JP2009052439A - ウォータジャケット使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォータジャケット使用方法において、横流しと縦流しとを切り替えて使用することで、横流し及び縦流しの両方の有利な点を共存させる技術を提供する。
【解決手段】多気筒内燃機関内部に形成されるウォータジャケット１について、各気筒区分間に冷却水を気筒が直列に並んだ気筒列に対し略直交する方向で流す横流しと、気筒列の側部に冷却水を気筒列に沿った方向で流す縦長しと、を切り替えて使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多気筒内燃機関の内部に形成され、冷却水を流通させることで機関内部を冷却するウォータジャケットの使用方法に関する。

一般に、多気筒内燃機関のシリンダヘッドのウォータジャケットの構造としては、ウォータジャケットの冷却水通路を気筒列に対して略直交する方向に形成し、冷却水をそれら気筒列に対して略直交する方向に流すことで、各気筒を並列的に冷却する、いわゆる横流しの構造が知られている。また、ウォータジャケットの冷却水通路を気筒列に沿った方向に形成し、冷却水を該気筒列に沿った方向に流すことで、各気筒を直列的に順次冷却する、いわゆる縦流しの構造が知られている。

さらには、シリンダボア間に形成した連通路に冷却水を通過させやすくするために、冷却水通路と連通路との各分流部位に水流に方向性を付与する整流壁を設ける技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、シリンダヘッドの冷却水通路に排気ポートと吸気ポートとの間を通る横流し通路及びこの横流し通路の下流部と連通する縦流し通路を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−１９６４４９号公報 特開２０００−３０３９０３号公報

ところで、ウォータジャケットの横流しの構造においては、縦流しの構造に対して、吸排気弁間やインジェクタの冷却の点で若干有利であり、気筒間冷却ばらつきの点でもばらつきが少なく有利であり、ウォータジャケットの圧力損失の点でも圧力損失が少なく有利である。

これに対し、ウォータジャケットの縦流しの構造においては、横流しの構造に対して、シリンダブロックに冷却水をほとんど流さず冷却水を淀ませておきシリンダヘッドにだけ冷却水を流して冷却を行う場合に有利である。

このため、ウォータジャケットは、内燃機関の高出力時には、横流しの構造が有利であり、また、機関暖機時のような低燃費及び低温時の燃焼安定化には、縦流しの構造が有利である。

このようなことから、ウォータジャケットの横流しの構造及び縦流しの構造の両方の有利な点を共存させることが望まれていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウォータジャケット使用方法において、横流しと縦流しとを切り替えて使用することで、横流し及び縦流しの両方の有利な点を共存させる技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
多気筒内燃機関内部に形成されるウォータジャケットについて、
各気筒区分間に冷却水を気筒が直列に並んだ気筒列に対し略直交する方向で流す横流しと、
前記気筒列の側部に冷却水を前記気筒列に沿った方向で流す縦長しと、
を切り替えて使用することを特徴とするウォータジャケット使用方法である。

また、本発明は、
多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部に形成されるウォータジャケットについて、
各気筒の２つの排気ポート間を冷却水に通過させると共に各気筒のインジェクタの収容穴及び２つの吸気ポートを囲んだ周りを冷却水に巡らせて、冷却水を気筒が直列に並んだ気筒列に対し略直交する方向で流す横流しと、
各気筒のインジェクタの収容穴及び２つの吸気ポートを囲んだ部位が気筒数連続する部分の両側を冷却水に通過させて、冷却水を前記気筒列に沿った方向で流す縦長しと、
を切り替えて使用することを特徴とするウォータジャケット使用方法である。

本発明によると、ウォータジャケットについて横流しが有利である内燃機関の高出力時には横流しを使用し、ウォータジャケットについて縦流しが有利である機関暖機時のような低燃費及び低温時の燃焼安定化には縦流しを使用することができる。したがって、横流しと縦流しとを切り替えて使用することで、横流し及び縦流しの両方の有利な点を共存させることができる。

前記横流しの際には、シリンダブロックの側壁内部に形成される気筒数の冷却水通路から前記シリンダヘッド内部に形成される前記ウォータジャケットの各気筒の２つの前記排気ポート間よりも気筒中心に対して外側へ冷却水を供給し、前記縦流しの際には、前記シリンダブロックをバイパスして前記シリンダヘッド内部に形成される前記ウォータジャケットの前記気筒列に沿った方向の端部へ冷却水を供給するとよい。

本発明によると、ウォータジャケットに流通させる冷却水の供給部を横流しの場合と縦流しの場合とで変更することで、ウォータジャケットについて横流しと縦流しとを切り替えさせることができる。

