JP2010185298A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 機関本体とラジエータとの間に冷却水を循環させることで、内燃機関を冷却するようにした冷却装置であって、機関本体の始動時から暖機完了までの間、冷却水回路中に混入するエアを大気に抜いて暖機完了後の機関本体の冷却効率を向上させる。
【解決手段】 機関の始動から暖機完了まではサーモスタットＴＳの遮断によりラジエータＲＡを循環させない冷却水をバイパス通路４３を介してウオータジャケット１５，１６；２５，２６に循環させ、バイパス通路４３は、ラジエータＲＡの、リザーバタンクＴＲを設けたアッパタンクＴＵに接続される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の冷却装置、特に、機関本体のウオータジャケットとラジエータ間を循環する冷却水から積極的にエアを抜き取り、冷却効率の向上を図るようにした、内燃機関の冷却装置に関する。

従来、機関本体のウオータジャケットとラジエータ間を冷却水回路により接続し、ラジエータにより放熱した冷却水をウオータジャケットに循環させて機関本体を冷却し、また冷却水回路にサーモスタットを介してバイパス通路を接続し、内燃機関の始動から暖機完了までの間は、サーモスタットの遮断により冷却水をラジエータを介さずにバイパス通路を通して内燃本体に循環させるようにした、内燃機関の冷却装置は公知である（後記特許文献１参照）。

特開２００６−３４８７９３号公報

ところで、前記内燃機関の冷却装置において、冷却水は、機関本体のウオータジャケット、ラジエータ、各種補機およびそれらを接続する冷却水回路間を流れるので、その冷却水中には、次第にエアが混入するのを避けられず、内燃機関の冷却効率の低下要因になるという問題がある。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の始動から暖機運転を完了するまでの間に、ラジエータのアッパタンクに既設のリザーバタンクを利用して、冷却水回路を流れる冷却水に混入するエアを抜き取るようにして、内燃機関の暖機完了後の機関本体の各部を効率よく冷却できるようにした、新規な内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、機関本体のウオータジャケットと、ラジエータとを冷却水回路により接続し、その冷却水回路よりサーモスタットを介して分岐されるバイパス通路をウオータジャケットに接続し、機関の暖機完了後の運転時には、サーモスタットの開通によりラジエータを通して放熱された冷却水をウオータジャケットに循環させると共に、機関の始動から暖機完了まではサーモスタットの遮断によりラジエータを循環させない冷却水をバイパス通路を介してウオータジャケットに循環させるようにした、内燃機関の冷却装置において、
前記バイパス通路は、ラジエータの、リザーバタンクを設けたアッパタンクに接続されていることを特徴としている。

上記目的を達成するために、請求項２の発明は、前記請求項１のものにおいて、前記冷却水回路に連通されていて、ターボチャージャ、ＥＧＲバルブ、ＥＧＲクーラ、ＥＧＲバイパスバルブなどの補機を冷却する各専用冷却配管は、前記ラジエータのアッパタンクに接続されていることを特徴としている。

上記目的を達成するために、請求項３の発明は、前記請求項２のものにおいて、前記各専用冷却配管は、トーナメント式に集合されて一本の補機専用冷却配管に纏められてラジエータのアッパタンクに接続されることを特徴としている。

上記目的を達成するために、請求項４の発明は、前記請求項１、２または３のものにおいて、前記冷却水回路には、ＥＧＲクーラおよびヒータコアを介装した冷却配管が接続され、この冷却配管は、機関本体から離隔した位置で車体に支持されることを特徴としている。

上記目的を達成するために、請求項５の発明は、前記請求項１、２、３または４のものにおいて、ブロック側ウオータジャケットとヘッド側ウオータジャケット間は、往き連絡通路および戻り連絡通路を介して相互に連通され、かつブロック側ウオータジャケットには、そこを流れる冷却水の流れを規制する仕切りが設けられ、冷却水回路の冷却水は、ブロック側ウオータジャケットの排気側→往き連絡通路→ヘッド側ウオータジャケットの排気側→ヘッド側ウオータジャケットの吸気側→戻り連絡通路→ブロック側ウオータジャケットの吸気側へと流れるようにされていることを特徴としている。

