JP2011007055A - エンジンの冷却構造及び冷却制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォーターポンプの負荷を低減させ、かつ適切な温度分布を実現することでエンジンの性能を向上させることができるエンジンの冷却構造及び冷却制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】シリンダーブロック（１）に形成され、ウォーターポンプ（３）から圧送される冷却水をブランチ通路（４１）に分配する冷却水メイン通路（４０）と、前記ブランチ通路（４１）よりも上流側で前記冷却水メイン通路（４０）から分岐し、ウォーターポンプ（３）から圧送された冷却水を、ブランチ通路（４１）とは別の経路でウォーターポンプ（３）に戻す冷却水リターン通路（４２）と、前記冷却水メイン通路（４０）と前記冷却水リターン通路（４２）との分岐に設けられ、前記ブランチ通路（４１）に流れる冷却水の流量を調整する流量調整弁（５）と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンの冷却構造及び冷却制御方法に関する。

従来からエンジンの冷却構造は、エンジンとラジエーターとを循環する冷却水通路と、冷却水通路から分岐してラジエーターを通らずにエンジンと循環するバイパス通路と、冷却水通路及びバイパス通路の分岐に設けられるサーモスタットを利用する通路切替弁と、を備える。この通路切替弁は、エンジンの冷却水温に応じて開閉する。エンジンの冷却水温が低いときには、冷却水をラジエーターで冷却しなくてもよい。そこで切替弁は、冷却水温が低いときには開弁する。このようにすれば、冷却水は、ラジエーターに流れることなくエンジンとバイパス通路とを循環し、エンジンの暖機が促進されるとともにウォーターポンプの負荷も低減できる。さらに特許文献１では、ラジエーターにも開閉弁を設け、エンジンの負荷状態やエンジンの冷却水温に合わせてラジエーターを流れる冷却水の流量を変えることで冷却効率を上げてウォーターポンプの負荷を低減している。

特開平６−１４６８７９号

しかし、特許文献１のように冷却水を制御しても、ウォーターポンプの負荷の低減及びエンジンの性能の向上効果代が小さいことが本件発明者らによって知見された。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、ウォーターポンプの負荷を低減させ、かつ適切な温度分布を実現することでエンジンの性能を向上させることができるエンジンの冷却構造及び冷却制御方法を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、シリンダーブロック（１）に形成され、ウォーターポンプ（３）から圧送される冷却水をブランチ通路（４１）に分配する冷却水メイン通路（４０）と、前記ブランチ通路（４１）よりも上流側で前記冷却水メイン通路（４０）から分岐し、ウォーターポンプ（３）から圧送された冷却水を、ブランチ通路（４１）とは別の経路でウォーターポンプ（３）に戻す冷却水リターン通路（４２）と、前記冷却水メイン通路（４０）と前記冷却水リターン通路（４２）との分岐に設けられ、前記ブランチ通路（４１）に流れる冷却水の流量を調整する流量調整弁（５）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ウォーターポンプから圧送されて冷却水メイン通路を流れる冷却水は、途中に設けられる流量調整弁を介して、エンジン内部を冷却するブランチ通路又はウォーターポンプに戻る冷却水リターン通路に分配される。さらに流量調整弁は、冷却水の流量を調整する。そして流量調整弁はウォーターポンプから圧送される冷却水の流量のうち冷却に必要な流量をブランチ通路に流すとともに余剰分の流量を冷却水リターン通路に流すことができるので、エンジンの過冷却を防止できる。また冷却水リターン通路はブランチ通路よりも上流に設けられるので、回廊のように構造が複雑なブランチ通路には流れない。このため冷却水リターン通路の通水抵抗は小さい。よってウォーターポンプの負荷を低減させ、エンジンの性能を向上させることができる。

第１実施形態のエンジンの冷却構造を示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 第１実施形態の流量調整弁の構造を示す図である。 第１実施形態のエンジン温度と各通路に流される冷却水の流量との関係図である。 第１実施形態のエンジンの温度状態ごとの流量調整弁の状態図である。 第２実施形態のエンジンの冷却構造について説明する図である。 第３実施形態のエンジンの冷却構造について説明する図である。 第４実施形態のエンジンの冷却構造について説明する図である。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のエンジンの冷却構造１００を示す上面図である。

エンジンの冷却構造１００は、シリンダーブロック１と、シリンダーヘッド２と、ウォーターポンプ３と、冷却水メイン通路４０と、ブランチ通路４１と、冷却水リターン通路４２と、流量調整弁５と、を有する。

