JP2005147027A

JP2005147027A - 内燃機関の冷却装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2005147027A
Application number: JP2003387461A
Authority: JP
Inventors: Hideo Takahashi; 秀夫高橋
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】暖機の促進および焼付きの発生防止を全体的に図ることができる内燃機関の冷却装置を提供する。
【解決手段】ラジエータを通過あるいはバイパスした冷却水が循環する冷却水循環系を有する内燃機関の冷却装置である。冷却水循環系は、複数のベアリングキャップ部をクランクシャフトの軸方向に一体に連結してなるベアリングビーム４０の内部に配置される冷却水流路４１を有する、冷却水流路４１は、ベアリングビームに一体的に連続して形成され、蛇行形状を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の冷却装置及びその製造方法に関する。

従来のベアリングビームにおいては、一対のビーム部内部をクランクシャフトの軸方向に延長する冷却水通路が形成されている（特許文献１参照。）。

上記冷却水通路には、本体側冷却水循環系を循環する冷却水の一部が分流しており、比較的低温な冷却水を取り出せる第１取出口と、比較的高温な冷却水を取り出せる第２取出口とが設けられており、流路切換弁により、機関回転数や潤滑油温度に応じて、冷却水の取出位置が切換えられる。
特開平６−１２３２２９号公報

しかし、特許文献１に記載の構造においては、機関運転条件が低温の時、第２取出口から比較的高温な冷却水を導入し、熱伝導により、主軸受部の暖機を促進することで、主軸受部の摩擦損失を低減可能であるが、他の摺動部位の摩擦損失を低減することは困難である。

また、機関運転条件が高温の時、第１取出口から比較的低温な冷却水を導入し、熱伝導により、主軸受部を冷却することで、主軸受部の焼付きの発生を防止可能であるが、他の摺動部位の焼付きの発生を防止することは難しい。

つまり、特許文献１に記載の構造においては、摩擦損失の低減および焼付きの発生防止効果が、冷却水通路が形成されているビーム部の近傍に実質的に限られ、局所的であり、全体的ではない。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、暖機の促進および焼付きの発生防止を全体的に図ることができる内燃機関の冷却装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
ラジエータを通過あるいはバイパスした冷却水が循環する冷却水循環系を有する内燃機関の冷却装置であって、
前記冷却水循環系は、複数のベアリングキャップ部をクランクシャフトの軸方向に一体に連結してなるベアリングビームの内部に配置される冷却水流路を有し、
前記冷却水流路は、前記ベアリングビームに一体的に連続して形成され、蛇行形状を有する
ことを特徴とする内燃機関の冷却装置である。

上記目的を達成するための請求項７に記載の発明は、
ラジエータを通過あるいはバイパスした冷却水が循環する冷却水循環系を有し、前記冷却水循環系は、複数のベアリングキャップ部をクランクシャフトの軸方向に一体に連結してなるベアリングビームの内部に配置される冷却水流路を有し、前記冷却水流路は、前記ベアリングビームに一体的に連続して形成され、蛇行形状を有している内燃機関の冷却装置の製造方法であって、
前記蛇行形状を有する管状中空部材を、前記ベアリングビームに鋳ぐるみすることで、前記冷却水流路を形成する
ことを特徴とする内燃機関の冷却装置の製造方法である。

上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。

請求項１に記載の発明によれば、ベアリングビームに配置される冷却水流路は、ベアリングビームの内部を蛇行して延長しているため、熱伝導面積が大きい。したがって、機関運転条件が低温時においては、ラジエータをバイパスした（エンジン循環の）比較的高温な冷却水が、前記冷却水流路を循環することによって、ベアリングビームを介し、ベアリングビームに落下してきた潤滑油の温度を十分上昇させる。暖機が促進された潤滑油は、強制循環されることで、機関全体の摩擦損失を低減することが可能である。一方、機関運転条件が高温時においては、ラジエータを通過した比較的低温の冷却水が前記冷却水流路を循環することによって、ベアリングビームを介し、ベアリングビームに落下してきた潤滑油の温度を十分低下させる。そのため、潤滑油は、良好な潤滑性を維持し、焼付きの発生を防止することが可能である。つまり、暖機の促進および焼付きの発生防止を全体的に図ることができる内燃機関の冷却装置及びその製造方法を提供することができる。

