WO2014129139A1

WO2014129139A1 - 多気筒エンジンの冷却装置

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Publication number: WO2014129139A1
Application number: PCT/JP2014/000673
Authority: WO
Inventors: 大典松本; 大介田畑; 雅博内藤
Original assignee: マツダ株式会社
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2014-08-28
Also published as: US9624816B2; CN104995383A; DE112014000928T5; DE112014000928B4; JP5974926B2; JP2014163224A; CN104995383B; US20160010533A1

Abstract

　シリンダブロック（３）は導入部（３６）と絞り部（４２）と傾斜部（４３）とを有し、シリンダヘッドはヘッド側排出部を有する。導入部（３６）は気筒列の第１気筒＃１側に設けられ、ブロック側ウォータジャケット（３３）へ冷却液を導入する。絞り部（４２）は導入部（３６）の近傍に設けられ、導入部（３６）から導入された冷却液がブロック側ウォータジャケット（３３）の吸気側流路（３５）へ流れるのを制限する。傾斜部（４３）は導入部（３６）の近傍に設けられ、導入部（３６）から導入された冷却液をシリンダヘッド側へ指向させる。ヘッド側排出部は気筒列の第４気筒＃４側に設けられ、ヘッド側ウォータジャケットから冷却液を排出する。傾斜部（４３）のシリンダヘッド側にブロック側ウォータジャケット（３３）とヘッド側ウォータジャケットとを互いに連通させる連通路が設けられている。

Description

多気筒エンジンの冷却装置

　本発明は、自動車等の多気筒エンジンの冷却装置に関し、特にシリンダヘッド及びシリンダブロックを冷却液により冷却するエンジンの技術分野に属する。

　従来、自動車等において、エンジンが適切な温度となるようにエンジン内部に冷却液を流してエンジンを冷却する冷却装置が採用されている。

　例えば、特許文献１には、シリンダブロックのウォータジャケット内にスペーサを配置する技術が開示されている。このスペーサの冷却液導入側に、冷却液をシリンダヘッド側に誘導する誘導スロープ部が設けられ、この誘導スロープ部の上端部に、ウォータジャケットの上部流路を形成する流路分離部材が連設される。これによれば、ウォータジャケットの上部流路を流れる冷却液の流量及び流速を増加させてＵターン状に流すことにより、シリンダの上下方向の温度差が抑制される。

日本国特許第４８４５６２０号

　ところで、エンジンの冷間時にエンジンを早期に暖気することは、燃焼性能や排気浄化性能の点で有利となる。そのため、エンジン冷間時の暖気促進を効果的に達成可能なエンジンの冷却装置が望まれる。

　また、エンジンの冷間時にもシリンダヘッドは高温の排気ガスに晒されるため冷却が必要である。そのため、エンジン冷間時にシリンダヘッドの冷却を効果的に達成可能なエンジンの冷却装置も望まれる。

　そこで、本発明は、エンジン冷間時にシリンダヘッドの冷却及びエンジンの暖気促進を効果的に達成可能な多気筒エンジンの冷却装置の提供を目的とする。

　前記課題を解決するため、本発明は、直列に配置された複数の気筒のシリンダボアを囲むようにシリンダブロックに設けられたブロック側ウォータジャケットと、シリンダヘッドに設けられたヘッド側ウォータジャケットとを有し、ウォータポンプにより、これらウォータジャケットとラジエータとを経由させて冷却液を循環させる冷却液経路が備えられた多気筒エンジンの冷却装置であって、
　前記シリンダブロックは、気筒列の一端側に設けられ、前記ブロック側ウォータジャケットへ冷却液を導入する導入部と、前記導入部の近傍に設けられ、前記導入部から導入された冷却液が前記ブロック側ウォータジャケットの吸気側流路へ流れるのを制限する絞り部と、前記導入部の近傍に設けられ、前記導入部から導入された冷却液をシリンダヘッド側へ指向させる傾斜部とを有し、
　前記シリンダヘッドは、気筒列の他端側に設けられ、前記ヘッド側ウォータジャケットから冷却液を排出するヘッド側排出部を有し、
　前記傾斜部のシリンダヘッド側に、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とを互いに連通させる連通路が設けられたことを特徴とする多気筒エンジンの冷却装置である。

　前記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面とから明らかになる。

本発明の一実施形態の冷却装置の概略構成を示すブロック図である。同冷却装置のシリンダブロックの分解斜視図である。同シリンダブロックの平面図である。同シリンダブロックの第２気筒における垂直断面図である。同シリンダブロックの第４気筒における垂直断面図である。同シリンダブロックの斜視図である。スペーサの吸気側の斜視図である。同スペーサの排気側の斜視図である。同スペーサの平面図である。同スペーサの吸気側の正面図である。同スペーサの排気側の背面図である。同スペーサの傾斜部側（一端側）の側面図である。同スペーサの案内部側（他端側）の側面図である。同冷却装置の冷却回路制御部による制御方法を示すフローチャートである。同冷却装置によるエンジン温度に応じた冷却方法を示すブロック図である。