ウォーターポンプ３は、シリンダーブロック１の前端の外壁１０に貫通して設けられる。ウォーターポンプ３は、回転軸３０と、羽根３１と、吸入口３ａと、吐出口３ｂと、を有する。回転軸３０は外壁１０に貫通して設けられる。回転軸３０のシリンダーブロック１側には羽根３１が取付けられる。羽根３１は回転軸３０を中心に放射状に複数設けられる。羽根３１は回転軸３０と一体に回転する。吸入口３ａは、羽根３１の中央に開口して設けられる。吸入口３ａは、図面の面直方向から流れてくるラジエーター又は冷却水リターン通路４２からの冷却水を吸入する。ウォーターポンプ３は羽根３１の回転による遠心力によって冷却水を圧送するので、吐出口３ｂは羽根３１の側面外周に開口して設けられる。

冷却水メイン通路４０は、ウォーターポンプ３の吐出口３ｂと連通して、シリンダーブロック１の外壁１０に沿って設けられる。そして冷却水メイン通路４０はエンジンの内部に向かって延び、エンジンを冷却するブランチ通路４１に分流する。また冷却水メイン通路４０はブランチ通路４１に分流する手前で分岐して、ウォーターポンプ３の吸入口３ａに連通する冷却水リターン通路４２が設けられる。このとき冷却水メイン通路４０と冷却水リターン通路４２との分岐部には流量調整弁５が設けられる。冷却水メイン通路４０に流れる冷却水は流量調整弁５によってブランチ通路４１と冷却水リターン通路４２とに分配される。

また冷却水メイン通路４０は、流量調整弁５よりも上流のＡ地点で２本に分流される。冷却水メイン通路４０には、上面側にメインヘッド通路４０ｈと、下面側にメインブロック通路４０ｂと、が設けられる。前述したブランチ通路４１も、メインヘッド通路４０ｈとメインブロック通路４０ｂとに対応して２つのブランチ通路４１ｈとブランチ通路４１ｂとに分流される。そしてメインヘッド通路４０ｈは、シリンダーヘッド２を冷却するブランチ通路４１ｈに連通する。メインブロック通路４０ｂは、シリンダーブロック１を冷却するブランチ通路４１ｂに連通する。メインヘッド通路４０ｈは、流量調整弁５を通り過ぎたところまではメインブロック通路４０ｂと並行で、それ以降はメインブロック通路４０ｂから離れるように上方に向かって延びてシリンダーヘッド２に設けられるブランチ通路４１ｈに連通する。ブランチ通路４１ｈに流れる冷却水がシリンダーヘッド２を冷却する。また同様にメインブロック通路４０ｂは、流量調整弁５を通り過ぎたところでシリンダーブロック１のブランチ通路４１ｂに分流する。ブランチ通路４１ｂに流れる冷却水がシリンダーブロック１を冷却する。

メインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂの流路断面について図２を参照して説明する。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。メインヘッド通路４０ｈとメインブロック通路４０ｂとは、隔壁を介して上下並行に設けられる。メインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂの流路断面は、エンジンが高負荷であるとき（登坂や高速走行時）を基準に設定される。すなわち、高負荷で高温となったエンジンを冷却できる流量を流せるように設定される。このときシリンダーヘッド２を冷却する冷却水が流れるメインヘッド通路４０ｈは、メインブロック通路４０ｂに比べて断面積が大きく設定される。シリンダーヘッド側は燃焼室や排気ポート周囲からの放熱量が多く、冷却水を多く必要とするからである。また本実施形態では、メインヘッド通路４０ｈの外側壁面１０ｈがメインブロック通路４０ｂの外側壁面１０ｂよりも内側に位置するように設けられる。

図１に戻って、冷却水リターン通路４２について説明する。冷却水リターン通路４２は、冷却水メイン通路４０と仕切り壁１２とを挟んで内側に設けられる。冷却水リターン通路４２は流量調整弁５を介して冷却水メイン通路４０から流れる冷却水をウォーターポンプ３の吸入口３ａに戻す通路である。冷却水リターン通路４２には、冷却水メイン通路４０を流れる冷却水のうちブランチ通路４１に流されない冷却水、すなわちエンジンの冷却に必要ない余剰分の冷却水が流される。

流量調整弁５について説明する。図１に示す流量調整弁５は、下流のメインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂに冷却水を流さないように閉弁した状態図であり、初期状態図である。流量調整弁５は、冷却水メイン通路４０と冷却水リターン通路４２との分岐に設けられる。流量調整弁５は、図示しないアクチュエータによって駆動され、エンジンの負荷に応じて回転して、開度を調整する。本実施形態ではエンジンの負荷状態は、エンジンの温度、すなわちエンジンの冷却水温で判断される。流量調整弁５は、流量調整弁５より下流のブランチ通路４１ｈ及びブランチ通路４１ｂに流れる冷却水の流量を適量に調整する。すなわち流量調整弁５によってシリンダーヘッド２及びシリンダーブロック１を冷却する冷却水の流量が調整される。

