JP2010065627A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックを効率よく暖機するとともに、その暖機完了後のシリンダブロックおよびシリンダヘッドでの熱バランスの悪化を改善して燃費を向上させることができるエンジンの冷却装置を提供する。
【解決手段】ウォータポンプ11からの冷却水をシリンダヘッド12に供給する第１の流路21と、シリンダヘッド12に供給された冷却水をラジエータ31に供給する第２の流路22と、シリンダヘッドからの冷却水をＥＧＲクーラ32及び排気熱回収器33を介してシリンダブロックに供給する第３の流路23とを備える。そして、冷却水の温度がエンジン1の暖機完了温度未満であるときにラジエータからの第４の流路24を介した冷却水をウォータポンプに戻すように切り換える一方、冷却水の温度がエンジン1の暖機完了温度に達したときにシリンダブロックからの第５の流路25を介した冷却水をウォータポンプに戻すように切り換えるサーモスタット35を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの冷却装置に関し、詳しくは、シリンダブロックの効果的な暖機に加え、その暖機完了後のシリンダブロックおよびシリンダヘッドでの熱バランスの悪化を改善して燃費を向上させる対策に係る。

従来より、エンジンの冷却装置としては、種々の形態のものが提案されており、例えば、下記の特許文献１に示すように、冷却水をシリンダブロックに供給する第１の流路と、冷却水をシリンダヘッドに供給する第２の流路と、この第２の流路に介設された蓄熱器とを備え、少なくともエンジンの暖機が完了した温間時には、シリンダブロックに冷却水を第１の流路を介して供給する一方、少なくともエンジンの暖機が完了していない冷間時には、シリンダヘッドに蓄熱器で加温された冷却水を第２の流路を介して供給している。この場合、エンジンの冷間時には、蓄熱器から放出される熱をシリンダヘッドに円滑に伝達してシリンダヘッドの集中的な暖機が行われるようにしている。

ところで、エンジンは、暖機が完了していない冷間時にはフリクションが大きい等の問題があることから、特に、シリンダボアやピストン、クランクシャフト等の摺動部を有するシリンダブロックでは、効率のよい運転を実現するために早期での暖機の完了が望まれている。

その場合、上記のもののように、シリンダヘッドの集中的な暖機を行っているものでは、シリンダブロックの早期の暖機完了が望めない。

そこで、図３に示すように、排気熱回収器などの熱デバイスにより加温された冷却水をシリンダブロックに優先的に供給してシリンダブロックの早期の暖機完了が行えるようにしたものが提案されている。具体的には、ウォータポンプａからの冷却水をシリンダブロックｂに供給する第１の流路ｃを備え、このシリンダブロックｂからの冷却水を連通孔ｋ，ｋ，…を介してシリンダヘッドｄに供給した後、シリンダヘッドｄからの冷却水を、ラジエータｅが介設された第２の流路ｆと、冷却水と熱交換可能な熱デバイスｇが介設された第３の流路ｈと、ラジエータｅおよび熱デバイスｇをバイパスする第４の流路ｉとにそれぞれ分配する。そして、第２の流路ｆからの冷却水、または第３および第４の流路ｈ，ｉからの冷却水をウォータポンプａ側に戻すように流路を切り換える流路切換手段ｊによって、冷却水の温度がエンジンの暖機完了温度未満である冷間時に第３および第４の流路ｈ，ｉからの冷却水がウォータポンプａに戻される一方、冷却水の温度がエンジンの暖機完了温度に達した温間時に第２の流路ｆからの冷却水をウォータポンプａに戻されるようにしている。このものでは、流路切換手段ｊを、冷却水の温度がエンジンの暖機完了温度未満である冷間時に第３および第４の流路ｈ，ｉからの冷却水をウォータポンプａに戻すように切り換えることで、シリンダヘッドｄから第３の流路ｈに供給された冷却水が熱デバイスｇにより加温された状態でウォーターポンプａに戻された直後に第１の流路ｃを介してシリンダブロックｂに供給されることになり、熱デバイスｇにより加温された冷却水によってシリンダブロックｂの早期の暖機完了が行えるようにしている。この場合、第４の流路ｉからの冷却水は、第３の流路からの冷却水と合流している。
特開平６−１８５３５９号公報

ところが、上記提案のものにおいても、以下に述べるような課題が存在する。つまり、シリンダヘッドｄから第３の流路ｈに供給された冷却水が熱デバイスｇにより加温されてはいるものの、熱デバイスｇをバイパスする第４の流路ｉからの冷却水と合流しているため、熱デバイスｇにより加温された第３の流路ｈからの冷却水の温度が第４の流路ｉからの冷却水との合流によって低下することが否めず、熱デバイスｇによる冷却水の加温効果をシリンダブロックｂの暖機に効率よく結びつけることができない。

