JP2013108387A - エンジン - Google Patents

Abstract

【解決手段】 エンジン本体１の外部に伝熱手段２５が配置されており、この伝熱手段２５は、熱交換器２６と複数のヒートパイプ２７とを備えている。熱交換器２６内は、バイパス通路２４を介して冷却水通路１７内で温められた冷却水Ｗが流通するようになっている。暖機時においては、熱交換器２６と各ヒートパイプ２７を介して冷却水Ｗの熱がベアリングキャップ１１へ伝熱されるので、各クランクジャーナル部７Ａの潤滑油が速やかに昇温される。
【効果】 クランクシャフト７の摺動部分のフリクションロスが低減され、エンジンの燃費を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はエンジンに関し、より詳しくは、暖機時にエンジン本体からラジエータへ戻される冷却水の熱を利用して潤滑油を昇温させるようにしたエンジンに関する。

従来、暖機時にエンジン本体からラジエータへ戻される冷却水の熱を利用して潤滑油を昇温させるようにしたエンジンは公知である（例えば特許文献１）。この特許文献１のエンジンは、暖機時においてはエンジン本体からラジエータへ流れる冷却水をオイルクーラーに流通させ、それにより熱交換器としてのオイルクーラーを介して潤滑油を昇温させるようになっている。

特開２００１−２７１６４４号公報

ところで、従来、エンジンの暖機時においては、エンジン内の摺動部の摩擦を低減させるためにオイルパン内の潤滑油を速やかに昇温させることが要望されている。
そこで、前述した特許文献１の装置においては、暖機時にオイルクーラーを介してオイルパン内の潤滑油を昇温させるように構成しているが、オイルパン内の潤滑油の温度が上昇するまでに時間が掛かるという欠点があった。したがって、上記従来のエンジンにおいては暖機時のフリクションロスが大きくなり、ひいてはエンジンの燃費が低下するという欠点があった。

上述した事情に鑑み、本発明は、クランクシャフトの複数のジャーナル部を軸支する複数のメインベアリング部およびそこに連結された複数のベアリングキャップとを有するエンジン本体と、潤滑油を貯溜するオイルパンと、上記エンジン本体に形成されて潤滑油が流通する潤滑油供給通路と、上記エンジン本体に形成されて冷却水が流通することによりエンジン本体を冷却する冷却水通路と、上記冷却水通路の入口とラジエータの冷却水出口とを接続して、冷却水をラジエータから冷却水通路へ流通させる供給通路と、上記冷却水通路の出口とラジエータの冷却水入口とを接続して、冷却水通路内で温度が上昇した冷却水をラジエータへ戻す還流通路とを備えて、エンジンの作動中においては、上記オイルパン内の潤滑油を潤滑油供給通路を介して上記クランクシャフトの摺動部分へ供給するようにしたエンジンにおいて、
上記冷却水通路を流通して温度が上昇した冷却水の熱を上記ベアリングキャップへ伝達する伝熱手段を設けて、エンジンの暖機時においては、上記伝熱手段を介して冷却水の熱を上記ベアリングキャップへ伝熱させて、クランクシャフトの各ジャーナル部の潤滑油を昇温させるようにしたものである。

このような構成によれば、エンジンの暖機時においては、温度が上昇した冷却水の熱が伝熱手段を介してベアリングキャップへ伝熱されるので、クランクシャフトのジャーナル部の潤滑油を速やかに昇温させることができる。そのため、暖機時におけるフリクションロスを低減させることができ、燃費が良好なエンジンを提供することができる。

本発明の一実施例を示す構成図。 図１のＩＩ―ＩＩ線に沿う要部の断面図。 本発明の第２実施例を示す構成図。 本発明の第３実施例を示す要部の断面図。

以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図２は自動車用エンジンの要部の構成を示したものである。図１ないし図２において、本実施例のエンジンのエンジン本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とを備えており、シリンダブロック２の下部にクランクケース４が連結されており、さらにクランクケース４の下部にオイルパン５が連結されている。このオイルパン５内にエンジンオイルとしての潤滑油６が貯溜されている。