本発明によると、ウォータジャケット使用方法において、横流しと縦流しとを切り替えて使用することで、横流し及び縦流しの両方の有利な点を共存させることができる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係るウォータジャケット使用方法を適用するウォータジャケットの平面断面構造を示す図である。図１に示すウォータジャケット１は、４つの気筒＃１〜＃４を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である内燃機関のシリンダヘッド内部に区画形成されている。ここで、この内燃機関は、図示前側（Ｆｒ）から順に４つの気筒＃１〜＃４が直列的に並んでいる。４つの気筒＃１〜＃４が直列的に並んだ方向を気筒列に沿った方向という。

ウォータジャケット１が形成されるシリンダヘッドには、シリンダヘッドの下部に配置されるシリンダブロックの各気筒＃１〜＃４に対応して、図１に破線で示すように、一対の吸気ポート２及び一対の排気ポート３が気筒ごとに形成されており、これら４つのポート２，３の中央にはインジェクタを収容するための収容穴４が気筒ごとに形成されている。

そして、ウォータジャケット１は、各気筒＃１〜＃４の一対の排気ポート３間をそれぞ
れ通過する排気ポート間通路５と、各気筒＃１〜＃４の排気ポート３とインジェクタを収容する収容穴４及び吸気ポート２との間をそれぞれ通過する吸排気ポート間通路６と、各気筒＃１〜＃４の吸気ポート２の隣接位置において各気筒間を通過する気筒間通路７と、各気筒＃１〜＃４の排気ポート３とは反対側の吸気ポート２の外側を通過する吸気ポート外側通路８と、を有する。

また、ウォータジャケット１には、各排気ポート間通路５にそれぞれ冷却水を流入させるための４つの第１流入口９が設けられている。この第１流入口９は、シリンダブロックの側壁内部に形成される気筒数（ここでは４つ）に応じた冷却水通路から排気ポート間通路５の気筒中心に対して外側へ冷却水を導いている。

一方、ウォータジャケット１には、ウォータジャケット１の気筒列に沿った方向において気筒＃４後方の後端部に冷却水を流入させるための１つの第２流入口１０が設けられている。この第２流入口１０は、シリンダブロックをバイパスしてウォータジャケット１の気筒列に沿った方向において気筒＃４後方の後端部へ冷却水を導いている。

さらに、ウォータジャケット１には、ウォータジャケット１の気筒列に沿った方向において気筒＃１前方の前端部に冷却水を流出させるための流出口１１が設けられている。この流出口１１は１つだけであり、ウォータジャケット１を流通した冷却水は最終的に流出口１１から排出される。

次に、図２を用いてこのウォータジャケット１に冷却水を供給するシステムについて説明する。図２は、本実施例に係るウォータジャケット１への冷却水供給システムを示す図である。

車両内の各種機器を循環した冷却水は、ラジエータ２１で放熱された後やリザーブタンク２２に貯留されていたものがウォータポンプ２３にて加圧吐出され、サーモスタット２４を介して内燃機関２５に供給される。

ここで、サーモスタット２４では、内燃機関２５の温度によって、冷却水を内燃機関２５のシリンダブロック２６へ導入するか、冷却水にシリンダブロック２６をバイパスさせて冷却水をシリンダヘッド２７へ導入するか切り替える。すなわち、サーモスタット２４は、内燃機関２５が通常運転時のような比較的高温の場合には、冷却水をシリンダブロック２６へ導入し、内燃機関２５が機関暖機時のような比較的低温の場合には、冷却水にシリンダブロック２６をバイパスさせて冷却水をシリンダヘッド２７へ導入する。

なお、冷却水にシリンダブロック２６をバイパスさせるとは、冷却水をシリンダブロック２６内部の冷却に用いないことをいう。冷却水にシリンダブロック２６をバイパスさせる方法としては、例えばシリンダブロック２６外部の冷却水通路に冷却水を流通させてシリンダヘッド２７へ導入する方法や、シリンダブロック２６内部を冷却しない位置でシリンダブロック２６内部に形成された冷却水通路に冷却水を流通させてシリンダヘッド２７へ導入する方法を用いることができる。

そして、内燃機関２５が比較的高温でサーモスタット２４によってシリンダブロック２６へ導入された冷却水は、シリンダブロック２６内部を冷却し、シリンダブロック２６の側壁内部に形成される気筒数（ここでは４つ）に応じた冷却水通路を登っていき、シリンダヘッド２７内部に形成されたウォータジャケット１の第１流入口９へ至る。

