JP2015113705A - エンジンの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ポート間において燃焼室上部に対応するシリンダヘッド底壁の冷却性能を十分に確保することができるエンジンの冷却構造を提供することを目的とする。
【解決手段】シリンダヘッド４は、エンジン２のシリンダ列方向に冷却水の主流を流すように構成されたヘッド側ウォータジャケット６０を有し、該ヘッド側ウォータジャケット６０には、１気筒に対して２つ設けられる排気ポート７２、７２間に、幅方向外側（排気側）から上記主流に向かって冷却水を流すようにポート間冷却流路６５を形成し、幅方向外側（排気側）からの冷却水をポート間冷却流路６５上部に指向させて流す第１の冷却水指向手段としての内側案内面６０ｆ、上面６０ｇと、上記主流からの冷却水をポート間冷却流路６５上部に対向させて流す第２の冷却水指向手段としての下面６０ｈを備えている。
【選択図】図１１

Description

この発明は、複数の気筒を列状に有するエンジンにおいて、該エンジンが、シリンダブロックとシリンダヘッドとを備え、該シリンダヘッドが、上記エンジンのシリンダ列方向に冷却水の主流を流すように構成されたウォータジャケットを有するエンジンの冷却構造に関する。

従来、エンジンのシリンダヘッドの冷却を行うために、シリンダヘッド内部に形成されたウォータジャケットに冷却水を流してこれを循環させることが行われている。

下記特許文献１では、上述したようなウォータジャケットを有するシリンダヘッドにおいて、吸排気ポートのポート間の隙間に十分に冷却水を流すため、ポート壁部に突出部（リブ）を設けることが開示されている。

特開２００４−２２５５８２号公報

ところで、上記特許文献１に開示されたエンジンの冷却構造は、ポート壁部に設けた突出部（リブ）によって吸排気ポートのポート間の隙間に流れる冷却水の流量を確保することができるようになってはいるが、ポート間の隙間自体が狭く、燃焼室上部に対応するシリンダヘッド底壁の冷却性能の確保という観点から見ると、十分な冷却性能が得られないという問題があった。

特に、ディーゼルエンジンにおいては、燃焼室上部が略平坦で吸排気バルブが略直立に設けられることから、幅方向中間部（シリンダ列方向と直交する方向の中間部）のウォータジャケットが狭く、主流の流れが制約を受けることになる。このため、燃焼室上部に対応するシリンダヘッド底壁において十分な冷却性能が得られない傾向が顕著となる。

この発明は、ポート間において燃焼室上部に対応するシリンダヘッド底壁の冷却性能を十分に確保することができるエンジンの冷却構造を提供することを目的とする。

この発明のエンジンの冷却構造は、複数の気筒を列状に有するエンジンにおいて、該エンジンが、シリンダブロックとシリンダヘッドとを備え、該シリンダヘッドは、上記エンジンのシリンダ列方向に冷却水の主流を流すように構成されたウォータジャケットを有し、該ウォータジャケットには、１気筒に対して２つ設けられるポート間に、上記シリンダ列方向と直交する幅方向外側から上記主流に向かって冷却水を流すようにポート間冷却流路を形成し、上記シリンダヘッドの幅方向外側からの冷却水を上記ポート間冷却流路上部に指向させて流す第１の冷却水指向手段と、上記主流からの冷却水を上記ポート間冷却流路上部に対向させて流す第２の冷却水指向手段とを備えたものである。

この構成によれば、ポート間冷却流路の幅方向外側からの冷却水と上記主流との衝突により、上下方向の旋回流が発生し、この上下方向の旋回流によって、比較的高温となる燃焼室上部に対応するシリンダヘッドの底壁を充分に冷却することができる。このため、ポート間において燃焼室上部に対応するシリンダヘッドの底壁の冷却性能を充分に確保することができる。

この発明の一実施態様においては、上記ポート間冷却流路の上面が、幅方向外側から内側に向かって上方に傾斜しており、上記第１の冷却水指向手段を、上記ポート間冷却流路の上面により構成したものである。