流量調整弁５の構造について図３を参照して説明する。図３は、第１実施形態の流量調整弁５の構造を示す図である。図３（Ａ）は、流量調整弁５を上方から透視してヘッド弁体５ｈを見た図である。図３（Ｂ）は、流量調整弁５の正面図である。図３（Ｃ）は、流量調整弁５を上方から透視してブロック弁体５ｂを見た図である。

流量調整弁５は、円盤台座５０と、円盤上部蓋５０ｈと、円盤下部蓋５０ｂと、回転軸５１と、ヘッド弁体５ｈと、ブロック弁体５ｂと、を含む。

円盤台座５０、円盤上部蓋５０ｈ及び円盤下部蓋５０ｂには、中心に回転軸５１が上下方向に貫通して設けられる。円盤台座５０には、メインヘッド通路４０ｈ側の上面にヘッド弁体５ｈが設けられ、メインブロック通路４０ｂ側の下面にブロック弁体５ｂが設けられる。円盤台座５０の厚みは、メインヘッド通路４０ｈとメインブロック通路４０ｂとの間の隔壁の厚みと同じである。円盤上部蓋５０ｈはメインヘッド通路４０ｈ側に円盤台座５０と並行に設けられ、円盤台座５０との間にヘッド弁体５ｈが配置される。円盤下蓋５０ｂはメインブロック通路４０ｂ側に円盤台座５０と並行に設けられ、円盤台座５０との間にブロック弁体５ｂが配置される。円盤上部蓋５０ｈ及び円盤下部蓋５０ｂは、それぞれメインヘッド通路４０ｈの天井面及びメインブロック通路４０ｂの底面につながるように設けられる。流量調整弁５が回転すると、回転軸５１の回転とともに円盤台座５０、円盤上部蓋５０ｈ及び円盤下部蓋５０ｂと、ヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂとが一体となって反時計周りに回転する。

ヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂは、円盤台座５０の中心から半径方向に延びて弁の両端部が円盤台座５０の外周に位置するように設けられる。そしてヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂは、三日月形に湾曲した断面形状である。ヘッド弁体５ｈの内角をブロック弁体５ｂの内角よりも小さく設定する。そしてヘッド弁体５ｈとブロック弁体５ｂとは回転軸５１の軸回りについて、開弁側の弁体に位相差をもたせて配置される。さらにヘッド弁体５ｈはブロック弁体５ｂよりも先に開弁するように配置される。これは、シリンダーヘッドには燃焼室や排気ポートが配置されていて高温となるので、シリンダーブロックよりも早い段階から冷却水で冷却する必要があるためである。開弁タイミングの位相差は前述した弁体間の位相差でも調整可能であるが、本実施形態ではブロック弁体５ｂの開弁側の板厚ｔｂをヘッド弁体５ｈの開弁から遅らせたい位相差分に相当するように設定する。またヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂは、それぞれメインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂの断面を覆うことができる大きさである。

次に本実施形態の作用について図４及び図５を参照して説明する。図４は、第１実施形態のエンジンの温度と各通路（４１ｈ、４１ｂ、４２）に流される冷却水の流量比との関係図である。図５は、第１実施形態のエンジンの温度状態における流量調整弁５の状態図で、円盤上部蓋５０ｈ及び円盤下部蓋５０ｂの図示を省略している。図５（Ａ）〜図５（Ｄ）はそれぞれ図４に示す状態Ａ〜状態Ｄにおける流量調整弁５のヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂの状態を示す。図５（Ａ−１）は、流量調整弁５の開弁度合いを冷却水の流れ方向から見てメインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂを投影した図である。図５（Ａ−２）は、流量調整弁５のヘッド弁体５ｈの状態図である。図５（Ａ−３）は、流量調整弁５のブロック弁体５ｂの状態図である。図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）も同様である。

図４は横軸にエンジンの温度を、縦軸に冷却水の流量比を示す。図中の状態Ａは冷間時、状態Ｂは暖機中、状態Ｃは暖機後で一定速度での走行など軽負荷・低温のとき、状態Ｄは暖機後で登坂や高速走行の追い越し加速など高負荷・高温のとき、を示す。ヘッド流量比Ｑｈとは、ウォーターポンプ３から圧送される冷却水の流量のうち、流量調整弁５によってシリンダーヘッド２のブランチ通路４１ｈに流される冷却水の流量の割合である。ブロック流量比Ｑｂとは、ウォーターポンプ３から圧送される冷却水の流量のうち、流量調整弁５によってシリンダーブロック１のブランチ通路４１ｂに流される冷却水の流量の割合である。リターン流量比Ｑｒとは、ウォーターポンプ３から圧送される冷却水の流量のうち、流量調整弁５によって冷却水リターン通路４２に流される冷却水の流量の割合である。リターン流量比Ｑｒは、ウォーターポンプ３から圧送される冷却水の流量のうち、シリンダーヘッド２及びシリンダーブロック１に流される流量比を差し引いた流量の割合である。上述したヘッド流量比Ｑｈ、ブロック流量比Ｑｂ及びリターン流量比Ｑｒから算出する流量の合計は、ウォーターポンプ３から圧送される冷却水の流量となる。