　以下、本発明に係る多気筒エンジンの冷却装置の実施形態について、図１～図１５を参照しながら説明する。

　図１は、本発明の実施形態に係る多気筒エンジン２の冷却装置１の概略構成を示している。この多気筒エンジン２（以下、単に「エンジン」という）は、４つのシリンダが図示しないクランク軸方向（図１において左右方向）に直列に配設され、吸気系と排気系とが互いにシリンダヘッド４の反対側に配置された所謂クロスフロー型の直列４気筒ディーゼルエンジンである。このエンジン２は、車両前部に設けられたエンジンルーム（図示しない）内に、気筒列が車幅方向を向き、その排気系が車両前後方向における後方側に位置し、各気筒のシリンダ軸が上下方向を向くように搭載されている。

　エンジン２は、主たる構成要素として、シリンダブロック３と、このシリンダブロック３の上側に設けられたシリンダヘッド４とを有する。

　図１では、シリンダブロック３は上方から見たもの、シリンダヘッド４は下方から見たものとして記載されている。そのため、シリンダブロック３とシリンダヘッド４とで、吸気側（「ＩＮ」と図示）と排気側（「ＥＸ」と図示）との位置関係が逆になっている。

　シリンダブロック３には、ブロック側ウォータジャケット３３、冷却水（冷却液）Ｗの導入孔（導入部）３６、及びブロック側排出孔（ブロック側排出部）３７が設けられている。シリンダヘッド４には、ヘッド側ウォータジャケット６１及びヘッド側排出孔（ヘッド側排出部）６２が設けられている。後述するように、導入孔３６からブロック側ウォータジャケット３３内に導入された冷却水Ｗはブロック側排出孔３７から排出され、導入孔３６からヘッド側ウォータジャケット６１内に導入された冷却水Ｗはヘッド側排出孔６２から排出される。

　導入孔３６には、これらブロック側ウォータジャケット３３及びヘッド側ウォータジャケット６１内に冷却水Ｗを供給するためのウォータポンプ（ＷＰ）５が設けられている。このウォータポンプ５は、エンジン２の回転によって受動的に駆動されるポンプである。

　冷却装置１は、ブロック側ウォータジャケット３３及びヘッド側ウォータジャケット６１に適宜ラジエータ７等を経由して冷却水Ｗを循環させるための冷却水経路（冷却液経路）１０を備えている。冷却水経路１０は第１～４通路１１～１４を有する。これら第１～４通路１１～１４のいずれかに冷却水Ｗを循環させることにより冷却水経路１０が切り換えられる。この冷却水経路１０の切り換えは、ＥＣＵ１００の冷却回路制御部１０１によって冷却回路切換部６を制御することで行われる。冷却回路切換部６は、サーモスタット弁６ａ及び第１～第３制御弁６ｂ～６ｄを有する。次に、これら第１～４通路１１～１４について詳細に説明する。

　第１通路１１は、ヘッド側排出孔６２と導入孔３６とを連結する。この第１通路１１は、ラジエータ７を迂回する一方、冷却水Ｗの温度を検知する水温センサ１０２、及びサーモスタット弁６ａを順に経由する。サーモスタット弁６ａは、第１～第３制御弁６ｂ～６ｄが故障して冷却水Ｗの水温が所定値以上になると開く弁である。このサーモスタット弁６ａによれば、正常時は第１通路１１のみに冷却水Ｗが循環し、異常時は第２通路１２にも冷却水Ｗが循環する状態になり、エンジン２が保護される。水温センサ１０２はヘッド側排出孔６２の近傍に設けられている。

　第２通路１２は、ヘッド側排出孔６２と導入孔３６とを連結する。この第２通路１２は、ラジエータ７を迂回する一方、アイドリングストップ用ウォータポンプ（ＷＰ）２１、空調用ヒータコア２２、ＥＧＲクーラ（ＥＧＲ／Ｃ）２３、ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ／Ｖ）２４、及び第１制御弁６ｂを順に経由する。アイドリングストップ用ウォータポンプ２１は、アイドリング時にエンジン２を一時停止している際に空調用ヒータコア２２へ冷却水Ｗを流すためのポンプである。ＥＧＲクーラ２３及びＥＧＲバルブ２４は互いに並列に第２通路１２に配設されている。

　第３通路１３は、ブロック側排出孔３７と導入孔３６とを連結する。この第３通路１３は、ラジエータ７を迂回する一方、エンジンオイルクーラ（Ｏ／Ｃ）２５、自動変速機のオイルの熱交換器（ＡＴＦ／Ｗ）２６、及び第２制御弁６ｃを順に経由する。エンジンオイルクーラ２５はブロック側排出孔３７に設けられている。

　第４通路１４は、ヘッド側排出孔６２と導入孔３６とを連結する。この第４通路１４は、水温センサ１０２、ラジエータ７、及び第３制御弁６ｄを順に経由する。

　冷却回路制御部１０１は、ＥＣＵ１００内に設けられた制御部の一つである。この冷却回路制御部１０１は、水温センサ１０２、エンジン回転数センサ１０３、及び燃料噴射量センサ１０４から検知信号を入力し、エンジン回転数と燃料噴射量とにより判定されるエンジン２の負荷状態に基づいてエンジン２のヘッド燃焼室壁面温度、すなわちヘッド温度Ｔを予測し、予測されたヘッド温度Ｔに応じて第１～第３制御弁６ｂ～６ｄを制御する。これについては後述する（図１４及び図１５参照）。

