JP2013204460A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、シリンダヘッド又はシリンダブロックに冷却液の流れを制御するサーモスタット弁装置を設けた液冷式内燃機関に関するものである。 The present invention relates to a liquid-cooled internal combustion engine in which a cylinder head or a cylinder block is provided with a thermostat valve device for controlling the flow of coolant.
乗用車やトラックのような車両に搭載した内燃機関は一般に水冷式になっており、高温になった冷却水はラジェータで冷却されるが、冷却水の温度が所定以下の場合は、ラジェータで冷却することなく機関本体を循環させている。このため、例えばシリンダヘッドに弁体付きのサーモスタット弁装置を設けて、冷却水の温度に応じて冷却水の流れを制御している。 Internal combustion engines mounted on vehicles such as passenger cars and trucks are generally water-cooled. Cooling water that has become hot is cooled by a radiator, but if the temperature of the cooling water is below a certain level, it is cooled by a radiator. The engine body is circulated without any problems. For this reason, for example, a thermostat valve device with a valve body is provided in the cylinder head to control the flow of the cooling water according to the temperature of the cooling water.
その例として特許文献1には、シリンダヘッドに形成した空洞部にサーモスタット弁装置を装着するにおいて、サーモスタット弁装置を部分的に覆う椀形プラグをシリンダヘッドの空洞部に装着し、この椀形プラグに、冷却水をサーモスタット弁装置の感温部に導くガイド壁部を設けることが開示されている。
As an example,
特許文献1では、サーモスタット弁装置を作動させるための冷却水は、サーモスタット弁装置の軸心と直交した方向から流入してサーモスタット弁装置の軸方向に流出するようになっており、椀形プラグのガイド作用により、冷却水を感温部に的確に当たるように誘導できる。
In
しかし、椀形プラグを設けるとその製造に要する費用が嵩むのみならず、シリンダヘッド等の空洞部にも椀形プラグを装着するための加工を施さなければならないため、これにもコストが嵩む。また、サーモスタット弁装置を作動させる冷却水がサーモスタット弁装置の感温部を横切るようにして流れることがあるが、このタイプには特許文献1は適用し難いという問題もある。
However, if a saddle-shaped plug is provided, not only the cost for manufacturing the same is increased, but also processing for attaching the saddle-shaped plug to the hollow portion of the cylinder head or the like must be performed, which also increases the cost. Further, cooling water for operating the thermostat valve device may flow across the temperature sensing part of the thermostat valve device, but this type also has a problem that
本願発明は、このような現状を改善すべくなされたものである。 The present invention has been made to improve the current situation.
本願発明は、シリンダヘッド又はシリンダブロックに設けた空洞部に、感温部の受熱量に応じて弁体が移動するサーモスタット弁装置を配置すると共に、前記サーモスタット弁装置を作動させる冷却液が流入する作動冷却液入口と流出する作動冷却液出口とを、作動冷却液入口から作動冷却液出口に向かう冷却液が前記サーモスタット弁装置の感温部を横切るようにして配置しており、前記サーモスタット弁装置の弁体の動きで他の冷却液通路の流れが制御される、という構成の内燃機関を対象にしている。 According to the present invention, a thermostat valve device in which a valve element moves in accordance with the amount of heat received by the temperature sensing portion is disposed in a hollow portion provided in the cylinder head or the cylinder block, and a coolant for operating the thermostat valve device flows in. The operating coolant inlet and the exiting operating coolant outlet are arranged so that the coolant from the operating coolant inlet to the operating coolant outlet crosses the temperature sensing portion of the thermostat valve device, and the thermostat valve device This is intended for an internal combustion engine configured such that the flow of the other coolant passage is controlled by the movement of the valve body.
そして、請求項1の発明では、前記サーモスタット弁装置は、前記感温部と同心に配置されて一端には前記弁体を取り付けた中心軸を有している一方、前記作動冷却液入口から空洞部に流入した冷却液は前記サーモスタット弁装置の中心軸の軸心回りに方向変換して作動冷却液出口に向かうように設定されており、前記空洞部に、前記作動冷却液入口から流入した冷却液がスムースに方向を変えつつ前記サーモスタット弁装置の感温部に向かうようにガイドするガイド手段を一体に形成している。
In the invention of
請求項2の発明は、請求項1において、前記空洞部はシリンダヘッドに形成されており、前記シリンダヘッドに、排気ガスの一部を吸気系に還流させるための断面円形のEGR通路が、その一部が前記空洞部に近接するようにして形成されており、前記空洞部の内面のうち前記EGR通路に近接した部位に、前記EGR通路の軸心回りに広がる内側面を有する凹部が形成されている。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the hollow portion is formed in the cylinder head, and the cylinder head has an EGR passage having a circular cross section for returning a part of the exhaust gas to the intake system. A portion is formed so as to be close to the cavity, and a recess having an inner surface extending around the axis of the EGR passage is formed in a portion of the inner surface of the cavity close to the EGR passage. ing.
