JP2012052515A - 内燃機関のシリンダブロックおよび冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックのウォータジャケットを浅くしながらも、シリンダボアのクランク室に近い部分の温度上昇を抑制する。
【解決手段】シリンダボア５１〜５４と、このシリンダボア５１〜５４の周囲に沿って形成されたウォータジャケット２１と、ウォータジャケット２１よりクランク室２３側に、隣接するシリンダボア５１〜５４を包囲するように形成された冷却水通路２４〜２７と、を備えるシリンダブロック２０。また、ウォータポンプ４０と、ＥＧＲクーラ４１と、ヒータコア４４と、を更に備え、冷却水通路２４，２５は、ウォータポンプ４０からウォータジャケット２１を迂回してＥＧＲクーラ４１に冷却水を供給するウォータジャケットバイパス路４７を構成し、冷却水通路２６，２７は、ヒータコア４４からウォータジャケット２１を迂回してウォータポンプ４０に冷却水を還流するウォータジャケットバイパス還流路４５Ａを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のシリンダブロックおよび冷却装置に関する。

自動車等の車両に搭載される内燃機関では、比較的高温となるシリンダヘッドの燃焼室近傍やシリンダブロックにおけるシリンダボア周囲のデッキ面近傍に対しては、多量の冷却水を供給して積極的に冷却し、シリンダボア周囲の中下部（デッキ面近傍以外の部分）など、比較的温度が低い部分に対しては、油膜温度を上げてシリンダのフリクションロスを低減するために冷却水の供給を抑制することが望ましい。

例えば、特許文献１に開示されている内燃機関の冷却装置では、冷却水の水温が所定温度より低い場合に、シリンダヘッド内のウォータジャケットの冷却水のみを循環させ、シリンダブロック内のウォータジャケットの冷却水の循環を停止させるようにしている。これにより、冷間時においてシリンダブロックを早急に暖めてシリンダのフリクションロスを低減するようにしている。

特開平５−８６９７０号公報

シリンダブロックのウォータジャケットは、一般に、デッキ面からピストンの下死点ないしシリンダボア下端の高さ位置まで形成されているが、シリンダボアの温度は、デッキ面近傍が高温になり、デッキ面から遠ざかるにつれて急速に低温になるため、デッキ面から比較的離れた部分が必要以上に冷却され、シリンダのフリクションロスが大きくなっていることが多い。

シリンダボアのデッキ面近傍を積極的に冷却しデッキ面から比較的離れた部分を必要以上に冷却しないようにするには、ウォータジャケットを浅くすればよい。

ところが、シリンダのフリクションロスの低減効果が十分に得られるまで（例えばピストンストロークの半分程度まで）ウォータジャケットを浅くすれば、エンジンの高負荷時に、シリンダボアの下部（クランク室に近い部分）の温度が設計上の許容温度を超えるおそれがあった。このため、多くの場合、フリクションロスの低減効果を十分に得られるまでウォータジャケットを浅くすることができなかった。

本発明はかかる問題に鑑みて創案されたものであり、ウォータジャケットを浅くしながらも、シリンダボアのクランク室に近い部分の温度上昇を抑制できる、内燃機関のシリンダブロックおよび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、本発明の内燃機関のシリンダブロックは、シリンダボアと、このシリンダボアの周囲に沿って形成されたウォータジャケットと、を備えるものを前提とし、前記ウォータジャケットよりクランク室側に、冷却水通路が形成されたものであることを特徴としている。

前記冷却水通路は、例えば、前記シリンダボアの配列方向に沿って形成されたものである。

前記冷却水通路は、例えば、前記シリンダボアの配列方向に沿ってシリンダボアの吸気側および排気側に形成されたものである。

前記冷却水通路は、例えば、隣接する複数のシリンダボアを包囲するように形成されたものである。

既述の内燃機関のシリンダブロックによれば、シリンダのフリクションロスの低減を狙ってウォータジャケットを浅くすることにより、冷却不足となり得るシリンダボアのクランク室に近い部分の温度上昇を前記冷却水通路を流れる冷却水によって抑制することができる。

