JP2007187137A

JP2007187137A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2007187137A
Application number: JP2006007875A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Koyama; 裕靖小山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】隣り合うシリンダボア間の隔壁を適正に冷却できる内燃機関を提供すること。
【解決手段】この内燃機関１は、シリンダブロック２と、流量調整手段４とを有する。シリンダブロック２は、複数のシリンダボア２２を有すると共に隣り合う一対のシリンダボア２２間の隔壁にボア間冷却水通路２５を有する。流量調整手段４は、ボア間冷却水通路２５を流通する冷却水の流量を調整する機能を有する。これによって、隣り合うシリンダボア間の隔壁を冷却する。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関に関し、さらに詳しくは、隣り合うシリンダボア間の隔壁を適正に冷却できる内燃機関に関する。

多気筒型の内燃機関では、隣り合うシリンダボア間の隔壁内に冷却水の通路が形成されている。かかる構成では、この通路を流れる冷却水によりシリンダボア間の隔壁が冷却される。これにより、隔壁の温度上昇に起因するオイル消費量の悪化などが抑制される。

かかる構成を採用する従来の内燃機関には、特許文献１に記載される技術が知られている。従来の内燃機関（内燃機関の冷却水通路構造）は、シリンダブロックとシリンダヘッドに冷却水を流通させる内燃機関の冷却水通路構造を有し、前記シリンダブロック側に形成されたブロック内ウォータージャケットと、前記シリンダヘッド側に形成されたヘッド内ウォータージャケットと、前記シリンダヘッド側に形成され、前記ブロック内ウォータージャケットから流入する冷却水を、燃焼室上方を経由させて前記ヘッド内ウォータージャケットに流出させる冷却水接続通路と、前記シリンダブロックにおける隣り合うシリンダ間の隔壁部に形成され、一端が前記ブロック内ウォータージャケットに接続され、他端が前記冷却水接続通路に接続されるボア間冷却水通路とを備える。

しかしながら、従来の内燃機関では、その稼働時にてシリンダボア間の隔壁に常に冷却水が流通するため、過冷却による冷却損失が増加して燃費悪化や性能低下が生じるおそれがある。

特開２００３−１２０２８９号公報

そこで、この発明は、上記に鑑みて為されたものであって、隣り合うシリンダボア間の隔壁を適正に冷却できる内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる内燃機関は、複数のシリンダボアを有すると共に隣り合う一対の前記シリンダボア間の隔壁に冷却水通路（以下、ボア間冷却水通路と言う。）を有するシリンダブロックと、前記ボア間冷却水通路を流通する冷却水の流量を調整する流量調整手段とを含むことを特徴とする。

この内燃機関では、ボア間冷却水通路を流通する冷却水の流量が調整可能なので、シリンダボア間の隔壁の温度を制御することが可能となる。これにより、常に略一定流量の冷却水がボア間冷却水通路に供給される構成（特許文献１参照）と比較して、シリンダボア間の隔壁が適正に冷却される利点がある。

また、この発明にかかる内燃機関は、前記流量調整手段が前記ボア間冷却水通路への冷却水の流量を調整することにより、エンジンの稼働時にて、前記シリンダボア間の隔壁の温度Ｔが所定の上限温度Ｔ１および所定の下限温度Ｔ２の範囲内に維持される。

この内燃機関では、シリンダボア間の隔壁の温度Ｔに応じてボア間冷却水通路への冷却水の流量が調整されるので、隔壁の過熱あるいは過冷却が効果的に防止される。これにより、シリンダボア間の隔壁がより適正に冷却される利点がある。

また、この発明にかかる内燃機関は、エンジンの燃焼行程における前記ボア間冷却水通路への冷却水の流量がエンジンの吸気行程における冷却水の流量よりも大きい。

この内燃機関では、シリンダボア間の隔壁が高温となる燃焼行程にて隔壁の冷却が効果的に行われ、逆に、過冷却が生じ易い吸気行程にて隔壁の温度Ｔの低下が抑制される。これにより、シリンダボア間の隔壁がエンジンの燃焼サイクルに応じて適正に冷却される利点がある。

また、この発明にかかる内燃機関は、前記流量調整手段が、エンジンの燃焼行程では前記ボア間冷却水通路に冷却水を供給し、エンジンの吸気行程では前記ボア間冷却水通路への冷却水の供給を停止する。

この内燃機関では、隔壁の過冷却が生じ易いエンジンの吸気行程にて、流量調整手段がボア間冷却水通路への冷却水の供給を停止する。これにより、シリンダボア間の隔壁がエンジンの燃焼サイクルに応じてより適正に冷却される利点がある。