この構成によれば、冷却水をポート間冷却流路の上面に沿って上方かつ幅方向内側に確実に案内することができる。

この発明の一実施態様においては、上記シリンダブロックと上記シリンダヘッドとの間にガスケットを設けると共に、該ガスケットには、幅方向外側からの冷却水を供給するためのガスケット孔を形成し、該ガスケット孔を、上記ポート間冷却流路の内面に対して幅方向の外側寄りにオフセット配置したものである。

この構成によれば、幅方向外側で冷却水の流れに乱れが生じることを抑制でき、ガスケット孔から供給される冷却水を、効率よく上方に案内することができる。

この発明の一実施態様においては、上記シリンダブロックと上記シリンダヘッドとの間にガスケットを設けると共に、該ガスケットには、幅方向外側からの冷却水を供給するためのガスケット孔を形成し、該ガスケット孔の孔径を、上記第２の冷却水指向手段により上記ポート間冷却流路上部に対向するように流れる冷却水の流れに応じて設定したものである。

この構成によれば、各気筒では、ガスケット孔の位置や、各気筒における冷却水の温度、及びウォータジャケットの形状等の諸要因により、上記主流の流れ（詳しくは、主流の流れ方向及び流量）が異なることになるが、ガスケット孔の孔径を上記主流の流れに応じて適宜調整することにより、いずれの気筒においても、燃焼室上部に対応するシリンダヘッドの底壁を上記旋回流によって充分に冷却することができる。つまり、気筒間における冷却性能のバラツキを抑制することができる。

この発明の一実施態様においては、上記シリンダヘッドの幅方向外側に、冷却水を幅方向内側に案内する内側案内面を設けたものである。

この構成によれば、シリンダヘッドの幅方向外側から供給される冷却水を、幅方向内側に向かって確実に案内することができる。

この発明の一実施態様においては、隣接する上記気筒間には、幅方向の中間部に、上記シリンダヘッドと上記シリンダブロックとを締結するためのヘッドボルトを設けると共に、上記内側案内面をＵ字状に形成したものである。

この構成によれば、ヘッドボルトの軸力を、内側案内面の壁部を介してシリンダヘッド下面に効率的に伝達させることができる。これにより、シリンダブロックとシリンダヘッドを締結した際のシール性を向上させることができ、各気筒の燃焼室からの燃焼ガスの漏出や、ウォータジャケットからの冷却水の漏出等を確実に防止できる。

この発明の一実施態様においては、上記主流の流れを上方に指向させる上方案内面を、上記ウォータジャケットの内面に設け、上記第２の冷却水指向手段を、上記上方案内面により構成したものである。

この構成によれば、上記主流を、ポート間冷却流路の上部に効果的に対向させることができ、ポート間冷却流路の幅方向外側からの冷却水と上記主流とをより確実に衝突させることができる。

この発明の一実施態様においては、上記冷却水をシリンダ列方向端部の気筒側から上記シリンダブロックのウォータジャケットに流入させて、上記シリンダヘッドの上記ウォータジャケットの上記シリンダ列方向端部の気筒側に案内し、上記シリンダブロックの上記ウォータジャケットを流れる冷却水を暖機時に制限する制御手段を備えたものである。

この構成によれば、上記制御手段による冷却水の制限によってエンジンの暖機を促進しつつ、上記シリンダ列方向端部の気筒側からシリンダ列方向に冷却水を流す場合における冷却不足を解消することができる。

この発明によれば、上下方向の旋回流が発生し、この上下方向の旋回流によって、比較的高温となる燃焼室上部に対応するシリンダヘッドの底壁を充分に冷却することができる。このため、ポート間において燃焼室上部に対応するシリンダヘッドの底壁の冷却性能を充分に確保することができる。

