JP2014145257A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの軽量化を行いつつ冷却水温及び油温が従来と同等レベルに収まるようにし得るエンジンを提供する。
【解決手段】その構造体（１１、３１）の少なくとも一部が金属部材（２３、４３）と高分子化合物部材（２４、４３）とで構成され、金属部材（２３、４３）と高分子化合物部材（２４、４３）とを繋ぐように配置される伝熱部材（１０１）を備える。
【選択図】図３

Description

この発明は内燃機関（以下、「エンジン」という。）、特にエンジンの冷却装置とは別にエンジンからの放熱と断熱とを切換可能な機能を有するものに関する。

内部雰囲気が高温の筐体の内部に、作動流体の潜熱として熱輸送するヒートパイプの一端部を、気密性を担保した状態で挿入し、かつそのヒートパイプの他方の端部を筐体の外部に露出させたヒートパイプ式空冷装置がある（特許文献１参照）。

特開平９−２７３８７７号公報

ところで、エンジンの軽量化の取り組みとしては、鋳鉄製のシリンダブロックに代えて、別体の鋳鉄ライナを鋳包むか、ライナを圧入したアルミ合金部材のシリンダブロックとするものやアルミ合金部材のアッパーオイルパンとするものが出現している。

しかしながら、こうした対策だけではエンジンの軽量化として不十分である。上記特許文献１の技術においてもエンジンの軽量化について一切記載がない。

そこで、エンジンを構成する構造体の一部を、金属材料より比重の小さい高分子化合物材料で置き換えることが考えられる。この場合、高分子化合物材料は金属材料と比較して熱伝導率が低いため、その分だけエンジンの断熱性がよくなる。すると、ウォータポンプの能力及びオイルポンプの能力（冷却装置及び潤滑装置の能力）が従来と同等の場合、特にエンジンの高負荷時に冷却水温及び油温が従来より高くなり、エンジン内部の軸受け部に焼付きが生じるなどの問題が生じてしまう。

そこで本発明は、エンジンの軽量化を行いつつ冷却水温及び油温が従来と同等レベルに収まるようにし得るエンジンを提供することを目的とする。

本発明のエンジンは、エンジンの構造体の少なくとも一部が金属部材と高分子化合物部材とで構成されている。そして、前記金属部材と前記高分子化合物部材とを繋ぐように配置される伝熱部材を備えている。

本発明によれば、エンジンを構成する構造体の一部を高分子化合物部材で置き換えることで、従来エンジンのような金属一律部材の構造体と比較して、金属部材と高分子化合物部材との間の比重差及び高分子化合物部材の体積に応じた分だけエンジンを構成する構造体を軽量化することができる。かつ、伝熱部材を配置することで熱交換可能な構造体が構成されることから、特にエンジンの高負荷時に冷却水温及び油温が高くなり過ぎず、冷却水温及び油温が従来と同等レベルに収めることが可能となる。これによってエンジン内部の軸受け部の焼付きなどを回避できる。

本発明の第１実施形態のエンジンの冷却装置の概略構成図である。 エンジンの概略斜視図である。 第１実施形態のエンジンの縦断面図である。 伝熱部材に収納されている蓄熱材の状態変化を示す特性図である。 第２の伝熱部材に収納されている蓄熱材の状態変化を示す特性図である。 図３のＡ部の拡大断面図である。 図３のＢ部の拡大断面図である。 第２実施形態のエンジンの縦断面図である。 第３実施形態のエンジンの縦断面図である。 図８のＣ部の拡大断面図である。 第３実施形態のロアオイルパンの概略斜視図である。 第４実施形態のエンジンの縦断面図である。 第５実施形態のエンジンの縦断面図である。 第６実施形態のエンジンの縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態のエンジンの冷却装置２の概略構成図である。図１においてエンジン１を出た８０〜９０℃程度の冷却水は、ラジエータ３を通る冷却水通路４と、ラジエータ３をバイパスするバイパス冷却水通路５とに別れて流れる。その後、２つの流れは、両通路４、５を流れる冷却水流量の配分を決めるサーモスタットバルブ６で再び合流し、さらにウォータポンプ７を経てエンジン１に戻る。サーモスタットバルブ６は、冷却水温度に応じてラジエータ３に供給される冷却水流量を制御する三方弁であって、バルブ本体６ａ、２つの入口ポート６ｂ、６ｃ及び１つの出口ポート６ｄを有している。２つの入口ポート６ｂ、６ｃには、ラジエータ３を通る冷却水通路４とラジエータ３をバイパスする冷却水通路５とが接続され、サーモスタットバルブ６により、冷却水温度に応じてラジエータ３に供給される冷却水流量が増減されて冷却水温度が適正に保持される。

例えば、エンジン冷間始動時のようにサーモスタットバルブ６を流れる冷却水の温度が所定値未満ではエンジン１を暖めることがエンジン１の効率を良くする。このため、エンジン冷間始動時にはバルブ本体６ａで入口ポート６ｂを遮断してラジエータ３に冷却水を流さず、入口ポート６ｃと出口ポート６ｄを連通してバイパス冷却水通路５に冷却水を流し、これによってエンジン１が冷却されないようにする。一方、高負荷時のようにサーモスタットバルブ６を流れる冷却水の温度が所定値以上となる高温域では、ノッキングの回避が必要となる。このため、高負荷時にはバルブ本体６ａで入口ポート６ｂを開放して入口ポート６ｂと出口ポート６ｄを連通する。これによってラジエータ３に冷却水を流し、ラジエータ３で冷却された冷却水をエンジン１に供給してエンジン１を冷却する。

以下、サーモスタットバルブ６が開弁状態となる温度を「開弁温度」という。サーモスタットバルブ６は、通常、冷却水温度がある温度範囲内にあるとき、冷却水温度の上昇に伴い開度（ラジエータ側に流れる量）が徐々に増加し全開状態に到るようになっている。以下、開弁温度は、開き始めの温度や、全開になる温度、あるいは、これらの平均値等の、代表温度を意味するものとする。

図２はエンジン１の概略斜視図、図３は図２に示した直列型のエンジン１の長手方向に直交する面で切断したエンジン１の縦断面図である。なお、図２ではシリンダヘッドを省略している。図３を用いてエンジン１の概略を先に説明すると、エンジン１は、シリンダブロック１１、シリンダブロック１１の上部に位置するシリンダヘッド６１、シリンダブロック１１の下部に位置するオイルパン（３１、５１）から構成されている。

アルミダイカスト部材で形成されるシリンダブロック１１は、ほぼ直方体状のシリンダボア部１２とスカート部１５とで構成される。シリンダボア部１２には、上下方向に貫通するシリンダ１３がエンジン１の長手方向に一列に並んで穿設され、各シリンダ１３の周囲にはウォータジャケット１４が形成されている。シリンダボア部１２の下方に形成されるスカート部１５が下方に向けて開口する。

オイルパンは、相対的に上方に位置するアッパーオイルパン３１と、相対的に下方に位置するロアオイルパン５１とで構成される。アルミ合金部材で形成されるアッパーオイルパン３１とシリンダブロック１１とはボルト（図示しない）によって締結され、アッパーオイルパン３１とシリンダブロック１１のスカート部１５とでクランクシャフトを収納するクランク室３２が形成されている。クランク室３２の内部には、シリンダ１３を摺動するピストンとコンロッドを介して連結されるクランクシャフト（図示しない）が収納される。シリンダブロック１１には、クランクシャフトの軸受け部が設けられる。例えばエンジン長手方向に複数のメインベアリングキャップが下方から固定され、このメインベアリングキャップに半割状のメインベアリング（ロア）が収納されている。一方、メインベアリングの取り付け位置に対向するシリンダブロック下面にも半割状のメインベアリング（アッパー）が収納され、これら一対の半割状メインベアリングによってクランクシャフトが複数箇所で回転支持されている。

ロアオイルパン５１はアッパーオイルパン３１とボルト（図示しない）によって締結される。アッパーオイルパン３１は、ロアオイルパン５１を取り付けるフランジ部として働くだけでなく、シリンダブロック１１全体の曲げ、ねじり剛性を高めるのに役立っている。ロアオイルパン５１は高分子化合物部材のみで浅皿状に形成され、ここに潤滑油が貯溜する。この潤滑油はオイルポンプ（図示しない）により、上記一対の半割状メインベアリングなどの潤滑各部に供給することで、エンジン内部の軸受け部に焼付きが生じることを防止している。上記のオイルポンプはクランクシャフトによって駆動される。上記のウォータポンプ７もクランクシャフトによって駆動される。

アルミ合金部材で形成されるシリンダヘッド６１とシリンダブロック１１とは、シリンダヘッドガスケット（図示しない）を介して接合され、ボルト（図示しない）によって締結される。シリンダヘッド６１には、燃焼室６２、吸気ポート６３、排気ポート６４、ウォータジャケット６５などが形成されている。このウォータジャケット６５と、シリンダボア部１２に設ける上記のウォータジャケット１４とは連通しており、エンジン１の冷却水通路の一部を構成している。