　図２は、シリンダブロック３の分解斜視図、図３は、シリンダブロック３の平面図である。シリンダブロック３は、主たる構成要素として、シリンダブロック本体３０と、スペーサ４０とを有する。ガスケット５０はシリンダブロック３の構成要素ではないが、説明の便宜上、図２に記載している。

　シリンダブロック本体３０は、直列に配置された第１～第４気筒＃１～＃４のシリンダボア３２のシリンダ軸が上下方向を向くように設けられている。図２及び図３に示すように、シリンダブロック本体３０の上面３１には、これら４つのシリンダボア３２を囲むような環状の凹溝であるブロック側ウォータジャケット３３が設けられている。このブロック側ウォータジャケット３３は、シリンダブロック３の排気側を通る排気側流路３４とシリンダブロック３の吸気側を通る吸気側流路３５とを有する。

　本実施形態では、シリンダブロック３を吸気側から見て左から右に第１気筒＃１から第４気筒＃４が順に並んでいる。本実施形態の説明では、これら第１～第４気筒＃１～＃４が並ぶ気筒列において、第１気筒＃１がある側を「一端側」、第４気筒＃４がある側を「他端側」という。

　また、本実施形態の説明では、凹溝であるブロック側ウォータジャケット３３の排気側流路３４及び吸気側流路３５を形成する壁面のうち、内側にある側壁をそれぞれ内壁部３４ａ，３５ａ、外側にある側壁をそれぞれ外壁部３４ｂ，３５ｂという（図４及び図５参照）。

　シリンダブロック本体３０には、気筒列の一端側に設けられ、ブロック側ウォータジャケット３３へ冷却水Ｗを導入する導入孔（導入部）３６と、吸気側における気筒列の中央部に設けられ、ブロック側ウォータジャケット３３から冷却水Ｗを排出するブロック側排出孔（ブロック側排出部）３７とが設けられている。

　さらに、シリンダブロック本体３０には、シリンダブロック３とシリンダヘッド４とをガスケット５０を介して互いに結合するための複数のヘッドボルト（図示しない）が螺合可能なねじ穴３８…３８が設けられている。

　ガスケット５０は、複数の金属板を重ね合わせて複数箇所をカシメにより一体化した金属シートガスケットであり、その全体の形状がシリンダブロック本体３０の上面３１に対応する形状とされている。

　ガスケット５０には、図２に示すように、シリンダブロック本体３０のシリンダボア３２に対応する位置に円孔５１…５１が設けられ、ねじ穴３８…３８に対応する位置に上述のヘッドボルトの挿通穴５４…５４が設けられている。

　また、ガスケット５０には、ブロック側ウォータジャケット３３とヘッド側ウォータジャケット６１（図１参照）とを互いに連通させる複数の第１連通孔（連通路）５２…５２及び第２連通孔５３…５３が設けられている。第１連通孔５２…５２は、ガスケット５０の気筒列の一端側に設けられ、第２連通孔５３…５３は、排気側と吸気側とにそれぞれ設けられている。

　ガスケット５０を間に挟んでシリンダブロック３とシリンダヘッド４とを結合した際、ガスケット５０が有する弾性反発力によって、円孔５１…５１の周囲及び挿通穴５４…５４の周囲がシールされる。これにより、各気筒＃１～＃４の燃焼室からの燃焼ガスの漏出や、ブロック側ウォータジャケット３３及びヘッド側ウォータジャケット６１からの冷却水Ｗの漏出等が防止される。

　なお、図１に示すように、シリンダヘッド４には、気筒列の他端側に、ヘッド側ウォータジャケット６１から冷却水Ｗを排出するヘッド側排出孔６２が設けられている。

　図４は、シリンダブロック３の第２気筒＃２における垂直断面図、図５は、シリンダブロック３の第４気筒＃４における垂直断面図である。

　図４及び図５に示すように、ブロック側ウォータジャケット３３の内部にスペーサ４０が配設されている。スペーサ４０は、その底部がブロック側ウォータジャケット３３の底面に接するように載置されると共に、ブロック側ウォータジャケット３３の内壁部３４ａ，３５ａ及び外壁部３４ｂ，３５ｂとの間に間隔を設けて配設されている。

　スペーサ４０は、スペーサ４０の内周面とブロック側ウォータジャケット３３の内壁部３４ａ，３５ａとの間の間隔は比較的狭く、スペーサ４０の外周面とブロック側ウォータジャケット３３の外壁部３４ｂ，３５ｂとの間の間隔は比較的広くなるように形成されている。そのため、このスペーサ４０の外側の隙間が冷却水Ｗの流れる主な流路となっている。なお、単に「排気側流路３４」又は「吸気側流路３５」という場合には、このスペーサ４０の外側の隙間を指すものとする。

　図４及び図５に示すように、ブロック側ウォータジャケット３３の排気側流路３４においては、スペーサ４０に設けられた後述する段部４４より上側の方が下側よりもスペーサ４０と外壁部３４ｂとの間隔が広いため、排気側流路３４はシリンダ軸方向の上側の方が下側よりも流路断面積が大きくなっている。