請求項７に記載の発明によれば、鋳ぐるみを適用することで、複雑な加工を施すことなく、ベアリングビームの内部を蛇行しながら延長する複雑な形状の前記冷却水流路を、容易に形成することが可能である。つまり、暖機の促進および焼付きの発生防止を全体的に図ることができる内燃機関の冷却装置の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却装置を説明するための正面図であり、図２および図３は、その側面図および底面図である。

本発明の実施の形態に係る内燃機関は、例えば、自動車用エンジンであり、ラジエータを通過あるいはバイパスした冷却水が切換式に循環する冷却水循環系を有する冷却装置を備えている。

冷却水循環系は、ウォータインレット１１、ウォータアウトレット１２、ウォータインレット１１およびウォータアウトレット１２が接続された冷却水流路、および、冷却水を強制的に循環させるためのウォータポンプ１３を有する。

ウォータインレット１１は、ラジエータからの冷却水を冷却水流路に導入するために使用される。ウォータアウトレット１２は、冷却水を冷却水流路から排出するためのエンジン出口である。冷却水流路は、シリンダヘッド２０、シリンダブロック３０、ベアリングビーム４０に形成されており、シリンダブロック３０に取り付けられているウォータポンプ１３によって、冷却水が循環する。なお、シリンダブロック３０の下部に、ベアリングビーム４０を取り囲むように、潤滑油を溜めるためのオイルパン５０が取り付けられている。

シリンダヘッド２０の内部に設けられている冷却水流路は、途中で分岐しており、ウォータアウトレット１２と、シリンダブロック３０に設けられている冷却水流路３１とに接続している。冷却水流路３１は、ベアリングビーム４０に向かって延長している。

ウォータアウトレット１２とウォータポンプ１３とは、バイパス通路であるリターンパイプ１４を介して接続される。リターンパイプ１４には、ウォータインレット１１が接続されたサーモスタット１５が途中に配置されている。サーモスタット１５は、流路切換え手段である。

シリンダブロック３０は、シリンダヘッド２０の冷却水流路から分流している上記冷却水流路３１と、ベアリングビーム４０に向かって延長し、ベアリングビーム４０の冷却水流路に連結されている冷却水流路３２とを有する。なお、冷却水流路３２は、ウォータポンプ１３に接続される。

ベアリングビーム４０は、複数のベアリングキャップ部をクランクシャフトの軸方向（前後方向）に延びる連結壁部により一体に連結して形成され、主軸受部を構成する。詳述すると、ベアリングビーム４０は、ベアリングビーム４０に一体的に連続して形成され、かつ内部を蛇行しながら延長する冷却水流路４１と、上方に位置する潤滑部位から落下してきた潤滑油をオイルパン５０に導入するための開口部４４とを有する。

冷却水流路４１は、ベアリングビーム４０を鋳造する際に、管状中空部材を鋳ぐるむことで形成されており、直線部４２と屈曲部４３とが交互に配置される蛇行形状を有する。直線部４２は、ベアリングビーム４０の長手方向（延長方向）に平行であり、かつ、クランクシャフトの軌跡に沿って、位置決めされている。屈曲部４３は、ベアリングビーム４０の長手方向に対して交差している。冷却水流路４１の一端（開口端面）４２Ａは、冷却水流路３１と接続され、冷却水流路４１の他端（開口端面）４２Ｂは、冷却水流路３２と接続される。

したがって、冷却水流路４１の一端４２Ａは、冷却水流路３１を経由して、シリンダヘッド２０の冷却水流路に連結され、冷却水流路４１の他端４２Ｂは、冷却水流路３２を経由して、ウォータポンプ１３に接続される。

開口部４４は、ベアリングビーム４０の長手方向に平行であり、冷却水流路３１の直線部の間に複数配置されている（図３参照）。

ベアリングビーム４０は、クランクジャーナル３５に支持されるクランクシャフトの回転軌跡３６に対して所定のクリアランスＣを有する。クリアランスＣは、ベアリングビーム４０に落下してきた潤滑油が、クランクシャフトの回転風圧によって開口部４４に押し流されることで、冷却水流路３１との熱交換が促進されるように、適宜設定されている。

また、ベアリングビーム４０は、開口部４５、締結穴４６、溝部４７Ａ，４７Ｂを有する。

開口部４５は、エンジンのピストンコンロッドをアセンブリする際の締め付け工具を挿入するために使用され、また、開口部４４と同様な機能、つまり、落下してきた潤滑油をオイルパン５０に導入する機能を有する。