さて、エンジン１の軽量化の取り組みとしては、鋳鉄製のシリンダブロックに代えて、別体の鋳鉄ライナを鋳包むか、ライナを圧入したアルミ合金部材のシリンダブロックとするものやアルミ合金部材のアッパーオイルパンとするものが出現している。しかしながら、エンジン１を搭載する車両の操縦を将来的に安定よく行わせるためには車両全体を軽量化することであり、車両の軽量化に追従できるエンジン１の軽量化が必要である。この点でシリンダブロック１１やアッパーオイルパン３１をアルミダイカスト部材やアルミ合金部材で形成しただけではまだ不十分である。

そこで本発明の第１実施形態では、シリンダヘッド１１及びアッパーオイルパン３１のアルミダイカスト部材やアルミ合金部分の一部を、内部に高分子化合物部材を収納し外部をアルミ合金部材で被覆した構造体（２２、４１）で置き換える。これについて図３を用いて説明すると、シリンダブロック１１のアルミダイカスト部分の一部をシリンダブロック構造体２２で、アッパーオイルパン３１のアルミ合金部分の一部をアッパーオイルパン構造体４１で置き換える。すなわち、シリンダブロック１１を円筒状の内側部分２１とその外周に位置する外側部分とに大きく分けるとすれば、外側部分をシリンダブロック構造体２２で置き換えている。ここで、シリンダブロック構造体２２の範囲を一点鎖線で囲って示している。この場合、シリンダブロック１１のアルミダイカスト部分の一部をシリンダブロック構造体２２によって置き換えてもシリンダブロック１１全体としての剛性が著しく低下しないように（つまり許容範囲の剛性低下で収まるように）する。

シリンダブロック構造体２２は中空金属部材２３と高分子化合物部材２４とで構成する。中空金属部材２３は、シリンダ１３より遠い側の外周部材２３ａと、シリンダ１３に近い側の内周部材２３ｂと、これらを接続する部材（図示しない）とから構成し、全体を例えばアルミダイカスト部材で形成する。内周部材２３ｂもアルミダイカスト部材であるので、実際にはシリンダブロック１１の内側部分２１と内周部材２３ｂの境界はなく、シリンダブロック１１の内側部分２１と内周部材２３ｂとは一体である。

同様に、アッパーオイルパン３１のアルミ合金部分の一部をアッパーオイルパン構造体４１で置き換える。ここで、アッパーオイルパン構造体４１の範囲を二点鎖線で囲って示している。この場合、アッパーオイルタンク３１のアルミ合金部分の一部をアッパーオイルタンク構造体４１によって置き換えてもアッパーオイルタンク３１全体としての剛性が著しく低下しないように（つまり許容範囲の剛性低下で収まるように）する。

アッパーオイルパン構造体４１は中空金属部材４２と高分子化合物部材４３とで構成する。中空金属部材４２は、クランク室３２より遠い側の外周部材４２ａと、クランク室３２に近い側の内周部材４２ｂと、これらを接続する部材（図示しない）とから構成し、全体を例えばアルミ合金部材で形成する。

図３では、シリンダブロック構造体２２の中空金属部材２２とアッパーオイルパン構造体４１の中空金属部材４２とを別体で示しているが、両者を一体に設けるものであってよい。

上記一方の中空金属部材２３の内部には高分子化合物部材２４を、上記他方の中空金属部材４２の内部には高分子化合物部材４３をそれぞれ収納する。高分子化合物部材２４、４３としては、軽くて断熱性に優れる発泡樹脂が望ましい。ここで、発泡樹脂とは、内部に細かな泡を無数に含む合成樹脂をいう。なお、発泡樹脂に限定されるものでなく、金属材料（アルミダイカスト部材やアルミ合金部材）より軽い高分子化合物材料であればかまわない。

これによって、シリンダブロック１１の全体としてみれば、アルミダイカスト部材で形成されていた金属部分の一部が高分子化合物部材２４で置き換わったことになる。高分子化合物部材２４とアルミダイカスト部材とを比較すれば、比重は高分子化合物部材２４のほうが小さいので、両者の比重差に高分子化合物部材２４の体積を乗算した分だけシリンダブロック１１が軽量化されることとなる。同様に、アッパーオイルパン３１の全体としてみれば、アルミ合金部材で形成されていた金属部分の一部が高分子化合物部材４３で置き換わったことになる。高分子化合物部材４３とアルミ合金部材とを比較すれば、比重は高分子化合物部材４３のほうが小さいので、両者の比重差に高分子化合物部材４３の体積を乗算した分だけアッパーオイルパン３１が軽量化されることとなる。

図３では、シリンダ１３の周囲にシリンダブロック構造体２２を設けているが、シリンダブロック構造体２２を設ける部位はシリンダ１３の周囲に限られるものでない。シリンダブロック構造体２２の数や形状、シリンダブロック構造体２２を設ける位置は任意である。例えば、シリンダブロック構造体２２を特定のシリンダについてだけ設けてもよいし、シリンダ１３毎に設けてもよい。シリンダ１３毎に設けたシリンダブロック構造体をつないだ一体の形状としてもよい。同様に、アッパーオイルパン構造体４１の数や形状、アッパーオイルパン構造体４１を設ける位置も任意である。例えば、アッパーオイルパン構造体４１をアッパーオイルパン３１の特定の部位にだけ設けてもよいし、アッパーオイルパン３１の広い範囲にわたって設けてもよい。エンジン１の長手方向の両側面にアッパーオイルパン構造体４１を設けるだけでなく、一方の側面にだけ設けてもよい。

一方、高分子化合物部材２４、４３を収納した中空金属部材２３、４２でシリンダブロック１１やアッパーオイルパン３１のアルミダイカスト部分やアルミ合金部分の一部を置き換えることは、熱の授受の面からは不利となる場合がある。すなわち、高負荷時のようにエンジンが盛んに熱を発生して高温になるときには、それに応じて大量の熱をシリンダブロック構造体２２及びアッパーオイルパン構造体４１から外気に放出することが望ましい。このとき、構造体２２、４１内部の高分子化合物部材２４、４３が断熱部材として働いたのでは、特にエンジンの高負荷時にエンジン１を冷やし切れないこととなる。このとき、冷却水温及び油温がシリンダブロック構造体２２及びアッパーオイルパン構造体４１を設けていない場合より高くなり、エンジン内部の軸受け部に焼付きが生じるなどの問題が生じてしまう。

そこで本実施形態では、エンジン１の熱が外気に奪われないようにする断熱性とエンジン１から外気に熱を放出する放熱性とのバランスをとるため、中空金属部材２３、４２の外周部材２３ａ、４２ａと高分子化合物部材２４、４３とを繋ぐように伝熱部材１０１を配置する。すなわち、シリンダブロック構造体２２では中空金属部材２３の外周部材２３ａと高分子化合物部材２４とを繋ぐように複数の伝熱部材１０１を配置する。同様に、アッパーオイルパン構造体４１では中空金属部材４２の外周部材４２ａと高分子化合物部材４３とを繋ぐように複数の伝熱部材１０１を配置する。伝熱部材１０１の一端は構造体２２、４１の外面からエンジン外部に突出（露出）させる。これは、特にエンジン高負荷時に伝熱部材１０１を介してのエンジンからの放熱性能を高めるためである。なお、図３では各伝熱部材１０１の内部の状態は示していない。

ここで、伝熱部材１０１の伝熱特性は、伝熱部材１０１自体の温度により伝熱部材１０１自体の温度が高くなるほど熱を伝え易くなるよう変化するものである。詳細には２つの構造体２２、４１に配置する各伝熱部材１０１は、図４Ａにも示したように中空金属部材１０２にパラフィンワックスなどの蓄熱材１０３（媒体）を封入することによって構成されている。このため、伝熱部材１０１自体の温度により中空金属部材１０２内での蓄熱材１０３の移動の容易さが変化することによって、伝熱部材１０１の伝熱特性が変化する。

具体的には、蓄熱材１０３は、蓄熱材１０３の融点である所定温度以下のとき固体であり、所定温度を超えるとき相変化して液体となる。つまり、蓄熱材１０３が固体の状態では、中空金属部材１０２内で移動しにくくなる（蓄熱材１０３の移動量が相対的に減る）。蓄熱材１０３の移動量が減ると熱移動量も減る。一方、蓄熱材１０３が液体の状態になると、中空金属部材１０２内で移動し易くなる（蓄熱材１０３の移動量が相対的に増加する）。蓄熱材１０３の移動量が増加するほど熱移動量が大きくなる。

なお、伝熱部材１０１の中空金属部材１０２の材質は、シリンダブロック１１やアッパーオイルパン３１の各本体を構成するアルミダイカスト部材やアルミ合金部材より熱伝導性がよいもの（例えば錫）が好ましい。

ここで、シリンダブロック構造体２２に配置している伝熱部材１０１で代表させて、伝熱部材１０１による放熱と断熱の切換の仕組みを図４Ａを用いて説明する。なお、シリンダブロック構造体２２に配置している各伝熱部材１０１と、アッパーオイルパン構造体４１に配置している各伝熱部材１０１とで伝熱部材１０１の働きは同様である。