　次に、図６～図１３を参照しながら、スペーサ４０の構造について説明する。図６は、シリンダブロック３の斜視図、図７は、スペーサ４０単体を吸気側から見た斜視図、図８は、スペーサ４０単体を排気側から見た斜視図、図９は、スペーサ４０単体を上方から見た平面図、図１０は、スペーサ４０単体を吸気側から見た正面図、図１１は、スペーサ４０単体を排気側から見た背面図、図１２は、スペーサ４０単体を気筒列の一端側から見た側面図、図１３は、スペーサ４０単体を気筒列の他端側から見た側面図である。これら図面には、スペーサ４０がブロック側ウォータジャケット３３の内部に配設された際の向きを示すＩＮ（吸気側）及びＥＸ（排気側）の記号が付されている。

　まず、図６に示すように、スペーサ４０は、ブロック側ウォータジャケット３３の内部に間隔を設けて収納されるような板厚と、シリンダブロック３の上面３１から突出しないような高さとを有する（図４及び図５参照）。図７～図１３に示すように、スペーサ４０は、シリンダ軸方向にほぼ平行に延在する平面視で環状の縦壁部４１によって主に構成されている。

　例えば図７、図９、図１０、及び図１２に示すように、気筒列の一端側かつ吸気側の縦壁部４１には、その外周から外側へ突出するリブ状の絞り部４２が設けられている（図３参照）。この絞り部４２は、上側絞り部４２ａと下側絞り部４２ｂとを有する。上側絞り部４２ａは下側絞り部４２ｂよりも突出量が大きくなるように形成されている。

　例えば図７、図９、図１０、及び図１２に示すように、気筒列の一端側の縦壁部４１には、吸気側から排気側に向かって縦壁部４１の下端からシリンダ軸方向の中央まで登るように滑らかに傾斜したリブ状の傾斜部４３が設けられている（図３参照）。

　例えば図８、図９、及び図１１～図１３に示すように、排気側の縦壁部４１におけるシリンダ軸方向の中央には、上述の傾斜部４３の上端部に連設された段部４４が設けられている（図３～図５参照）。これによれば、スペーサ４０がブロック側ウォータジャケット３３の内部に配設された際に、排気側流路３４においては、段部４４の上側の方が下側よりもスペーサ４０と外壁部３４ｂとの間隔が広くなる。

　例えば図７～図１１、及び図１３に示すように、気筒列の他端側の縦壁部４１には、上述の段部４４に連設され、排気側から吸気側まで回り込み、排気側から吸気側に向かってシリンダヘッド４側に更に登るように滑らかに傾斜したリブ状の案内部４５が設けられている（図３及び図５参照）。

　例えば図７、図９、図１０、及び図１２に示すように、吸気側の縦壁部４１の下端には、その外周から外側へ突出するつば部４６が設けられている（図３及び図４参照）。

　例えば図７、図１０、及び図１３に示すように、気筒列の他端側かつ吸気側の縦壁部４１の下端には、寒冷地用ヒータ（図示しない）を挿入するための切り欠きである寒冷地用ヒータ挿入部４７が設けられている。

　スペーサ４０は、ブロック側ウォータジャケット３３の内部に配設されるため、シリンダブロック３内の高温に耐え得る耐熱性と、冷却水Ｗの水圧によって変形や破損が生じない程度の剛性とを備えた樹脂で形成される。このような樹脂として、例えば、ＰＡ６６やＰＰＡ等のポリアミド系熱可塑性樹脂、ＰＰ等のオレフィン系熱可塑性樹脂、ＰＰＳ等のポリフェニレンサルファイド系熱可塑性樹脂等を挙げることができる。これらのうちの１種を単独で又は２種以上を組み合せて使用することが可能である。必要に応じてガラス繊維等を前記樹脂に配合してもよい。このような樹脂製のスペーサ４０は、例えば射出成形機等によって一体的に成形することができる。

　次に、図６～図１３を参照しながら、スペーサ４０の作用について説明する。これら図面には、スペーサ４０がブロック側ウォータジャケット３３の内部に配設された際の冷却水Ｗの流れを示す矢印が付されている。

　（１）まず、ウォータポンプ５によってシリンダブロック３の導入孔３６から冷却水Ｗがブロック側ウォータジャケット３３内に導入される。

　その際、スペーサ４０がブロック側ウォータジャケット３３内に内壁部３４ａ，３５ａ及び外壁部３４ｂ，３５ｂとの間に間隔を設けて配設されている（図３～図５参照）。そのため、導入孔３６から導入された冷却水Ｗがブロック側ウォータジャケット３３の内壁部３４ａ，３５ａに直接当たって、その部分でシリンダが局所的に低温になるのを抑制することができる。

　また、図７に示すように、導入孔３６から導入された冷却水Ｗは、導入孔３６の近傍の吸気側に設けられた絞り部４２によって吸気側流路３５への流れが制限される。そのため、冷却水Ｗの大部分が排気側流路３４へ流れる。一方、下側絞り部４２ｂは上側絞り部４２ａよりも突出量が小さいため、より広い下側絞り部４２ｂと外壁部３５ｂとの隙間を通った比較的少量の冷却水Ｗが吸気側流路３５に流れる。