本発明の実施形態に係るエンジン冷却装置の概略構成を示すブロック図。 同冷却装置のシリンダブロックの分解斜視図。 ガスケットを示す平面図。 シリンダヘッドの平面図。 ヘッド側ウォータジャケットを燃焼室側から見た底面図。 シリンダヘッド４の要部拡大断面図。 図４のＡ−Ａ線矢視断面図。 図４のＢ−Ｂ線矢視断面図。 ヘッド側ウォータジャケットを示す要部拡大平面図。 ヘッド側ウォータジャケットを図９の矢視Ｘ方向から見た図。 ポート間冷却流路の長手方向に沿ってヘッド側ウォータジャケットを切断した断面図。 冷却水の流れを気筒毎に解析した結果を示す図。 図４のＣ−Ｃ線矢視断面図。 図４のＤ−Ｄ線矢視断面図。 同冷却装置の冷却回路制御部による制御方法を示すフローチャート。 同冷却装置によるエンジン温度に応じた冷却方法を示すブロック図。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの冷却装置１の概略構成を示している。多気筒エンジン２（以下、単に「エンジン」という）は、４つのシリンダがクランク軸方向に直列に配設され、吸気系と排気系とが互いにシリンダヘッド４の反対側に配置された所謂クロスフロー型の直列４気筒ディーゼルエンジンである。当該エンジン２は、車両前部に設けられたエンジンルーム（図示しない）内に、気筒列が車幅方向を向き、その排気系が車両前後方向における後方側に位置し、各気筒のシリンダ軸が上下方向を向くように搭載されている。なお、本実施形態の説明では、４つのシリンダが直列に配設される列方向をシリンダ列方向、該シリンダ列方向及び上下方向と直交する方向を「幅方向」と呼ぶこととする。

エンジン２は、シリンダブロック３と、このシリンダブロック３の上側に設けられたシリンダヘッド４で主に構成されている。

なお、図１では、シリンダブロック３は上方から見たもの、シリンダヘッド４は下方から見たものとして記載しているため、シリンダブロック３とシリンダヘッド４の吸気側（「ＩＮ」と図示）及び排気側（「ＥＸ」と図示）の位置関係が逆になっている。

シリンダブロック３には、後述するブロック側ウォータジャケット３３、導入孔３６及びブロック側排出孔３７が設けられ、シリンダヘッド４には、後述するヘッド側ウォータジャケット６０（図５〜図１４参照）及びヘッド側排出孔７０、具体的にはヘッド側第１排出孔７０ａ及びヘッド側第２排出孔７０ｂ（図５参照）が設けられている。そして、導入孔３６からブロック側ウォータジャケット３３内に導入された冷却水はブロック側排出孔３７から排出され、導入孔３６からヘッド側ウォータジャケット６０内に導入された冷却水はヘッド側排出孔７０から排出される。

また、この導入孔３６には、これらブロック側ウォータジャケット３３、及びヘッド側ウォータジャケット６０内に冷却水を供給するためのウォータポンプ５が設けられている。なお、このウォータポンプ５は、エンジン２の回転によって受動的に駆動されるポンプである。

当該冷却装置１は、これらブロック側ウォータジャケット３３、及びヘッド側ウォータジャケット６０に適宜ラジエータ７等を経由して冷却水を循環させるための冷却液経路を備えており、該冷却液経路は第１〜４経路１１〜１４から構成され、これら第１〜４経路１１〜１４のいずれかに冷却水を循環させるための経路の切換は、冷却回路制御部１０１によってサーモスタット弁６ａ及び第１〜第３制御弁６ｂ〜６ｄで構成された冷却回路切換部６を制御することで行われる。次に、これら第１〜４経路１１〜１４について詳細に説明する。

図１に示すように、第１経路１１は、ヘッド側第１排出孔７０ａと導入孔３６とを連結している。この第１経路１１は、ラジエータ７を迂回する一方、冷却水の温度を測定する水温センサ１０２とサーモスタット弁６ａを順に経由している。なお、サーモスタット弁６ａは制御弁６ｂ〜６ｄが故障して冷却水の水温が所定値以上になると開く弁であり、このサーモスタット弁６ａによれば、正常時は第１経路１１のみに冷却水が循環し、異常時は後述する第２経路１２も冷却水が循環する状態になり、エンジン２を保護することができる。また、水温センサ１０２はヘッド側第１排出孔７０ａの近傍に設けられている。

第２経路１２は、ヘッド側第２排出孔７０ｂと導入孔３６とを連結している。この第２経路１２は、ラジエータ７を迂回する一方、アイドリングストップ用ウォータポンプ２１、空調用ヒータコア２２、ＥＧＲクーラ２３及びＥＧＲバルブ２４、第１制御弁６ｂを順に経由している。なお、アイドリングストップ用ウォータポンプ２１は、アイドリング時にエンジン２を一時停止している際に空調用ヒータコア２２へ冷却水を流すためのポンプである。また、ＥＧＲクーラ２３とＥＧＲバルブ２４は互いに並列になるように第２経路１２を経由している。

