JP2012002164A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックを迂回する配管を設けることなく、内燃機関の吸気側から内燃機関の排気側に設置されたＥＧＲクーラに冷却水を供給する。
【解決手段】シリンダブロック２０内のウォータジャケット２１に、シリンダブロック２０外から冷却水を供給する冷却水通路２２が形成された内燃機関の冷却装置において、冷却水通路２２は、シリンダブロック２０を吸気側から排気側に亘って貫通して形成され、シリンダブロック２０内のウォータジャケット２１の気筒配列方向一端部と連通している。シリンダブロック２０の排気側にＥＧＲクーラ４１が設置されており、冷却水通路２２の下流側に、ＥＧＲクーラ４１が連通されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却装置に関し、特に、ウォータジャケットに冷却水を供給するための冷却水通路がシリンダブロック内に形成された内燃機関の冷却装置に関する。

内燃機関の冷却水の循環経路は、配管やシリンダブロック内に形成された冷却水通路などによって構成され（例えば特許文献１を参照。）、冷却水の循環経路上にあるラジエータ、ウォータジャケット、ＥＧＲクーラ、ヒータコアなどの熱交換部に冷却水が供給される（例えば特許文献２を参照。）。

特開２００４−９２５４６号公報 特開２０１０−６５６２７号公報

ところで、内燃機関の吸気側（吸気マニホールド等の吸気系が接続された側）に設置されたウォータポンプなどから内燃機関の排気側（排気マニホールド等の排気系が接続された側）に設置されたＥＧＲクーラ等の熱交換器に冷却水を供給する場合、内燃機関の吸気側からシリンダブロックを迂回して内燃機関の排気側まで配管を設けなければならない場合がある。しかし、このようにシリンダブロックを迂回する配管を設けると、配管を含めた内燃機関の周囲が大型化してしまうおそれがある。

本発明は、かかる問題に鑑みて創案されたものであり、シリンダブロックを迂回する配管を設けることなく、内燃機関の吸気側から内燃機関の排気側に冷却水を供給することを可能とする内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための手段として、本発明の内燃機関の冷却装置は、以下のように構成されている。

すなわち、本発明の内燃機関の冷却装置は、シリンダブロック内のウォータジャケットにシリンダブロック外から冷却水を供給する冷却水通路が形成されたものを前提としており、前記冷却水通路は、前記シリンダブロックを吸気側から排気側に亘って貫通して形成され、前記シリンダブロック内のウォータジャケットに連通していることを特徴としている。

かかる構成を備える内燃機関の冷却装置によれば、シリンダブロック内のウォータジャケットに冷却水を供給する冷却水通路がシリンダブロックの吸気側から排気側まで貫通して設けられているため、シリンダブロックを迂回する配管を設けることなく、内燃機関の吸気側から内燃機関の排気側に冷却水を供給することができる。

前記冷却水通路は、例えば、前記シリンダブロック内のウォータジャケットの端位置気筒の周囲部に連通している。

前記冷却水通路は、前記シリンダブロック内のウォータジャケットの気筒配列方向一端部に連通していることが望ましい。

かかる構成を備える内燃機関の冷却装置によれば、例えば、前記冷却水通路をシリンダブロックの吸気側から排気側に亘って直線状に設けることができ、前記冷却水通路を形成するための鋳抜きや機械加工が容易になる。

既述の構成を備える内燃機関の冷却装置において、前記シリンダブロックの排気側に設置され、前記冷却水通路の下流側に連通した熱交換器をさらに備えるものであることが望ましい。

前記熱交換器は、例えばＥＧＲクーラである。

かかる構成を備える内燃機関の冷却装置によれば、シリンダブロックを迂回する配管を設けることなく、内燃機関の吸気側から内燃機関の排気側に設置されたＥＧＲクーラ等の熱交換器に冷却水を供給することができる。

既述の構成を備える内燃機関の冷却装置においては、シリンダブロックにおける端位置気筒のシリンダボア壁と、前記冷却水通路と前記シリンダブロック内のウォータジャケットとを連通する連通口との間に、前記連通口から前記ウォータジャケット内に流入する冷却水が前記端位置気筒のシリンダボア壁を直撃することを防止する板部材が設置されていることが望ましい。