　したがって、吸気側流路３５よりも排気側流路３４により多くの冷却水Ｗが流れる。そのため、吸気側よりも温度が上がりやすい排気側のシリンダブロック３をより多く冷却でき、各シリンダの吸気側と排気側との温度差を抑制することができる。

　（２）次いで、排気側流路３４へ流れた冷却水Ｗは、図６、図７、及び図１２に示すように、導入孔３６の近傍の排気側に設けられた傾斜部４３によって、シリンダヘッド４側へ指向されて流れる。

　ここで、ブロック側ウォータジャケット３３とヘッド側ウォータジャケット６１とは、ガスケット５０の一端側にある第１連通孔５２を介して互いに連通されている。そのため、後述するように、冷却回路制御部１０１によって、エンジン２の冷間時に第１通路１１のみに冷却水Ｗが循環するように制御されると、シリンダヘッド４側へ指向された冷却水Ｗは、ブロック側ウォータジャケット３３の排気側流路３４には流れにくくなり、第１連通孔５２を介してヘッド側ウォータジャケット６１内に流れやすくなる。

　したがって、エンジン２の冷間時は、シリンダブロック３の冷却が進まず、シリンダブロック３の温度が徐々に上昇して、エンジン２の暖機が促進される。併せて、エンジン２の冷間時であっても、高温の排気ガスに晒されるシリンダヘッド４は冷却される。なお、ヘッド側ウォータジャケット内６１に流れた冷却水Ｗは、シリンダヘッド４の他端側に設けられたヘッド側排出孔６２から排出される。

　（３）次いで、傾斜部４３から排気側流路３４へ流れた冷却水Ｗは、図８及び図１１に示すように、傾斜部４３の上端部に連設された段部４４の上側の方に多く流れ、下側の方に少なく流れる。これは、前記段部４４によって、段部４４の上側の方が下側よりも、スペーサ４０と外壁部３４ｂとの間隔が広くなり、流路断面積が大きくなるからである。

　したがって、エンジン２の実働時に（つまりエンジン２の暖機後に）高温の排気ガスによって特に温度が上がりやすいシリンダブロック３の排気側上部を、排気側下部よりも、さらに冷却することができるため、各シリンダの上下方向の温度差を抑制することができる。

　（４）次いで、排気側流路３４を流れた冷却水Ｗは、段部４４に連設され、縦壁部４１の他端側に設けられた案内部４５によって、排気側流路３４から吸気側流路３５に向かってＵターン状に流れるにつれて、シリンダヘッド４側に指向される。

　したがって、シリンダヘッド４側に指向された冷却水Ｗは、ガスケット５０の吸気側に設けられた第２連通孔５３を介してヘッド側ウォータジャケット６１内に流れやすくなる。そのため、シリンダヘッド４をより積極的に冷却することができる。

　（５）次いで、第２連通孔５３を介してヘッド側ウォータジャケット６１に流れなかった冷却水Ｗは、吸気側流路３５を通って、シリンダブロック３の吸気側の気筒列の中央部に設けられたブロック側排出孔３７から排出される。

　冷却水Ｗが導入孔３６からブロック側排出孔３７まで上述のように流れる間に、冷却水Ｗは各シリンダの熱を吸収しながら徐々に水温が上昇する。そのため、例えば第１気筒＃１は、比較的低温の冷却水Ｗによって排気側は冷却が進行するのに対して、吸気側は絞り部４２によって冷却水Ｗがほとんど流れないため冷却が進行しない。一方、例えば第４気筒＃４は、排気側及び吸気側の双方が比較的高温になった冷却水Ｗで冷却される。

　したがって、各シリンダの排気側の冷却と吸気側の冷却とを平均して比較すると、気筒列の両端にある第１気筒＃１と第４気筒＃４であっても、同等に冷却されるため、各シリンダ間の温度差を抑制することができる。

　以上により、各シリンダの吸気側と排気側との温度差、各シリンダの上下方向の温度差、及び各シリンダ間の温度差を抑制することで、シリンダ全体の温度分布を均一にすることができる。

　（６）下側絞り部４２ｂと外壁部３５ｂとの隙間を通って吸気側流路３５に流れた冷却水Ｗは、スペーサ４０の外周から外側へ突出するつば部４６が縦壁部４１の吸気側部分の下端に設けられているため（図４参照）、このつば部４６によってスペーサ４０の下端からスペーサ４０の内側（スペーサ４０の内周面と内壁部３５ａとの間）に回り込むのが抑止される。これにより、シリンダの上下方向の温度差が拡大するのを防止できる。

　（７）スペーサ４０の縦壁部４１に寒冷地用ヒータ挿入部４７が設けられているため、この寒冷地用ヒータ挿入部４７に寒冷地用ヒータを挿入することで、ブロック側ウォータジャケット３３内の冷却水Ｗの凍結を防止することができる。

　（８）絞り部４２、傾斜部４３、段部４４、案内部４５、及びつば部４６は、スペーサ４０の縦壁部４１の外周に設けられているため、スペーサ４０と共に容易に一体形成できる。

　図１４は、冷却回路制御部１０１による制御方法を示すフローチャート、図１５は、エンジン温度に応じた冷却方法を示すブロック図である。次に、図１４のフローチャートに従って、冷却回路制御部１０１による冷却装置１の制御方法について、図１５を参照しながら説明する。