第３経路１３は、ブロック側排出孔３７と導入孔３６とを連結している。この第３経路１３は、ラジエータ７を迂回する一方、エンジンオイルクーラ２５、自動変速機のオイル熱交換器２６、第２制御弁６ｃを順に経由している。なお、エンジンオイルクーラ２５は、ブロック側排出孔３７に設けられている。

第４経路１４は、ヘッド側第１排出孔７０ａと導入孔３６とを連結している。この第４経路１４は、水温センサ１０２、ラジエータ７、第３制御弁６ｄを順に経由している。

冷却回路制御部１０１は、ＥＣＵ１００内に設けられた制御部の一つである。この冷却回路制御部１０１は、冷却水の温度を検知する水温センサ１０２、エンジン回転数センサ１０３及び燃料噴射量センサ１０４、エンジン回転数と燃料噴射量とにより判定されるエンジン２の負荷状態に基づいてエンジン２のヘッド燃焼室壁面温度Ｔを予測し、予測されたヘッド燃焼室壁面温度Ｔに応じて第１乃至第３制御弁６ｂ〜６ｄを制御する。

図２は、シリンダブロック３の分解斜視図である。シリンダブロック３は、シリンダブロック本体３０とスペーサ４０から主に構成されている。なお、ガスケット５０はシリンダブロック３の構成ではないが、説明の便宜上、図２に記載している。

シリンダブロック本体３０は、直列に配置された第１〜第４気筒＃１〜＃４のシリンダボア３２が、そのシリンダ軸が上下方向を向くように設けられている。図２に示すように、シリンダブロック本体３０の上面３１には、これら４つのシリンダボア３２を囲むような環状の凹溝であるブロック側ウォータジャケット３３が設けられている。このブロック側ウォータジャケット３３は、シリンダブロック３の排気側を通る排気側流路３４とシリンダブロック３の吸気側を通る吸気側流路３５とから構成されている。

なお、本実施形態の説明では、シリンダブロック３を吸気側から見て左から右に第１気筒＃１から第４気筒＃４が順に並んでおり、これら気筒＃１〜＃４が並ぶ気筒列において、第１気筒＃１がある側を「一端側」、第４気筒のある側を「他端側」と呼ぶこととする。

また、シリンダブロック本体３０は、気筒列の一端側に設けられ、ブロック側ウォータジャケット３３へ冷却水を導入する導入孔３６と、吸気側における気筒列の中央部に設けられ、ブロック側ウォータジャケット３３から冷却水を排出するブロック側排出孔３７が設けられている。

さらに、シリンダブロック本体３０には、シリンダブロック３とシリンダヘッド４をガスケット５０を介して互いに締結するための複数のヘッドボルト８０（図８、図１３参照）が螺合可能なねじ孔３８、３８、…が設けられている。

ガスケット５０は、複数の金属板を重ね合わせて複数箇所をカシメにより一体化した金属シートガスケットであり、その全体の形状がシリンダブロック本体３０の上面３１に対応する形状とされている。

このガスケット５０には、図２、図３に示すように、シリンダブロック本体３０のシリンダボア３２に対応する位置に円孔５１ａ〜５１ｄ（図８、図１３参照）と、ねじ孔３８、３８、…に対応する位置に上述のヘッドボルト８０の挿通孔５５、５５、…が設けられている。

また、ガスケット５０には、ブロック側ウォータジャケット３３とヘッド側ウォータジャケット６０とを互いに連通させる複数の第１連通孔５２ａ〜５２ｃと、第２連通孔５３ａ〜５３ｆと、第３連通孔５４ａ〜５４ｃとが設けられている。第１連通孔５２ａ〜５２ｃは、ガスケット５０の気筒列の一端側、第２連通孔５３ａ〜５３ｆは、排気側と吸気側、第３連通孔５４ａ〜５４ｃは、円孔５１、５１、…間にそれぞれ設けられている。

シリンダブロック３とシリンダヘッド４を締結した際に、このガスケット５０の有する弾性反発力によって、円孔５１、５１、…の周囲と挿通孔５５、５５、…の周囲をシールし、各気筒＃１〜＃４の燃焼室からの燃焼ガスの漏出や、ウォータジャケット３３、６０からの冷却水の漏出等を防止する。