エンジンが冷間始動された直後は、ヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂは初期状態である。このとき流量調整弁５は回転を始めておらず、ヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂは閉弁している（図５（Ａ−1））。ウォーターポンプ３によって吐出口３ｂから圧送された冷却水は、冷却水メイン通路４０（４０ｈ，４０ｂ）を流れる。そして流量調整弁５のヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂが閉弁しているので、冷却水は全て冷却水リターン通路４２に流されてウォーターポンプ３の吸入口３ａに戻される（図５（Ａ−２），図５（Ａ−３））。したがって状態Ａでは、図４に示すようにヘッド流量比Ｑｈ及びブロック流量比Ｑｂはゼロであり、リターン流量比Ｑｒが最大になる。

このときヘッド弁体５ｈの開弁側端部の外側の位置は、メインヘッド通路４０ｈの開弁側の側壁と一致して配置されている。よってエンジンの温度が上昇するにつれて、流量調整弁５の回転と同時にヘッド弁体５ｈが開弁するように設けられている。またブロック弁体５ｂの開弁側端部の外側の位置は、メインブロック通路４０ｂの開弁側の側壁からブロック弁体５ｂの板厚ｔｂ分ずれて配置されている。よって流量調整弁５の回転が始まっても、しばらくの間ブロック弁体５ｂは閉弁している。ブロック弁体５ｂは、板厚ｔｂの長さに相当する円盤台座５０の円弧が成す角度θｂだけ回転が進めば開弁し始めるように設けられている。

暖機中になると、流量調整弁５は徐々に回転し始めて、ヘッド弁体５ｈが徐々に開弁する。このときブロック弁体５ｂも回転するが、暖機中は閉弁した状態である（図５（Ｂ−１））。流量調整弁５の上流のメインヘッド通路４０ｈを流れる冷却水は一部が下流のメインヘッド通路４０ｈに流され、残りが冷却水リターン通路４２に流される（図５（Ｂ−２））。また流量調整弁５の上流のメインブロック通路４０ｂを流れる冷却水は全て冷却水リターン通路４２に流される（図５（Ｂ−３））。したがって状態Ｂでは、図４に示すようにヘッド流量比Ｑｈが増え、暖機完了で略最大となる。そしてその分リターン流量比Ｑｒが減る。ブロック流量比Ｑｂはゼロのままである。

ヘッド弁体５ｈは暖機中に開弁し始めて暖機完了で冷却水リターン通路４２を閉弁する。暖機中において、ブロック弁体５ｂは閉弁を保つ。そしてブロック弁体５ｂは暖機完了したら開弁し始める。よって暖機中に流量調整弁５は角度θｂだけ回転する。

暖機完了後で低負荷・低温のときは、エンジンの温度の上昇とともに流量調整弁５は回転を続けて、ヘッド弁体５ｈは略全開となり、ブロック弁体５ｂは徐々に開弁する（図５（Ｃ−１））。流量調整弁５の上流のメインヘッド通路４０ｈを流れる冷却水は全て下流のメインヘッド通路４０ｈに流される。ヘッド弁体５ｈは、冷却水リターン通路４２を閉弁する（図５（Ｃ−２)）。また流量調整弁５の上流のメインブロック通路４０ｂを流れる冷却水は一部が下流のメインブロック通路４０ｂに流され、残りが冷却水リターン通路４２に流される（図５（Ｃ−３））。したがって状態Ｃでは、図４に示すようにヘッド流量比Ｑｈは略最大となる。ヘッド流量比Ｑｈが若干増加することについては後述する。またブロック流量比Ｑｂは徐々に増える。そしてリターン流量比Ｑｒは徐々に減る。

そして暖機完了後で高負荷・高温となると、流量調整弁５は回転を止めて、ヘッド弁体５ｈは全開になり、ブロック弁体５ｂも略全開になる（図５（Ｄ−１)）。ヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂは冷却水リターン通路４２を閉弁する。流量調整弁５の上流のメインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂを流れる冷却水はそのまま全て下流のメインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂに流される（図５（Ｄ−２），図５（Ｄ−３））。したがって状態Ｄでは、図４に示すようにリターン流量比Ｑｒはゼロであり、ヘッド流量比Ｑｈ及びブロック流量比Ｑｂは最大となる。