　まず、エンジン２の冷間時は、冷却回路制御部１０１は、全ての制御弁６ｂ～６ｄを閉弁する（ステップＳ１）。このとき、図１５（ａ）に示すように、第１通路１１のみに冷却水Ｗが循環される。シリンダヘッド４には、局所的な加熱を防止しながらエンジン２を暖機するため、比較的少量の冷却水Ｗが流される。

　次いで、冷却回路制御部１０１は、ヘッド温度Ｔ（上述したようにエンジン回転数と燃料噴射量とにより判定されるエンジン２の負荷状態に基づいて予測されるエンジン２のヘッド燃焼室壁面温度）が所定の温度Ｔ１（例えば１５０℃）以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。

　ステップＳ２で、ヘッド温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上であると判定されると、冷却回路制御部１０１は、第１制御弁６ｂを開弁する（ステップＳ３）。このとき、図１５（ｂ）に示すように、第１通路１１と第２通路１２とに冷却水Ｗが循環される。

　次いで、冷却回路制御部１０１は、ヘッド温度Ｔが前記温度Ｔ１より高い所定の温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

　ステップＳ４で、ヘッド温度Ｔが所定の温度Ｔ２以上であると判定されると、冷却回路制御部１０１は、第２制御弁６ｃを開弁する（ステップＳ５）。このとき、図１５（ｃ）に示すように、第１通路１１～第３通路１３に冷却水Ｗが循環される。

　次いで、冷却回路制御部１０１は、エンジン２が完全に暖機したか、つまりエンジン２の暖機が完了したか否かを判定する（ステップＳ６）。なお、この判定は、ヘッド温度Ｔが前記温度Ｔ２より高い所定の温度Ｔ３（Ｔ３＞Ｔ２）以上であるか否かで行ってもよい。

　ステップＳ６で、エンジン２が完全に暖機したと判定されると、冷却回路制御部１０１は、第３制御弁６ｄを開弁する（ステップＳ７）。このとき、図１５（ｄ）に示すように、第１通路１１～第４通路１４の全てに冷却水Ｗが循環される。

　以上により、冷間運転時に冷却回路制御部１０１によって第１～第３制御弁６ｂ～６ｄが閉弁されると、ヘッド側排出孔６２と導入孔３６とを連結する第１通路１１のみに冷却水Ｗが循環される。このとき、冷却水Ｗはブロック側ウォータジャケット３３にはほとんど流れないため、シリンダブロック３の温度が徐々に上昇し、エンジン２の暖機が促進される。一方、ヘッド側ウォータジャケット６１には冷却水Ｗが流れるため、冷間運転時であっても高温の排気ガスに晒されるシリンダヘッド４の冷却が促進される。

　そして、エンジン温度の上昇に伴い冷却回路制御部１０１によって第１～第３制御弁６ｂ～６ｄが順次開弁される。最初に、第１制御弁６ｂが開弁されると、第２通路１２にも冷却水Ｗが循環される。この第２通路１２はラジエータ７を経由しないと共に、冷却水Ｗはブロック側ウォータジャケット３３にはほとんど流れないため、引き続きエンジン２の暖機が促進される。

　次いで、第２制御弁６ｃが開弁されると、第３通路１３にも冷却水Ｗが循環される。この第３通路１３はシリンダブロック３に接続されているため、シリンダブロック３もある程度冷却される。しかし、第３通路１３はラジエータ７を迂回しているため、エンジン２の暖機が進む。

　最後に、第３制御弁６ｄが開弁されると、第４通路１４にも冷却水Ｗが循環される。この第４通路１４はラジエータ７に接続されているため、ラジエータ７によって冷却水Ｗの温度が下げられ、暖機後のエンジン２を所定温度に保つことができる。

　したがって、冷却回路制御部１０１による冷却装置１の制御方法によれば、冷間運転時は第１～第３制御弁６ｂ～６ｄを閉弁し、エンジン温度の上昇に伴って第１～第３制御弁６ｂ～６ｄを順次開弁することによって、エンジン２の温度に応じて各シリンダ及びシリンダヘッド４を適正に冷却することができる。

　また、暖機途中で第１制御弁６ｂを開弁し、空調用ヒータコア２２及びＥＧＲクーラ２３を経由する第２通路１２にも冷却水Ｗを循環させるため、暖機途中から暖房性能を確保できると共に、ＥＧＲクーラ２３でＥＧＲガスを適正に冷却できる。

　さらに、暖機途中で第２制御弁６ｃを開弁し、エンジンオイルクーラ２５及び自動変速機のオイルの熱交換器２６を経由する第３通路１３にも冷却水Ｗを循環させるため、暖機途中からエンジンオイルを冷却できると共に、変速機オイル（ＡＴＦ）を適正に加熱することができる。その結果、変速機オイルの粘度が早期に低下し、摺動抵抗が早期に低減して、燃費を向上させることができる。