また、この発明にかかる内燃機関は、前記流量調整手段が、開閉動作により前記ボア間冷却水通路を開放あるいは閉止する開閉弁と、前記開閉弁の開閉タイミングを規制するカムシャフトとを有する。

この内燃機関では、流量調整手段が開閉弁およびカムシャフトにより簡易に構成されるので、流量調整手段の構成が簡素化される利点がある。また、例えば、カムシャフトがエンジンの動弁機構に連動して駆動されることにより、エンジンの燃焼サイクルに応じた開閉弁の開閉制御（ボア間冷却水通路における冷却水の流量制御）が容易に実現される利点がある。

また、この発明にかかる内燃機関は、前記流量調整手段が、開閉動作により前記ボア間冷却水通路を開放あるいは閉止する開閉弁と、エンジンの燃焼室に連通すると共に前記開閉弁をスライド可能に収容する弁通路とを有し、且つ、前記燃焼室の圧力変化により前記開閉弁が前記弁通路内をスライド変位して開閉動作を行う。

この内燃機関では、燃焼室の圧力変化により開閉弁が駆動されるので、エンジンの燃焼サイクルに応じた開閉弁の開閉制御が容易に実現される利点がある。

この発明にかかる内燃機関によれば、この内燃機関では、ボア間冷却水通路を流通する冷却水の流量が調整可能なので、シリンダボア間の隔壁の温度を制御することが可能となる。これにより、常に略一定流量の冷却水がボア間冷却水通路に供給される構成と比較して、シリンダボア間の隔壁が適正に冷却される利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

［内燃機関］
図１は、この発明の実施例にかかる内燃機関の冷却構造を示す構成図である。図２〜図５は、図１に記載した内燃機関を示すＡ−Ａ視断面図（図２）および作用説明図（図３〜図５）である。図６〜図８は、図１に記載した内燃機関の変形例を示す構成図（図６）および作用説明図（図７および図８）である。

この内燃機関１は、シリンダブロック２と、シリンダヘッド３とを有する（図１および図２参照）。シリンダブロック２は、内燃機関１の本体を構成する部品であり、クランクケース（図示省略）および複数のシリンダ２１ａ、２１ｂを含む複数の部材が一体成形されて構成される。また、シリンダブロック２では、これらのシリンダ２１ａ、２１ｂが隣接しつつ直線的に配列される。また、各シリンダ２１ａ、２１ｂには、ピストン（図示省略）を収容するためのシリンダボア２２ａ、２２ｂがそれぞれ形成される（図２参照）。

また、これらのシリンダ２１ａ、２１ｂの外周には、ウォータージャケット（以下、ブロック側ウォータージャケットという。）２３が形成される。このブロック側ウォータージャケット２３は、複数のシリンダ２１ａ、２１ｂの外周を囲む冷却水通路（以下、ブロック側冷却水通路という。）２４を構成する。内燃機関１の稼働時には、このブロック側冷却水通路２４に冷却水が流通することにより、各シリンダ２１ａ、２１ｂが冷却される。なお、この実施例では、ブロック側ウォータージャケット２３がシリンダブロック２の上面（シリンダヘッド３との接合面）に開口している（オープンデッキ構造）。また、ブロック側冷却水通路２４が車両のラジエータ（図示省略）に接続されており、このラジエータから冷却水が供給される。

シリンダヘッド３は、シリンダブロック２の上部に配置されるカバー状の部品であり、シリンダブロック２に対してボルト（図示省略）により結合される。このシリンダヘッド３には、例えば、各シリンダ２１ａ、２１ｂに対応して燃焼室、吸気ポート、排気ポート、点火プラグ、動弁機構などが設けられる（図示省略）。

また、このシリンダヘッド３には、ウォータージャケット（以下、ヘッド側ウォータージャケットという。）３１が形成される（図１参照）。このヘッド側ウォータージャケット３１は、複数の燃焼室の周辺を囲む冷却水通路（以下、ヘッド側冷却水通路という。）３２を構成する。内燃機関１の稼働時には、このヘッド側冷却水通路３２に冷却水が流通することにより、各燃焼室の周辺（特に排気ポートの周辺）が冷却される。なお、この実施例では、ヘッド側冷却水通路３２が車両のラジエータに接続されており、このラジエータから冷却水が供給される。