暖機完了時は、ヘッド弁体５ｈが冷却水通路４２を閉弁した直後である。すなわちヘッド弁体５ｈの開弁側端部の内側の位置が仕切り壁１２に当接した直後である。このときメインヘッド通路４０ｈの流路は、ヘッド弁体５ｈの板厚ｔｈ分だけ塞がれた状態である。よって図５（Ｃ−２）に示すように暖機完了からヘッド弁体５ｈの回転が板厚ｔｈの長さに相当する円盤台座５０の円弧が成す角度θｈ未満の場合は、メインヘッド通路４０ｈの流路断面は一部塞がれる（図５（Ｃ−１））。そして図５（Ｄ−２）に示すように回転が角度θｈ以上に進むと、メインヘッド通路４０ｈの流路断面を塞ぐものはなくなる（図５（Ｄ−１））。図４の状態Ｃにおいてヘッド流量比Ｑｈがエンジンの冷却水温（流量調整弁５の回転角度）の増加とともに若干増加しているのは、ヘッド弁体５ｈによる抵抗の影響がヘッド弁体５ｈの回転とともに減るためである。

また状態Ａにおいてヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂの閉弁側の端部は略同じ位置に配置され、冷却水リターン通路４２の壁面と連続する。そしてヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂの閉弁側の端部は、流量調整弁５の回転とともに内壁１１に沿って移動する。そして状態Ｄのとき、ヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂの閉弁側の端部は、それぞれ流量調整弁５より下流のメインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂの壁面と連続する。ヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂの閉弁側の端部は、冷却水が冷却水リターン通路４２及び冷却水メイン通路４０に流れるときに抵抗とならないように、その端部形状が設定される。

このように本実施形態では、エンジンの温度に応じて流量調整弁５を回転させる。エンジンの温度に対して必要とされるシリンダーヘッド２及びシリンダーブロック１の冷却水の流量は予め試験でマップ化しておく。そして適切な流量バランスになるように流量調整弁５の構造及び通路構造を工夫する。冷間時（状態Ａ）は、流量調整弁５が回転しない。暖機中（状態Ｂ）は、流量調整弁５が徐々に回転してヘッド弁体５ｈのみが徐々に開弁する。そしてメインヘッド通路４０ｈに流れる冷却水のうち適量を下流のメインヘッド通路４０ｈに流してシリンダーヘッド２を冷却する。このときブロック弁体５ｂは閉弁している。暖機完了後（状態Ｃ・状態Ｄ）は、ヘッド弁体５ｈが全開となり、メインヘッド通路４０ｈに流れる冷却水を全て下流のメインヘッド通路４０ｈに流す。また暖機完了後からブロック弁体５ｂが徐々に開弁して、メインブロック通路４０ｂに流れる冷却水のうち適量を下流のメインブロック通路４０ｂに流してシリンダーブロック１を冷却する。そしてエンジンが高負荷となるときに流量調整弁５の回転を止め、ヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂが全開になる。

本実施形態によれば、ウォーターポンプ３によって吐出口３ｂから圧送される冷却水は、冷却水メイン通路４０を流れて流量調整弁５の上流でメインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂに分流される。そしてエンジンの冷却水温に応じて流量調整弁５のヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂが開度を変えるので、シリンダーヘッド２を冷却するヘッド流量比Ｑｈ及びシリンダーブロック１を冷却するブロック流量比Ｑｂが適宜調整される。そしてリターン流量比Ｑｒに相当する余剰分の冷却水は、流量調整弁５の閉弁側に設けられる冷却水リターン通路４２に流されてウォーターポンプ３の吸入口３ａに戻される。また本実施形態では、ヘッド弁体５ｈは暖機中から徐々に開弁し、暖機完了時に全開となる。ブロック弁体５ｂは暖機が完了するまでは閉弁して、暖機完了後に徐々に開弁する。

このため流量調整弁５は、エンジンの温度に応じてシリンダーヘッド２及びシリンダーブロック１にそれぞれの冷却に必要な冷却水の流量を適宜調整して流すことができる。よってエンジンの暖機を促進する。またエンジンの全負荷域において適切な流量比（Ｑｈ，Ｑｂ）の冷却水の流量を流すことができるので、エンジンの過剰冷却による冷却損失を低減できる。これらはエンジンの性能を向上させる。

またエンジンの冷却用に使用しない余剰分の冷却水の流量が流れる冷却水リターン通路４２は、冷却水メイン通路４０と仕切り壁１２とを挟んで並行に設けられる。冷却水リターン通路４２は、回廊のように構造が複雑なブランチ通路４１よりも断面積が大きく、断面積変化が小さく、通路長さが短いので、通水抵抗が小さい。よってウォーターポンプ３の負荷を低減することができる。また冷却水リターン通路４２は、冷却水の循環通路の上流でウォーターポンプ３の近くに設けられるので、さらにウォーターポンプ３の負荷を低減できる。

さらに冷却水メイン通路４０は、流量調整弁５の上流でメインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂに分割される。このため分割されずに流量調整弁５の円盤台座５０によってヘッド側とブロック側とに冷却水を分配されるよりも流量調整弁５での通水抵抗を低減でき、ヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂによる分配もスムーズになる。