本願発明では、作動冷却液入口から空洞部に流入した冷却液は空洞部自体に形成したガイド手段のガイド作用により、サーモスタット弁装置の感温部に当たるように流れが誘導される。従って、冷却液が流れ方向を変えながらサーモスタット弁装置の感温部を横切るように流れる方式であっても、冷却液を高い割合で感温部に接触させることができ、このため、サーモスタット弁装置の応答性を向上させて、冷却液の流れを的確に制御することができる。 In the present invention, the flow of the coolant flowing into the cavity from the working coolant inlet is guided to hit the temperature sensing portion of the thermostat valve device by the guide action of the guide means formed in the cavity itself. Therefore, even when the coolant flows in a direction that crosses the temperature sensing portion of the thermostat valve device while changing the flow direction, the coolant can be brought into contact with the temperature sensing portion at a high rate. Thus, the flow of the coolant can be accurately controlled.
そして、ガイド手段は空洞部自体に形成するものであり、空洞部に特段の加工を施す必要はないため、製造コスト及び加工コストが嵩むこともない。従って、コストを抑制した状態で、サーモスタット弁装置の応答性を向上させることができる。 And since a guide means is formed in cavity part itself and it is not necessary to give a special process to a cavity part, manufacturing cost and processing cost do not increase. Therefore, the responsiveness of the thermostat valve device can be improved while the cost is suppressed.
近年の内燃機関では燃費向上等のために排気ガスの一部を吸気系に還流させることが行われているが、その場合、還流用排気ガスが通るEGR通路をシリンダヘッドに形成することが行われている。そして、本願請求項2の発明によると、空洞部にEGR通路の軸心回りの内側面を有する凹部が形成されていることにより、EGR通路を通過する排気ガスの熱が凹部の箇所から冷却液に効率良く伝達される。このため、還流する排気ガス(EGRガス)の冷却効率を向上させることができる。 In recent internal combustion engines, a part of exhaust gas is recirculated to the intake system in order to improve fuel efficiency. In this case, an EGR passage through which the recirculated exhaust gas passes is formed in the cylinder head. It has been broken. According to the invention of claim 2 of the present application, since the concave portion having the inner side surface around the axis of the EGR passage is formed in the hollow portion, the heat of the exhaust gas passing through the EGR passage is transferred from the location of the concave portion to the coolant. Is transmitted efficiently. For this reason, the cooling efficiency of the exhaust gas (EGR gas) which recirculates can be improved.
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本願発明は、車両用の多気筒(3気筒)内燃機関に適用している。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is applied to a multi-cylinder (3-cylinder) internal combustion engine for a vehicle.