また、シリンダブロックｂからの冷却水が、その冷却水の温度とは無関係に各連通孔ｋを介してシリンダヘッドｄに対し常時ダイレクトに供給されるため、暖機完了後にシリンダブロックｂからの熱を受けた冷却水によってシリンダヘッドｄの高温化に拍車がかかるおそれがある。このため、暖機完了後に高温化傾向となるシリンダヘッドｄとシリンダブロックｂとの間での熱バランスが悪化し、シリンダヘッドｄのカムシャフトの摺動部での油膜切れなどによって燃費の悪化を招くおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリンダブロックを効率よく暖機するとともに、その暖機完了後のシリンダブロックおよびシリンダヘッドでの熱バランスの悪化を改善して燃費を向上させることができるエンジンの冷却装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、ウォータポンプからの冷却水をシリンダヘッドに供給する第１の流路と、上記シリンダヘッドに供給された冷却水をラジエータに供給する第２の流路と、上記シリンダヘッドに供給された冷却水をその冷却水との熱交換可能な熱デバイスを介してシリンダブロックに供給する第３の流路と、上記ラジエータからの冷却水を上記ウォータポンプ側に戻す第４の流路と、上記シリンダブロックからの冷却水を上記ウォータポンプ側に戻す第５の流路とを備える。そして、冷却水の温度がエンジンの暖機完了温度未満であるときに上記第５の流路を上記ウォータポンプに対し連通するように切り換える一方、冷却水の温度がエンジンの暖機完了温度に達したときに上記第４の流路を上記ウォータポンプに対し連通するように切り換える流路切換手段を備えている。

この特定事項により、シリンダヘッドからの冷却水は、第３の流路の熱デバイスにより加温されてそのままシリンダブロックに供給されるので、他の流路からの冷却水と合流することなく短い経路で熱デバイスにより加温された第３の流路からの冷却水が温度低下することなくシリンダブロックに供給される。これにより、熱デバイスによる冷却水の昇温効果がシリンダブロックの暖機に効率よく結びつけられ、シリンダブロックを効率よく暖機することが可能となる。

しかも、冷却水の温度がエンジンの暖機完了温度未満であるとき、第５の流路（シリンダブロック）からの冷却水は、流路切換手段を介してウォータポンプに戻された後、このウォータポンプから第１の流路を介してシリンダヘッドに供給される一方、冷却水の温度がエンジンの暖機完了温度に達したとき、第４の流路（ラジエータ）からの冷却水が流路切換手段を介してウォータポンプに戻された後、このウォータポンプから第１の流路を介してシリンダヘッドに供給されるので、シリンダブロックからの冷却水が連通孔を介してシリンダヘッドに対し常時ダイレクトに供給されていたもののように、暖機完了後にシリンダヘッドの高温化に拍車がかかることがなく、ラジエータにより冷却された第４の流路からの冷却水がシリンダヘッドに供給されることになる。これにより、暖機完了後にシリンダヘッドとシリンダブロックとの間での熱バランスの悪化が改善され、シリンダヘッドのカムシャフトの摺動部での油膜切れなどが回避されて燃費を向上させることが可能となる。

また、ウォータポンプとして電動式ウォータポンプを適用した場合には、エンジンアイドリング時などの空吹かしによってクランクシャフトに駆動連結された機械式ウォータポンプのようにウォータポンプの吐出量が増大することがなく、安定した吐出量を確保することが可能となる。