かかる構成を備える内燃機関の冷却装置によれば、板部材により、連通口からブロック内ウォータジャケット内に流入する冷却水がシリンダボア壁を直撃することが防止されるため、シリンダボア壁の局部的な過冷却が抑制される。

既述の構成を備える内燃機関の冷却装置においては、前記シリンダブロック内のウォータジャケットの端位置気筒の周囲部に、前記連通口から前記シリンダブロック内のウォータジャケット内に流入して上昇する冷却水の流れを周方向に分散する冷却水分散部を有する板部材が設けられていることが望ましい。

かかる構成を備える内燃機関の冷却装置によれば、板部材により、連通口からブロック内ウォータジャケット内に流入して上昇する冷却水の流れが周方向に分散されるので、シリンダボア壁の局部的な過冷却が抑制される。

本発明によれば、シリンダブロックを迂回する配管を設けることなく、内燃機関の吸気側から内燃機関の排気側に冷却水を供給することが可能となる。

エンジンの冷却水が循環する経路等を示す模式図である。 シリンダブロック、シリンダヘッド、ブロック内ウォータジャケット、ヘッド内ウォータジャケット等を吸気側から視た断面図である。なお、防護板、シリンダボア壁は断面化していない。 エンジンの前側からブロック内ウォータジャケット、防護板等を視た断面図である。なお、防護板、シリンダボア壁は断面化していない。 シリンダブロックの前端部近傍を示す平面図である。 エンジンの前側からブロック内ウォータジャケット、防護板等を視た他の実施形態に係る断面図である。なお、防護板、シリンダボア壁は断面化していない。

以下、本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、直列４気筒エンジンを内燃機関の一例に挙げて説明する。本明細書においては、エンジンの吸気マニホールド等の吸気系が接続される側をエンジン等の「吸気側」といい、エンジンの排気マニホールド等の排気系が接続される側をエンジン等の「排気側」という。また、ウォータジャケット内を流れる冷却水の上流側をエンジンの前側とし、下流側をエンジンの後側とする。エンジンの前後と車両の前後とは一致しない場合がある。

図１は、エンジン１００の冷却水が循環する経路等を示す模式図である。図２は、シリンダブロック２０およびシリンダヘッド３０を断面化して、後述する防護板１、シリンダブロック２０内に形成されたウォータジャケット２１（以下「ブロック内ウォータジャケット２１」ともいう。）、シリンダヘッド３０内に形成されたウォータジャケット３１（以下「ヘッド内ウォータジャケット３１」ともいう。）などを吸気側から視た図である。なお、図１ではヘッド内ウォータジャケット３１の図示は省略している。

図１に示すように、ウォータポンプ４０から吐出する冷却水は、シリンダブロック２０に形成された冷却水通路２２内に供給される。この冷却水通路２２は、シリンダブロック２０の吸気側から排気側に亘って貫通して形成されている。冷却水通路２２の中間部はブロック内ウォータジャケット２１の気筒配列方向一端部の下側に連通口２５を介して連通している。これにより、ウォータポンプ４０から吐出した冷却水は冷却水通路２２を通じてブロック内ウォータジャケット２１に導入される。

冷却水通路２２がブロック内ウォータジャケット２１と連通する場所は、ブロック内ウォータジャケット２１の端位置気筒（一端位置気筒）５１の周囲部２１１（以下「端位置気筒周囲部２１１」ともいう。）にあれば、気筒配列方向一端部から多少ずれた場所であってもよい。また、図２に示す例では、冷却水通路２２とブロック内ウォータジャケット２１とが連通する連通口２５は、ブロック内ウォータジャケット２１の底部２１３より少し高い位置に形成されているが、連通口２５をブロック内ウォータジャケット２１の底部２１３と同じ高さ位置に形成してもよい。

ブロック内ウォータジャケット２１の気筒配列方向一端部に導入された冷却水は、後述する第１サーモスタット弁７０が開弁状態にあるとき、その一部がブロック内ウォータジャケット２１内を流れ、その余部がヘッドガスケット６０に形成された貫通孔からなる連通路６１を通じてヘッド内ウォータジャケット３１内に導入される。