また流量調整弁５はエンジンの温度に応じて回転してエンジンの冷却に必要な冷却水の流量を調整する。ヘッド流量比Ｑｈ及びブロック流量比Ｑｂの流量バランスは、事前の試験によるマップに基づいて流量調整弁５とその周囲の構造とによって調整される。このため流量調整弁５に複雑な制御機能は不要となり、安価に流量調整弁５を設けることができる。

また流量調整弁５のヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂは湾曲しているので、流量調整弁５を流れる冷却水の流れに与える抵抗を小さくできる。特にヘッド弁体５ｈ又はブロック弁体５ｂが全開又は全閉状態となったときに、流量調整弁５の上流通路と下流通路とをつなぐ通路断面がスムーズで通水抵抗を抑制できる。

続いて第２実施形態〜第４実施形態にエンジンの冷却要求に対する流量調整弁５の構造を説明する。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態のエンジンの冷却構造について説明する図である。図６（Ａ）は、第２実施形態のエンジンの温度と各通路（４１ｈ、４１ｂ、４２）に流される冷却水の流量との関係図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ)の状態Ａ（冷間時）における流量調整弁５の状態図で、円盤上部蓋５０ｈ及び円盤下部蓋５０ｂの図示を省略している。図６（Ｃ）は、図６（Ａ)の状態Ｂ（暖機後：高負荷）における流量調整弁５の状態図である。図６（Ｂ−１）は、流量調整弁５の開弁度合いを冷却水の流れ方向から見てメインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂを投影した図である。図６（Ｂ−２）は、流量調整弁５のヘッド弁体５ｈの状態図である。図６（Ｂ−３）は、流量調整弁５のブロック弁体５ｂの状態図である。図６（Ｃ−１）〜図６（Ｃ−３）も同様である。なお以下では前述した内容と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

本実施形態は、シリンダーヘッド２及びシリンダーブロック１を暖機中から徐々に冷却するエンジンの冷却構造であり、ヘッド弁体５ｈと同様にブロック弁体５ｂが暖機中から開弁する。

本実施形態では、初期状態においてヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂは閉弁している（図６（Ｂ−１)）。ヘッド弁体５ｈ及びメインヘッド通路４０ｈは、第１実施形態と同じである。そしてブロック弁体５ｂは形状をヘッド弁体５ｈと同じにするとともに、配置の位相差をなくす。さらにメインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂの側壁面を同一面上とする。冷却水メイン通路４０（４０ｈ，４０ｂ）を流れる冷却水は全て冷却水リターン通路４２に流される（（図６（Ｂ−２)，図６（Ｂ−３））。そしてヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂは、開閉弁タイミングが同じである。よってエンジンが高温となって（状態Ｂ）ヘッド弁体５ｈが全開となるとき、ブロック弁体５ｂも全開となる（図６（Ｃ−１））。そして冷却水メイン通路４０（４０ｈ，４０ｂ）を流れる冷却水は全てそれぞれ下流の冷却水メイン通路４０（４０ｈ，４０ｂ）に流される（（図６（Ｃ−２)，図６（Ｃ−３））。したがって図６（Ａ）に示すように、冷間時（状態Ａ）においてリターン流量比Ｑｒが最大で、ヘッド流量比Ｑｈ及びブロック流量比Ｑｂはゼロである。そして暖機中から高負荷になるにつれてヘッド流量比Ｑｈ及びブロック流量比Ｑｂは増えて、リターン流量比Ｑｒは減って高負荷（状態Ｂ）でゼロとなる。本実施形態においてヘッド流量比Ｑｈ及びブロック流量比Ｑｂのバランスは、メインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂの流路断面積の違いによるものである。

第１実施形態ではシリンダーヘッドに冷却水を流し始めてから少し遅れてシリンダーブロックにも冷却水を流すようにした。しかしながらエンジンによっては、もっと早めに冷却水をシリンダーブロックに流すことが要求される場合もある。そのようなエンジンに対しては本実施形態を適用することで要求性能を達成できるのである。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態のエンジンの冷却構造について説明する図である。

本実施形態は、第２実施形態に加えてシリンダーヘッド２を冷間時でも冷却するエンジンの冷却構造である。ヘッド弁体５ｈは冷間時に一定の流量比Ｑｈｏを確保して、ブロック弁体５ｂは暖機中から開弁する。