一方、内燃機関２５が比較的低温でサーモスタット２４によってシリンダブロック２６をバイパスしてシリンダヘッド２７へ導入された冷却水は、シリンダヘッド２７内部に形
成されたウォータジャケット１の第２流入口１０へ至る。

結局、ウォータジャケット１は、サーモスタット２４の切り替えによって冷却水が供給される供給口が第１流入口９か第２流入口１０かに切り替えられることになる。

なお、ウォータポンプ２３にて加圧吐出された冷却水は、サーモスタット２４以外に、差圧弁２８を介して内燃機関２５に供給されるようになっている。差圧弁２８は、内燃機関２５が機関暖機時のような比較的低温の場合であっても内燃機関２５が高出力になると開弁し、冷却水をシリンダブロック２６へ導入する。差圧弁２８が開弁してシリンダブロック２６へ導入された冷却水は、シリンダブロック２６内部を冷却し、シリンダブロック２６の側壁内部に形成される気筒数（ここでは４つ）に応じた冷却水通路を登っていき、シリンダヘッド２７内部に形成されたウォータジャケット１の第１流入口９へ至る。また、差圧弁２８が閉弁している時は、冷却水の流れを遮断するので、冷却水が差圧弁２８を通過して内燃機関２５に供給されることはない。

このため、ウォータジャケット１は、差圧弁２８が開弁することによって、冷却水が供給される供給口が第２流入口１０から第１流入口９へ切り替えられる場合がある。

次に、図３、図４を用いてウォータジャケット１に冷却水が流通する状態を説明する。図３は、本実施例に係るウォータジャケット１の第１流入口９から冷却水が流入する場合の冷却水の流れを示す図であり、図４は、本実施例に係るウォータジャケット１の第２流入口１０から冷却水が流入する場合の冷却水の流れを示す図である。

ここではまず、図３を用いて第１流入口９から冷却水が流入する場合を説明する。内燃機関２５が通常運転時のような比較的高温の場合には、サーモスタット２４によって冷却水をシリンダブロック２６へ導入し第１流入口９へ至らせる。また、内燃機関２５が機関暖機時のように比較的低温であっても内燃機関２５が高出力になる場合には、差圧弁２８が開弁して冷却水をシリンダブロック２６へ導入して第１流入口９へ至らせる。

そして、ウォータジャケット１において、冷却水は、矢印ａのように第１流入口９から排気ポート間通路５をインジェクションの収容穴４手前まで流通する。排気ポート間通路５を流通した冷却水は、矢印ｂのようにインジェクションの収容穴４手前で排気ポート間通路５とつながった吸排気ポート間通路６に左右に分かれて流通する。吸排気ポート間通路６を流通した冷却水は、矢印ｃのように隣接する気筒から吸排気ポート間通路６を流通する冷却水の流れと合流して気筒間通路７を流通する。気筒間通路７を流通した冷却水は、気筒間通路７とつながった吸気ポート外側通路８へ流通し、矢印ｄのように気筒列に沿った方向において気筒＃１側の前方へ流れ、最終的に流出口１１へ至る。

この図３に示すように、各気筒区分間に冷却水を気筒列に対し略直交する方向で並列的に流すことを横流しという。本実施例での横流しは、各気筒＃１〜＃４の２つの排気ポート３間を冷却水に通過させると共に各気筒＃１〜＃４のインジェクタの収容穴４及び２つの吸気ポート２を囲んだ周りを冷却水に巡らせて、冷却水を気筒列に対し略直交する方向で流している。

このような横流しは、後述する縦流しに対して、吸排気弁間やインジェクタの冷却の点で若干有利であり、気筒間冷却ばらつきの点でもばらつきが少なく有利であり、ウォータジャケット１の圧力損失の点でも圧力損失が少なく有利である。

なお、ウォータジャケット１には、気筒＃４の排気ポート３とは反対側の吸気ポート２の外側において、シリンダブロック２６の側壁内部に形成される冷却水通路から冷却水が
登ってくる第３流入口１２が設けられている。横流しの場合には、この第３流入口１２からも冷却水がウォータジャケット１へ流入しており、これによって吸気ポート外側通路８では冷却水が矢印ｄのように気筒列に沿った方向において気筒＃１側の前方へ一直線に流れるようになっている。

また、ウォータジャケット１の吸排気ポート間通路６と気筒間通路７との接続部には、このウォータジャケット１よりも上部の他のウォータジャケットへ連通された連通孔１３が設けられている。この連通孔１３から冷却水が他のウォータジャケットに流出することにより、吸排気ポート間通路６から気筒間通路７へ合流する矢印ｂから矢印ｃへの流れを良くしている。