図４は、シリンダヘッド４の平面図であり、第２気筒＃２を部分的に水平断面図で示している。シリンダヘッド４には、上述したヘッド側ウォータジャケット６０、及びヘッド側排出孔７０の他、図４に示すように燃料噴射弁配設孔７１と、排気ポート７２と、吸気ポート７３と、ヘッドボルト８０が螺合可能なねじ孔７４、７４、…とが設けられている。

シリンダヘッド４では、燃料噴射弁配設孔７１を囲んで、排気側に排気ポート７２、吸気側に吸気ポート７３がそれぞれ開口している。そして、各気筒＃１〜＃４において、吸気側には、２つの排気ポート７２、７２、…が設けられる一方、吸気側には、２つの吸気ポート７３、７３、…が設けられており、吸気２弁、排気２弁タイプの直列４気筒ディーゼルエンジンを構成している。

図５は、ヘッド側ウォータジャケット６０を燃焼室側から見た底面図であり、ヘッド側ウォータジャケット６０は、図５に示すようにシリンダヘッド４の幅方向（シリンダ列方向と直交する方向）中央部を通る主流流路６１と、シリンダヘッド４の排気側を通る排気側流路６２と、シリンダヘッド４の吸気側を通る吸気側流路６３と、各気筒＃１〜＃４間において、吸気側流路６３から主流流路６１に向かって冷却水を流す気筒間冷却流路６４と、各気筒＃１〜＃４の２つの排気ポート７２、７２間において、シリンダヘッド４の幅方向外側（排気側）から主流流路６１に向かって冷却水を流すポート間冷却流路６５とから構成されている。

また、シリンダヘッド４には、ヘッド側ウォータジャケット６０と外部とを連通する複数の開口部７５ａ〜７５ｍが形成されている。シリンダヘッド４では、３つの開口部７５ａ〜７５ｃがヘッド側ウォータジャケット６０の一端側に形成され、開口部７５ｄ〜７５ｊが、各気筒＃１〜＃４毎、開口部７５ｋが、各気筒＃１〜＃４間、開口部７５ｌ、７５ｍが、排気側端部にそれぞれ形成されている。

ところで、シリンダヘッド４を鋳造する場合には、金型（主型）にジャケット中子、吸気ポート中子、排気ポート中子等をセットする。そして、鋳造により、重力とは逆の方向に溶湯を押し上げて、金型の各中子との間のキャビティに溶湯を注湯し、溶湯の凝固後において、これらの各中子を除去すると、シリンダヘッド４が鋳造される。鋳造後にジャケット中子が除去されると、この中子の各形成部に対応して、各流路６１〜６５が形成される。

また、上述した各中子は、一般的に砂で形成されるものであり、中子成形用の金型内に砂を流し込んだ後、薬品で砂を凝固処理することにより生成される。上述した複数の開口部７５ａ〜７５ｍは、ヘッド側ウォータジャケット６０成形用の中子を生成する際に、金型内に砂を流し込むために形成された砂流し込み口に対応するものである。

図５では、ガスケット５０の第１連通孔５２ａ〜５２ｃ、第２連通孔５３ａ〜５３ｆ、及び第３連通孔５４ａ〜５４ｃの位置を黒色の塗りつぶしで示している。上述した開口部７５ａ〜７５ｍのうち、開口部７５ａ〜７５ｃは、図５に示すように、ガスケット５０の第１連通孔５２ａ〜５２ｃに連通しており、各気筒＃１〜＃４の開口部７５ｅは、第２連通孔５３ａ〜５３ｄ、気筒＃２、＃３の開口部７５ｈは、第２連通孔５３ｅ、５３ｆ、各気筒＃１〜＃４間の開口部７５ｋは、第３連通孔５４ａ〜５４ｃにそれぞれ連通している。これにより、開口部７５ａ〜７５ｃ、７５ｅ、７５ｈ（気筒＃２、＃３のみ）、７５ｋは、ガスケット５０を介してブロック側ウォータジャケット３３から冷却水が供給される冷却水入口（つまり、シリンダブロック３からの冷却水供給部）としての機能を有している。