また、本発明の内燃機関の冷却装置は、既述の内燃機関のシリンダブロックと、冷却水を循環させるためのウォータポンプと、熱交換器と、を備えるものを前提とし、前記冷却水通路は、前記ウォータポンプから前記ウォータジャケットを迂回して前記熱交換器に冷却水を供給するウォータジャケットバイパス路を構成するものである、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、熱交換器に冷却水を供給するウォータジャケットバイパス路がシリンダブロック内に形成された冷却水通路によって構成されることから、ウォータジャケットを迂回して冷却水を熱交換器に供給するための配管の量を減らすことができる。

また、本発明の内燃機関の冷却装置は、既述の内燃機関のシリンダブロックと、冷却水を循環させるためのウォータポンプと、熱交換器と、を備えるものを前提とし、前記冷却水通路は、前記熱交換器から前記ウォータジャケットを迂回して前記ウォータポンプに冷却水を還流するためのウォータジャケットバイパス還流路を構成するものである、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、熱交換器からウォータジャケットを迂回してウォータポンプに冷却水を還流するためのウォータジャケットバイパス還流路がシリンダブロック内に形成された冷却水通路によって構成されていることから、ウォータジャケットを迂回してウォータポンプに冷却水を還流するための配管の量を減らすことができる。

本発明によれば、シリンダブロックのウォータジャケットを浅くすることにより、冷却不足となり得るシリンダボアのクランク室に近い部分の温度上昇をシリンダブロック内に形成された冷却水通路を流れる冷却水によって抑制することができる。

エンジンの冷却水が循環する経路を示す図であり、シリンダブロックおよびシリンダヘッドについては吸気側から視た概略斜視図としている。 エンジンの冷却水が循環する経路を示す図であり、シリンダブロックおよびシリンダヘッドについては排気側から視た概略斜視図としている。 シリンダブロックの断面図である。 エンジンの冷却水が循環する経路を示す図であり、シリンダブロックおよびシリンダヘッドについては吸気側から視た概略斜視図としている。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、内燃機関として直列４気筒エンジンを例に挙げて説明する。図１および図２は、エンジン１０の冷却水が循環する経路を示す模式図である。

図１および図２に示すように、エンジン１０は、シリンダブロック２０内にシリンダボア５１〜５４の周囲に沿って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」という。）と、シリンダヘッド３０内に形成された図示しないウォータジャケット（以下「ヘッド内ウォータジャケット」という。）とを備えている。以下、説明の便宜上、ヘッド内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１０の「前」とし、下流側をエンジン１０の「後」とする。また、排気ポートから排ガスが排出される側を「排気側」、吸気ポートから新気が吸入される側を「吸気側」とする。但し、上記エンジン１０の前後とこのエンジン１０が搭載される車両の前後とは一致しない場合がある。

図１および図２において、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の冷却水導入口２２よりシリンダブロック２０内に導入され、シリンダブロック２０内の分岐点４８において分流して、ブロック内ウォータジャケット２１の前部（気筒配列方向一端部）と、ウォータジャケットをバイパスしてＥＧＲクーラ４１等の熱交換器に冷却水を供給するウォータジャケットバイパス路４７側へと供給される。

ブロック内ウォータジャケット２１の前部に供給された冷却水は、その一部がブロック内ウォータジャケット２１の後方に供給され、その余部が連通路６１を通じてヘッド内ウォータジャケットに供給される。なお、上記連通路６１は、シリンダブロック２０とシリンダヘッド３０の間に介装されたヘッドガスケット６０に形成されている。

ブロック内ウォータジャケット２１を流れる冷却水は、矢印９１，９２に示すように、各シリンダボア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、シリンダボア５４の後方で合流する。そして、シリンダボア５４の後方で合流した冷却水は、連通路６２を通過し、ヘッド内ウォータジャケットを通過した冷却水に合流する。なお、上記連通路６２は、シリンダブロック２０とシリンダヘッド３０の間に介装されたヘッドガスケット６０に形成されている。

連通路６１からヘッド内ウォータジャケットに供給された冷却水は、矢印９３に示すように、概ね各シリンダボア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、その下流側において、ブロック内ウォータジャケット２１側から供給される冷却水と合流し、ヘッド内ウォータジャケットの下流端に並列に接続された第１冷却水流路４５および第２冷却水流路４６の何れかよりシリンダヘッド３０外へ導出される。