図４Ａは、３つの異なる状態（図４Ａの上よりエンジンを暖機している状態、エンジンを高負荷で運転している状態、エンジンを搭載する車両を停止している状態）で伝熱部材１０１に収納されている蓄熱材１０３がどのように状態を変化させるのかを示している。図４Ａでは上下方向が鉛直方向であり、伝熱部材１０１の全体形状は水平方向に長いカプセル状であるとし、中空金属部材２３の外周部材２３ａと高分子化合物部材２４とを繋ぐように伝熱部材１０１が配置されている。さらに、伝熱部材１０１の一端（図４Ａで左端）がシリンダブロック構造体２２の外面２２ａから外気に突出しているものとする。

まず、図４Ａ上段に示す（ａ）は冷間状態でエンジンの始動を行って暖機している状態を示している。暖機途中のエンジンの冷却水は例えば約６０℃である。このとき、蓄熱材１０３の温度は蓄熱材１０３の融点（所定温度）より低いため、全て固体となって鉛直下方に存在し、鉛直上方には気体が存在する領域（気体ゾーン）が形成されている。このとき、固体の蓄熱材１０３を介して熱が移動する（熱伝導）ため、固体の蓄熱材１０３は伝熱部分として機能する。その一方で、気体ゾーンでは気体が自然対流することで熱を移動する（熱伝達）が、その熱移動量はわずかであるため、気体ゾーンは熱が伝わらない断熱部分として機能する。従って、固体の蓄熱材１０３を介しての熱の移動よりも気体ゾーンによる断熱のほうが優勢となるように蓄熱材１０３の種類や体積を定めてやれば、伝熱部材１０１全体としては、伝熱部材１０１が断熱部材として機能する。エンジンの暖機途中にはエンジンから熱がエンジンの外部に逃げないようにする必要があるところ、伝熱部材１０１が断熱部材として機能するので、エンジンの発生する熱を高分子化合物部材２４から外気に逃すことが防止されることとなる。

次に、図４Ａ中段に示す（ｂ）はエンジンを高負荷で運転している状態を示している。エンジンを高負荷で運転し高温の熱が発生しているときにはエンジンの冷却水は例えば約１１０℃まで上昇する。このときの高温の熱は高分子化合物部材２４に蓄えられる。このとき、高分子化合物部材２４が蓄える熱を受けて蓄熱材１０３の温度が融点（所定温度）を超えて上昇するため蓄熱材１０３の全てが固体から液体へと相変化する。このとき、蓄熱材１０３は融解熱として周囲から熱を奪う。さらに、液体となった蓄熱材１０３を介してエンジンの発生する熱が高分子化合物部材２４から外気へと逃される（放熱）。この場合、固体から液体に相変化するときの溶解熱は、液体から気体に相変化するときの気化熱よりも小さく、かつ液体の移動は気体ほど容易でない。従って、液体が内部（高分子化合物部材２４で囲まれた位置）から外部（外気に接する位置）まで移動しなければ、高分子化合物部材２４から外気への熱の移動量も限られたものとなる。しかしながら、都合の良いことにエンジンは爆発圧力や慣性力に起因する加振源を有するので、クランクシャフトの回転に伴い周期的に振動する。すなわち、エンジンの振動を受けて液体となった蓄熱材１０３が加振される。この加振によって、液体となった蓄熱材１０３が内部（高分子化合物部材２４で囲まれた位置）から外部（外気に接する位置）へ（図４Ａでは左方向に）あるいは外部から内部へ（図４Ａでは右方向）と容易に移動する。液体となった蓄熱材１０３の内部から外部への移動によって高分子化合物部材２４の熱が外気へと運ばれ、熱を放出した液体の蓄熱材１０３が今度は外部から内部へと戻されるのである。これは、液体の蓄熱材１０３の流れによって熱が移動するので、熱伝達である。熱伝達では、高分子化合物部材２４の温度と外気の温度との温度差に比例して熱が移動するため、液体の蓄熱材１０３の移動量が大きくなれば、その分、熱移動量が大きくなる。こうした液体の蓄熱材１０３の対流（移動）によって熱移動が活発に行われることから、伝熱部材１０１が放熱部材として機能し、高分子化合物部材２４から外気への放熱が促進されることとなる。

図４Ａ下段に示す（ｃ）はエンジンを搭載している車両が停止した状態にあることを示している。停車中に一時的にエンジンを停止するアイドルストップが行われると、エンジンの温度が低下してゆき、エンジンの冷却水が例えば約９０℃まで低下したとする。これに合わせて高分子化合物部材２４の温度が低下するので、蓄熱材１０３の温度も低下し、蓄熱材１０３は再び液体から固体へとその全てが相変化し、鉛直上方に気体が存在する領域（気体ゾーン）を形成する。つまり、伝熱部材１０１は図４Ａ上段に示す（ａ）と同様の状態となる。停車中には高分子化合物部材２４から熱がエンジンの外部に逃げないようにする必要があるところ、伝熱部材１０１が断熱部材として機能する。これによって、高分子化合物部材２４が蓄えている熱を高分子化合物部材２４から外気に逃すことが防止され、エンジンが保温される。

アッパーオイルパン構造体４１に設けている伝熱部材１０１の蓄熱材についても図示しないが、図４Ａと同様に働くこととなる。

このように、軽量化のための高分子化合物部材の置き換えによってエンジンの放熱性が低下することを考慮し、放熱と断熱とを切換可能な機能を有する伝熱部材１０１を配置することによって熱交換可能な構造体２２、４１を構成する。熱交換可能な構造体２２、４１とすることで、特にエンジンの高負荷状態での放熱性が良くなるようにしているわけである。これによって、軽量化したからといってエンジンの冷間始動から高負荷状態までのエンジンの冷却性能及び潤滑性能に不都合が出ることはないので、従来のウォータポンプ及びオイルポンプをそのまま用いることができる。

さて、蓄熱材１０３はその融点未満の温度域で固体へと相変化し、その融点以上の温度域で液体へと相変化するのであるから、図４Ａに示したエンジンの各運転状態に応じて最適に相変化するように蓄熱材１０３の融点（所定温度）を定める必要がある。

まず、融点の下限をどのように設定すればよいかを考える。上記サーモスタットバルブ６の開弁温度は６０℃〜８０℃である。つまり、サーモスタット６は冷却水通路を流れる冷却水が６０℃付近で開き始め、８０℃になると全開状態となる。このサーモスタットバルブ６の開弁温度を所定の切換温度として、蓄熱材１０３の融点の下限をこの開弁温度以下となるように、好ましくは開弁温度のうちの最低値である６０℃となるように設定する。

この理由は次の通りである。すなわち、サーモスタットバルブ６の開弁温度のうちの最低値である６０℃以下の温度域では、冷間状態でエンジンを始動した直後のエンジンの早期暖機のため、ラジエータ３をバイパスして冷却水を流している。この場合、蓄熱材１０３の融点を開弁温度のうちの最低値である６０℃未満に設定していると、サーモスタットバルブ６が全閉状態となる温度域であっても蓄熱材１０３が液体へと相変化する。液体となった蓄熱材１０３が上記のようにエンジンの加振を受けて内部と外部との間を対流して熱を外気に逃す。サーモスタットバルブ６が全閉状態となる温度域では、エンジンを早期に暖機しなければならないのに、液体の蓄熱材１０３の対流によって熱移動が活発に行われ高分子化合物部材２４が蓄えている熱を外部に盛んに逃すこととなり、エンジンの暖機完了までの時間を長引かせてしまう。そこで、エンジンを暖機している間は蓄熱材１０３が液体となって熱が高分子化合物部材２４、４３から外気に放出されないように、蓄熱材１０３の融点の下限がサーモスタット６の開弁温度のうちの最低値である６０℃以上となるように設定するのである。

次に、融点の上限をどのように設定すればよいかを考える。エンジンが高温となって冷却水通路を流れる冷却水が蒸発してしまうと、エンジンがオーバーヒートしてしまうので、冷却水通路を流れる冷却水の沸点が１１０℃〜１３０℃となるように管理している。ここで、１１０℃が冷却水の劣化が生じ得ない許容値の限界であり、１１０℃を超えると冷却水の劣化が生じ得る。この冷却水の劣化を考慮して、蓄熱材１０３の融点の上限をこの冷却水の沸点以下となるように、好ましくは冷却水の沸点のうちの最低値である１１０℃となるように設定する。

この理由は次の通りである。すなわち、蓄熱材１０３の融点を冷却水通路を流れる冷却水の沸点のうちの最低値である１１０℃を超える温度に設定していると、冷却水の劣化が生じ得る温度域であっても蓄熱材１０３は固体の状態にとどまるので、伝熱部材１０１が断熱部材として機能する。冷却水の劣化が生じ得る温度域では、本来、エンジンを急速に冷やさなければならないのに、蓄熱材１０３が固体の状態にとどまり、伝熱部材１０１が断熱部材として機能したのではエンジンをかえって断熱し冷却水の劣化を生じさせてしまう。そこで、冷却水の劣化が生じ得る温度域では、蓄熱材１０３が液体となって熱が高分子化合物部材２４、４３から外気に盛んに放出するように、蓄熱材１０３の融点の上限が冷却水の沸点のうちの最低値である１１０℃以下となるように設定するのである。