各開口部７５ａ〜７５ｃ、７５ｅ、７５ｈ（気筒＃２、＃３のみ）、７５ｋからヘッド側ウォータジャケット６０内に供給された冷却水は、図５に太矢印で示す方向に流れ、ヘッド側ウォータジャケット６０内において、エンジン２のシリンダ列方向にその主流が流れるようになっている。本実施形態では、上記主流が、第１気筒＃１（一端側）から第４気筒＃４（他端側）に向かって流れるようになっている。

図６は、シリンダヘッド４の要部拡大断面図である。図６では、各気筒＃１〜＃４間のみを水平断面図で示し、隣接する一端側の気筒の排気ポート７２及び吸気ポート７３を左側に示す一方、隣接する他方側の気筒の排気ポート７２及び吸気ポート７３を右側に示している。上述したヘッド側ウォータジャケット６０の主流流路６１は、図５、図６に示すように、各気筒＃１〜＃４において、排気ポート７２と吸気ポート７３との間に形成され、冷却水の主流は、図６に太矢印α１で示すように、シリンダ列方向に沿って排気ポート７２と吸気ポート７３との間を流れる。

図７、図８は、それぞれ図４のＡ−Ａ線矢視断面図、Ｂ−Ｂ線矢視断面図であり、ヘッド側ウォータジャケット６０では、図５〜図８に示すように、隣接する気筒の排気ポート７２、７２の排気ポート壁７２ａ、７２ａと、気筒間でヘッド側ウォータジャケット６０（主流流路６１）の底面を構成する底壁６０ａとの間を接続する第１リブ６０ｂ、６０ｂが一対形成されている。

この一対の第１リブ６０ｂ、６０ｂは、図５〜図８に示すように、平面視で排気ポート壁７２ａ、７２ａからシリンダ列方向に沿って延びると共に、底壁６０ａに対して傾斜するように形成されている。そして、第１リブ６０ｂ、６０ｂ間には、開口部７５ｇと主流流路６１とを高低差なく互いに連通する谷形状の連通部６０ｃが形成されている。

また、各気筒＃１〜＃４では、２つの吸気ポート７３、７３のうち、一端側の吸気ポート７３がタンジェンシャル設定のストレートポート（タンジェンシャルポート）とされる一方、他端側の吸気ポート７３は、スロート部が螺旋状にシリンダボア３２に入射するヘリカルポートとされている。そして、ヘッド側ウォータジャケット６０においては、図５、図６に示すように、ヘリカルポートとされた他端側の吸気ポート７３の吸気ポート壁７３ａに、気筒列の一端側から他端側、つまりは、上記主流の流れ方向の上流側から下流側に向かって延びる第２リブ６０ｄが形成されている。

この第２リブ６０ｄは、他端側の吸気ポート７３の厚肉部７３ｂから、上記下流側かつ幅方向内側に向かって延びるように設けられており、第１リブ６０ｂと同様、底壁６０ａに対して傾斜するように形成されている。そして、第２リブ６０ｄの他端側には、開口部７５ｊと主流流路６１とを高低差なく互いに連通する連通部６０ｅが形成されている。

主流流路６１では、冷却水の主流が流れる際、上述した各リブ６０ｂ、６０ｄにより、シリンダヘッド４の幅方向側部に位置する排気側流路６２及び吸気側流路６３への流れが制限される。このため、各気筒間のヘッド側ウォータジャケット６０の下部において、上記主流をシリンダ列方向に確実に流すことができるようになっている。つまり、各リブ６０ｂ、６０ｄは、上記主流の流れ方向をシリンダ列方向に沿うように整流する整流手段としての機能を有している。

一方、各リブ６０ｂ、６０ｄを底壁６０ａに対して傾斜させ、かつ第１リブ６０ｂ、６０ｂ間、及び第２リブ６０ｄの他端側にそれぞれ連通部６０ｃ、６０ｅを設けることで、ヘッド側ウォータジャケット６０用の中子生成時には、中子生成用の砂を、図６に太矢印β１、β２で示すように、開口部７５ｇ、７５ｊから確実に幅方向中間部の主流流路６１に流すことができるようになっている。