上記ウォータジャケットバイパス路４７は、分岐点４８から分流した冷却水をヘッド内ウォータジャケットおよびブロック内ウォータジャケット２１を迂回して、互いに並列に設置されたＥＧＲクーラ５１、トランスミッションオイルクーラ４９、排気冷却器５０等の熱交換器に供給する。これらの熱交換器に供給された冷却水は各機器において熱交換した後、合流してシリンダヘッド３０の排気側面に形成された冷却水導入口３２を通じてヘッド内ウォータジャケットを通過した冷却水と合流する。

上記第１冷却水流路４５は、車室内の暖房熱を供給するヒータコア（熱交換器）４４へ冷却水を供給する。ヒータコア４４を通過した冷却水は、ウォータジャケットバイパス還流路４５Ａを通じて、ヘッド内ウォータジャケットおよびブロック内ウォータジャケット２１を迂回してウォータポンプ４０に還流する。

上記第２冷却水流路４６は、冷却水をラジエータ４２に供給する。ラジエータ４２を通過した冷却水は、サーモスタット弁４３を経由してウォータポンプ４０に還流される。

サーモスタット弁４３は、冷却水が所定水温Ｔｗ未満のとき、その弁体を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、その弁体を開弁してラジエータ４２内の冷却水を循環させる。

ところで、エンジン１０のシリンダブロック２０内には、図１および図２に示すように、ブロック内ウォータジャケット２１とは別に冷却水通路２４〜２７が形成されている。この冷却水通路２４〜２７は、シリンダボア５１〜５４の周囲において、ブロック内ウォータジャケット２１よりクランク室２３側に形成されており、その高さ位置（シリンダボアの高さ方向位置）、流路断面積、シリンダボア５１〜５４との距離などの各種条件は、ブロック内ウォータジャケット２１を浅くすることで、エンジン１０の高負荷時に冷却不足となり得る、シリンダボア５１〜５４のクランク室２３に近い部分の温度上昇を設計上の許容限度内に抑制できるように設定される。このような各種条件の設定は、熱解析シミュレーション、実験等に基づいて行われる。

冷却水通路２４〜２７は、前部冷却水通路２４、排気側部冷却水通路２５、後部冷却水通路２６および吸気側部冷却水通路２７などで構成され、一列に隣接する４箇所のシリンダボア５１〜５４を包囲するように形成されている。

前部冷却水通路２４は、シリンダボア５１の前方において、シリンダブロック２０の吸気側から排気側に亘って形成されている。図１および図２に例示する前部冷却水通路２４は、シリンダボア５１の前方において、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た貫通孔を鋳型、機械加工等により設け、この貫通孔のウォータポンプ４０と反対側の端部をプラグ２４１にて閉塞することにより設けられている。

排気側部冷却水通路２５は、シリンダボア５１〜５４より排気側において、シリンダボア５１〜５４の配列方向に沿って形成されている。図１および図２に例示する排気側部冷却水通路２５は、シリンダボア５１〜５４より排気側において、シリンダボア５１〜５４の配列方向に沿って、シリンダブロック２０の後端部から後部冷却水通路２６を貫通して前部冷却水通路２４に達する孔を設け、この孔の後部冷却水通路２６との貫通部の前後の開口をプラグ２５１，２５１にてそれぞれ閉塞し、更に、上記２つのプラグ２５１，２５１より前側から排気側に開口する導出孔２５２をシリンダブロック２０に形成することにより設けられている。

後部冷却水通路２６は、シリンダボア５４の後方において、シリンダブロック２０の吸気側から排気側に亘って形成されている。図１および図２に例示する後部冷却水通路２６は、シリンダボア５４の後方において、シリンダブロック２０を吸気側から排気側に貫通する貫通孔を設け、この貫通孔の吸気側端部をプラグ２６１にて閉塞することにより設けられている。

吸気側部冷却水通路２７は、シリンダボア５１〜５４より吸気側において、シリンダボア５１〜５４の配列方向に沿って形成されている。図１および図２に例示する吸気側部冷却水通路２７は、シリンダボア５１〜５４より吸気側において、シリンダボア５１〜５４の配列方向に沿って、シリンダブロック２０を後端部から後部冷却水通路２６を貫通して前部冷却水通路２４の近くに達する孔を設け、この孔の後端開口をプラグ２７１にて閉塞し、更に、上記孔の前端部を吸気側に開口する導出孔２７２をシリンダブロック２０に形成することにより設けられている。