蓄熱材１０３としてパラフィンワックスを挙げたが、これに限られるものでなく、有機系の蓄熱材であればかまわない。パラフィンワックスと別の例には市販のワックスがある。これらのワックスは多種類の物質の混合物であるため、混ぜる物質によって融点を調節することが可能である。したがって、上記融点の下限と上限の条件を満足する市販のワックスを選択するか、混ぜる物質を相違させて上記融点の下限と上限の条件を満足するワックスを新たに作製すればよい。そのほか、ナフタレン、ミリスチレン酸、ステアリン酸、ポリエチレングリコールなどを蓄熱材１０３として用いることができる。

実施形態では、シリンダブロック構造体２２、アッパーオイルパン構造体４１にそれぞれ複数の伝熱部材１０１を配置してあるが、複数配置することは必ずしも必要ない。シリンダブロック構造体２２、アッパーオイルパン構造体４１にそれぞれ少なくとも１つ配置するものであってよい。すなわち、伝熱部材１０１の数や形状、伝熱部材１０１をシリンダブロック構造体２２、アッパーオイルパン構造体４１に配置する位置は、伝熱部材１０１が各構造体２２、４１の中空金属部材と高分子化合物部材とを繋ぐように配置されている限りにおいて任意である。これについて説明すると、図５は図３のＡ部の拡大断面図、図６は図３のＢ部の拡大断面図である。図５、図６には第１実施形態の４つの態様を上下方向に並べて示している。なお、図５、図６でも伝熱部材１０１の内部の状態は示していない。

図５最上段に示したように図３の場合には伝熱部材１０１の一端（図５で右端）をシリンダブロック構造体２２の外面２２ａより突出（露出）させている。この場合に限られるものでなく、図５第２段目に第１実施形態の他の態様として示したように、中空金属部材２３の外周部材２３ａと高分子化合物部材２４とを繋いでいる限り、伝熱部材１０１の一端がシリンダブロック構造体２２の外面２２ａより突出していなくてもかまわない。また、図５第３段目、第４段目に第１実施形態の他の態様として示したように、伝熱部材１０１の他端（図５で左端）を中空金属部材２３の内周部材２３ｂと繋ぐようにしてもかまわない。

図６最上段に示したように図３の場合には伝熱部材１０１の一端（図６で右端）をアッパーオイルパン構造体４１の外面４１ａより突出（露出）させている。この場合に限られるものでなく、図６第２段目に第１実施形態の他の態様として示したように、中空金属部材４２の外周部材４２ａと高分子化合物部材４３とを繋いでいる限り、伝熱部材１０１の一端がアッパーオイルパン構造体４１の外面４１ａより突出していなくてもかまわない。また、図６第３段目、第４段目に第１実施形態の他の態様として示したように、伝熱部材１０１の他端（図６で左端）を中空金属部材４２の内周部材４２ｂと繋ぐようにしてもかまわない。

上記図５、図６では伝熱部材１０１の断面が長方形状であったが、楕円状の断面であってもかまわない。伝熱部材１０１の全体の形状としては、断面が六角の鉛筆状、両端が曲面で突出するカプセル状（図４Ａ参照）とする他、図２に示した平板状とすることが考えられる。ここで、図２ではシリンダブロック１１及びアッパーオイルパン３１についてエンジン長手方向の２つの側面の全体にわたって、シリンダブロック構造体２２及びアッパーオイルパン構造体４１を設けているものとする。この場合に、図２に示したようにエンジン長手方向の側面に設けているシリンダブロック構造体２２に配置する伝熱部材１０１を、エンジン長手方向に水平に走る平板状のものとしてよい。なお、図２ではシリンダブロック構造体２２の表面より突出（露出）した部分のみが記載されているので、上から３つの水平な割箸状の伝熱部材１０１及び下から４番目の水平な割箸状の伝熱部材１０１が、ここでいう平板状の伝熱部材１０１のことである。この水平な割箸状の伝熱部材１０１の断面は長方形状であるが、楕円状であってもかまわない。図２ではさらに、シリンダブロック構造体２２に配置する複数の棒状の伝熱部材１０１を上から４番目及び下から３番目に示している。

同様に、エンジン長手方向の側面に設けているアッパーオイルパン構造体４１に配置する伝熱部材１０１についても、全体の形状としては、断面が六角の鉛筆状、両端が曲面で突出するカプセル状（図４Ａ参照）とする他、図２に示したようにエンジン長手方向に走る平板状のものであってよい。なお、図２ではアッパーオイルパン構造体４１の表面より突出（露出）した部分のみが記載されているので、下から２番目の水平な割箸状の伝熱部材１０１が、ここでいう平板状の伝熱部材１０１のことである。この水平な割箸状の伝熱部材１０１の断面は長方形状であるが、楕円状であってもかまわない。図２ではさらに、アッパーオイルパン構造体４１に配置する複数の棒状の伝熱部材１０１を下から１番目に示している。

このように、伝熱部材１０１の全体の形状として、断面が六角の鉛筆状、両端が曲面で突出するカプセル状、板状、棒状を挙げたが、伝熱部材１０１の形状は、筐体であればよい。筐体とは、通常、箱状のものをいうが、ここでは、箱状に限らず、上記の鉛筆状、カプセル状、板状、棒状を全て含んだ広い概念で使用している。内部に蓄熱材を封入し得るものであれば任意の形状であってよい。

なお、図２と図３とで伝熱部材１０１の数や位置は対応していない。すなわち、図２では、図３に示した伝熱部材１０１の数や配置に関係なく、シリンダブロック構造体２２やアッパーオイルパン構造体４１に配置する伝熱部材１０１を示している。

次に、本実施形態のロアオイルパン５１は高分子化合部材のみで形成することで、金属一律部材でロアオイルパンを形成する場合より軽量化している。しかしながら、その一方で、ロアオイルパン５１を高分子化合部材のみで形成すると、金属一律部材でロアオイルパンを形成する場合より断熱性が良くなる分だけ、エンジンの高負荷時に熱を外気に逃しにくくなる。そこで、本実施形態では、高分子化合物部材のみで形成されているロアオイルパン５１に上記の伝熱部材１０１と同様の第２の伝熱部材１０５を一端が外部に突出（露出）するように配置する。ここで、第２の伝熱部材１０５の伝熱特性も、伝熱部材１０１と同様に、第２の伝熱部材１０５自体の温度により第２の伝熱部材１０５自体の温度が高くなるほど熱を伝え易くなるよう変化するものである。詳細にはロアオイルパン５１に配置する第２の伝熱部材１０５は、図４Ｂにも示したように中空金属部材１０６にパラフィンワックスなどの蓄熱材１０７（媒体）を封入することによって構成されている。このため、第２の伝熱部材１０５自体の温度により中空金属部材１０６内での蓄熱材１０７の移動の容易さが変化することによって、第２の伝熱部材１０５の伝熱特性が変化する。

具体的には、蓄熱材１０７は、蓄熱材１０７の融点である所定温度以下のとき固体であり、所定温度を超えるとき相変化して液体となる。つまり、蓄熱材１０７が固体の状態では、中空金属部材１０６内で移動しにくくなる（蓄熱材１０７の移動量が相対的に減る）。蓄熱材１０７の移動量が減ると熱移動量も減る。一方、蓄熱材１０７が液体の状態になると、中空金属部材１０６内で移動し易くなる（蓄熱材１０７の移動量が相対的に増加する）。蓄熱材１０７の移動量が増加するほど熱移動量が大きくなる。

ここで、第２の伝熱部材１０５による放熱と断熱の切換の仕組みを図４Ｂを用いて説明する。

図４Ｂも図４Ａと同様に、３つの異なる状態（上よりエンジンを暖機している状態、エンジンを高負荷で運転している状態、エンジンを搭載する車両を停止している状態）で第２の伝熱部材１０５に収納されている蓄熱材１０７がどのように状態を変化させるのかを示している。図４Ｂでも上下方向が鉛直方向であり、第２の伝熱部材１０５の全体形状は水平方向に長いカプセル状であり、高分子化合物から形成されているロアオイルパン５１に第２の伝熱部材１０５が配置されている。さらに、第２の伝熱部材１０５の一端（図４Ｂで左端）がロアオイルパン５１の外面５１ａから外気に突出しているものとする。

まず、図４Ｂ上段の（ａ）に示したように暖機途中のエンジンの冷却水は例えば約６０℃である。このとき、蓄熱材１０７の温度は蓄熱材１０７の融点より低いため、全て固体となって鉛直下方に存在し、鉛直上方には気体が存在する領域（気体ゾーン）が形成されている。このとき、固体の蓄熱材１０７を介して熱が移動する（熱伝導）ため、固体の蓄熱材１０３は伝熱部分として機能する。その一方で、気体ゾーンでは気体が自然対流することで熱を移動する（熱伝達）が、その熱移動量はわずかであるため、気体ゾーンは熱が伝わらない断熱部分として機能する。従って、固体の蓄熱材１０７を介しての熱の移動よりも気体ゾーンによる断熱のほうが優勢となるように蓄熱材１０７の種類や体積を定めてやれば、伝熱部材１０５全体としては、伝熱部材１０５が断熱部材として機能する。エンジンの暖機途中には高分子化合物部材（５１）から熱が外部に逃げないようにする必要があるところ、伝熱部材１０５が断熱部材として機能するので、エンジンの発生する熱を高分子化合物部材（５１）から外気に逃すことが防止されることとなる。