上記目的を達成するために、請求項６の発明は、前記請求項５のものにおいて、冷却水回路の冷却水は機関本体の各気筒毎に、ブロック側ウオータジャケットの排気側→往き連絡通路→ヘッド側ウオータジャケットの排気側→ヘッド側ウオータジャケットの吸気側→戻り連絡通路→ブロック側ウオータジャケットの吸気側へと流れるようにされていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、機関本体の始動時から暖機完了までの間、冷却水回路中に混入するエアを、ラジエータのアッパタンクを通して大気に抜くことができるので、暖機完了後の機関本体の冷却効率を向上させることができる。

請求項２の発明によれば、ターボチャージャ、ＥＧＲバルブ、ＥＧＲクーラ、ＥＧＲバイパスバルブなどの補機の専用冷却配管は、ラジエータのアッパタンクに接続されてエア抜きが行われるので、それらの補機の冷却効率を高めることができ、特に、それらがヘッド側ウオータジャケットよりも高い位置に配置されている場合に有効である。

請求項３の発明によれば、ターボチャージャ、ＥＧＲバイパスバルブ、ＥＧＲクーラ、ＥＧＲバイパスバルブなどの各補機の専用冷却配管は、トーナメント式に集合されて一本の補機専用冷却配管に纏められてラジエータのアッパタンクに接続されるので、専用冷却配管の配管構成を簡素化することができる。

請求項４の発明によれば、冷却水回路には、ＥＧＲクーラおよびヒータコアを介装した冷却配管が接続され、この冷却配管は、機関本体から離隔した位置で車体に支持されるので、冷却配管は機関本体からの熱を受け難くすることができ、特に冷却配管をゴムホースなどの耐熱性の低いもので形成してもその信頼耐久性を高めることができる。

請求項５の発明によれば、冷却水回路の冷却水は、ブロック側ウオータジャケットの排気側→往き連絡通路→ヘッド側ウオータジャケットの排気側→ヘッド側ウオータジャケットの吸気側→戻り連絡通路→ブロック側ウオータジャケットの吸気側へと流れるので、熱的に厳しいヘッド側およびブロック側ウオータジャケットの排気側を有効に冷却することができ、機関本体の信頼耐久性を高めることができる。

請求項６の発明によれば、気筒ごとに所定流量の冷却水を一様に分配流通させて、各気筒を均等に冷却することができ、機関本体の信頼耐久性を一層高めることができる。

本発明冷却装置を備えた内燃機関の全体平面図 図１の２線矢視図 冷却装置の回路図

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて具体的に説明する。

この実施例は、本発明冷却装置を自動車用６気筒Ｖ型内燃機関に実施した場合であって 図１〜３において、自動車の車体ＢにマウントＭを介して搭載される６気筒Ｖ型内燃機関Ｅの機関本体１は、Ｖ空間Ｖを挟んで前後に対向配置される前後バンクＢＦ，ＢＲを有し、バンクＢＦ，ＢＲはＶ字状に形成される前後シリンダブロック２Ｆ，２Ｒと、その左右の傾斜デッキ面にそれぞれ接合される前後シリンダヘッド３Ｆ，３Ｒとを備え、前後シリンダブロック２Ｆ，２Ｒの下面にクランクケース４が連設され、シリンダブロック２Ｆ，２Ｒとクランクケース４間にクランク軸５が回転自在に軸架される。

前後バンクＢＦ，ＢＲの各シリンダバレルには、それぞれピストン１１の摺合される３つの気筒６が直列され、また前後シリンダヘッド３Ｆ，３Ｒには、気筒６に対面する燃焼室７と、それらの燃焼室７を開閉する吸、排気弁８，９が設けられる。

前バンクＢｆの一側（右側）下部には冷却水回路に冷却水を循環させるウォータポンプＷＰが設けられる。このウォータポンプＷＰは、通常のようにクランク軸５にベルト伝動機構１０を介して駆動される。