次に、図４を用いて第２流入口１０から冷却水が流入する場合を説明する。内燃機関２５が機関暖機時のような比較的低温の場合には、サーモスタット２４によって冷却水にシリンダブロック２６をバイパスさせて冷却水を第２流入口１０へ至らせる。

そして、ウォータジャケット１において、冷却水は、矢印ｅのように第２流入口１０から気筒列に沿った方向において気筒＃４後方の気筒間通路７を当該気筒間通路７の両端へ向けて左右に分かれて流通する。気筒間通路７を流通した冷却水は、第１に、矢印ｆのように気筒間通路７とつながった吸気ポート外側通路８へ流通し、気筒列に沿った方向において気筒＃１側の前方へ流れ、流出口１１へ至る。また、第２に、矢印ｇのように気筒間通路７とつながった吸排気ポート間通路６へ流通し、気筒列に沿った方向において気筒＃１側の前方へ流れ、流出口１１へ至る。

この図４に示すように、気筒列の側部に冷却水を気筒列に沿った方向で直列的に流すことを縦長しという。本実施例での縦流しは、各気筒のインジェクタの収容穴４及び２つの吸気ポート２を囲んだ部位が４つ連続する部分の両側の吸気ポート外側通路８及び吸排気ポート間通路６を冷却水に直列的に通過させて、冷却水を気筒列に沿った方向で流している。

なお、縦流しの際には、シリンダブロック２６に冷却水をほとんど流さずシリンダブロック２６内部に冷却水を淀ませている。このため、ウォータジャケット１には、第１流入口９及び第３流入口１２から冷却水はほとんど流入しない。

このような縦流しは、横流しに対して、シリンダブロック２６に冷却水をほとんど流さず冷却水を淀ませておきシリンダヘッド２７にだけ冷却水を流して冷却を行う場合に有利である。

以上説明したように本実施例では、ウォータジャケット１について横流しが有利である内燃機関２５の高出力時には横流しを使用し、ウォータジャケット１について縦流しが有利である機関暖機時のような低燃費及び低温時の燃焼安定化には縦流しを使用することができる。したがって、横流しと縦流しとを切り替えて使用することで、横流し及び縦流しの両方の有利な点を共存させることができる。

本発明に係るウォータジャケット使用法は、上述の実施例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内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係るウォータジャケットの平面断面構造を示す図である。 実施例１に係るウォータジャケットへの冷却水供給システムを示す図である。 実施例１に係るウォータジャケットの横流しの状態を示す図である。 実施例１に係るウォータジャケットの縦流しの状態を示す図である。

符号の説明

１ ウォータジャケット
２ 吸気ポート
３ 排気ポート
４ 収容穴
５ 排気ポート間通路
６ 吸排気ポート間通路
７ 気筒間通路
８ 吸気ポート外側通路
９ 第１流入口
１０ 第２流入口
１１ 流出口
１２ 第３流入口
１３ 連通孔
２１ ラジエータ
２２ リザーブタンク
２３ ウォータポンプ
２４ サーモスタット
２５ 内燃機関
２６ シリンダブロック
２７ シリンダヘッド
２８ 差圧弁

Claims (3)

1. 多気筒内燃機関内部に形成されるウォータジャケットについて、
   各気筒区分間に冷却水を気筒が直列に並んだ気筒列に対し略直交する方向で流す横流しと、
   前記気筒列の側部に冷却水を前記気筒列に沿った方向で流す縦長しと、
   を切り替えて使用することを特徴とするウォータジャケット使用方法。
2. 多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部に形成されるウォータジャケットについて、
   各気筒の２つの排気ポート間を冷却水に通過させると共に各気筒のインジェクタの収容穴及び２つの吸気ポートを囲んだ周りを冷却水に巡らせて、冷却水を気筒が直列に並んだ気筒列に対し略直交する方向で流す横流しと、
   各気筒のインジェクタの収容穴及び２つの吸気ポートを囲んだ部位が気筒数連続する部分の両側を冷却水に通過させて、冷却水を前記気筒列に沿った方向で流す縦長しと、
   を切り替えて使用することを特徴とするウォータジャケット使用方法。
3. 前記横流しの際には、シリンダブロックの側壁内部に形成される気筒数の冷却水通路から前記シリンダヘッド内部に形成される前記ウォータジャケットの各気筒の２つの前記排気ポート間よりも気筒中心に対して外側へ冷却水を供給し、
   前記縦流しの際には、前記シリンダブロックをバイパスして前記シリンダヘッド内部に形成される前記ウォータジャケットの前記気筒列に沿った方向の端部へ冷却水を供給することを特徴とする請求項２に記載のウォータジャケット使用方法。
   

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