すなわち、ブロック内ウォータジャケット２１内を流れる冷却水は、矢印９１，９２に示すように、各シリンダ５１〜５４の両側に沿って、気筒配列方向に前方から後方に向かって流れ、シリンダ５４の後方で合流する。合流した冷却水は、冷却水排出路２４を通じてシリンダブロック２０外へ排出される。この冷却水排出路２４は、例えば、シリンダブロック２０に接続されたアウトレットパイプなどで構成される。

連通路６１を通じてヘッド内ウォータジャケット内に導入された冷却水は、矢印９３に示すように、概ね各シリンダ５１〜５４の燃焼室壁に沿って気筒配列方向に前方から後方に向かって流れる。ヘッド内ウォータジャケット３１内の後部に到達した冷却水は、冷却水排出路３４を通じてシリンダヘッド３０の外へ排出される。この冷却水排出路３４は、例えば、シリンダヘッド３０に接続されたアウトレットパイプなどで構成される。

シリンダヘッド３０側の冷却水排出路３４の途中には、シリンダブロック２０側の冷却水排出路２４の下流端が接続されており、その接続部において、シリンダブロック２０側の冷却水排出路２４内の流路をシリンダヘッド３０側の冷却水排出路３４内を流れる冷却水の温度に応じて開閉する第１サーモスタット弁７０が設けられている。

第１サーモスタット弁７０は、所定の水温Ｔｃ（例えばＴｃ＝９５℃）未満で閉弁し、所定の水温Ｔｃ以上で開弁して、所定の水温Ｔｃｗ（例えばＴｃｗ＝１０８℃）以上で全開となる。したがって、シリンダヘッド３０側の冷却水排出路３４内を流れる冷却水の温度が水温Ｔｃ未満のとき、シリンダブロック２０側の冷却水排出路２４内の流路が閉塞され、ブロック内ウォータジャケット２１内の冷却水の循環が停止する。一方、第１サーモスタット弁７０の状態にかかわらず、ヘッド内ウォータジャケット３１内の冷却水はウォータポンプ４０が駆動している限り循環する。

シリンダブロック２０の排気側には、図１に示すように、ＥＧＲクーラ４１が設置されている。このＥＧＲクーラ４１の冷却水導入口と冷却水通路２２の下流端がシリンダブロック２０の排気側に接続された曲管４２を介して連通されている。ＥＧＲクーラ４１の冷却水排出口４１ｂには、第１冷却水路４３が接続されている。

第１冷却水路４３のＥＧＲクーラ４１より下流側には、車室内の暖房に供されるヒータコア４４が設置されており、更にその下流側には、ラジエータ４５が設置されている。また、第１冷却水路４３における、ヒータコア４４とラジエータ４５との間の分岐点４９からラジエータ４５をバイパスする第２冷却水路４６が分岐している。この第２冷却水路４６は、ラジエータ４５をバイパスした後再び第１冷却水路４３と合流点４８で合流し、ウォータポンプ４０の吸入側に戻っている。

第１冷却水路４３と第２冷却水路４６の合流点４８には、第２冷却水路４６内を流れる冷却水の水温に応じてラジエータ４５内の冷却水の流路を開閉する第２サーモスタット弁４７が設置されている。第２サーモスタット弁４７は、冷却水が所定水温Ｔｗ（例えばＴｗ＝８２℃）未満のとき、閉弁してラジエータ４２内の冷却水の循環を停止させる。一方、冷却水が所定水温Ｔｗ以上のとき、開弁してラジエータ４２内の冷却水を循環させる。

また、第１冷却水路４３の途中（図１に示す例では、ヒータコア４４と分岐点４９との間）には、シリンダヘッド３０側の冷却水排出路２４の下流端が接続されている。

以上に説明したように、ブロック内ウォータジャケット２１およびヘッド内ウォータジャケット３１の周囲に、上記連通口２５、連通路６１、冷却水排出路２４，３４等が設けられていることにより、第１サーモスタット弁７０が開弁状態にあるとき、ウォータポンプ４０から吐出して冷却水通路２２を通じて連通口２５からブロック内ウォータジャケット２１内に流入した冷却水は、ブロック内ウォータジャケット２０内とヘッド内ウォータジャケット３１内を並列に流れる。