　以上説明した本発明をまとめると以下の通りである。

　本発明は、直列に配置された複数の気筒＃１～＃４のシリンダボア３２を囲むようにシリンダブロック３に設けられたブロック側ウォータジャケット３３と、シリンダヘッド４に設けられたヘッド側ウォータジャケット６１とを有し、ウォータポンプ５により、これらウォータジャケット３３，６１とラジエータ７とを経由させて冷却水Ｗを循環させる冷却水経路１０が備えられた多気筒エンジン２の冷却装置１であって、
　前記シリンダブロック３は、気筒列の一端側に設けられ、前記ブロック側ウォータジャケット３３へ冷却水Ｗを導入する導入孔３６と、前記導入孔３６の近傍に設けられ、前記導入孔３６から導入された冷却水Ｗが前記ブロック側ウォータジャケット３３の吸気側流路３５へ流れるのを制限する絞り部４２と、前記導入孔３６の近傍に設けられ、前記導入孔３６から導入された冷却水Ｗをシリンダヘッド４側へ指向させる傾斜部４３とを有し、
　前記シリンダヘッド４は、気筒列の他端側に設けられ、前記ヘッド側ウォータジャケット６１から冷却水Ｗを排出するヘッド側排出孔６２を有し、
　前記傾斜部４３のシリンダヘッド４側に、前記ブロック側ウォータジャケット３３と前記ヘッド側ウォータジャケット６１とを互いに連通させる第１連通孔５２…５２が設けられたことを特徴とする。

　この構成によれば、例えばエンジン２の冷間時等に、ヘッド側ウォータジャケット６１のみに冷却水Ｗが循環するように制御することができる。そして、エンジン２の冷間時にそのように制御すると、傾斜部４３によってシリンダヘッド４側へ指向された冷却水Ｗは、ブロック側ウォータジャケット３３の排気側流路３４にはほとんど流れずに、第１連通孔５２…５２を介してヘッド側ウォータジャケット６１内に流れる。したがって、多気筒エンジン２の冷間時に、高温の排気ガスに晒されるシリンダヘッド４の冷却が促進されると共に、シリンダブロック３が冷却されずに温度が徐々に上昇してエンジン２の暖機が促進される。これにより、潤滑油（変速機オイル）の粘度が早期に低下し、摺動抵抗が低減するため、燃費が向上する。

　本発明において、好ましくは、前記ブロック側ウォータジャケット３３内に、その内壁部３４ａ，３５ａ及び外壁部３４ｂ，３５ｂとの間に間隔を設けてスペーサ４０が配設され、前記絞り部４２及び前記傾斜部４３は、前記スペーサ４０の外周に形成されている。

　この構成によれば、導入孔３６より導入される冷却水Ｗによりシリンダが直接冷却されて局所的に低温になるのを抑制することができる。

　また、スペーサ４０と共に絞り部４２及び傾斜部４３を容易に一体形成できる。

　本発明において、好ましくは、前記ブロック側ウォータジャケット３３の排気側流路３４は、シリンダ軸方向の上側の方が下側よりも流路断面積が大きくなるように形成されている。

　この構成によれば、エンジン２の実働時に（エンジン２の暖機後に）高温の排気ガスによって特に温度が上がりやすいシリンダブロック３の排気側上部を、排気側下部よりも、さらに冷却することができる。そのため、各シリンダの上下方向の温度差が抑制される。

　本発明において、好ましくは、前記スペーサ４０の排気側部分において、シリンダ軸方向の中央には前記傾斜部４３の上端部に連設された段部４４が形成され、この段部４４の上側の方が下側よりも前記スペーサ４０と前記外壁部３４ｂとの間隔が広くなるように形成されている。

　この構成によれば、スペーサ４０の排気側部分は、シリンダ軸方向の上側の方が下側よりもスペーサ４０と外壁部３４ｂとの間隔が広くなるように形成されている。そのため、エンジン２の実働時に（エンジン２の暖機後に）高温の排気ガスによって特に温度が上がりやすいシリンダブロック３の排気側上部を、排気側下部よりも、さらに冷却することができる。そのため、各シリンダの上下方向の温度差を低減する効果を実現できる。

　本発明において、好ましくは、前記絞り部４２は、前記スペーサ４０の外周から外側へ突出するリブ形状の上側絞り部４２ａと下側絞り部４２ｂとを有し、前記上側絞り部４２ａは前記下側絞り部４２ｂよりも突出量が大きくなるように形成されている。

　この構成によれば、導入孔３６より導入した冷却水Ｗは大部分が排気側流路３４に流れるが、比較的少量の冷却水Ｗが下側絞り部４２ｂを介して吸気側流路３５に流れる。したがって、吸気側流路３５よりも排気側流路３４により多くの冷却水Ｗが流れるため、吸気側よりも温度が上がりやすい排気側のシリンダブロック３をより多く冷却でき、各シリンダの吸気側と排気側の温度差を抑制することができる。

　本発明において、好ましくは、前記スペーサ４０の吸気側部分の下端に、前記スペーサ４０の外周から外側へ突出するつば部４６が形成されている。

　この構成によれば、スペーサ４０の下端からスペーサ４０の内側（スペーサ４０の内周面と内壁部３５ａとの間）に冷却水Ｗが回り込むのを抑制することができ、シリンダの上下方向の温度差が拡大するのを防止できる。