前後バンクＢｆ，Ｂｒの他側（左側）において、それら前後バンクＢｆ，Ｂｒ間の上部には、内燃機関Ｅの排気圧力により駆動されるターボチャージャＴＣが搭載される。

図３に示すように、前シリンダブロック２Ｆには、該ブロック２Ｆを冷却するための前ブロック側ウォータジャケット１５が形成され、また、前シリンダヘッド３Ｆには、該シリンダヘッド３Ｆを冷却するための前ヘッド側ウォータジャケット１６が形成されており、それらのウォータジャケット１５，１６は、各気筒６毎に対応して３本の往き連絡通路１７ａ，１７ｂ，１７ｃにより相互に連通されると共に各気筒６毎に３本の戻り連絡通路１８ａ，１８ｂ，１８ｃを介して相互に連通されている。同じく、後シリンダブロック２Ｒには、該ブロック２Ｒを冷却するための、後ブロック側ウォータジャケット２５が形成され、また後シリンダヘッド３Ｒには、該シリンダヘッド３Ｒを冷却するための、後ヘッド側ウォータジャケット２６が形成されており、それらのウォータジャケット２５，２６は、各気筒６毎に３本の往き連絡通路２７ａ，２７ｂ，２７ｃにより相互に連通される共に各気筒６毎に３本の戻り連絡通路２８ａ，２８ｂ，２８ｃを介して相互に連通されている。

前後ブロック側ウォータジャケット１５，２５の一側（右側）には、前記Ｖ空間Ｖに設けられるブロック側冷却水導入通路２０，３０がそれぞれ接続され、これらの冷却水導入通路２０，３０は集合されてウォータポンプＷＰの吐出口に接続されるメイン冷却通路４０に連通され、また、前後左右ブロック側ウォータジャケット１５，２５の他側（左側）には、ブロック側冷却水戻り通路２１，３１がそれぞれ接続され、これらの冷却水戻り通路２１，３１は、ターボブラケット１３内の分配配管１４に集合されて後記ラジエータＲＡの入口に接続されるラジエータ入口側通路５０に連通される。

前ブロック側ウオータジャケット１５のシリンダ配列方向、すなわち、クランプ軸方向の両側の２箇所には、冷却水の流れを阻止する仕切り１９ａ，１９ｂが設けられており、これらの仕切り１９ａ，１９ｂは、前ブロック側ウオータジャケット１５の排気側に流れた冷却水がその吸気側に直接流れるのを阻止しており、これにより、冷却水導入通路２０からの冷却水は、前ブロック側ウオータジャケット１５の排気側→往き連絡通路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ→前ヘッド側ウオータジャケット１６の排気側→前ヘッド側ウオータジャケット１６の吸気側→戻り連絡通路１８ａ，１８ｂ、１８ｃ→前ブロック側ウオータジャケット１５の吸気側を経て冷却水戻り通路２１に流れるようにされていて、熱的に厳しい前ヘッドおよび前ブロック側ウオータジャケット１６，１５を有効に冷却するようにされる。

同じく、後ブロック側ウオータジャケット２５のシリンダ配列方向、すなわちクランプ軸方向の両側の２箇所には、冷却水の流れを阻止する仕切り２９ａ，２９ｂが設けられており、これらの仕切り２９ａ，２９ｂは、後ブロック側ウオータジャケット２５の排気側半部に流れた冷却水がその吸気側半部に直接流れるのを阻止しており、これにより、冷却水導入通路３０からの冷却水は、後ブロック側ウオータジャケット２５の排気側→往き連絡通路２７ａ，２７ｂ，２７ｃ→後ヘッド側ウオータジャケット２６の排気側→後ヘッド側ウオータジャケット２６の吸気側→戻り連絡通路２８ａ，２８ｂ、２８ｃ→後ブロック側ウオータジャケット２５の吸気側を経て冷却水戻り通路３１に流れるようにされていて、熱的に厳しい後ヘッドおよび後ブロック側ウオータジャケット２６，２５を有効に冷却するようにされる。