(1).概要
まず、図1に基づいて概略を説明する。内燃機関は、シリンダボア2が形成されたシリンダブロック1とその上面に固定したシリンダヘッド3とを備えており、このシリンダブロック1とシリンダヘッド3とで機関本体が構成されている。シリンダブロック1とシリンダヘッド3とには冷却水通路4a,4bが形成されており、冷却水通路4a,4bの入口と出口はシリンダヘッド3の一側部に設けた空洞部5に接続されている。便宜的に、冷却水通路のうち冷却水が空洞部5から流れ出る往路部分に符号4aを付し、冷却水が空洞部5に戻る復路部分に符号4bを付している。
(1) Outline First, an outline will be described with reference to FIG. The internal combustion engine includes a
内燃機関は、更にウォータポンプ6とラジェータ7とを備えており、ウォータポンプ6の入力ポートは第1管路8で空洞部5に接続されており、ウォータポンプ6の出力ポートは冷却水通路の往路4aの始端に接続されている。ラジェータ7の受水ポート(アッパータンク)は第2管路9を介して冷却水通路の復路4bの終端に接続されており、ラジェータ7の送水ポート(ロアタンク)は第3管路10を介して空洞部5に接続されている。ウォータポンプ6はブラケット6aを介してシリンダブロック1に固定されており、補機駆動ベルトで駆動される。
The internal combustion engine further includes a
更に、内燃機関には車内を暖房するヒータ11が付帯しており、ヒータ11には、機関本体を通過した冷却水が冷却水通路の往路部4bから第4管路12を介して送られ、ヒータ11で熱交換した冷却水は第5管路13によって空洞部5に送られる。
Furthermore, the internal combustion engine is accompanied by a
シリンダヘッド3の空洞部5にはサーモスタット弁装置14が配置されており、冷却水は、ヒータ11を通った後の冷却水の温度に応じて、冷却水通路4a,4bとヒータ11のみに循環したり、冷却水通路4a,4bとヒータ11とラジェータ7とに循環したりするように流れが切り替えられる。
A
シリンダヘッド3には吸気マニホールド16と排気マニホールド17とが接続されており、吸気マニホールド16には吸気通路18が接続されている。吸気通路18はサージタンク19を有しており、燃料は、サージタンク19よりも下流側に設けたインジェクタ(図示せず)から吸気通路18に供給される。
An
排気マニホールド17には排気通路20が接続されており、排気通路20の途中には、排気浄化装置や排気ターボ過給機(いずれも図示せず)等が介在しており、終端部は消音器になっている。排気通路20の途中からEGR通路21が分岐しており、EGR通路21は、吸気通路18のうちサージタンク18よりも上流側の部位に接続されている。EGR通路21の一部はシリンダヘッド3に形成されている。EGR通路21のうちシリンダヘッド3で構成されている部分には、符号21aを付している。
An
また、EGR通路21には排気ガスの量を制御するEGRバルブ22が介挿されている。図1ではEGRバルブ22はシリンダヘッド3に固定しているが、シリンダヘッド3から露出した部分に介挿してもよい。また、シリンダヘッド3に固定する場合、EGR通路21の下流側の部位に固定してしもよい。
Further, an
(2).空洞部及びサーモスタット弁装置
次に、図2以下の図面を参照して、空洞部5とサーモスタット弁装置14の詳細を説明する。空洞部5はシリンダヘッド3の一側面3aに向いて開口している。また、シリンダヘッド3の一側面3aには、冷却水をヒータ11に送るヒータ送りポート23と、ヒータ11から戻った冷却水が入るヒータ戻りポート24と、ラジェータ7のアッパータンクに冷却水を送るラジェータ送りポート25とが開口しており、ヒータ送りポート23には第4管路12が接続され、ヒータ戻りポート24には第5管路13が接続され、ラジェータ送りポート25には第2管路9が接続されている。
(2). Cavity and Thermostat Valve Device Next, details of the
ウォータポンプ6に送水する第1管路8は、空洞部5に連通したメイン送水ポート41に接続されている。メイン送水ポート41はシリンダヘッド3のうち一側面3aと交叉した周面に設けているが、一側面3aに配置してもよい。ヒータ戻りポート24は空洞部5に連通しており、ヒータ送りポート23及びラジェータ送りポート25は空洞部5に連通することなく冷却水通路4bに接続されている。
The
また、図3〜5に一点鎖線で示すように、シリンダヘッド3には、空洞部5を外から覆うケース26aを有するラジェータ戻りポート26が設けられており、ラジェータ送りポート26に第3管路10が接続されている。図5に示すように、ヒータ戻りポート24には、第5管路13を構成するL形の継手27を接続している。
3 to 5, the
例えば図3に示すように、サーモスタット弁装置14はシリンダヘッド3の一側面3aと略直交した姿勢のリリーフ軸30を有しており、リリーフ軸30の奥端に円板状のリリーフ弁体31を取り付けている。また、リリーフ軸30の手前側には、当該リリーフ軸30と同心の感温部32が配置されており、感温部32は、リリーフ軸30と同心でかつリリーフ軸30と反対側に位置した中心軸33に取り付けられている。リリーフ軸30と中心軸33とは同心に配置されているが、それぞれ独自に軸方向にスライドし得る関係になっている。
For example, as shown in FIG. 3, the
また、サーモスタット弁装置14は、シリンダヘッド3の一側面3aに外側から重なったダイヤフラム状の弁体34を有しており、弁体34に中心軸33が摺動不能に固定されている。また、弁体34には、中心軸33の前端を支える一文字状のフロントフレーム35を固定している。従って、中心軸33と弁体34とフロントフレーム35とは一体に前後動可能であり、中心軸33が前後動することで、弁体34はシリンダヘッド3の一側面3aに密着したり離反したりする。
The
ラジェータ戻りポート26を構成するケース26aはカップ状になっており、このケース26aは、弁体34やフロントフレーム35を外側から囲う状態でシリンダヘッド3の一側面3aに固定されている。
A