締結穴４６は、ベアリングビーム４０とシリンダブロック３０を、ボルト４６Ａによって固定するために使用される。

溝部４７Ａ，４７Ｂは、シリンダブロック３０との合わせ面に形成され、オイルシール（シール部材）４８Ａ，４８Ｂが配置されて、挟み込まれる。また、溝部４７Ａは、冷却水流路４１の一端４２Ａを取り囲むように位置決めされ、溝部４７Ｂは、冷却水流路４１の他端４２Ｂを取り囲むように位置決めされる。したがって、ベアリングビーム４０をシリンダブロック３０に締結することで、冷却水の漏れが発生しない冷却水通路を、確実に形成することが可能である。

以上のように、ベアリングビーム４０は、オイルクーラ機能およびバッフル機能を有しており、シリンダブロック構造が簡潔になり、軽量化および小型化並びにコスト低減を図ることが可能である。また、冷却水流路は、鋳ぐるみされた管状中空部材から構成されるため、重量増加を伴うことなく、ベアリングビームの強度を向上させることが可能である。したがって、クランクシャフトの回転振動を抑制することが可能であり、機関の静粛性を向上させることができる。

次に、機関運転条件が低温の時（例えば、運転初期において機関が低速あるいは潤滑油温度が低い場合）におけるエンジン循環が適用される冷却水の流れを説明する。

サーモスタット１５は、ラジエータからの比較的低温な冷却水が導入されるウォータインレット１１の流路を閉鎖し、また、リターンパイプ１４の流路を開放する。

したがって、ラジエータをバイパスした比較的高温な冷却水が循環し、ウォータポンプ１３から吐出された冷却水は、シリンダブロック３０およびシリンダヘッド２０を通過し、ウォータアウトレット１２に導入される。ウォータアウトレット１２から排出される冷却水は、リターンパイプ１４およびサーモスタット１５を経由し、ウォータポンプ１３に導入される。

一方、シリンダヘッド２０に導入された冷却水の一部は、冷却水流路３１を経由し、ベアリングビーム４０の冷却水流路４１に流入する。冷却水流路４１において熱交換した冷却水は、冷却水流路３２を経由し、ウォータポンプ１３に導入される。

冷却水流路４１は、ベアリングビーム４０の内部を蛇行して延長しているため、熱伝導面積が大きい。したがって、冷却水流路４１を通過する比較的高温な冷却水によって、ベアリングビーム４０の暖機が促進される。さらに、クランクシャフトやコンロッド等の潤滑部位からベアリングビーム４０に落下してきた潤滑油への熱伝達が促進される。

つまり、機関運転条件が低温時においては、ラジエータをバイパスした（エンジン循環の）比較的高温な冷却水が、冷却水流路４１を循環することによって、ベアリングビーム４０を介し、ベアリングビーム４０に落下してきた潤滑油の温度を十分上昇させる。したがって、暖機が促進された潤滑油は、強制循環されることで、機関全体の摩擦損失を低減することができる。

次に、機関運転条件が高温時（例えば、機関が高速あるいは潤滑油温度が高い場合）におけるラジエータ循環が適用される冷却水の流れを説明する。

サーモスタット１５は、ラジエータからの比較的低温な冷却水が導入されるウォータインレット１１の流路を開放し、また、リターンパイプ１４の流路を閉鎖する。

したがって、ラジエータからの冷却水は、ウォータインレット１１およびウォータポンプ１３を経由して、シリンダブロック３０およびシリンダヘッド２０を通過し、ウォータアウトレット１２に導入される。ウォータアウトレット１２から排出される冷却水は、ラジエータを通過して、ウォータインレット１１に導入される。

また、シリンダヘッド２０に導入された冷却水の一部は、シリンダブロック３０の冷却水流路３１、ベアリングビーム４０の冷却水流路４１、シリンダブロック３０の冷却水流路３２を経由し、ウォータポンプ１３に導入される。

冷却水流路４１の熱伝導面積が大きく、また、冷却水流路４１を通過する冷却水は、ラジエータを経由しており、比較的低温であるため、ベアリングビーム４０の温度を十分低下させる。したがって、ベアリングビーム４０に落下してきた高温の潤滑油は、ベアリングビーム４０と熱交換し、その温度が低下する。

つまり、機関運転条件が高温時においては、ラジエータを通過した比較的低温の冷却水が冷却水流路４１を循環することによって、ベアリングビーム４０を介し、ベアリングビーム４０に落下してきた潤滑油の温度を十分低下させる。そのため、潤滑油は、良好な潤滑性を維持し、焼付きの発生を防止することが可能である。