以上、要するに、シリンダヘッドからの冷却水を第３の流路の熱デバイスにより加温したままシリンダブロックに供給することで、シリンダヘッドからの冷却水を短い経路で温度低下させることなくシリンダブロックに供給し、熱デバイスによる冷却水の昇温効果をシリンダブロックの暖機に効率よく結びつけて、シリンダブロックを効率よく暖機することができる。しかも、冷却水の温度がエンジンの暖機完了温度に達したときに第４の流路を介したラジエータからの冷却水を第１の流路を介してシリンダヘッドに供給することで、暖機完了後にシリンダヘッドの高温化に拍車がかかることをなくして、暖機完了後にシリンダヘッドとシリンダブロックとの間での熱バランスの悪化を改善し、シリンダヘッドのカムシャフトの摺動部での油膜切れなどを回避して燃費を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２は本発明の実施形態に係るエンジンの冷却装置を模式的に示す説明図である。この図１および図２において、エンジン１は、直列４気筒タイプのエンジンであって、図示しないクランクシャフトの回転を動力源として駆動されるウォータポンプ１１と、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１３とを備えている。ウォータポンプ１１は、図示しないクランクシャフトにチェーンを介して連結された機械駆動式のものであって、エンジン１（シリンダヘッド１２およびシリンダブロック１３）のフロント側（図１では左側）に装着されるチェーンケース１４（図１に表れる）の下部に一体的に設けられている。シリンダヘッド１２の内部には、冷却水が流通するヘッド流路１２１が設けられている。このヘッド流路１２１は、図示しない燃焼室を迂回するようにフロント側とリヤ側（図１では右側）との間を左右両側に沿って延びて略環状に形成されている。また、シリンダブロック１３の内部には、冷却水が流通するブロック流路１３１が設けられている。このブロック流路１３１は、各気筒１０を迂回するようにフロント側とリヤ側との間を左右両側に沿って延びて略環状に形成されている。更に、シリンダヘッド１２の内部には、フロント側面よりヘッド流路１２１に向かって延びるフロント流路１２２が設けられている。このフロント流路１２２の上流端は、ウォータポンプ１１の吐出口１１１（図２に表れる）に上流端が連結されて上方へ延びる第１の流路２１の下流端（図１では上端）に接続されている。この第１の流路２１は、チェーンケース１４に一体的に設けられている。そして、ウォータポンプ１１の吐出口１１１（図２に表れる）より吐出された冷却水は、第１の流路２１からフロント流路１２２を介してシリンダヘッド１２に供給つまりヘッド流路１２１に供給されている。

また、ヘッド流路１２１のリヤ側端には、ヘッド流路１２１に供給された冷却水をラジエータ３１に供給する第２の流路２２の上流端と、ヘッド流路１２１に供給された冷却水をその冷却水との熱交換可能な熱デバイスとしてのＥＧＲクーラ３２および排気熱回収器３３を介してシリンダブロック１３に供給つまりブロック流路１３１に供給する第３の流路２３の上流端とがそれぞれ接続されている。この第２の流路２２の下流端は、ラジエータ３１の導入口３１１に接続されている。また、第３の流路２３の下流端は、ブロック流路１３１のリヤ側端に接続されている。この場合、ヘッド流路１２１のリヤ側端に接続された第２の流路２２および第３の流路２３には、ヘッド流路１２１からの冷却水がそれぞれ導出されるが、その冷却水の導出量は、後述するサーモスタット３５の弁の切換により調整される。

ＥＧＲクーラ３２および排気熱回収器３３とは、第３の流路２３において並列に連結されている。そして、ＥＧＲクーラ３２および排気熱回収器３３では、ヘッド流路１２１から第３の流路２３に供給された冷却水が排気ガスとの熱交換により昇温されるようになっている。また、第３の流路２３のＥＧＲクーラ３２および排気熱回収器３３よりも上流側、つまり第３の流路２３の並列部位よりも上流側には、ヒータコア３４が介設されており、ヘッド流路１２１に供給された冷却水との熱交換によりヒータコア３４が加温されるようになっている。そして、ヘッド流路１２１から第３の流路２３のＥＧＲクーラ３２および排気熱回収器３３との熱交換により昇温された冷却水は、ブロック流路１３１に供給される。

更に、ラジエータ３１の導出口３１２には、このラジエータ３１からの冷却水をウォータポンプ１１側に戻す第４の流路２４の上流端が接続されている。この第４の流路２４の下流端は、流路切換手段としてのサーモスタット３５のラジエータ導入口３５１（図２に表れる）に接続され、ラジエータ３１からの冷却水がサーモスタット３５内に導入されるようになっている。このサーモスタット３５は、図示しないサーモワックスの伸縮に同期して開閉する弁を内部に備えている。また、シリンダブロック１３には、ブロック流路１３１からの冷却水をウォータポンプ１１側に戻す第５の流路２５の上流端が接続されている。この第５の流路２５の下流端は、サーモスタット３５のブロック導入口３５２（図２に表れる）に接続され、シリンダブロック１３からの冷却水がサーモスタット３５内に導入されるようになっている。このサーモスタット３５には、サーモスタット３５内に導入された冷却水をウォータポンプ１１に導出する導出口３５３（図２に表れる）が設けられ、この導出口３５３には、下流端がウォータポンプ１１の導入口１１２に接続された第６の流路２６の上流端が接続されている。そして、サーモスタット３５は、冷却水の温度がエンジン１の暖機完了温度（例えば８０°Ｃ）未満であるときに第５の流路２５をウォータポンプ１１に対し連通させるように弁によって切り換えられる一方、冷却水の温度がエンジン１の暖機完了温度に達したときに第４の流路２４をウォータポンプ１１に対し連通させるように弁によって切り換えられる。