機関本体１の前方には、該機関本体１の冷却水を放熱するためのラジエータＲＡが配設されており、機関本体１とラジエータＲＡとは、冷却水回路により接続される。ラジエータＲＡのアッパタンクＴＵ側に設けた入口には、そのラジエータ入口側通路５０が接続され、またそのロアタンクＴＬ側に設けた出口には、ラジエータ出口側通路５１が接続される。ラジエータ出口側通路５１は、サーモスタットＴＳを介して前記ウォータポンプＷＰの吸入通路４１に連通される。サーモスタットＴＳは、サーモケース３４内に設けた第１および第２の弁口３６，３７を交互に開閉するサーモバルブ３５を備え、このサーモバルブ３５は、ラジエータ出口側通路５１を流れる冷却水の水温が所定温度以下のときには、第１の弁口３６を閉じて（図３実線位置）、このラジエータ出口通路５１を遮断すると共に第２の弁口３６を開いて後述するバイパス通路４３を開通し、該バイパス通路４３を流れる冷却水が、ラジエータＲＡのアッパタンクＴＵを経てウォータポンプＷＰに流れるようにされ、また、ラジエータ出口通路５１を流れる冷却水の水温が所定温度以上になると、サーモバルブ３５は、第１の弁口３６を開くと共に第２の弁口３７を閉じて（図３鎖線位置）、ラジエータ出口通路５７を開通すると共にバイパス通路４３を遮断して、冷却水がラジエータＲＡの放熱部に流れ、その冷却水の放熱が行われる。

前記バイパス通路４３の上流端は、ラジエータＲＡのアッパタンクＴＵに連通され、また、その下流端は、サーモスタットＴＳの第２の弁口３７に接続されていて、サーモスタットＴＳの遮断時（図３実線位置）にバイパス通路４３を吸込通路４１に連通する。ラジエータＲＡのアッパタンクＴＵには、大気に開口するリザーバータンクＴＲに連通されており、サーモスタットＴＳの遮断時には、ラジエータＲＡの入口側通路５０は、ラジエータＲＡのアッパタンクＴＵを経てバイパス通路４３に連通される。したがって、内燃機関Ｅの始動時から暖機完了時まで、冷却回路内の冷却水中に混入するエアをリザーバタンクＴＲを経て大気に抜くことができる。

ラジエータＲＡのアッパタンクＴＵには、一本の補機専用冷却配管６０が接続されている。この補機専用冷却配管６０には、第１、第２および第３の専用冷却配管６１，６２，６３がトーナメント式に並列接続されている。第１の専用冷却配管６１はターボチャージャＴＣ内の冷却通路を通ってターボブラケット１３内の分配通路１４に接続され、また、第２の専用冷却配管はＥＧＲ（排ガス再循環方式）バルブＥＶ内の冷却通路を通って前ヘッド側ウオータジャケット１６に接続され、さらに、第３の専用冷却配管６３はＥＧＲクーラＥＣ内の冷却通路を通り、ＥＧＲバイパスバルブＢＶを経て後ヘッド側ウオータジャケット２６に接続されている。したがって、内燃機関Ｅの運転時には、ターボチャージャＴＣ、ＥＧＲバルブＥＶ、ＥＧＲバイパスバルブＢＶおよびＥＧＲクーラＥＣを専用に冷却する専用冷却配管６０〜６３内のエアをラジエータＲＡのアッパタンクＴＵを経て大気に抜くことができ、ターボチャージャＴＣ、ＥＧＲバルブ、ＥＧＲバイパスバルブＢＶおよびＥＧＲクーラなどの補機を、機関本体１の前後ヘッド側ウオータジャケット１６，２６よりも高い位置に配置しても、それらの補機の冷却配管内のエア抜きが良好に行われる。

前記吸込通路４１には、サーモケース３４を介して冷却配管４５が接続され、この冷却配管４５は、ヒータコアＨＣ内の冷却通路およびＥＧＲクーラＥＣ内の冷却通路を介してメイン冷却通路４０に連通されており、メイン冷却通路４０を流れる冷却水の一部がーヒータコアＨＣおよびＥＧＲクーラＥＣの冷却通路内を流れるようにされている。図２に示すように、サーモケース３４とヒータコアＨＣとを接続する冷却配管４５の中間部は可撓性のゴムホース４５ｈにより形成される。冷却配管４５は、機関本体１から離隔した位置で、車体Ｂにボルトにより固定される固縛片４７により固定されていて、機関本体１からの熱により劣化することがないようにされる。