感温部32は固定ケースを有しており、固定ケースの奥部にばね受け36が固定されている。ばね受け36はインナーフレーム38の後端に固定されており、インナーフレーム38の前端はシリンダヘッド3の一側面3aに外側から重なっている。従って、感温部32の固定ケースは前後移動不能に保持されている。
The
中心軸33は感温部32に内蔵したスライダー(図示せず)に固定されており、ワックス状等の感温材(図示せず)が熱によって膨張・収縮するとスライダが軸方向に移動し、中心軸33がスライダと一体に軸方向に移動することで弁体34が前後動し、これにより、弁体34がシリンダヘッド3に密着して閉じ状態と、弁体34がシリンダヘッド3から離反した連通状態とに切り替わり、かつ、連通状態での開度は冷却水の温度に比例する(ある程度まで昇温すると弁体34は限度まで開き切るので、水温に関係なくフルオープン状態になる。)。インナーフレーム38は軸方向に延びており、冷却水の流れは阻害しない。
The
ばね受け36と弁体34との間には、弁体34を開き方向に付勢するコイル式のメインスプリング37を配置している。弁体34にはラジェータ7からの戻り冷却水通路の圧力が作用しているが、冷却水がある程度まで昇温すると、感温部材の膨張による押圧力とメインスプリング37の弾性復原力との和がラジェータ7からの戻り冷却水の圧力に勝って、弁体34がシリンダヘッド3の外面から離反し、第3管路13と空洞部5とが連通し、その結果、冷却水がラジェータ7と機関本体1とを循環する。
A coiled
感温部32とリリーフ弁体31との間には、リリーフスプリング39を介在させている。空洞部5の奥部には、リリーフ弁体31が重なる連通口40が開口しており、連通口40が弁体31で閉じられた状態では、空洞部5と冷却水通路4bとは連通せずに、機関本体1での冷却水の循環は行われていない。ウォータポンプ6の回転数は内燃機関の回転数に比例しており、内燃機関の回転数が設定値以上に高くなるとウォータポンプ6の吐出圧力がリリーフスプリング39の弾性復原力に勝ってリリーフ弁体31が後退し、冷却水通路4bと空洞部5とが連通する。これにより、冷却水が機関本体1を循環する。
A
図5,6に示すように、ヒータ戻りポート24は空洞部5に向けて下向きに開口している。正確に述べると、ヒータ戻りポート24は、図6に示すように、サーモスタット弁装置14を挟んでメイン送水ポート41と反対側に位置していると共に、図5に示すように、サーモスタット弁装置14の軸心と直交した横方向から見ると、その出口が概ねのサーモスタット弁装置14の感温部32に向いている。本実施形態では、ヒータ戻りポート24は作動冷却液入口に相当して、メイン送水ポート41が作動冷却液出口に相当している。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
そして、図6のとおり、空洞部5の内周面のうちヒータ戻りポート24の下方の部位に、請求項に記載したガイド手段の例として、冷却水をサーモスタット弁装置14の感温部32に向けて誘導する段部42を形成している。同様に、ガイド手段の一例として、空洞部5の底面のうちメイン送水ポート41に寄った部位に、サーモスタット弁装置14の軸心回りに延びる円弧面43を形成している。図6に一点鎖線鎖線44で示すように、空洞部5のうちヒータ戻りポート24の下方の部位も、サーモスタット弁装置14の軸心回りに延びる円弧状の曲面としてもよい。
Then, as shown in FIG. 6, as an example of the guide means described in the claims, cooling water is supplied to the
図7に示すように、空洞部5のうちサーモスタット弁装置14のリリーフ軸30が位置した部位にも段部42を形成している。他方、メイン送水ポート41は、サーモスタット弁装置14のリリーフ軸30の箇所ではその下部のみが通路となるように下向きのリブ45を設けている。このため、ヒータ戻りポート24から放出された冷却水は、リリーフ軸30のほうにはあまり流れずに、感温部32に向けて流れるようにガイドされる。従って、サーモスタット弁装置14の感温部32は、ヒータ戻りポート24からメイン送水ポート41に向かう流れに集中的に晒される。このため、感温部32の応答性を格段に向上できる。リブ45も請求項に記載したガイド手段の一例と言える。
As shown in FIG. 7, a stepped
図4,5に示すように、EGR通路21aは空洞部5の手前部の下方に配置されている。そして、図2及び図5に示すように、空洞部5の底面のうちサーモスタット弁装置14の軸心よりもヒータ戻りポート24に寄った部位に、EGR通路21aの軸心回りの内側面46aを有する凹部46が形成されている。このように凹部46を形成したことにより、EGR通路21aと空洞部5との間の断面積をできるだけ小さくして、EGR通路21aからの放熱性を向上できる。その結果、例えばEGRクーラを無くしても排気ガスを的確に冷却することが可能になり得る。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
(3).その他
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えばサーモスタット弁装置の構造は図示のタイプには限らず、様々なタイプを採用できる。また、空洞部の具体的な構造も任意に設定できる。また、実施形態では、サーモスタット弁装置を作動させる冷却液としてヒータへの循環路に流れる冷却水を採用したが、他の流路を流れる冷却液で作動させてもよいことは云うまでもない。また、サーモスタット弁装置で制御する流路も、必要に応じて選択できる。
(3). Others The present invention can be embodied in various ways other than the above embodiment. For example, the structure of the thermostat valve device is not limited to the illustrated type, and various types can be adopted. Moreover, the specific structure of the cavity can be arbitrarily set. In the embodiment, the cooling water that flows in the circulation path to the heater is adopted as the cooling liquid that operates the thermostat valve device. However, it goes without saying that the cooling water that flows in other flow paths may be used. The flow path controlled by the thermostat valve device can also be selected as necessary.