したがって、上記実施形態では、シリンダヘッド１２のヘッド流路１２１からの冷却水は、第３の流路２３に介設されたＥＧＲクーラ３２および排気熱回収器３３との熱交換により加温されてそのままシリンダブロック１３のブロック流路１３１に供給されるので、他の流路からの冷却水と合流することなく短い経路でＥＧＲクーラ３２および排気熱回収器３３により加温された第３の流路２３からの冷却水が温度低下することなくシリンダブロック１３（ブロック流路１３１）に供給される。これにより、ＥＧＲクーラ３２および排気熱回収器３３による冷却水の昇温効果がシリンダブロック１３の暖機に効率よく結びつけられ、シリンダブロック１３を効率よく暖機することができる。

しかも、冷却水の温度がエンジン１の暖機完了温度未満であるとき、第５の流路２５（ブロック流路１３１）からの冷却水は、サーモスタット３５を介してウォータポンプ１１に戻された後、このウォータポンプ１１から第１の流路２１およびフロント流路１２２を介してシリンダヘッド１２（ヘッド流路１２１）に供給される一方、冷却水の温度がエンジン１の暖機完了温度に達したとき、第４の流路２４（ラジエータ３１）からの冷却水がサーモスタット３５を介してウォータポンプ１１に戻された後、このウォータポンプ１１から第１の流路２１およびフロント流路１２２を介してシリンダヘッド１２に供給されるので、シリンダブロックからの冷却水が連通孔を介してシリンダヘッドに対し常時ダイレクトに供給されていたもののように、暖機完了後にシリンダヘッド１２の高温化に拍車がかかることがなく、ラジエータ３１により冷却された第４の流路２４からの冷却水がシリンダヘッド１２に供給されることになる。これにより、暖機完了後にシリンダヘッド１２とシリンダブロック１３との間での熱バランスの悪化が改善され、シリンダヘッド１２のカムシャフトの摺動部での油膜切れなどが回避されて燃費を向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、機械式のウォータポンプ１１を用いたが、電動式のウォータポンプが用いられていてもよい。この場合には、エンジンのアイドリング時などの空吹かしによってクランクシャフトに駆動連結された機械式ウォータポンプのようにウォータポンプの吐出量が増大することがなく、安定した吐出量を確保することが可能となる。

また、上記実施形態では、第１の流路２１をチェーンケース１４に一体的に設けたが、シリンダブロックの内部をブロック流路をバイパスしつつシリンダヘッド側（上方）へ延ばして第１の流路が構成されていてもよい。

更に、上記実施形態では直列４気筒タイプのエンジンに適用した場合について述べたが、直列６気筒タイプまたはＶ型エンジンや水平対向エンジンにも適用できるのはいうまでもない。

本発明の実施形態に係るエンジンの冷却装置の概略構成を示す斜視図である。 エンジンの冷却装置の概略構成を示す平面図である。 従来例に係るエンジンの冷却装置の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ エンジン
１１ ウォータポンプ
１２ シリンダヘッド
１３ シリンダブロック
２１ 第１の流路
２２ 第２の流路
２３ 第３の流路
２４ 第４の流路
２５ 第５の流路
３１ ラジエータ
３２ ＥＧＲクーラ（熱デバイス）
３３ 排気熱回収器（熱デバイス）
３５ サーモスタット（流路切換手段）

Claims (3)

1. ウォータポンプからの冷却水をシリンダヘッドに供給する第１の流路と、
   上記シリンダヘッドに供給された冷却水をラジエータに供給する第２の流路と、
   上記シリンダヘッドに供給された冷却水をその冷却水との熱交換可能な熱デバイスを介してシリンダブロックに供給する第３の流路と、
   上記ラジエータからの冷却水を上記ウォータポンプ側に戻す第４の流路と、
   上記シリンダブロックからの冷却水を上記ウォータポンプ側に戻す第５の流路と、
   冷却水の温度がエンジンの暖機完了温度未満であるときに上記第５の流路を上記ウォータポンプに対し連通するように切り換える一方、冷却水の温度がエンジンの暖機完了温度に達したときに上記第４の流路を上記ウォータポンプに対し連通するように切り換える流路切換手段と
   を備えていることを特徴とするエンジンの冷却装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの冷却装置において、
   上記流路切換手段としては、サーモスタットが適用されていることを特徴とするエンジンの冷却装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のエンジンの冷却装置において、
   上記ウォータポンプとしては、電動式ウォータポンプが適用されていることを特徴とするエンジンの冷却装置。

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