つぎに、この実施例の作用について説明する。

〔内燃機関の暖機完了後の通常の運転時の冷却水の循環〕
内燃機関の通常の運転時には、機関本体１とラジエータＲＡ間の冷却水回路は連通状態にあり、ウォータポンプＷＰの運転により、ラジエータＲＡにて放熱された冷却水が機関本体１の冷却水回路を循環する。このとき、サーモスタットＴは開通状態（図３鎖線位置）にあり、冷却水はラジエータ出口側通路５１→吸込通路４１→ウォータポンプＷＰ→メイン冷却通路４０→冷却水導入通路２０，３０→機関本体１内へ流れる。機関本体１の前後バンクＢＦ，ＢＲ内では、まず冷却水は前、後ブロック側ウオータジャケット１５，２５の排気側へと流れ、ここで仕切り１９ａ，１９ｂ；２９ａ，２９ｂによりその流れが規制されてその排気側から気筒６毎に往き連絡通路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ；２７ａ，２７ｂ，２７ｃを通って前、後ヘッド側ウオータジャケット１６；２６の排気側そして吸気側へ流れ、そこから気筒６毎に連絡通路１８ａ，１８ｂ，１８ｃ；２８ａ，２８ｂ，２８ｃを通って前、後ブロック側ウオータジャケット１５，２５の吸気側へと流れ、機関本体１を有効に冷却することができ、特に、熱的に厳しい機関本体１のシリンダヘッド、シリンダブロックの排気側を有効に冷却することができる。

前後バンクＢＦ，ＢＲを冷却した冷却水は、ブロック側冷却戻り通路２１；３１→分配通路１４→ラジエータ入口側通路５０→ラジエータＲＡへ戻り、ここで放熱されて再びサーモスタットＴＳをへて吸込通路４１へと流れる。

また、前述したように、第１〜第３の専用冷却配管６１，６２，６３を流れる冷却水は、ターボチャージャＴＣ、ＥＧＲバルブＥＶ、ＥＧＲバイパスバルブＢＶおよびＥＧＲクーラＥＣを冷却した後、補機専用冷却配管６０を通りラジエータＲＡに戻る。

さらに、メイン冷却通路４０から冷却配管４５に分流した冷却水は、ＥＧＲクーラＥＣおよびヒータコアＨＣを冷却する。

〔内燃機関の始動から暖機完了時までの冷却水の循環〕
ラジエータＲＡの出口側通路５１の冷却水温度が所定値以下であって、サーモスタットＴＳのサーモバルブ３５が、第１の弁口３６を閉じ（図３実線位置）るので、ラジエータ出口側通路５１と吸込通路４１との連通が断たれて、機関本体１とラジエータＲＡとの通常の冷却水の循環が遮断される。このとき、バイパス通路４３は、サーモケース３４の第２の弁口３７を通して吸込通路４１、すなわち機関本体１の冷却水回路に連通する。

しかして、前記バイパス通路４３は、ラジエータＲＡのアッパタンクＴＵに接続され、このアッパタンクＴＵはリザーバタンクＴＲを通して大気に連通されるので、冷却水回路を流れる冷却水中に混入するエアをアッパタンクＴＵを通して大気に抜き取ることができる。したがって、内燃機関Ｅは、暖機を終了して前述の通常の運転状態になったときの冷却効率を高めることができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。

たとえば、前記実施例では、本発明を自動車用Ｖ型６気筒内燃機関に本発明冷却装置を適用した場合を説明したが、これを他のＶ型多気筒内燃機関にも実施できることは勿論である。