また、第２リブ６０ｄが上記下流側かつ幅方向内側に向かって延びているため、吸気側流路６３を流れる冷却水は、気筒間冷却流路６４と第２リブ６０ｄとにより、図５に太矢印α２で示すように上記下流側の気筒＃２〜＃４の主流流路６１に向かって案内され、上記主流に合流するようになっている。

特に、気筒＃２、＃３の吸気側流路６３、６３では、各開口部７５ｈ、７５ｈがガスケット５０の第２連通孔５３ｅ、５３ｆに連通していることで、シリンダブロック３からの冷却水が付加的に供給されるようになっており、これによって、上記下流側の気筒＃３、＃４の主流流路６１に付加的に冷却水を供給し、該主流流路６１における流量を確保することができるようになっている。

また、シリンダヘッド４では、隣接する気筒間の幅方向中間部にねじ孔７４が設けられ、そこには上述したヘッドボルト８０が螺合している。本実施形態では、上述した第１リブ６０ｂにより、ヘッドボルト８０の軸力が、図８に太矢印γ１で示すように排気ポート壁７２ａ及び第１リブ６０ｂを介してシリンダヘッド４下面に効率的に伝達されるようになっている。なお、第２リブ６０ｄについても、第１リブ６０ｂと同様の機能を有しており、ヘッドボルト８０の軸力をシリンダヘッド４下面に効率的に伝達するようになっている。

図９は、ヘッド側ウォータジャケット６０を示す要部拡大平面図であり、気筒＃１に対応する部位のみを示している。また、図１０は、ヘッド側ウォータジャケット６０を図９の矢視Ｘ方向から見た図であり、図１１は、ポート間冷却流路６５の長手方向に沿ってヘッド側ウォータジャケット６０を切断した断面図、図１２は、冷却水の流れを気筒＃１〜＃４毎に解析した結果を示す図である。なお、以降の説明では、気筒＃２における冷却水の流れを一例として説明する。

シリンダヘッド４の幅方向外側（ここでは、排気側）では、図４、図５、図９に示すように、各気筒＃１〜＃４毎に平面視Ｕ字状の内側案内面６０ｆが設けられている。

内側案内面６０ｆは、開口部７５ｅの幅方向外側、一端側、他端側の三方を囲むように形成され、ガスケット５０の第２連通孔５３ａ〜５３ｄ（シリンダヘッド４の幅方向外側）から供給される冷却水を、図５、図９、図１１、図１２に示すように開口部７５ｅから幅方向内側に向かって案内する機能を有している。

また、ポート間冷却流路６５では、その上面６０ｇが、図１１に示すように幅方向外側から内側に向かって上方に傾斜するように形成されており、これによって、第２連通孔５３ａ〜５３ｄから供給される冷却水は、図１１に太矢印α３で示すように上面６０ｇに沿ってポート間冷却流路６５の上部を指向するように流れる。以降、太矢印α３で示す冷却水の流れを流れα３と呼ぶこととする。

また、ポート間冷却流路６５は、各気筒＃１〜＃４の主流流路６１と連通しており、各気筒＃１〜＃４では、図５、図９に示すように、主流流路６１とポート間冷却流路６５とによって平面視Ｙ字状の流路が形成されている。

そして、主流流路６１とポート間冷却流路６５との連通部より上流側では、ヘッド側ウォータジャケット６０の内面側に位置する主流流路６１の下面６０ｈが、図１０に示すように一端側から他端側に向かって上方に傾斜するように形成されている。主流流路６１から流れてきた主流の一部は、図９に太矢印α４で示すように吸気側に分流する一方、一部は、下面６０ｈにより、図９〜図１１に太矢印α５で示すように上方かつ幅方向外側（ここでは、排気側）に向かって分流し、図９〜図１１に破線で示すポート間冷却流路６５の上部の領域Ｚ１に対向するように流れ込む。主流流路６１の下面６０ｈは、上記主流の流れを上方に指向させ、ポート間冷却流路６５の上部に対向させる上方案内面としての機能を有している。以降、太矢印α５で示す上記主流の流れを流れα５と呼ぶこととする。

上述した流れα３と流れα５とは、図９、図１１に示すように、ポート間冷却流路６５の上面６０ｇで互いに衝突する。ここで、ポート間冷却流路６５では、流れα３、α５が主に上面６０ｇを流れることにより、下層部の流量が上層部の流量よりも少なくなっており、これによって、下層部の水圧が上部の水圧よりも低圧となる。このため、上述したように流れα３と流れα５とが衝突したときには、図１１に太矢印α６で示すように、上層部の冷却水が低圧の下層部に向かって流れ込み、上下方向の旋回流が発生する。