本実施形態では、前部冷却水通路２４および排気側部冷却水通路２５は、ウォータジャケットバイパス路４７の一部を構成しており、後部冷却水通路２６および吸気側部冷却水通路２７は、ウォータジャケットバイパス還流路４５Ａの一部を構成している。

上記冷却水通路２４〜２７を備えるエンジン１０のシリンダブロック２０によれば、以下の作用効果が期待される。

すなわち、シリンダのフリクションロスの低減効果を得るために、ブロック内ウォータジャケット２１を浅くしたことにより、冷却不足となり得るシリンダボア５１〜５４のクランク室２３に近い部分の温度上昇を冷却水通路２４〜２７を流れる冷却水によって抑制することができる。

また、ウォータジャケットバイパス路４７の一部が前部冷却水通路２４および排気側部冷却水通路２５として、シリンダブロック内２０に形成され、ウォータジャケットバイパス環流路４５Ａの一部が後部冷却水通路２６および吸気側部冷却水通路２７として、シリンダブロック内２０に形成されていることから、シリンダブロック２０の周囲の配管を少なくできる。これにより、配管類を含めたエンジン１０のコンパクト化が図られる。さらに、配管設置に必要な工数（例えば、配管設置工数、配管へ断熱材を装着するための工数等）の低減が可能となる。

また、一般的なシリンダブロックにおいては、ブロック内ウォータジャケット２１の下方（クランク室２３側）がデッドスペースＤ（図３参照）となっていることが多く、このデッドスペースＤに上記冷却水通路２４〜２７（図３においては、排気側部冷却水通路２５および吸気側部冷却水通路２７のみを示している。）が設置されれば、デッドスペースＤの有効利用となり、より一層のエンジン１０のコンパクト化が期待できる。

−他の実施形態−
シリンダブロック２０内に形成された冷却水通路２４〜２７の一部を外部配管に置き換えてもよく、そうした場合でも一定の作用効果（シリンダボア５１〜５４のクランク室２３に近い部分の温度上昇の抑制効果）が得られる。例えば図４に示すように、シリンダブロック２０内に後部冷却水通路２６を設けずに、ヒータコア４４と吸気側部冷却水通路２７の上流端とを外部配管４５１にて接続しても一定の上記作用効果は得られる。

本発明は、例えば、自動車用内燃機関のシリンダブロックに適用可能である。

１０ エンジン（内燃機関）
２０ シリンダブロック
２１ ウォータジャケット
２３ クランク室
５１〜５４ シリンダボア
２４ 前部冷却水通路（冷却水通路）
２５ 排気側部冷却水通路（冷却水通路）
２６ 後部冷却水通路（冷却水通路）
２７ 吸気側部冷却水通路（冷却水通路）
４１ ＥＧＲクーラ（熱交換器）
４４ ヒータコア（熱交換器）
４５Ａ ウォータジャケットバイパス環流路
４７ ウォータジャケットバイパス路
４９ オイルクーラ（熱交換器）
５０ 排気冷却器（熱交換器）

Claims (6)

1. シリンダボアと、このシリンダボアの周囲に沿って形成されたウォータジャケットと、を備える内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   前記ウォータジャケットよりクランク室側に、冷却水通路が形成されたことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
2. 請求項１に記載の内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   前記冷却水通路は、前記シリンダボアの配列方向に沿って形成されたものである、ことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
3. 請求項２に記載の内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   前記冷却水通路は、前記シリンダボアの配列方向に沿ってシリンダボアの吸気側および排気側に形成されたものである、ことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
4. 請求項１に記載の内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   前記冷却水通路は、隣接する複数のシリンダボアを包囲するように形成されたものである、ことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の内燃機関のシリンダブロックと、
   冷却水を循環させるためのウォータポンプと、
   熱交換器と、
   を備える内燃機関の冷却装置であって、
   前記冷却水通路は、前記ウォータポンプから前記ウォータジャケットを迂回して前記熱交換器に冷却水を供給するウォータジャケットバイパス路を構成するものである、ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
6. 請求項１〜４の何れか１項に記載の内燃機関のシリンダブロックと、
   冷却水を循環させるためのウォータポンプと、
   熱交換器と、
   を備える内燃機関の冷却装置であって、
   前記冷却水通路は、前記熱交換器から前記ウォータジャケットを迂回して前記ウォータポンプに冷却水を還流するためのウォータジャケットバイパス還流路を構成するものである、ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。

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