　本発明において、好ましくは、前記シリンダブロック３は、吸気側における気筒列の中央部に設けられ、前記ブロック側ウォータジャケット３３から冷却水Ｗを排出するブロック側排出孔３７を有する。

　この構成によれば、シリンダブロック３には、ブロック側ウォータジャケット３３の吸気側における気筒列の中央部から冷却水Ｗを排出するブロック側排出孔３７が設けられているため、ブロック側ウォータジャケット３３内を流れる冷却水Ｗは、気筒列の一端側から導入され、排気側から気筒列の他端側を介して吸気側へ流れ、吸気側の気筒列の中央部から排出されるまで、シリンダの熱を奪いながら徐々にその温度が上昇する。そのため、気筒列の一端側のシリンダは、比較的低温の冷却水Ｗによって排気側が冷却されるのに対して、吸気側は絞り部４２によって冷却水Ｗがほとんど流れず冷却が進まない。一方、気筒列の他端側のシリンダは、比較的高温の冷却水Ｗによって排気側及び吸気側の双方が冷却される。したがって、各シリンダの排気側の冷却と吸気側の冷却とを平均して比較すれば、気筒列の一端側のシリンダと他端側のシリンダとは同等に冷却される。これにより、各シリンダ間の温度差が抑制される。

　なお、本発明は例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることはいうまでもない。

　例えば、本実施形態では、絞り部４２、傾斜部４３、段部４４、及び案内部４５をスペーサ４０と一体に形成したが、スペーサ４０を設けずに、ブロック側ウォータジャケット３３の内部形状を工夫してこれら各部４２～４５の機能を持たせることで、シリンダブロック３自体にこれら各部４２～４５を形成してもよい。

　また、本実施形態では、本発明を直列４気筒ディーゼルエンジンに適用したが、気筒数は複数であれば何気筒であってもよい。また、本発明を、ディーゼルエンジンに限らず、例えばガソリンエンジンに適用してもよい。

　また、本実施形態では、図１４のフローチャートにおいて、冷却回路制御部１０１は、エンジン温度として、エンジン回転数と燃料噴射量とにより判定されるエンジン２の負荷状態に基づいて予測されるヘッド温度（ヘッド燃焼室壁面温度）を用いたが、これに代えて、例えば水温センサ１０２で検知される冷却水Ｗの温度を用いてもよい。

　この出願は、２０１３年２月２１日に出願された日本国特許出願特願２０１３－０３１８９９を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。

　本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ充分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び／又は改良することは容易になし得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、そのような変更形態又は改良形態は、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

　以上のように、本発明によれば、自動車等の多気筒エンジンにおいて、冷間時におけるシリンダヘッドの冷却及びエンジンの暖気促進を効果的に達成できるので、本発明は、この種のエンジンの製造産業分野において好適に利用される可能性がある。

Claims

　直列に配置された複数の気筒のシリンダボアを囲むようにシリンダブロックに設けられたブロック側ウォータジャケットと、シリンダヘッドに設けられたヘッド側ウォータジャケットとを有し、ウォータポンプにより、これらウォータジャケットとラジエータとを経由させて冷却液を循環させる冷却液経路が備えられた多気筒エンジンの冷却装置であって、
　前記シリンダブロックは、
　気筒列の一端側に設けられ、前記ブロック側ウォータジャケットへ冷却液を導入する導入部と、
　前記導入部の近傍に設けられ、前記導入部から導入された冷却液が前記ブロック側ウォータジャケットの吸気側流路へ流れるのを制限する絞り部と、
　前記導入部の近傍に設けられ、前記導入部から導入された冷却液をシリンダヘッド側へ指向させる傾斜部と
を有し、
　前記シリンダヘッドは、
　気筒列の他端側に設けられ、前記ヘッド側ウォータジャケットから冷却液を排出するヘッド側排出部を有し、
　前記傾斜部のシリンダヘッド側に、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とを互いに連通させる連通路が設けられた
ことを特徴とする多気筒エンジンの冷却装置。
　前記ブロック側ウォータジャケット内に、その内壁部及び外壁部との間に間隔を設けてスペーサが配設され、
　前記絞り部及び前記傾斜部は、前記スペーサの外周に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの冷却装置。
　前記ブロック側ウォータジャケットの排気側流路は、シリンダ軸方向の上側の方が下側よりも流路断面積が大きくなるように形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の多気筒エンジンの冷却装置。
　前記スペーサの排気側部分において、シリンダ軸方向の中央には前記傾斜部の上端部に連設された段部が形成され、この段部の上側の方が下側よりも前記スペーサと前記外壁部との間隔が広くなるように形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の多気筒エンジンの冷却装置。
　前記絞り部は、前記スペーサの外周から外側へ突出するリブ形状の上側絞り部と下側絞り部とを有し、前記上側絞り部は前記下側絞り部よりも突出量が大きくなるように形成されている
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の多気筒エンジンの冷却装置。
　前記スペーサの吸気側部分の下端に、前記スペーサの外周から外側へ突出するつば部が形成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の多気筒エンジンの冷却装置。
　前記シリンダブロックは、
　吸気側における気筒列の中央部に設けられ、前記ブロック側ウォータジャケットから冷却液を排出するブロック側排出部を有する
ことを特徴とする請求項３～６のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの冷却装置。