冷却水出口２３が１箇所に形成されているが、例えば、ヒータコア等に連通する別の冷却水出口が形成されていてもよい。この場合、ジャケット冷却水出口２３が主冷却水出口となり、別の冷却水出口が副冷却水出口となる。また、上記実施形態では、冷却水がブロック側ウォータージャケット７Ａからヘッド側ウォータージャケット７Ｂに向けて流れるが、ヘッド側ウォータージャケット７Ｂからブロック側ウォータージャケット７Ａに向けて流れてもよい。この場合、冷却水入口２１が複数形成され、そのうちの最も断面積が大きいものが主冷却水入口となり、他のものが副冷却水入口となる。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度、素材、制御方法など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。また、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

１ 内燃機関
２ シリンダ（２ａ 第１シリンダ、２ｂ 第２シリンダ、２ｃ 第３シリンダ）
３ シリンダブロック
５ 冷却装置
７Ａ ブロック側ウォータージャケット（ウォータージャケット）
７Ｂ ヘッド側ウォータージャケット
２１ 冷却水入口
２２ 冷却水出口
２２ｍ 主冷却水出口
２２ｍ_１ 第１主冷却水出口
２２ｍ_２ 第２主冷却水出口
２２ｓ 副冷却水出口
３０ 可動パーティション装置
３１ 可動パーティション部材
４１ 固定パーティション部材
Ｐ１ 冷却水入口２１から半周離れた位置
Ｐ２ 固定パーティション部材４１から半周離れた位置

Claims (6)

1. シリンダブロックにシリンダを取り囲むように環状に形成されたウォータージャケットと、
   前記ウォータージャケットに冷却水を流入させる冷却水入口と、
   前記ウォータージャケットの周方向において前記冷却水入口と異なる位置に設けられ、前記ウォータージャケットから冷却水を流出させる冷却水出口と、
   前記ウォータージャケットにおける前記冷却水入口と前記冷却水出口との間に設けられ、前記ウォータージャケットを周方向に仕切る閉位置と前記ウォータージャケットを周方向に開放する開位置とを取り得る可動パーティション部材と、
   前記可動パーティション部材を変位させる駆動源とを備え、
   前記冷却水出口は、前記ウォータージャケットの周方向において前記冷却水入口から半周離れた位置に対して周方向の一方に偏倚した位置に設けられ、
   前記可動パーティション部材が、前記ウォータージャケットにおける前記冷却水入口と前記冷却水出口との間の部分のうちの短い方に設けられたことを特徴とする内燃機関の冷却構造。
2. 前記シリンダブロックに前記シリンダが複数形成され、
   前記冷却水入口及び前記冷却水出口が、前記ウォータージャケットにおける１つの前記シリンダに対向する部分に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却構造。
3. シリンダブロックにシリンダを取り囲むように環状に形成されたウォータージャケットと、
   前記ウォータージャケットに冷却水を流入させる冷却水入口と、
   前記ウォータージャケットから冷却水を流出させる第１冷却水出口及び第２冷却水出口と、
   前記ウォータージャケットを周方向に仕切るように設けられた固定パーティション部材と、
   前記ウォータージャケットの周方向において前記固定パーティション部材と異なる位置に設けられ、前記ウォータージャケットを周方向に仕切る閉位置と前記ウォータージャケットを周方向に開放する開位置とを取り得る可動パーティション部材と、
   前記可動パーティション部材を変位させる駆動源と
   を備え、
   前記ウォータージャケットにおける前記固定パーティション部材と前記可動パーティション部材との間の部分のうちの一方に前記冷却水入口及び前記第１冷却水出口が設けられ、前記ウォータージャケットにおける前記固定パーティション部材と前記可動パーティション部材との間の部分のうちの他方に前記第２冷却水出口が設けられたことを特徴とする内燃機関の冷却構造。
4. 前記第１冷却水出口が前記第２冷却水出口よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の冷却構造。
5. 前記可動パーティション部材は、前記ウォータージャケットの周方向において前記固定パーティション部材から半周離れた位置に対して周方向の一方に偏倚した位置に設けられ、
   前記冷却水入口及び前記第１冷却水出口が、前記ウォータージャケットにおける前記固定パーティション部材と前記可動パーティション部材との間の部分のうちの短い方に設けられたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の冷却構造。
6. 前記シリンダブロックに前記シリンダが複数形成され、
   前記固定パーティション部材及び前記可動パーティション部材が、前記ウォータージャケットにおける１つの前記シリンダに対向する部分に設けられたことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の冷却構造。

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