なお、ベアリングビーム４０は、クランクシャフトの回転軌跡３６に対して適当なクリアランスＣを有する。したがって、機関運転条件が低温および高温時において、ベアリングビーム４０に落下してきた潤滑油は、クランクシャフトの回転風圧によって開口部４４および開口部４５に押し流されることで、冷却水流路３１との熱交換が促進される。

また、潤滑油は、オイルパン５０に速やかに落下するので、オイルの滞留が防止される。したがって、オイルとの接触が引き起こす負荷増加による効率低下が抑制される。さらに、開口部４４および開口部４５を通過し、オイルパン５０に収容された潤滑油の油面は、ベアリングビーム４０によってクランクシャフトの回転風圧から遮断されるため、オイル攪拌が防止される。

以上のように、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、暖機の促進および焼付きの発生防止を全体的に図ることができる内燃機関の冷却装置を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却装置の製造方法を説明する。

図４は、冷却水通路を構成する管状中空部材を示している斜視図、図５は、図４の管状中空部材が鋳ぐるみされるベアリングビームの鋳造装置を説明するための斜視図、図６は、鋳造直後のベアリングビームを説明するための正面図、図７は、ベアリングビームのシリンダブロックとの合わせ面の平面加工を説明するための正面図、図８は、ベアリングビームのシリンダブロックとの合わせ面における溝部形成を説明するための正面図である。

まず、シリンダブロックに形成される冷却水流路の内径と略一致する内径を有し、かつ端部１４２Ａ，１４２Ｂが閉鎖された長尺の管材に曲げ加工を施し、直線部１４２と屈曲部１４３とが交互に配置される蛇行形状とする。また、管材１４１の端部１４２Ａ，１４２Ｂは、直線部１４２から垂直方向に延長するように、曲げ加工が施される。これによって、流路素材となる管状中空部材１４１が形成される（図４参照）。

なお、直線部１４２は、ベアリングビームに鋳ぐるみされた状態で、ベアリングビームの長手方向に平行であり、屈曲部１４３は。ベアリングビームの長手方向に対して交差するように、適合されている。さらに、直線部１４２は、ベアリングビームに鋳ぐるみされた状態で、クランクシャフトの軌跡に沿って位置決めされるように、適合されている。

曲げ加工が施された管材つまり管状中空部材１４１は、ベアリングビームの鋳造用の上型２４０Ａおよび下型２４０Ｂの内部に位置決めされる。上型２４０Ａおよび下型２４０Ｂは、ベアリングビームの表面形状に対応したキャビティを有し、また、管状中空部材１４１の端部１４２Ａ，１４２Ｂを支持するための穴部が形成されている。

そして、上型２４０Ａおよび下型２４０Ｂが型締めされ、ベアリングビームの鋳造が開始される（図５参照）。その結果、管状中空部材１４１は、ベアリングビームに鋳ぐるまれ（インサートされ）、ベアリングビームの内部を蛇行しながら延長する冷却水流路４１が形成される。

鋳造後のベアリングビーム４０においては、図６に示されるように、シリンダブロックとの合わせ面から、冷却水流路４１の端部１４２Ａ，１４２Ｂが突出している。そのため、平面加工を施すことで、閉鎖された端部１４２Ａ，１４２Ｂを除去し、開口端面である冷却水流路４１の端部４２Ａ，４２を形成する（図７参照）。

その後、冷却水流路４１の端部４２Ａ，４２Ｂを取り囲むように、溝部４７Ａ，４７Ｂが形成される。溝部４７Ａ，４７Ｂには、シリンダブロックにベアリングビーム４０を取り付ける際、オイルシールが配置される。

また、ベアリングビーム４０とシリンダブロック３０を、ボルトによって固定するための締結穴４６を形成する等の機械加工を、必要に応じて適宜施す。

以上のように、本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却装置の製造法においては、鋳ぐるみを適用することで、複雑な加工を施すことなく、ベアリングビームの内部を蛇行しながら延長する複雑な形状の冷却水流路を、容易に形成することが可能であり、安価かつ高品質となる。つまり、暖機の促進および焼付きの発生防止を全体的に図ることができる内燃機関の冷却装置の製造方法を提供することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。