本実施形態では、初期状態においてヘッド弁体５ｈは一部の流路を開放している（図７（Ｂ−１））。本実施形態のブロック弁体５ｂ及びメインブロック通路４０ｂは、第２実施形態と同じである。ヘッド弁体５ｈ及びメインヘッド通路４０ｈも第２実施形態をベースとする。そして初期状態から一定流量比を確保するためにヘッド弁体５ｈの開弁側の弁体を長さＣＬｏだけ短くする。またヘッド弁体５ｈの開弁が進んだときに冷却水リターン通路４２を閉弁することができるように、仕切り壁１２の端部構造を変更する。仕切り壁１２がヘッド弁体５ｈと当接するように、ヘッド弁体５ｈ側の仕切り壁１２の長さをＣＬｏ分長くする。これにより冷間時（状態Ａ）おいてヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂが回転して開弁しなくても、ヘッド弁体５ｈの下流のメインヘッド通路４０ｈには一定の流量比Ｑｈｏに相当する冷却水が流れる（図７（Ｂ−２））。このときブロック弁体５ｂは完全に閉弁しているので、メインブロック通路４０ｂを流れる冷却水は全て冷却水リターン通路４２に流される（図７（Ｂ−３））。またヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂの開閉弁タイミングが同じである。エンジンが高温となったら（状態Ｂ）ヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂともに全開となる（図７（Ｃ−１））。そして冷却水メイン通路４０（４０ｈ，４０ｂ）を流れる冷却水は全てそれぞれ下流の冷却水メイン通路４０（４０ｈ，４０ｂ）に流される（（図７（Ｃ−２)，図７（Ｃ−３））。したがって図７（Ａ）に示すように、ヘッド流量比Ｑｈは、状態Ａから一定流量比Ｑｈｏを確保している。その分リターン流量比Ｑｒは第２実施形態よりも最大値が小さくなる。またヘッド流量比Ｑｈの増加も第２実施形態に比べて緩やかになる。

本実施形態は、シリンダーヘッドに常時冷却水を流す必要があるエンジンに好適である。

（第４実施形態）
図８は、第４実施形態のエンジンの冷却構造について説明する図である。

本実施形態は、シリンダーヘッドを冷間時に冷却して、シリンダーブロックは暖機完了後に冷却するエンジンの冷却構造である。ヘッド弁体５ｈは冷間時に一定の流量比Ｑｈｏを確保している。ブロック弁体５ｂは暖機完了後に開弁する。ヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂは、エンジンが高温なったときに全開となる。

本実施形態では、初期状態において第３実施形態と同様にヘッド弁体５ｈは一部の流路を開放している（図８（Ｂ−１））。本実施形態のヘッド弁体５ｈ、メインヘッド通路４０ｈ及びメインブロック通路４０ｂは、第３実施形態と同じである。ブロック弁体５ｂは、その板厚ｔｂを第１実施形態と同じとする。そしてブロック弁体５ｂの開弁側の端部内側の位置をメインブロック通路４０ｂの開弁側の壁面と一致させる。これによりブロック弁体５ｂはヘッド弁体５ｈの開弁から自身の板厚ｔｂ分だけ開弁タイミングを遅らせることができ、第１実施形態と同様に暖機完了後に開弁し始める。冷間時（状態Ａ）においてヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂが回転して開弁しなくても、ヘッド弁体５ｈの下流のメインヘッド通路４０ｈには一定の流量比Ｑｈｏに相当する冷却水が流れる（図８（Ｂ−２））。このときブロック弁体５ｂは完全に閉弁しているので、メインブロック通路４０ｂを流れる冷却水は全て冷却水リターン通路４２に流される（図８（Ｂ−３））。そしてエンジンが高温となって（状態Ｂ）、ヘッド弁体５ｈ及びブロック弁体５ｂはともに全開となる（図８（Ｃ−１））。そして冷却水メイン通路４０（４０ｈ，４０ｂ）を流れる冷却水は全てそれぞれ下流の冷却水メイン通路４０（４０ｈ，４０ｂ）に流される（（図８（Ｃ−２)，図８（Ｃ−３））。したがって図８（Ａ）に示すように、ヘッド流量比Ｑｈは、状態Ａから一定流量比Ｑｈｏを確保して暖機中に増える。暖機完了前後においてヘッド流量比Ｑｈの傾きが変化しているが、これは暖機中と暖機後とで回転速度が違うためである。ブロック流量比Ｑｂは、暖機完了まではゼロで、暖機完了後から増える。

本実施形態は、シリンダーヘッドに常時冷却水を流す必要があるとともに、シリンダーブロックへは時間をおいて冷却水を流す必要があるエンジンに好適である。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