次に、図４Ｂ中段の（ｂ）に示したようにエンジンを高負荷で運転し高温の熱が発生しているときにはエンジンの冷却水は例えば約１１０℃まで上昇する。このときの高温の熱はロアオイルパン５１を形成している高分子化合物部材に蓄えられる。このとき、高分子化合物部材が蓄える熱を受けて蓄熱材１０７の温度が融点を超えて上昇するため蓄熱材１０７の全てが固体から液体へと相変化する。このとき、蓄熱材１０７は融解熱として周囲から熱を奪う。さらに、液体となった蓄熱材１０７を介して熱が高分子化合物部材（５１）から外気へと逃される（放熱）。この場合、固体から液体に相変化するときの溶解熱は、液体から気体に相変化するときの気化熱よりも小さく、かつ液体の移動は気体ほど容易でない。従って、液体が内部（高分子化合物部材で囲まれた位置）から外部（外気に接する位置）まで移動しなければ、高分子化合物部材（５１）から外気への熱の移動量も限られたものとなる。しかしながら、都合の良いことにエンジンは振動する。すなわち、エンジンの振動を受けて液体となった蓄熱材１０７が加振される。この加振によって、液体となった蓄熱材１０７が内部（高分子化合物部材で囲まれた位置）から外部（外気に接する位置）へ（図４Ｂでは左方向に）あるいは外部から内部へ（図４Ｂでは右方向）と容易に移動する。液体となった蓄熱材１０７の内部から外部への移動によって高分子化合物部材（５１）の熱が外気へと運ばれ、熱を放出した液体の蓄熱材１０７が今度は外部から内部へと戻されるのである。これは、液体の蓄熱材１０７の流れによって熱が移動するので、熱伝達である。熱伝達では、高分子化合物部材の温度と外気の温度との温度差に比例して熱が移動するため、液体の蓄熱材１０７の移動量が大きくなれば、その分、熱移動量が大きくなる。こうした液体の蓄熱材１０７の対流（移動）によって熱移動が活発に行われることから、伝熱部材１０５が放熱部材として機能し、高分子化合物部材（５１）から外気への放熱が促進されることとなる。

図４Ｂ下段の（ｃ）に示したように、停車中に一時的にエンジンを停止するアイドルストップが行われると、エンジンの温度が低下してゆき、エンジンの冷却水が例えば約９０℃まで低下したとする。これに合わせてロアオイルパン５１を形成している高分子化合物部材の温度が低下するので、蓄熱材１０７の温度も低下し、蓄熱材１０７は再び液体から固体へとその全てが相変化し、鉛直上方に気体が存在する領域（気体ゾーン）を形成する。つまり、伝熱部材１０５は図４Ｂ上段に示す（ａ）と同様の状態となる。停車中には高分子化合物部材（５１）から熱がエンジンの外部に逃げないようにする必要があるところ、伝熱部材１０５が断熱部材として機能するので、高分子化合物部材（５１）が蓄えている熱を外気に逃すことが防止され、エンジンが保温される。

第２の伝熱部材１０５の内部に収納する蓄熱材１０７の融点の下限、上限は、伝熱部材１０１の内部に封入する蓄熱材１０３の融点の下限、上限と同じでよい。

ロアオイルパン５１は高分子化合物部材で形成されているので、もともと断熱効果を有している。従ってロアオイルパン５１に第２の伝熱部材１０５を配置することは、放熱機能を有する熱交換可能なロアオイルパン５１を構成することを意味する。すなわち、エンジンの高負荷時には、第２の伝熱部材１０５を介してエンジンの発生する高温の熱が高分子化合物部材（５１）から外気に放出されることとなる。これによって、高負荷時にはロアオイルパン５１に第２の伝熱部材１０５を配置していない場合よりも冷却水温及び油温の上昇を抑制することができる。

ここで、第１実施形態の作用効果を説明する。

第１実施形態では、シリンダブロック１１のアルミダイカスト部分及びアッパーオイルパン３１のアルミ合金部分の一部（エンジンの構造体の少なくとも一部）が中空金属部材２３、４２（金属部材）と高分子化合物部材２４、４３とで構成され、中空金属部材２３、４２と高分子化合物部材２４、４３とを繋ぐように配置される伝熱部材１０１を備えている。第１実施形態によれば、シリンダブロック１１のアルミダイカスト部分及びアッパーオイルパン３１のアルミ合金部分の一部を高分子化合物部材２４、４３で置き換えることで、従来シリンダブロックのようなアルミダイカスト一律部材及び従来アッパーオイルパンのようなアルミ合金一律部材の構造体と比較して、アルミダイカスト部材と高分子化合物２４との間の比重差及び高分子化合物部材の体積に応じた分だけシリンダブロック１１を、アルミ合金部材と高分子化合物部材４３との間の比重差及び高分子化合物部材４３の体積に応じた分だけアッパーオイルパン３１をそれぞれ軽量化することができる。かつ、伝熱部材１０１を配置することで熱交換可能なシリンダブロック構造体２２及びアッパーオイルパン構造体４１が構成されることから、特にエンジンの高負荷時に冷却水温及び油温が高くなり過ぎず、冷却水温及び油温が従来と同等レベルに収めることが可能となり、これによってエンジン内部の軸受け部の焼付きなどを回避できる。

第１実施形態によれば、伝熱部材１０１は、伝熱部材１０１自体の温度により伝熱特性が変化するので、伝熱部材１０１自体の温度により熱を伝える量が変化するため、伝熱部材１０１自体の温度によりエンジンからの放熱と、エンジンからの放熱を遮断する断熱とをエンジンの温度状態に応じて切換えることができる。

第１実施形態によれば、伝熱部材１０１の伝熱特性は、伝熱部材１０１自体の温度が高くなるほど熱を伝え易くなるよう変化するので、エンジンが相対的に高温のときにはエンジンから放熱し、エンジンが相対的に低温のときにはエンジンからの放熱を遮断することができる。

第１実施形態によれば、伝熱部材１０１は、中空金属部材１０２（筐体）と中空金属部材１０２の内部に封入される蓄熱材１０３（媒体）とで構成され、伝熱部材１０１自体の温度により中空金属部材１０２内での蓄熱材１０３の移動の容易さが変化することによって、伝熱部材１０１の伝熱特性が変化するので、エンジンが相対的に高温のときには蓄熱材１０３が移動し易くなってエンジンから放熱し、エンジンが相対的に低温のときには蓄熱材１０３が移動しにくくなってエンジンからの放熱を遮断することができる。

第１実施形態によれば、蓄熱材１０３（媒体）は、蓄熱材１０３の融点（所定温度）以下のとき固体であり、蓄熱材１０３の融点を超えるとき液体となるので、冷却水温や油温が相対的に低い場合に、蓄熱材１０３が固体となって鉛直下方に溜まり鉛直上方に気体ゾーンが生じることから伝熱部材１０１が全体として断熱部材として機能する。つまり、冷却水温や油温が相対的に低い場合にこの伝熱部材１０１による断熱部材としての働きによって、エンジンの暖機を促進することができる。一方、高負荷時のように冷却水温や油温が相対的に高い場合に、蓄熱材１０３が液体となり、かつエンジンの振動を受けて中空金属部材１０２内での蓄熱材１０３の移動量が相対的に増大するから伝熱部材１０１が今度は放熱部材として機能する。つまり、冷却水温や油温が相対的に高い場合にエンジンからの放熱を活発に行わせてエンジンを冷却することができる。また、停車によるアイドルストップによって冷却水温や油温が徐々に低下したときには、中空金属部材１０２内の蓄熱材１０３が固体に相変換することで上方に気体ゾーンが生じることから伝熱部材１０１が全体として断熱部材として機能する。つまり、停車によるアイドルストップによって冷却水温や油温が徐々に低下したときにはこの伝熱部材１０１による断熱部材としての働きによって、油水温の急激な低下が抑制される（油水温の保温効果を発揮する）。この保温効果によってアイドルストップが長引いた後のコールドスタート時の燃費が向上する。

第１実施形態によれば、冷却水を循環させてエンジンを冷却する冷却装置２を備え、冷却装置２は、冷却水の温度がサーモスタットバルブ６の開弁温度のうちの最低値である６０℃（所定の切換温度）以上で冷却水からエンジン外部へ放熱される放熱量が増加するよう冷却水通路を切換えるように構成され、蓄熱材１０３の融点（所定温度）は、サーモスタットバルブ６の開弁温度のうちの最低値である６０℃（所定の切換温度）以上であるので、冷却水温や油温が相対的に低い場合に、蓄熱材１０３は固体に相変換することで上方に気体ゾーンが生じることから伝熱部材１０１が全体として断熱部材として機能する。これによって、エンジンの暖機を促進することができ、エンジンの暖機完了までの時間を長引かせてしまうことを回避できる。