そして、本実施形態に係る内燃機関の冷却装置によれば、ブロック内ウォータジャケット２１に冷却水を供給する冷却水通路２２がシリンダブロック２０の吸気側から排気側まで貫通して設けられていることから、シリンダブロック２０を迂回する配管を設けることなく、エンジン１０の吸気側からエンジン１０の排気側に設置されたＥＧＲクーラ４１に冷却水を供給することができる。この結果、配管類を含めたエンジン１００の小型化が容易になる。

ところで、ウォータポンプ４０を駆動したまま、第１サーモスタット弁７０を閉弁し、シリンダブロック２０側の冷却水排出路２４内の流路が閉塞されると、ブロック内ウォータジャケット２１内の冷却水の循環が停止したまま、ヘッド内ウォータジャケット内の冷却水のみが循環するようになる。このとき、連通口２５からブロック内ウォータジャケット２１へ導入された冷却水は、ヘッドガスケット６０に設けられた連通路６１に向かって真直ぐに流れを形成する。

このことから、ブロック内ウォータジャケット２１内に何も設置されていなければ、連通口２５からブロック内ウォータジャケット２１内に流入した冷却水はシリンダボア壁２６を直撃し、当該直撃部が局部的に過冷却されてしまう。また、連通口２５から連通路６１に向かって真直ぐに冷却水の流れが形成されることにより、シリンダボア壁２６の冷却水の流れに沿った部分が局部的に過冷却されてしまう。そして、上記のように、シリンダボア壁２６が局部的に過冷却されるとシリンダ５１が歪に変形して、シリンダ５１とピストンとの間でフリクションが増加して燃費悪化を招いたり、ヘッドガスケット６０がシリンダボア壁２６の端面２６１に対するシール性を悪化させるおそれがある。

本実施形態では、このような不都合を解消するために、ブロック内ウォータジャケット２１の端位置気筒周囲部２１１の上方に設ける連通路６１を連通口２５の真上位置からずらして複数（図１に示す例では５箇所）設けている。これにより、連通口２５から連通路６１に亘ってブロック内ウォータジャケット２１に形成される冷却水の流れが分散し、シリンダボア壁２６の冷却水の流れに沿った部分が局部的に過冷却されるという問題が起き難くなる。

また、上記不都合を更に効果的に解消するために、ブロック内ウォータジャケット２１の端位置気筒周囲部２１１における、連通口２５とシリンダボア壁２６との間に防護板（板部材）１が設置されている。この防護板１は、図２〜図４に示すように、シリンダボア壁２６に沿って湾曲した板状の本体部１１と、本体部１１の外周面１１１に形成された冷却水分散部１２とを備えている。本体部１１は、連通口２５とシリンダボア壁２６との間に介在して連通口２５からブロック内ウォータジャケット２１内に流入する冷却水がシリンダボア壁２６を直撃することを防止するようになっている。この防護板１には、熱伝導性の低い材料、例えば樹脂材等が使用されていることが望ましい。

上記冷却水分散部１２は、連通口２５からブロック内ウォータジャケット２１内に流入して上昇する冷却水の流れをシリンダボア壁２６の周方向に二手に分散させるように設けられている。図２〜図４に例示する冷却水分散部１２は、本体部１１の外周面１１１から板厚方向に突出した凸条で構成されている。この凸条の中間部は、連通口２５からブロック内ウォータジャケット２１内に流入する冷却水の主流（最も流速の早い部分）に向かって略Ｖ字状に（図３中下方に）迫り出している。冷却水通路２２を通って連通口２５からブロック内ウォータジャケット２１内に流入する冷却水の流れの主流は、慣性によって排気側に偏るため、冷却水分散部１２の頂部１２１は、その主流の偏りに対応させて、連通口２５より排気側寄りに設けられている。