［ボア間冷却水通路およびその開閉手段］
ここで、シリンダブロック２には、隣り合う一対のシリンダボア２２ａ、２２ｂ間の隔壁に冷却水通路（以下、ボア間冷却水通路という。）２５が形成される（図１および図２参照）。このボア間冷却水通路２５は、シリンダブロック２の上面に一方の開口部を有すると共に、ブロック側冷却水通路２４内に他方の開口部を有する。また、シリンダヘッド３には、このボア間冷却水通路２５（シリンダブロック２の上面側の開口部）とヘッド側冷却水通路３２とを連通させる連通孔３３が設けられる。これにより、ヘッド側冷却水通路３２とブロック側冷却水通路２４とがボア間冷却水通路２５（および連通孔３３）を介して連通する。なお、ボア間冷却水通路２５は、例えば、ドリル加工により形成される（ドリルドパッセージ）。

また、この内燃機関１では、流量調整手段４が設けられる（図１参照）。この流量調整手段４は、ボア間冷却水通路２５に流通する冷却水の流量を調整する機能を有する。例えば、流量調整手段４が開閉弁４１を有し、この開閉弁４１の開閉動作によりボア間冷却水通路２５の入口部（連通孔３３）が開放あるいは閉止される。これにより、ボア間冷却水通路２５に冷却水が供給され、あるいは、その供給が停止される。

かかる構成では、ボア間冷却水通路２５を流通する冷却水の流量が調整可能なので、シリンダボア２２ａ、２２ｂ間の隔壁の温度を制御することが可能となる。これにより、常に略一定流量の冷却水がボア間冷却水通路２５に供給される構成（特許文献１参照）と比較して、シリンダボア２２ａ、２２ｂ間の隔壁が適正に冷却される利点がある。具体的には、高温時には、隔壁を冷却することにより隔壁の温度を所定の上限温度（例えば、オイルの消費量が急激に悪化する温度）以下に維持し、低温時には、過冷却（冷却損失の増加による燃費悪化や性能低下）が生じないようにシリンダボア２２ａ、２２ｂ間の隔壁の冷却が抑制される。

上記の構成は、例えば、流量調整手段４が開閉弁４１とカムシャフト４２とを有することにより実現される（図１参照）。開閉弁４１は、開閉動作によりボア間冷却水通路２５を開放あるいは閉止する機能を有する。この開閉弁４１は、例えば、ヘッド側冷却水通路３２内の連通孔３３の開口部に配置される。また、開閉弁４１は、略Ｌ字状断面の板状部材から成り、その屈曲部を支点として変位することにより開閉動作を行う（図３および図４参照）。カムシャフト４２は、その回転により開閉弁４１の開閉タイミングを規制する機能を有する。このカムシャフト４２は、例えば、内燃機関１の動力の一部に連結されて駆動される。また、開閉弁４１とカムシャフト４２とは、中間機構（リフター４３およびプッシュロッド４４）を介して連結される。なお、開閉弁４１は、個別に設置されたアクチュエータ、その他の駆動源により駆動されてもよい。

そして、開閉弁４１の開弁時には、カムシャフト４２によりリフター４３が押し下げられてプッシュロッド４４が下降する（図３参照）。すると、このプッシュロッド４４により開閉弁４１が押されて、ヘッド側冷却水通路３２の入口部（連通孔３３）が開放される。これにより、冷却水がヘッド側冷却水通路３２からボア間冷却水通路２５に流入して、シリンダボア２２ａ、２２ｂ間の隔壁が冷却される。一方、開閉弁４１の閉弁時には、プッシュロッド４４が上昇して開閉弁４１が元の位置（開弁時の位置）に戻り、ヘッド側冷却水通路３２の入口部が閉止される（図４参照）。これにより、冷却水がヘッド側冷却水通路３２からボア間冷却水通路２５に流入しなくなり、隔壁の冷却が停止される。なお、ここでは、１回の燃焼サイクルにつきカムシャフト４２が１回転して開閉弁４１が１回のみ開弁（および閉弁）する。

かかる構成では、流量調整手段４が開閉弁４１およびカムシャフト４２により簡易に構成されるので、流量調整手段４の構成が簡素化される利点がある。また、例えば、カムシャフト４２がエンジンの動弁機構（図示省略）に連動して駆動されることにより、エンジンの燃焼サイクルに応じた開閉弁４１の開閉制御（ボア間冷却水通路２５における冷却水の流量制御）が容易に実現される利点がある。

なお、上記の流量調整手段４では、開閉弁４１の開弁時にはボア間冷却水通路２５に冷却水が供給され、開閉弁４１の閉弁時にはボア間冷却水通路２５への冷却水の供給が停止される（図３および図４参照）。しかし、これに限らず、流量調整手段４は、内燃機関１の稼働時にてボア間冷却水通路２５に常に冷却水を供給しつつ（冷却水の供給を停止することなく）、この冷却水の流量を開閉弁４１の開度制御により調整しても良い（図示省略）。