第１実施形態によれば、蓄熱材１０３の融点（所定温度）は、冷却水の沸点以下であるので、冷却水温や油温が相対的に高い場合に、蓄熱材１０３は液体に相変換することで伝熱部材１０１が放熱部材として機能して活発に放熱する。これによって、エンジンの高負荷時に冷却水温が冷却水の劣化が生じ得る温度域に到達することを回避することができる。

第１実施形態によれば、エンジンの構造体が、中空金属部材２３、４２（金属部材）と高分子化合物部材２４、４３とで構成されるシリンダブロック構造体２２及びアッパーオイルパン構造体４１（第１の構造体）と、高分子化合物部材のみで構成されるロアオイルパン５１（第２の構造体）とを含み、シリンダブロック構造体２２及びアッパーオイルパン構造体４１に伝熱部材１０１が配置されるので、金属一律部材で構成されていた従来のシリンダブロック１１及びアッパーオイルパン３１の一部が高分子化合物２４、４３で置き換えられることになり、両者の比重及び高分子化合物部材２４、４３の体積に応じた分だけシリンダブロック１１及びアッパーオイルパン３１を軽量化することができる。かつ、シリンダブロック構造体２２及びアッパーオイルパン構造体４１に伝熱部材１０１が配置されるため、エンジンが相対的に高温のときに冷却水温および油温が高くなり過ぎず、エンジン内部の軸受けの焼付きなどを回避できる。

第１実施形態によれば、高分子化合物部材のみで構成されるロアオイルパン５１（第２の構造体）に第２の伝熱部材１０５が配置されるので、熱交換可能なロアオイルパン５１が構成されることから、高分子化合物部材のみで構成されるロアオイルパン５１を備えている場合であっても、エンジンが相対的に高温のときに冷却水温及び油温が高くなり過ぎず、かつ冷間始動時の暖機促進やエンジン停止後の保温効果も向上する。

第１実施形態によれば、エンジンの構造体が、シリンダヘッド６１とシリンダブロック１１とアッパーオイルパン３１とロアオイルパン５１とを含み、第１の構造体はシリンダブロック１１及びアッパーオイルパン３１（シリンダヘッド、シリンダブロック、アッパーオイルパンの少なくとも一つ）であり、第２の構造体はロアオイルパン５１である。エンジンの構造体のうち、シリンダブロック１１及びアッパーオイルパン３１はもともと重い部材であるところ、この部材の一部を金属部材と高分子化合物部材とで構成される第１の構造体で置き換えるので、エンジンの大幅な軽量化を行うことができる。かつ高分子化合物部材のみで構成される第２の構造体がロアオイルパン５１であることから、保温効果が向上する。

第１実施形態によれば、伝熱部材１０１の一部が、シリンダブロック構造体２２及びアッパーオイルパン構造体４１（エンジン１の構造体）の外面からエンジン外部に突出（露出）しているので、エンジンからの放熱性能を向上することができる。

（第２実施形態）
図７は第２実施形態のエンジン長手方向に直交する面で切断したエンジン１の縦断面図で、第１実施形態の図３と置き換わるものである。図３と同一部分には同一の符号を付している。

第１実施形態では、シリンダブロック１１のアルミダイカスト部分の一部を構造体２２で、及びアッパーオイルパン３１のアルミ合金部分の一部を構造体４１で置き換えた。そして、当該構造体２２に中空金属部材２３と高分子化合物部材２４とを繋ぐように伝熱部材１０１を、当該構造体４１に中空金属部材４２と高分子化合物部材４３とを繋ぐように伝熱部材１０１をそれぞれ配置した。一方、第２実施形態は、アッパーオイルパン３１のアルミ合金部分の一部のみを、第１実施形態と同じにアッパーオイルパン構造体４１で置き換え、当該構造体４１に中空金属部材４２と高分子化合物部材４３とを繋ぐように伝熱部材１０１を配置するものである。逆にいうと、第２実施形態では、アルミダイカスト一律部材で構成されていたシリンダブロック１１は、従来のままである。

第２実施形態でも、アッパーオイルパン構造体４１及び伝熱部材１０１について第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第３実施形態）
図８は第３実施形態のエンジン長手方向に直交する面で切断したエンジン１の縦断面図で、第１実施形態の図３と置き換わるものである。図３と同一部分には同一の符号を付している。

第１実施形態では、軽量化のためロアオイルパン５１を高分子化合部材のみで形成していた。しかしながら、ロアオイルパン５１を高分子化合部材のみで形成しているエンジンはまだ少なく、ロアオイルパン５１を、鉄、アルミニウム、マグネシウムなどの金属一律部材で形成しているエンジンのほうが一般的である。第３実施形態は、こうした金属一律部材で形成しているロアオイルパン５１を前提とし、そのロアオイルパン５１の金属部分の一部をロアオイルパン構造体１１１で置き換えるものである。ここで、ロアオイルパン構造体１１１の範囲を短破線で囲って示している。なお、シリンダブロック１１、アッパーオイルパン３１の構成は第１実施形態の構成と同じであるので、その説明を省略する。

上記のロアオイルパン構造体１１１は、その構成がシリンダブロック構造体２２やアッパーオイルパン構造体４１とは多少相違している。すなわち、ロアオイルパン構造体１１１は、板金製のロアオイルパン部材１１２の鉛直下方側の外周に、ロアオイルパン部材１１２と同形状の高分子化合物部材１１３を重ねて貼り合わせたもので構成する。ここで、金属部材であるロアオイルパン部材１１２と高分子化合物部材１１３の接合は接着剤による方法に限られない。最近出現している接着剤を使わない接合方法（金属部材と高分子化合物部材とをアンカー効果で接合する）であってよい。

これによって、ロアオイルパン５１の全体としてみれば、金属一律部材で形成されていた従来のロアオイルパンの金属部分の一部が高分子化合物部材１１３で置き換わったことになる。高分子化合物部材１１３と金属部材とを比較すれば、比重は高分子化合物部材１１３のほうが小さいので、両者の比重差に高分子化合物部材１１３の体積を乗算した分だけロアオイルパン５１が軽量化されることとなる。このように、第３実施形態は、ロアオイルパン５１が金属一律部材で形成されており、かつロアオイルパン構造体１１１で置き換えが可能なほどロアオイルパン５１が厚い場合に適用の余地がある。

一方、金属部材であるロアオイルパン部材１１２に高分子化合物部材１１３を重ねて貼り合わせたロアオイルパン構造体１１１でロアオイルパン５１の金属部分の一部を置き換えることは、熱の授受の面からは不利となる場合がある。すなわち、高負荷時のようにエンジン１が盛んに熱を発生するときには、それに応じて大量の熱をロアオイルパン構造体１１１から外気に放出することが望ましい。このとき、ロアオイルパン構造体１１１内部の高分子化合物部材１１３が断熱部材として働いたのでは、特にエンジンの高負荷時にエンジンを冷やす効果が、金属一律部材のロアオイルパン５１と相違して低下する。

そこで、ロアオイルパン構造体１１１に対して、板金製のロアオイルパン部材１１２と高分子化合物部材１１３とを繋ぐように伝熱部材１１４を配置する。伝熱部材１１４の一端は構造体１１１の外面からエンジン外部に突出（露出）させる。これは、特にエンジン高負荷時に伝熱部材１１４を介してのエンジンからの放熱性能を高めるためである。なお、図８でも伝熱部材１１４の内部の状態は示していない。

伝熱部材１１４の構成は、第１実施形態の伝熱部材１０１と同様である。すなわち、伝熱部材１１４の伝熱特性は、伝熱部材１１４自体の温度により伝熱部材１１４自体の温度が高くなるほど熱を伝え易くなるよう変化するものである。詳細には構造体１１１に配置する伝熱部材１１４は、図４Ａに示したと同様に中空金属部材にパラフィンワックスなどの蓄熱材（媒体）を封入することによって構成されている。このため、伝熱部材１１４自体の温度により中空金属部材内での蓄熱材の移動の容易さが変化することによって、伝熱部材１１４の伝熱特性が変化する。

具体的には、蓄熱材は、蓄熱材の融点である所定温度以下のとき固体であり、所定温度を超えるとき相変化して液体となる。つまり、蓄熱材が固体の状態では、中空金属部材内で移動しにくくなる（蓄熱材の移動量が相対的に減る）。蓄熱材の移動量が減ると熱移動量も減る。一方、蓄熱材が液体の状態になると、中空金属部材内で移動し易くなる（蓄熱材の移動量が相対的に増加する）。蓄熱材の移動量が増加するほど熱移動量が大きくなる。

なお、伝熱部材１１４の中空金属部材の材質は、板金製のロアオイルパン部材１１２を形成する金属部材より熱伝導性がよいものが好ましい。

このように、軽量化のための高分子化合物部材の置き換えによってエンジンの放熱性が低下することを考慮し、放熱と断熱とを切換可能な機能を有する伝熱部材１１４を配置することによって熱交換可能なロアオイルパン構造体１１１を構成する。熱交換可能なロアオイルパン構造体１１１とすることで、特にエンジンの高負荷状態での放熱性を良くする。これによって、ロアオイルパン５１を軽量化したからといってエンジンの冷間始動から高負荷状態までのエンジンの冷却性能及び潤滑性能に不都合が出ることはないので、従来のウォータポンプ及びオイルポンプをそのまま用いることができる。