防護板１の隅部には、板厚方向に突出した凸部１３が形成されている。この凸部１３は、ブロック内ウォータジャケット２１を形成する外側壁面２１２（シリンダボア壁２６に対向する面）と防護板１の本体部１１との間に常に一定の距離を確保して、冷却水の流路断面積を維持し、冷却水の流れの圧損を抑制するために設けられている。また、凸部１３の高さおよび本体部１１の板厚は、防護板１の板厚方向へのバタつきを抑制する程度に設定されている（例えば、ブロック内ウォータジャケット２１に設置された防護板１の板厚方向の遊びは１〜２ｍｍ程度とされることが望ましい。）。防護板１の板厚方向へのバタつきが抑制されることにより、冷却水の流れが安定化し、ブロック内ウォータジャケット２１内での冷却水の流れの圧損が抑制される。

図４に示すように、ブロック内ウォータジャケット２１の外側壁面２１２には、ブロック内ウォータジャケット２１側に隆起した一対の隆起部２７，２７が形成されている。この一対の隆起部２７によって上記防護板１の周方向への移動が規制されている。

また、図３に示すように、防護板１の上端部には、ヘッドガスケット６０に当接する突起部１４が設けられており、防護板１の下端部には、脚部１５が設けられている。突起部１４の両側部１６，１６は突起部１４より低位置に形成されており、この両側部１６，１６とヘッドガスケット６０との間に冷却水の流動スペースが確保されるようになっている。これにより、比較的高温となるデッキ面２９付近を効果的に冷却できるようになっている。

−他の実施形態−
ブロック内ウォータジャケット２１内に防護板１を設置すると、冷却水の流れの圧損が増加する。この圧損の増加を抑制するためには、既述の実施形態に係る防護板１の代わりに図５に示すような防護板１Ａを採用することが望ましい。

すなわち、図５に示す防護板１Ａは、既述の実施形態における防護板１において、冷却水分散部１２の頂部１２１より排気側の部分である排気側冷却水分散部１２ａの傾斜に概ね沿って下部が切除されたもの（省略されたもの）となっている。

この防護板１Ａによれば、連通口２５からブロック内ウォータジャケット２１内に流入する冷却水がシリンダボア壁２６に直撃する可能性はあるものの、排気側冷却水分散部１２ａの下方において、冷却水の流路断面積が増加するため、冷却水の流れの圧損を抑制することができる。なお、防護板１Ａのその他の構成は図３に基づき説明した防護板１と同様である。

本発明は、例えば自動車に搭載される水冷式エンジンに適用可能である。

１ 防護板（板部材）
１２ 冷却水分散部
２０ シリンダブロック
２１ ブロック内ウォータジャケット（シリンダブロック内のウォータジャケット）
２２ 冷却水通路
２５ 連通口
２６ シリンダボア壁
４１ ＥＧＲクーラ（熱交換器）
５１ 端位置気筒
１００ エンジン（内燃機関）
２１１ ブロック内ウォータジャケットの端位置気筒の周囲部

Claims (7)

1. シリンダブロック内のウォータジャケットにシリンダブロック外から冷却水を供給する冷却水通路が形成された内燃機関の冷却装置において、
   前記冷却水通路は、前記シリンダブロックを吸気側から排気側に亘って貫通して形成され、前記シリンダブロック内のウォータジャケットに連通していることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記冷却水通路は、前記シリンダブロック内のウォータジャケットの端位置気筒の周囲部に連通していることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記冷却水通路は、前記シリンダブロック内のウォータジャケットの気筒配列方向一端部に連通していることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記シリンダブロックの排気側に設置され、前記冷却水通路の下流側に連通した熱交換器をさらに備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記熱交換器はＥＧＲクーラであることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
6. 請求項２に記載の内燃機関の冷却装置において、
   シリンダブロックにおける端位置気筒のシリンダボア壁と、前記冷却水通路と前記シリンダブロック内のウォータジャケットとを連通する連通口との間に、前記連通口から前記ウォータジャケット内に流入する冷却水が前記端位置気筒のシリンダボア壁を直撃することを防止する板部材が設置されたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
7. 請求項２に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記シリンダブロック内のウォータジャケットの端位置気筒の周囲部に、前記連通口から前記シリンダブロック内のウォータジャケット内に流入して上昇する冷却水の流れを周方向に分散する冷却水分散部を有する板部材が設けられていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。

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