また、この内燃機関１では、上記のようにヘッド側冷却水通路３２とブロック側冷却水通路２４とがボア間冷却水通路２５を介して連通することが好ましい（図１参照）。かかる構成では、冷却水がヘッド側冷却水通路３２から（連通孔３３を介して）隔壁のボア間冷却水通路２５に導かれ、隔壁を冷却した後、ブロック側冷却水通路２４に還元される。これにより、既存の冷却水通路（ヘッド側冷却水通路３２とブロック側冷却水通路２４）を流れる冷却水を用いて、隔壁の冷却を行い得る利点がある。

［シリンダボア間の隔壁の冷却制御］
一般に４サイクルエンジンでは、シリンダボアの隔壁の温度Ｔが燃焼行程にて（燃焼直後から受熱により）急激に上昇し、また、雰囲気温度の低い吸気行程にて（吸気に伴う放熱により）急激に下降する（図５参照）。このため、隔壁の温度Ｔが１回の燃焼サイクル中にて上昇および下降を繰り返す。このとき、隔壁の温度Ｔが所定の上限温度（例えば、オイルが揮発する温度）Ｔ１よりも大きくなると、オイル消費量が急激に悪化する。また、隔壁の温度Ｔが所定の下限温度Ｔ２よりも小さくなると、過冷却により冷却損失が増加してエンジンの燃費悪化や性能低下が生じるおそれがある。

したがって、この内燃機関１では、流量調整手段４がシリンダボア２２ａ、２２ｂ間の隔壁の温度に応じてボア間冷却水通路２５への冷却水の流量を調整することが好ましい（図５参照）。例えば、隔壁の温度が上記の上限温度Ｔ１と下限温度Ｔ２との間にあるように、隔壁の冷却が行われる。かかる構成では、シリンダボア２２ａ、２２ｂ間の隔壁の過熱あるいは過冷却が効果的に防止される。これにより、シリンダボア２２ａ、２２ｂ間の隔壁がより適正に冷却される利点がある。

また、上記の観点から、エンジンの燃焼行程（および排気行程）におけるボア間冷却水通路２５への冷却水の流量がエンジンの吸気行程（および圧縮行程）における冷却水の流量よりも大きいことが好ましい。例えば、隔壁が高温となる燃焼行程および排気行程では、流量調整手段４の開閉弁４１が開放されてボア間冷却水通路２５に冷却水が供給される。逆に、過冷却が生じ易い吸気行程および圧縮行程では、開閉弁４１が閉止されてボア間冷却水通路２５への冷却水の供給が停止される（図５参照）。

なお、図５に示す例では、圧縮行程の途中にて開閉弁４１が開放（通水が開始）され、排気行程の終了と同時に開閉弁４１が閉止される。また、同図に示す従来例１では、シリンダボア間の隔壁に冷却水通路が設けられていない。また、同図に示す従来例２では、シリンダボア間の隔壁にボア間冷却水通路２５が設けられているが、このボア間冷却水通路２５に対して常に一定流量の冷却水が供給される。

上記の構成とすれば、シリンダボア２２ａ、２２ｂ間の隔壁が高温となる燃焼行程（および排気行程）にて隔壁の冷却が効果的に行われ、逆に、過冷却が生じ易い吸気行程（および圧縮行程）にて隔壁の温度Ｔの低下が抑制される。これにより、シリンダボア間の隔壁がエンジンの燃焼サイクルに応じて適正に冷却される利点がある。

［変形例］
なお、この内燃機関１では、流量調整手段４が以下のように構成されても良い（図６〜図８参照）。すなわち、流量調整手段４が、開閉動作によりボア間冷却水通路２５を開放あるいは閉止する開閉弁４５と、エンジンの燃焼室３４に連通すると共に開閉弁４５をスライド可能に収容する弁通路４６とを含み、且つ、燃焼室３４の圧力変化により開閉弁４５が弁通路４６内をスライド変位して開閉動作を行っても良い。

かかる構成では、例えば、シリンダヘッド３側に溝状の弁通路４６が形成される（図６参照）。また、シリンダヘッド３内にエンジンの燃焼室３４が形成され、この燃焼室３４と弁通路４６とが連通する。また、弁通路４６には、ボア間冷却水通路２５とヘッド側冷却水通路３２とが連通する。具体的には、弁通路４６の内壁面からヘッド側冷却水通路３２に向かって連通孔３３が開けられる。また、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との接合時にて、弁通路４６がボア間冷却水通路２５の開口部に位置する（ボア間冷却水通路２５に連通する）。