１５；２５・・・・・・・・ウオータジャケット（ブロック側）
１６；２６・・・・・・・・ウオータジャケット（ヘッド側）
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・往き連絡通路
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ・・往き連絡通路
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ・・戻り連絡通路
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ・・戻り連絡通路
１９ａ，１９ｂ・・・・・・仕切り
２９ａ，２９ｂ・・・・・・仕切り
４３・・・・・・・・・・・バイパス配管
４５・・・・・・・・・・・冷却配管
６０・・・・・・・・・・・補機専用冷却配管
６１，６２，６３・・・・・専用冷却配管
ＲＡ・・・・・・・・・・・ラジエータ
ＴＵ・・・・・・・・・・・アッパタンク
ＴＣ・・・・・・・・・・・ターボチャージャ
ＥＣ・・・・・・・・・・・ＥＧＲクーラ
ＨＣ・・・・・・・・・・・ヒータコア
ＴＳ・・・・・・・・・・・サーモスタット
ＥＶ・・・・・・・・・・・ＥＧＲバルブ
ＴＲ・・・・・・・・・・・リザーバタンク

Claims (6)

1. 機関本体（１）のウオータジャケット（１５，１６；２５，２６）と、ラジエータ（ＲＡ）とを冷却水回路により接続し、その冷却水回路よりサーモスタット（ＴＳ）を介して分岐されるバイパス通路（４３）をウオータジャケット（１５，１６；２５，２６）に接続し、機関の暖機完了後の通常運転時には、サーモスタット（ＴＳ）の開通によりラジエータ（ＲＡ）を通して放熱された冷却水をウオータジャケット（１５，１６；２５，２６）に循環させると共に、機関の始動から暖機完了まではサーモスタット（ＴＳ）の遮断によりラジエータ（ＲＡ）を循環させない冷却水をバイパス通路（４３）を介してウオータジャケット（１５，１６；２５，２６）に循環させるようにした、内燃機関の冷却装置において、
   前記バイパス通路（４３）は、ラジエータ（ＲＡ）の、リザーバタンク（ＴＲ）を設けたアッパタンク（ＴＵ）に接続されていることを特徴とする、内燃機関の冷却装置。
2. 前記冷却水回路に連通されていて、ターボチャージャ（ＴＣ）、ＥＧＲバルブ（ＥＶ）、ＥＧＲクーラ（ＥＣ）などの補機を冷却する各専用冷却配管（６１，６２，６３）は、前記ラジエータ（ＲＡ）のアッパタンク（ＴＵ）に接続されていることを特徴とする、前記請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
3. 前記各専用冷却配管（６１，６２，６３）は、トーナメント式に集合されて一本の補機専用冷却配管（６０）に纏められてラジエータ（ＲＡ）のアッパタンク（ＴＵ）に接続されることを特徴とする、前記請求項２記載の内燃機関の冷却装置。
4. 前記冷却水回路には、ＥＧＲクーラ（ＥＣ）およびヒータコア（ＨＣ）を介装した冷却配管（４５）が接続され、この冷却配管（４５）は、機関本体（１）から離隔した位置で車体に支持されることを特徴とする、前記請求項１、２または３記載の内燃機関の冷却装置。
5. ブロック側ウオータジャケット（１５；２５）とヘッド側ウオータジャケット（１６；２６）間は、往き連絡通路（１７ａ，１７ｂ，１７ｃ；２７ａ，２７ｂ，２７ｃ）および戻り連絡通路（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ；２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）を介して相互に連通され、かつブロック側ウオータジャケット（１５；２５）には、そこを流れる冷却水の流れを規制する仕切り（１９ａ，１９ｂ；２９ａ，２９ｂ）が設けられ、冷却水回路の冷却水は、ブロック側ウオータジャケットの排気側→往き連絡通路→ヘッド側ウオータジャケットの排気側→ヘッド側ウオータジャケットの吸気側→戻り連絡通路→ブロック側ウオータジャケットの吸気側へと流れるようにされていることを特徴とする、前記請求項１、２、３または４記載の内燃機関の冷却装置。
6. 冷却水回路の冷却水は機関本体（１）の各気筒毎に、ブロック側ウオータジャケットの排気側→往き連絡通路→ヘッド側ウオータジャケットの排気側→ヘッド側ウオータジャケットの吸気側→戻り連絡通路→ブロック側ウオータジャケットの吸気側へと流れるようにされていることを特徴とする、前記請求項５記載の内燃機関の冷却装置。

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