本願発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関に実際に適用できる。従って、産業上利用できる。 The present invention is actually applicable to internal combustion engines such as gasoline engines and diesel engines. Therefore, it can be used industrially.
1 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4a,4b シリンダヘッド及びシリンダブロックの冷却水通路
5 空洞部
6 ウォータポンプ
7 ラジェータ
11 ヒータ
14 サーモスタット弁装置
21,21a EGR通路
23 ヒータ送りポート
24 ヒータ戻りポート(作動冷却液入口)
25 ラジェータ送りポート 26 ラジェータ戻りポート 30 中心軸
31 弁体
32 感温部
40 連通口
41 メイン送水ポート(作動冷却液出口)
42 ガイド手段の一例としての段部
43 ガイド手段の一例としての円弧面
45 ガイド手段の一例としての円弧面
46 凹部
46a 内側面
DESCRIPTION OF
25
42 Stepped portion as an example of guide means 43 Arc surface as an example of guide means 45 Arc surface as an example of guide means 46 Recessed
Claims (2)
前記サーモスタット弁装置は、前記感温部と同心に配置されて一端には前記弁体を取り付けた中心軸を有している一方、
前記作動冷却液入口から空洞部に流入した冷却液は前記サーモスタット弁装置の中心軸の軸心回りに方向変換して作動冷却液出口に向かうように設定されており、前記空洞部に、前記作動冷却液入口から流入した冷却液がスムースに方向を変えつつ前記サーモスタット弁装置の感温部に向かうようにガイドするガイド手段を一体に形成している、
内燃機関。 An operating coolant inlet in which a thermostat valve device in which a valve body moves in accordance with the amount of heat received by the temperature sensing portion is disposed in a cavity provided in the cylinder head or the cylinder block, and a coolant for operating the thermostat valve device flows in And the outlet of the operating coolant flowing out from the operating coolant inlet to the outlet of the operating coolant so that the coolant crosses the temperature sensing portion of the thermostat valve device. The flow of the other coolant passage is controlled by movement,
While the thermostat valve device is arranged concentrically with the temperature sensing part and has a central axis with the valve body attached to one end,
The coolant flowing into the cavity from the working coolant inlet is set to change direction around the central axis of the thermostat valve device toward the working coolant outlet. A guide means for guiding the coolant flowing from the coolant inlet to the temperature sensing portion of the thermostat valve device while changing the direction smoothly is formed integrally.
Internal combustion engine.
請求項1に記載した内燃機関。 The hollow portion is formed in the cylinder head, and an EGR passage having a circular cross section for returning a part of the exhaust gas to the intake system is provided in the cylinder head so that a part thereof is close to the hollow portion. A recess having an inner surface extending around the axis of the EGR passage is formed in a portion of the inner surface of the cavity portion close to the EGR passage.
The internal combustion engine according to claim 1.
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