クランクケース４およびシリンダブロック２内にクランクシャフト７が設けられている。このクランクシャフト７の各ジャーナル部７Ａは、シリンダブロック２の各メインベアリング部２Ａとそこに連結されたベアリングキャップ１１およびそれら各部の内周面に装着されたすべり軸受１２によって回転自在に軸支されている。クランクシャフト７の各ピン部７Ｂにはコンロッド１３を介してピストン１４が連結されている。
本実施例のエンジンはシリンダ１５を４つ備えた４気筒のエンジンであり、従ってクランクシャフト７は、４箇所のピン部７Ｂと５箇所のジャーナル部７Ａを備えている。上記クランクシャフト７の各ジャーナル部７Ａを軸支するために、上記メインベアリング部２Ａは５箇所形成されており、それらの各箇所にベアリングキャップ１１が合計５個連結されている。
クランクシャフト７における各ジャーナル部７Ａと隣接位置の各ピン部７Ｂおよび各すべり軸受１２とにわたって、各部の軸心に対して傾斜させた図示しない給油通路が形成されている。

シリンダブロック２には、上記クランクシャフト７の摺動部であるジャーナル部７Ａおよびピン部７Ｂに潤滑油６を供給するための潤滑油供給通路１６が形成されている。図２に示すように、この潤滑油供給通路１６は、クランクシャフト７の長手方向に沿ってシリンダブロック２に形成された主供給通路１６Ａと、この主供給通路１６Ａから分岐して各メインベアリング部２Ａの内周面に開口する分岐通路１６Ｂと、上記主供給通路１６Ａと上記オイルパン５内とを連通させ、かつ図示しないオイルポンプが設けられる導入通路とを備えている。なお、オイルポンプの駆動時においては、潤滑油供給通路１６内に潤滑油６が常時導入された状態となっている。
そして、クランクシャフト７が回転されるエンジンの暖機時（作動時）においては、オイルパン５内の潤滑油６は、図示しないオイルポンプにより潤滑油供給通路１６の主供給通路１６A及び分岐通路１６Ｂを介してクランクシャフト７の摺動部となる各ジャーナル部７Ａへ供給されるとともに、前述したクランクシャフト７内の図示しない給油通路を経由してピン部７Ｂへ供給されるようになっている。

さらに、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とにわたって冷却水通路１７が設けられており、この冷却水通路１７に冷却水Ｗを流通させることでエンジン本体１を冷却するようになっている。
冷却水通路２７は、シリンダブロック２に形成されたウォータージャケット１７ａとシリンダヘッド３に形成されたヘッド側通路１７ｂおよびそれらを連通させるための図示しないガスケットに穿設された複数の連通孔とから構成されている。そして、シリンダブロック２の側面に開口するウォータージャケット１７ａの端部が冷却水通路１７の入口１７Ａとなっており、シリンダヘッド３の側面に開口するヘッド側通路１７ｂの一端が冷却水通路１７の出口１７Ｂとなっている。
冷却水通路１７の入口１７Ａは、供給通路２１を介してラジエータ２２側の冷却水Ｗの吐出口２２Ａに接続されており、他方、冷却水通路１７の出口１７Ｂは、還流通路２３を介してラジエータ２２側の冷却水Ｗの吸入口２２Ｂへ接続されている。

また、シリンダブロック２に近い供給通路２１の途中には、エンジン作動時に作動されるウォータポンプＰが設けられている。そのため、エンジンが作動中にはウォータポンプＰも作動されるので、ラジエータ２２内に貯溜された冷却水Ｗは供給通路２１を介してエンジン本体１の上記冷却水通路１７へ給送され、その後、該冷却水通路１７内をウォータージャケット１７ａおよびヘッド側通路１７ｂの順番で流通した後に出口１７Ｂから還流通路２３を介してラジエータ２２へ戻されるようになっている。
このようにエンジンが作動されるウォータポンプＰの作動時には、両通路２１、２３を介してラジエータ２２と冷却水通路１７との間で冷却水Ｗが循環されることにより、エンジン本体１が冷却水Ｗによって冷却されるようになっている。この冷却水Ｗは冷却水通路１７を流通する際にエンジン本体１の熱が伝熱されることで温度が上昇し、このように温度が上昇した冷却水Ｗが出口１７Ｂから還流通路２３を介してラジエータ２２へ戻されるようになっている。