例えば、ベアリングビームに鋳ぐるみされることで冷却水流路を形成する管状中空部材は、単一かつ長尺の管材を曲げ加工して形成することに限定されず、複数の短尺の管材を接合し、蛇行する形状となすことも可能である。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却装置を説明するための正面図である。本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却装置を説明するための側面図である。本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却装置を説明するための底面図である。本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却装置の製造方法を説明するための斜視図であり、冷却水通路を構成する管状中空部材を示している。図４の管状中空部材が鋳ぐるみされるベアリングビームの鋳造装置を説明するための斜視図である。鋳造直後のベアリングビームを説明するための正面図である。ベアリングビームのシリンダブロックとの合わせ面の平面加工を説明するための正面図である。ベアリングビームのシリンダブロックとの合わせ面における溝部形成を説明するための正面図である。

符号の説明

１１・・ウォータインレット、
１２・・ウォータアウトレット、
１３・・ウォータポンプ、
１４・・リターンパイプ、
１５・・サーモスタット、
２０・・シリンダヘッド、
３０・・シリンダブロック、
３１，３２・・冷却水流路、
３５・・クランクジャーナル、
３６・・回転軌跡、
４０・・ベアリングビーム、
４１・・冷却水流路、
４２Ａ・・一端（端部）、
４２Ｂ・・他端（端部）、
４２・・直線部、
４３・・屈曲部、
４４，４５・・開口部、
４６・・締結穴、
４６Ａ・・ボルト、
４７Ａ，４７Ｂ・・溝部、
４８Ａ，４８Ｂ・・オイルシール、
５０・・オイルパン、
１４１・・管状中空部材、
１４２・・直線部、
１４２Ａ，１４２Ｂ・・端部、
２４０Ａ・・上型、
２４０Ｂ・・下型、
Ｃ・・クリアランス。

Claims

ラジエータを通過あるいはバイパスした冷却水が循環する冷却水循環系を有する内燃機関の冷却装置であって、
前記冷却水循環系は、複数のベアリングキャップ部をクランクシャフトの軸方向に一体に連結してなるベアリングビームの内部に配置される冷却水流路を有し、
前記冷却水流路は、前記ベアリングビームに一体的に連続して形成され、蛇行形状を有する
ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
前記蛇行形状は、直線部と屈曲部とが交互に配置されることで構成されており、前記直線部は、前記ベアリングビームの長手方向に平行であり、前記屈曲部は、前記ベアリングビームの長手方向に対して交差していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
前記直線部は、前記クランクシャフトの軌跡に沿って位置決めされることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。
前記ベアリングビームの下方に、潤滑油を溜めるためのオイルパンが配置されており、
前記ベアリングビームは、上方に位置する潤滑部位から落下してきた潤滑油を前記オイルパンに導入するための開口部を有し、
前記開口部は、前記直線部の間に位置することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
前記ベアリングビームと、前記ベアリングビームが取り付けられるシリンダブロックとの合わせ面に位置する冷却水流路の開口端面を取り囲むように位置決めされるシール部材を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却装置。
前記冷却水流路は、前記ベアリングビームに鋳ぐるみされた管状中空部材からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却装置。
ラジエータを通過あるいはバイパスした冷却水が循環する冷却水循環系を有し、前記冷却水循環系は、複数のベアリングキャップ部をクランクシャフトの軸方向に一体に連結してなるベアリングビームの内部に配置される冷却水流路を有し、前記冷却水流路は、前記ベアリングビームに一体的に連続して形成され、蛇行形状を有している内燃機関の冷却装置の製造方法であって、
前記蛇行形状を有する管状中空部材を、前記ベアリングビームに鋳ぐるみすることで、前記冷却水流路を形成する
ことを特徴とする内燃機関の冷却装置の製造方法。
前記管状中空部材の蛇行形状は、直線部と屈曲部とが交互に配置されることで構成されており、前記ベアリングビームに鋳ぐるみされた状態で、前記直線部が、前記ベアリングビームの長手方向に平行であり、前記屈曲部が、前記ベアリングビームの長手方向に対して交差するように、適合されていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の冷却装置の製造方法。
前記管状中空部材の直線部は、前記ベアリングビームに鋳ぐるみされた状態で、前記クランクシャフトの軌跡に沿って位置決めされるように、適合されていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の冷却装置の製造方法。
前記ベアリングビームと、前記ベアリングビームが取り付けられるシリンダブロックとの合わせ面に位置する冷却水流路の開口端面を取り囲むように溝部を形成し、前記溝部にシール部材を配置することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却装置の製造方法。
単一の管材に曲げ加工を施すことで、前記蛇行形状を有する管状中空部材を形成することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却装置の製造方法。