第３実施形態では、ロアオイルパン構造体１１１に複数の伝熱部材１１４を配置してあるが、複数配置することは必ずしも必要ない。ロアオイルパン構造体１１１に少なくとも１つ配置するものであってよい。すなわち、伝熱部材１１４の数や形状、伝熱部材１１４をロアオイルパン構造体１１１に配置する位置は、伝熱部材１１４が構造体１１１の中空金属部材と高分子化合物部材とを繋ぐように配置されている限りにおいて任意である。これについて説明すると、図９は図８のＣ部の拡大断面図である。図９には第３実施形態の２つの態様を上下に並べて示している。なお、図９でも伝熱部材１１４の内部の状態は示していない。

図９上段に示したように図８の場合には伝熱部材１１４の一端（図９で右端）をロアオイルパン構造体１１１の外面１１１ａより突出（露出）させている。この場合に限られるものでなく、図９下段に第３実施形態の他の態様として示したように、ロアオイルパン部材１１２と高分子化合物部材１１３とを繋いでいる限り、伝熱部材１１４の一端がロアオイルパン構造体１１１の外面１１１ａより突出していなくてもかまわない。

上記図９では、伝熱部材１１４の断面が長方形状であったが、楕円状の断面であってもかまわない。伝熱部材１１４の全体の形状としては、第１実施形態の伝熱部材１０１と同様に、断面が六角の鉛筆状、両端が曲面で突出するカプセル状とする他、図１０に示した平板状とすることが考えられる。ここで、図１０はロアオイルパン５１を簡単な浅皿状でモデル化した概略斜視図である。図１０ではロアオイルパン５１についてエンジン長手方向の２つの側面の全体にわたって、ロアオイルパン構造体１１１を設けているものとする。この場合に、図１０に示したようにエンジン長手方向の側面に設けているロアオイルパン構造体１１１に配置する伝熱部材１１４を、エンジン長手方向に水平に走る平板状のものとしてよい。なお、図１０ではロアオイルパン構造体１１１の表面より突出（露出）した部分のみが記載されているので、上方の水平な割箸状の伝熱部材１１４が、ここでいう平板状の伝熱部材１１４のことである。この水平な割箸状の伝熱部材１１４の断面は長方形状であるが、楕円状であってもかまわない。図１０ではさらに、ロアオイルパン構造体１１１に配置する複数の棒状の伝熱部材１１４を下方に示している。

なお、図８、図１０では、ロアオイルパン構造体１１１の鉛直下方に位置する水平部分に伝熱部材１１４を配置することはしていない。これは、ロアオイルパン５１の高さ位置によって、車両の最低地上高が定まっているため、伝熱部材１１４をロアオイルパン構造体１１１の鉛直下方に位置する水平部分に配置することによって、最低地上高が守れなくなってしまうことを回避するためである。もちろん、技術的には伝熱部材１１４をロアオイルパン構造体１１１の鉛直下方に位置する水平部分にも配置し得るので、この場合には最低地上高が変化しないように注意する必要がある。

第３実施形態では、ロアオイルパン５１の金属部分の一部（エンジンの構造体の少なくとも一部）が板金製のロアオイルパン部材１１２（金属部材）と高分子化合物部材１１３とで構成され、板金製のロアオイルパン部材１１２と高分子化合物部材１１３とを繋ぐように配置される伝熱部材１１４を備えている。第３実施形態によれば、ロアオイルパン５１の金属部分の一部を高分子化合物部材１１３で置き換えることで、金属一律部材のロアオイルパンと比較して、金属部材と高分子化合物部材１１３との間の比重差及び高分子化合物部材１１３の体積に応じた分だけロアオイルパン５１を軽量化することができる。かつ、伝熱部材１１４を配置することで熱交換可能なロアイルパン構造体１１１が構成されることから、特にエンジンの高負荷時に冷却水温及び油温が高くなり過ぎず、冷却水温及び油温が従来と同等レベルに収めることが可能となり、これによってエンジン内部の軸受け部の焼付きなどを回避できる。

（第４、第５の実施形態）
図１１、図１２は第４、第５の実施形態のエンジン長手方向に直交する面で切断したエンジン１の縦断面図で、第３実施形態の図８と置き換わるものである。図８と同一部分には同一の符号を付している。

図８に示す第３実施形態では、金属一律部材でロアオイルパン５１を形成する場合を前提とし、ロアオイルパン５１の金属部材の一部をロアオイルパン構造体１１１で置き換えた。さらに、ロアオイルパン構造体１１１に対して、板金製のロアオイルパン部材１１２と高分子化合物部材１１３とを繋ぐように伝熱部材１１４を配置した。一方、図１１、図１２に示す第４、第５の実施形態でも、第３実施形態と同様に、金属一律部材でロアオイルパン５１を形成する場合を前提とし、ロアオイルパン５１の金属部材の一部をロアオイルパン構造体１１１で置き換えるものである。さらに、第４、第５の実施形態でもロアオイルパン構造体１１１に対して、板金製のロアオイルパン部材１１２と高分子化合物部材１１３とを繋ぐように伝熱部材１１４を配置している点で第３実施形態と同じである。

第４実施形態において、第３実施形態と相違するのは、第３実施形態のようにシリンダブロック１１のアルミダイカスト部分の一部をシリンダブロック構造体２２で置き換えていない点である。同様に、第５実施形態において、第３実施形態と相違するのは、第３実施形態のようにシリンダブロック１１のアルミダイカスト部分の一部及びアッパーオイルパン３１のアルミ合金部分の一部をシリンダブロック構造体２２及びアッパーオイルパン構造体４１で置き換えていない点である。

第４、第５の実施形態でも、ロアオイルパン構造体１１１及び伝熱部材１１４について第３実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第６実施形態）
図１３は第６実施形態のエンジン長手方向に直交する面で切断したエンジン１の縦断面図で、第１実施形態の図３と置き換わるものである。図３と同一部分には同一の符号を付している。

第１、第２の実施形態は、シリンダブロック１１、アッパーオイルパン３１の金属部分の一部をシリンダブロック、アッパーオイルパンの構造体２２、４１で置き換えると共に、その構造体２２、４１に伝熱部材１０１を配置するものであった。第３〜第５の実施形態は、ロアオイルパン５１の金属部分の一部をロアオイルパン構造体１１１で置き換えると共に、その構造体１１１に伝熱部材１１４を配置するものであった。一方、第６実施形態は、シリンダヘッド６１のアルミ合金部分の一部を、内部に高分子化合物部材を収納し外部を金属で被覆したシリンダヘッド構造体１２１で置き換え、そのシリンダヘッド構造体１２１に伝熱部材１２３を配置するものである。ここで、シリンダヘッド構造体１２１の範囲を二点鎖線で囲って示している。

詳述すると、吸気ポート６３側のシリンダヘッド側面６１ａ（図１３で左側）であって、シリンダヘッド側面６１ａに開口する吸気ポート６３の一方の開口端６３ａとシリンダヘッド底面６１ｂとの間にシリンダヘッド構造体１２１を貼り付ける。なお、シリンダヘッド６１の形状が複雑であるため、説明の便宜上、シリンダヘッド構造体１２１をシリンダヘッド６１の側面６１ａに貼り付ける場合で説明するが、単に貼り付けるのでは、シリンダヘッド６１を軽量化することができない。実際には、シリンダヘッド６１のアルミ合金部分のうち吸気側かつシリンダヘッド構造体１２１で置き換え可能な部位を探し、その部位をシリンダヘッド構造体１２１で置き換えることとなる。

ここで、シリンダヘッド構造体１２１は中空金属部材１２２と高分子化合物部材１２３とで構成する。中空金属部材１２２は、外周部材１２２ａと内周部材１２２ｂとこれらを接続する部材（図示しない）とから構成し、全体を例えばアルミ合金部材で形成する。シリンダヘッド６１もアルミ合金部材であるので、実際にはシリンダヘッド６１と内周部材１２２ｂの境界はなく、シリンダヘッドと内周部材１２２ｂとは一体である。

上記の中空金属部材１２２の内部には高分子化合物部材１２３を収納する。高分子化合物部材１２３としては、第１実施形態と同じに、軽くて断熱性に優れる発泡樹脂が望ましい。なお、発泡樹脂に限定されるものでなく、金属材料より軽い高分子化合物材料であればかまわない。

これによって、シリンダヘッド６１の全体としてみれば、アルミ合金部材で形成されていた金属部分の一部が高分子化合物部材１２３で置き換わったことになる。高分子化合物部材１２３とアルミ合金部材とを比較すれば、比重は高分子化合物部材１２３のほうが小さいので、両者の比重差に高分子化合物部材１２３の体積を乗算した分だけシリンダヘッド６１が軽量化されることとなる。

シリンダヘッド構造体１２１の数や形状、シリンダヘッド構造体１２１を吸気ポート６３側に設ける位置は任意である。例えば、シリンダヘッド構造体１２１を特定の吸気ポート６３の近くにだけ設けてもよいし、各気筒の吸気ポート６３の近くに設けてもよい。吸気ポート６３毎に設けたシリンダヘッド構造体をつないだ一体の形状としてもよい。