しかして、本実施例は上述した構成を前提として、エンジン本体１の暖機時において潤滑油６の温度を速やかに上昇させるためにバイパス通路２４と伝熱手段２５を追加したことが特徴である。本実施例においては、冷却水通路１７内で温度が上昇した冷却水Ｗの熱を伝熱手段２５により各ベアリングキャップ１１へ伝熱することで、その位置の潤滑油６を昇温させるようになっている。
より詳細には、バイパス通路２４の一端２４Ａは冷却水通路１７の出口１７Ｂに接続されており、他方、バイパス通路２４の他端２４ＢはウォータポンプＰよりも上流となる供給通路２１の途中に接続されている。ウォータポンプＰが作動される際には、上記冷却水通路１７の出口１７Ｂから排出される冷却水Ｗはバイパス通路２４を介して供給通路２１へ再度給送されるようになっている。
つまり、エンジン作動時のウォータポンプＰの作動中においては、両通路２１、２３とラジエータ２２および冷却水通路１７内を循環して流通する第１循環ルートＲ１で冷却水Ｗが循環する。また、それと同時に、バイパス通路２４と、その他端２４Ｂより下流の供給通路２１および冷却水通路１７を介して流通する第２循環ルートＲ２で冷却水Ｗが循環するようになっている。このように、本実施例においては、エンジン作動中においては、上記第１循環ルートＲ１および第２循環ルートＲ２の両方の流通経路で冷却水Ｗが循環するようになっている。
そして、本実施例においては、上記バイパス通路２４と上記各ベアリングキャップ１１とにわたって伝熱手段２５が設けられている。バイパス通路２４内には、冷却水通路１７内部で温度が上昇した冷却水Ｗが流通するので、この冷却水Ｗの熱が伝熱手段２５によって各ベアリングキャップ１１へ伝熱されるようになっている。

本実施例の伝熱手段２５は、上記バイパス通路２４の途中に配置された箱型の熱交換器２６と、この熱交換器２６と各ベアリングキャップ１１とにわたって配置された複数のヒートパイプ２７とを備えている。熱交換器２６はクランクケース４の側壁に鉛直方向に連結されている。バイパス通路２４を流通する温まった冷却水Ｗは、この熱交換器２６内を流通するようになっている。

各ヒートパイプ２７は、その内部が真空となった銅製で中空のパイプであり、受熱部としての外方端２７Ａは液密を保持して上記熱交換器２６内に挿入されている。各ヒートパイプ２７はクランクケース４の側壁を貫通させてクランクケース４内へ挿入されており、各ヒートパイプ２７の内方端２７Ｂとその隣接位置の放熱部２７Ｃは、略水平な状態で各ベアリングキャップ１１の下面１１Ａに接合されている（図２参照）。なお、ヒートパイプ２７の内方端２７Ｂを含めた放熱部２７Ｃをベアリングキャップ１１の下面１１Ａに接合する方法としては、ロウ付けが好ましい。また、各ヒートパイプ２７を貫通させた箇所のクランクケース４の側壁には断熱シール部材３１が設けられている。
図２からも明らかなように、ヒートパイプ２７における受熱部としての外方端２７Ａの高さが、放熱部２７Ｃおよび内方端２７Ｂよりも高さが低い状態に維持されている。つまり、各ヒートパイプ２７は、いわゆる「ボトムヒート」の配置となっている。
このような構成の伝熱手段２５によれば、バイパス通路２４内を温まった冷却水Ｗが流通する際には、該冷却水Ｗによって各ヒートパイプ２７の外方端２７Ａが加熱され、さらに各ヒートパイプ２７を介して各ベアリングキャップ１１が加熱されることで、その位置の潤滑油６が昇温されるようになっている。