例えば実施形態において、流量調整弁の構造を４つ示したがこれらに限らない。ヘッド流量比とブロック流量比とのバランスを調整した構造であれば問題ない。調整因子としては、弁体の板厚など弁体の形状、弁体間の位相差（取付角度）、弁体と冷却水通路との位相差、メインヘッド通路とメインブロック通路との側壁面の距離等が考えられる。また流量調整弁の円盤上部蓋は、実施形態においてヘッド弁体と一体となって回転するように設けたが、メインヘッド通路の天井の一部として固定して設けてもよい。この場合は円盤上部蓋にヘッド弁体は固設されていない。流量調整弁の円盤下部蓋も同様に回転せずに固定して設けてもよい。また流量調整弁をシリンダーブロック内に設けたが外部にウォーターポンプを備えるような場合などシリンダーブロック外に設けてもよい。流量調整弁からウォーターポンプに戻る冷却水リターン通路は通路構造が単純であるほど通水抵抗が低く、ウォーターポンプの負荷を低減できる。さらにウォーターポンプは電動式でも機械式でも構わない。機械式の場合、クランクシャフトの回転によって駆動されるので、ウォーターポンプから圧送される冷却水の流量が回転数に応じて変動する。このことを加味して流量調整弁を設ければよい。実施形態においてエンジンの負荷はエンジンの冷却水温で判断することとしたが、エンジンの回転数等を考慮して判断してもよい。

１ シリンダーブロック
２ シリンダーヘッド
３ ウォーターポンプ
４０ 冷却水メイン通路
４０ｈ メインヘッド通路
４０ｂ メインブロック通路
４１ ブランチ通路
４１ｈ シリンダーヘッドを流れるブランチ通路
４１ｂ シリンダーブロックを流れるブランチ通路
４２ 冷却水リターン通路
５ 流量調整弁
５ｈ ヘッド弁体
５ｂ ブロック弁体
５０ 円盤台座
５０ｈ 円盤上部蓋
５０ｂ 円盤下部蓋
５１ 回転軸

Claims (9)

1. シリンダーブロックに形成され、ウォーターポンプから圧送される冷却水をブランチ通路に分配する冷却水メイン通路と、
   前記ブランチ通路よりも上流側で前記冷却水メイン通路から分岐し、ウォーターポンプから圧送された冷却水を、ブランチ通路とは別の経路でウォーターポンプに戻す冷却水リターン通路と、
   前記冷却水メイン通路と前記冷却水リターン通路との分岐に設けられ、前記ブランチ通路に流れる冷却水の流量を調整する流量調整弁と、
   を備えるエンジンの冷却構造。
2. 請求項１に記載のエンジンの冷却構造において、
   前記冷却水メイン通路は、
   ウォーターポンプから圧送される冷却水をシリンダーブロックのブランチ通路に分配するメインブロック通路と、
   前記メインブロック通路と隔壁を介して並行した後、メインブロック通路から離れるように形成され、シリンダーヘッドのブランチ通路へ向かう冷却水が流れるメインヘッド通路と、を含み、
   前記流量調整弁は、
   円盤台座の片面に設けられ、前記メインブロック通路から前記シリンダーブロックのブランチ通路に流れる冷却水の流量を調整するブロック弁体と、
   前記円盤台座の裏面に設けられ、前記メインヘッド通路から前記シリンダーヘッドのブランチ通路に流れる冷却水の流量を調整するヘッド弁体と、を含む、
   ことを特徴とするエンジンの冷却構造。
3. 請求項２に記載のエンジンの冷却構造において、
   前記流量調整弁は、前記ヘッド弁体が前記ブロック弁体よりも先に開弁してブランチ通路に冷却水を流し始めるように調整されている、
   ことを特徴とするエンジンの冷却構造。
4. 請求項３に記載のエンジンの冷却構造において、
   前記ヘッド弁体及び前記ブロック弁体の開弁タイミングの差は、前記ヘッド弁体及び前記ブロック弁体の取付角度で調整される、
   ことを特徴とするエンジンの冷却構造。
5. 請求項３に記載のエンジンの冷却構造において、
   前記ヘッド弁体及び前記ブロック弁体の開弁タイミングの差は、前記ブロック弁体の厚さで調整される、
   ことを特徴とするエンジンの冷却構造。
6. 請求項３に記載のエンジンの冷却構造において、
   前記ヘッド弁体及び前記ブロック弁体の開弁タイミングの差は、前記メインヘッド通路の開弁側の壁面と前記メインブロック通路の開弁側の壁面との距離で調整される、
   ことを特徴とするエンジンの冷却構造。
7. 請求項３に記載のエンジンの冷却構造において、
   前記ヘッド弁体は、開弁前からブランチ通路に冷却水を流すために、開弁側の弁体の長さが閉弁側の弁体に比べて短い、
   ことを特徴とするエンジンの冷却構造。
8. 請求項２から請求項７のいずれか１項に記載のエンジンの冷却構造において、
   前記ヘッド弁体及び前記ブロック弁体は、湾曲している、
   ことを特徴とするエンジンの冷却構造。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のエンジンの冷却構造を用いてエンジンの冷却を制御する方法において、
   エンジンの冷却水温が高いときは、前記流量調整弁の回転角度を大きく設定して、エンジンの冷却水温が低いときは、前記流量調整弁の回転角度を小さく設定することによって、ブランチ通路に流れる冷却水の流量を調整する流量調整工程を有する、
   ことを特徴とするエンジンの冷却制御方法。

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