また、開閉弁４１が、弁通路４６の内径に応じた柱状部材から成り、その長手方向にスライド変位（往復運動）可能に弁通路４６内に収容される。また、開閉弁４１には、開閉弁４１が所定の位置にあるときにボア間冷却水通路２５とヘッド側冷却水通路３２側の連通孔３３とを連通させる孔４５１が設けられる。また、開閉弁４１が連通孔３３の底面にスプリングを介して係留される。

そして、内燃機関１の稼働時には、燃焼室３４の内圧変化により開閉弁４５が弁通路４６内をスライド変位する。例えば、燃焼行程にて燃焼室３４の内圧が増加すると開閉弁４５が弁通路４６の奥に押し込まれ（図７参照）、逆に、吸気行程にて燃焼室３４の内圧が減少すると開閉弁４５がスプリングの反発力により元の位置に戻される（図８参照）。そして、開閉弁４５が所定の位置にあるときに、ボア間冷却水通路２５とヘッド側冷却水通路３２側の連通孔３３とが開閉弁４５の孔４５１を介して連通する。これにより、冷却水がヘッド側冷却水通路３２からボア間冷却水通路２５に流入し、シリンダボア２２ａ、２２ｂ間の隔壁が冷却される。なお、開閉弁４５の孔４５１とボア間冷却水通路２５およびヘッド側冷却水通路３２との位置関係は、燃焼室３４の内圧（隔壁の温度Ｔ）に応じてボア間冷却水通路２５に適正に冷却水が供給されるように、適宜チューニングされる。

かかる構成では、燃焼室３４の圧力変化により開閉弁４５が駆動されるので、エンジンの燃焼サイクルに応じた開閉弁４１の開閉制御（ボア間冷却水通路２５における冷却水の流量制御）が容易に実現される利点がある。

以上のように、本発明にかかる内燃機関は、隣り合うシリンダボア間の隔壁を適正に冷却できる点で有用である。

この発明の実施例にかかる内燃機関の冷却構造を示す構成図である。図１に記載した内燃機関を示すＡ−Ａ視断面図である。図１に記載した内燃機関を示す作用説明図である。図１に記載した内燃機関を示す作用説明図である。図１に記載した内燃機関を示す作用説明図である。図１に記載した内燃機関の変形例を示す構成図である。図１に記載した内燃機関の変形例を示す作用説明図である。図１に記載した内燃機関の変形例を示す作用説明図である。

符号の説明

１内燃機関
２シリンダブロック
２１ａ、２１ｂシリンダ
２２ａ、２２ｂシリンダボア
２３ブロック側ウォータージャケット
２４ブロック側冷却水通路
２５ボア間冷却水通路
３シリンダヘッド
３１ヘッド側ウォータージャケット
３２ヘッド側冷却水通路
３３連通孔
３４燃焼室
４流量調整手段
４１開閉弁
４２カムシャフト
４３リフター
４４プッシュロッド
４５開閉弁
４５１孔
４６弁通路

Claims

複数のシリンダボアを有すると共に隣り合う一対の前記シリンダボア間の隔壁に冷却水通路（以下、ボア間冷却水通路と言う。）を有するシリンダブロックと、前記ボア間冷却水通路を流通する冷却水の流量を調整する流量調整手段とを含むことを特徴とする内燃機関。
前記流量調整手段が前記ボア間冷却水通路への冷却水の流量を調整することにより、エンジンの稼働時にて、前記シリンダボア間の隔壁の温度Ｔが所定の上限温度Ｔ１および所定の下限温度Ｔ２の範囲内に維持される請求項１に記載の内燃機関。
エンジンの燃焼行程における前記ボア間冷却水通路への冷却水の流量がエンジンの吸気行程における冷却水の流量よりも大きい請求項２に記載の内燃機関。
前記流量調整手段が、エンジンの燃焼行程では前記ボア間冷却水通路に冷却水を供給し、エンジンの吸気行程では前記ボア間冷却水通路への冷却水の供給を停止する請求項３に記載の内燃機関。
前記流量調整手段が、開閉動作により前記ボア間冷却水通路を開放あるいは閉止する開閉弁と、前記開閉弁の開閉タイミングを規制するカムシャフトとを有する請求項１〜４のいずれか一つに記載の内燃機関。
前記流量調整手段が、開閉動作により前記ボア間冷却水通路を開放あるいは閉止する開閉弁と、エンジンの燃焼室に連通すると共に前記開閉弁をスライド可能に収容する弁通路とを有し、且つ、前記燃焼室の圧力変化により前記開閉弁が前記弁通路内をスライド変位して開閉動作を行う請求項１〜４のいずれか一つに記載の内燃機関。