以上の構成において、エンジンが作動されて暖機運転が開始されると、オイルパン５内の潤滑油６は図示しないポンプによって潤滑油通路１６を介してクランクシャフト７の摺動部であるジャーナル部７Ａ、ピン部７Ｂへ供給される。
また、エンジン作動中にはウォータポンプＰも作動されるので、冷却水Ｗは、ラジエータ２２と両通路２１、２３および冷却水通路１７を流通する第１循環ルートＲ１で循環するとともに、バイパス通路２４と供給通路２１の一部および冷却水通路１７を経由する第２循環ルートＲ２で循環される。
エンジン本体１の熱によって冷却水通路１７内の冷却水Ｗの温度は上昇し、該温まった冷却水Ｗはバイパス通路２４と伝熱手段２５の熱交換器２６内を流通する。このように、温まった冷却水Ｗが熱交換器２６内を流通することにより、各ヒートパイプ２７が加熱されるので、その放熱部２７Ｃからベアリングキャップ１１を経由して各ジャーナル部７Ａの潤滑油６へ冷却水Ｗの熱が伝熱される。
そのため、クランクシャフト７における各ジャーナル部７Ａの潤滑油が速やかに昇温され、該昇温された潤滑油６がクランクシャフト７の摺動部である各ジャーナル部７Ａ、ピン部７Ｂへ供給される。

前述した特許文献１の装置では、オイルパン内の潤滑油を加熱して、それをクランクシャフト等へ供給している。これに対して、本実施例においては、各ジャーナル部７Ａに近接した位置で潤滑油を加熱し、それを各ジャーナル部７Ａへ供給するようにしている。そのため、クランクシャフト７における各ジャーナル部７Ａの潤滑油が速やかに昇温され、該昇温された潤滑油６がクランクシャフト７へ供給される。そのため、本実施例によれば、上記特許文献１の装置よりも暖機時のフリクションロスを低減させることができ、燃費も向上させることができる。
なお、本実施例は、暖機運転が終了してからもエンジン作動中においては上記第１循環ルートＲ１および第２循環ルートＲ２で冷却水Ｗが循環するようになっている。そして、暖機後の作動中においては、伝熱手段２５のヒートパイプ２７がオイルクーラーとして機能するので、ベアリングキャップ１１とその周辺が過剰に温度上昇されることはない。

次に、図３は本発明の第２実施例を示したものである。この第２実施例においては、バイパス通路２４の他端２４Ｂと供給通路２１の接続箇所にサーモスタット４１を設けたものである。その他の構成は上記第１実施例と同じ構成であり、第１実施例と対応する各部材には同一番号を付している。また、この第２実施例においては、エンジン本体１の概略の構成だけを示してあり、エンジン本体１内の詳細な構成は省略している。
この第２実施例において、エンジンが作動されて暖機運転が開始されると、サーモスタット４１は第１位置となっている。つまり、冷却水Ｗの温度が所定温度よりも低い状態では、サーモスタット４１は第１位置となっているので、該サーモスタット４１の前後の供給通路２１の連通が阻止される一方、サーモスタット４１より下流の供給通路２１とバイパス通路２４が連通する。そのため、ウォータポンプＰの作動に伴って、冷却水Ｗは、冷却水通路１７、バイパス通路２４およびサーモスタット４１より下流の供給通路２１を流通する第２循環ルートＲ２のみで循環する。つまり、暖機時においては、両通路２１、２３とラジエータ２２を介する第１循環ルートＲ１では冷却水Ｗは循環しないようになっている。
そして、エンジンが作動中のエンジン本体１の熱によって冷却水通路１Ａ内の冷却水Ｗの温度が上昇し、該温まった冷却水Ｗが第２循環ルートＲ２で循環するので、熱交換器２６と各ヒートパイプ２７を介してベアリングキャップ１１が冷却水Ｗの熱により温度が上昇する。そのため、クランククシャフト１１における各ジャーナル部１１Ａの潤滑油が速やかに昇温されることになる。
なお、この第２実施例においては、暖機が終了して冷却水Ｗの温度が所定温度まで上昇すると、サーモスタット４１が第２位置に切り換えられる。それにより、サーモスタット４１の前後の供給通路２１が連通する一方、供給通路２１とバイパス通路２４の他端２４Ｂとの連通が阻止される。そのため、暖機終了後においては、冷却水Ｗは第１循環ルートＲ１のみで循環し、第２循環ルートＲ２では循環しないようになっている。
この第２実施例においても、上述した第１実施例と同様の作用・効果を得ることができる。また、この第２実施例において、バイパス通路２４における熱交換器２６よりも上流側又は下流側に自動車内の暖房用の熱源となるヒーターコア４２を設けてもよい（図３の想像線参照）。さらに、上記バイパス通路２４にヒータコア４２を設ける代わりに、上記バイパス通路２４と並列に第２バイパス通路を設けて、該第２バイパス通路にヒータコア４２を設けても良い。