一方、高分子化合物部材１２３を収納した中空金属部材１２２でシリンダヘッド６１のアルミ合金部分の一部を置き換えることは、熱の授受の面からは不利となる場合がある。すなわち、高負荷時のようにエンジンが盛んに熱を発生して高温になるときには、それに応じて大量の熱をシリンダヘッド構造体１２１から外気に放出することが望ましい。このとき、シリンダヘッド構造体１２１内部の高分子化合物部材１２３が断熱部材として働いたのでは、特にエンジンの高負荷時にエンジンを冷やす効果が、シリンダヘッド構造体１２１を設けていない場合より低下する。

そこで中空金属部材１２２の外周部材１２２ａと高分子化合物部材１２３とを繋ぐように伝熱部材１２４を配置する。なお、図１３でも伝熱部材１２４の内部の状態は示していない。

ここで、伝熱部材１２４の伝熱特性も、第１実施形態の伝熱部材１０１と同様に、伝熱部材１２４自体の温度により伝熱部材１２４自体の温度が高くなるほど熱を伝え易くなるよう変化するものである。詳細には伝熱部材１２４は、図４Ａと同様に中空金属部材にパラフィンワックスなどの蓄熱材（媒体）を封入することによって構成されている。このため、伝熱部材１２４自体の温度により中空金属部材内での蓄熱材の移動の容易さが変化することによって、伝熱部材１２４の伝熱特性が変化する。

具体的には、蓄熱材は、蓄熱材の融点である所定温度以下のとき固体であり、所定温度を超えるとき液体となる。つまり、蓄熱材が固体の状態では、中空金属部材内で移動しにくくなる（蓄熱材の移動量が相対的に減る）。蓄熱材の移動量が減ると熱移動量も減る。一方、蓄熱材が液体の状態になると、中空金属部材内で移動し易くなる（蓄熱材の移動量が相対的に増加する）。蓄熱材の移動量が増加するほど熱移動量が大きくなる。

なお、伝熱部材１２４の中空金属部材の材質は、シリンダヘッド６１の本体を構成するアルミ合金部材より熱伝導性がよいものが好ましい。

伝熱部材１２４による放熱と断熱の切換の仕組みは、第１実施形態の伝熱部材１０１による放熱と断熱の切換の仕組みと同様である。

このように、軽量化のための高分子化合物部材の置き換えによってエンジンの放熱性が低下することを考慮し、放熱と断熱とを切換可能な機能を有する伝熱部材１２４を配置することによって熱交換可能なシリンダヘッド構造体１２１を構成する。熱交換可能なシリンダヘッド構造体１２１とすることで、特にエンジンの高負荷状態での放熱性を良くする。これによって、シリンダヘッド６１を軽量化したからといってエンジンの冷間始動から高負荷状態までのエンジンの冷却性能及び潤滑性能に不都合が出ることはないので、従来のウォータポンプ及びオイルポンプをそのまま用いることができる。

第６実施形態でも、シリンダヘッド構造体１２１及び伝熱部材１２４について第１実施形態のシリンダブロック構造体２２、アッパーオイルパン構造体４１及び伝熱部材１０１と同様の作用効果を奏する。すなわち、第６実施形態では、シリンダヘッド６１のアルミ合金部分の一部（エンジンの構造体の少なくとも一部）が中空金属部材１２２（金属部材）と高分子化合物部材１２３とで構成され、中空金属部材１２２と高分子化合物部材１２３とを繋ぐように配置される伝熱部材１２４を備えている。第６実施形態によれば、シリンダヘッド６１のアルミ合金部分の一部を高分子化合物部材１２３で置き換えることで、従来シリンダヘッドのようなアルミ合金一律部材の構造体と比較して、アルミ合金部材と高分子化合物部材１２３との間の比重差及び高分子化合物部材１２３の体積に応じた分だけシリンダヘッド６１を軽量化することができる。かつ、伝熱部材１２４を配置することで熱交換可能なシリンダヘッド構造体１２１が構成されることから、特にエンジンの高負荷時に冷却水温及び油温が高くなり過ぎず、冷却水温及び油温が従来と同等レベルに収めることが可能となり、これによってエンジン内部の軸受け部の焼付きなどを回避できる。

実施形態では、伝熱部材が、固体と液体との間で相変化する蓄熱材を内部に封入した伝熱部材である場合で説明したが、これに限られるものでなく、ヒートパイプを伝熱部材として用いることができる。ここで、ヒートパイプは、熱伝導性が高い材質からなるパイプの中に揮発性の液体（媒体）を作動液として封入したものである。ヒートパイプでは、パイプの一方を高温部として加熱し、パイプの他方を低温部として冷却することで、作動液の蒸発と凝縮のサイクルが発生して熱が移動する。このようなヒートパイプを伝熱部材として用いるときには、例えば、エンジンの高負荷時には、高温部で作動液が周囲から気化熱を吸収して蒸発する。この蒸気はパイプ内の空洞を通って低温部に移動する。低温部で冷却された蒸気は凝集して液体に戻り、再び高温部に移動する。このように両端に温度差を与えることによりヒートパイプ内で作動液が循環し、高温部から低温部への熱移動が起こる（放熱性が高まる）。

実施形態は、エンジンの構造体が、シリンダヘッド６１とシリンダブロック１１とアッパーオイルパン３１とロアオイルパン５１とを含み、第１の構造体はシリンダヘッド６１、シリンダブロック１１、アッパーオイルパン３１の少なくとも一つであり、第２の構造体はロアオイルパン５１であった。これに限らず、エンジンの構造体が、シリンダヘッドとシリンダブロックとオイルパンとを含むものであってよい。このときには、第１の構造体はシリンダヘッド、シリンダブロックの少なくとも一つであり、第２の構造体はオイルパンである。

実施形態では、エンジンの各気筒の配置が直列である場合で説明したが、これに限られるものでない。Ｖ型や水平対向のエンジンに対しても本発明の適用がある。

１ エンジン
１１ シリンダブロック
２２ シリンダブロック構造体（第１の構造体）
２３ 中空金属部材（金属部材）
２４ 高分子化合物部材
３１ アッパーオイルパン
４１ アッパーオイルパン構造体（第１の構造体）
４２ 中空金属部材（金属部材）
４３ 高分子化合物部材
５１ ロアオイルパン（第２の構造体）
６１ シリンダヘッド
１０１ 伝熱部材
１０２ 中空金属部材（筐体）
１０３ 蓄熱材（媒体）
１０５ 第２の伝熱部材
１０６ 中空金属部材（筐体）
１０７ 蓄熱材（媒体）
１２１ シリンダヘッド構造体（第１の構造体）
１２２ 中空金属部材（金属部材）
１２３ 高分子化合物部材
１２４ 伝熱部材

Claims (12)

1. その構造体の少なくとも一部が金属部材と高分子化合物部材とで構成され、前記金属部材と前記高分子化合物部材とを繋ぐように配置される伝熱部材を備えることを特徴とするエンジン。
2. 前記伝熱部材は、伝熱部材自体の温度により伝熱特性が変化することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 前記伝熱部材の伝熱特性は、伝熱部材自体の温度が高くなるほど熱を伝え易くなるよう変化することを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
4. 前記伝熱部材は、筐体と該筐体の内部に封入される媒体とで構成され、前記伝熱部材自体の温度により前記筐体内での前記媒体の移動の容易さが変化することによって、前記伝熱部材の伝熱特性が変化することを特徴とする請求項第２または３に記載のエンジン。
5. 前記媒体は、所定温度以下のとき固体であり、前記所定温度を超えるとき液体となることを特徴とする請求項４に記載のエンジン。
6. 冷却水を循環させてエンジンを冷却する冷却装置を備え、
   前記冷却装置は、前記冷却水の温度が所定の切換温度以上で前記冷却水からエンジン外部へ放熱される放熱量が増加するよう冷却水通路を切換えるように構成され、
   前記所定温度は、前記所定の切換温度以上であることを特徴とする請求項５に記載のエンジン。
7. 前記所定温度は、前記冷却水の沸点以下であることを特徴とする請求項６に記載のエンジン。
8. 前記構造体が、金属部材と高分子化合物部材とで構成される第１の構造体と、高分子化合物部材のみで構成される第２の構造体とを含み、
   前記第１の構造体に前記伝熱部材が配置されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載のエンジン。
9. 前記第２の構造体に第２の伝熱部材が配置されることを特徴とする請求項８に記載のエンジン。
10. 前記構造体が、シリンダヘッドとシリンダブロックとオイルパンとを含み、
    前記第１の構造体は前記シリンダヘッド、前記シリンダブロックの少なくとも一つであり、
    前記第２の構造体は前記オイルパンであることを特徴とする請求項８または９に記載のエンジン。
11. 前記構造体が、シリンダヘッドとシリンダブロックとアッパーオイルパンとロアオイルパンとを含み、
    前記第１の構造体は前記シリンダヘッド、前記シリンダブロック、前記アッパーオイルパンの少なくとも一つであり、
    前記第２の構造体は前記ロアオイルパンであることを特徴とする請求項８または９に記載のエンジン。
12. 前記伝熱部材の一部が、前記構造体の外面からエンジン外部に露出していることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一つに記載のエンジン。

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