次に、図４は本発明の第３実施例を示したものである。上記第１実施例においては、ヒートパイプ２７の内方端２７Ｂが、外方端２７Ａよりも高さが高くなるように構成されていたが、この第３実施例においては、ヒートパイプ２７全体を水平となるように配置して、その外方端２７Ａ（受熱部）と放熱部２７Ｃの高さを同一にしたものである。その他の構成は、上記第１実施例と同じであり、この第３実施例においては上記第１実施例と対応する各部材に同じ部材番号を付している。
このような構成の第３実施例であっても、上述した第１実施例および第２実施例と略同等の作用・効果を得ることが可能である。

１‥エンジン本体 ２Ａ‥メインベアリング部
５‥オイルパン ６‥潤滑油
７‥クランクシャフト ７Ａ‥ジャーナル部
１１‥ベアリングキャップ １６‥潤滑油供給通路
１７‥冷却水通路 ２１‥供給通路
２３‥還流通路 ２４‥伝熱手段

Claims (5)

1. クランクシャフトの複数のジャーナル部を軸支する複数のメインベアリング部およびそこに連結された複数のベアリングキャップとを有するエンジン本体と、潤滑油を貯溜するオイルパンと、上記エンジン本体に形成されて潤滑油が流通する潤滑油供給通路と、上記エンジン本体に形成されて冷却水が流通することによりエンジン本体を冷却する冷却水通路と、上記冷却水通路の入口とラジエータの冷却水出口とを接続して、冷却水をラジエータから冷却水通路へ流通させる供給通路と、上記冷却水通路の出口とラジエータの冷却水入口とを接続して、冷却水通路内で温度が上昇した冷却水をラジエータへ戻す還流通路とを備えて、
   エンジンの作動中においては、上記オイルパン内の潤滑油を潤滑油供給通路を介して上記クランクシャフトの摺動部分へ供給するようにしたエンジンにおいて、
   上記冷却水通路を流通して温度が上昇した冷却水の熱を上記ベアリングキャップへ伝達する伝熱手段を設けて、エンジンの暖機時においては、上記伝熱手段を介して冷却水の熱を上記ベアリングキャップへ伝熱させて、クランクシャフトの各ジャーナル部の潤滑油を昇温させることを特徴とするエンジン。
2. 一端が上記冷却水通路の出口に接続されるとともに、他端が上記供給通路の途中に接続されて、冷却水通路からの冷却水が流通するバイパス通路を設け、
   上記伝熱手段は、上記バイパス通路と上記ベアリング部とにわたって設けられており、また、伝熱手段は、バイパス通路の途中に配置されて冷却水が流通する熱交換器と、この熱交換器に一端を連結されるとともに他端を上記各ベアリングキャップに接合された複数のヒートパイプとを備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 上記バイパス通路の他端と供給通路との接続部分に、冷却水の温度変化に応じて流路を切り換えるサーモスタットを設けて、
   エンジンの暖機時においては、上記サーモスタットにより、その前後の供給通路の連通を阻止するとともにサーモスタットよりも下流側の供給通路とバイパス通路とを連通させて、冷却水は、上記冷却水通路、バイパス通路、上記サーモスタットよりも下流側の供給通路を介して循環することを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
4. 上記バイパス通路の所要位置、または該バイパス通路と並列に配置される第２バイパス通路にヒーターコアが設けられていることを特徴とする請求項３に記載のエンジン。
5. 上記熱交換器と各ベアリングキャップとを接続する各ヒートパイプは、水平に配置されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載のエンジン。

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