各気筒＃１〜＃４では、図９、図１１、図１２に破線で示すポート間冷却流路６５の長手方向中央部の領域Ｚ２の下方に燃焼室が配置されており、流れα３と流れα５との衝突によって下層部に流れ込んだ冷却水の一部は、図１１に太矢印α７で示すように、燃焼室に対応する領域Ｚ２を流れるようになっている。本実施形態では、比較的高温となる燃焼室上部のシリンダヘッド４の底壁６０ａを上記旋回流によって充分に冷却することができるようになっている。

図１２（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ気筒＃１〜＃４についての解析結果を示しており、冷却水の流れ方向、流量（流速）を、それぞれ矢印の方向、長さで示している。また、図１２（ａ）〜（ｄ）に示す黒点は、冷却水が、同図の紙面方向、つまりはシリンダ列方向に流れていることを示している。

各気筒＃１〜＃４では、ガスケット５０の各連通孔５２ａ〜５２ｃ、５３ａ〜５３ｆの位置や、各気筒＃１〜＃４における冷却水の温度、及びヘッド側ウォータジャケット６０の形状等の諸要因により、上記主流の流れα５（詳しくは、流れα５の流れ方向及び流量）が、図１２（ａ）〜（ｄ）に示すようにそれぞれ異なっている。

このため、本実施形態では、各気筒＃１〜＃４において確実に上記旋回流を発生させるべく、図３、図５、図１２に示すように、第２連通孔５３ａ〜５３ｄの孔径が流れα５に応じて設定されている。気筒＃１では、連通孔５３ａの孔径が相対的に小さく設定される一方、気筒＃３では、第２連通孔５３ｃの孔径が相対的に大きく設定され、その他の気筒＃２、＃４では、第２連通孔５３ｂ、５３ｄの孔径が中間的な大きさに設定されている。これにより、いずれの気筒＃１〜＃４においても、燃焼室上部に対応するシリンダヘッド４の底壁６０ａを上記旋回流によって充分に冷却することができるようになっている。

また、いずれの気筒＃１〜＃４においても、各第２連通孔５３ａ〜５３ｄが、幅方向外側寄りにオフセット配置されている。これにより、幅方向外側で冷却水の流れに乱れが生じることを抑制しており、第２連通孔５３ａ〜５３ｄから供給される冷却水を、効率よく上方の上面６０ｇに沿って案内することができるようになっている。

図１３、図１４は、それぞれ図４のＣ−Ｃ線矢視断面図、Ｄ−Ｄ線矢視断面図である。本実施形態では、開口部７５ｅの三方を囲むように内側案内面６０ｆがＵ字状に形成されていることで、ヘッドボルト８０の軸力が、図１３、図１４に太矢印γ２、γ３で示すように、内側案内面６０ｆの壁部を介してシリンダヘッド４下面に効率的に伝達されるようになっている。なお、図１３、図１４に示す太破線の矢印γ４、γ５は、排気ポート７２によってヘッドボルト８０の軸力伝達が阻害され、太矢印γ２、γ３の場合よりも軸力が低下していることを示している。

ここで、図１４に二点鎖線で示すように、シリンダヘッド４の下部において、内側案内面６０ｆと対応する位置にヘッド側ウォータジャケット６０が配設された場合を考えてみる。この場合、図１４に示すように、太矢印γ３、γ５で示すヘッドボルト８０の軸力伝達がヘッド側ウォータジャケット６０によって阻害され、最終的にシリンダヘッド４下面に伝達される軸力が著しく低下することになってしまう。

図１５は、冷却回路制御部１０１の制御方法を示すフローチャートであり、図１６は、エンジン温度に応じた冷却方法を示すブロック図である。図１５のフローチャートに従って、冷却回路制御部１０１による冷却装置１の制御方法について、図１６を参照しながら以下に説明する。

まず、エンジン冷間時は、全ての制御弁６ｂ〜６ｄが閉弁されている（ステップＳ１）。このとき、図１６（ａ）に示すように、第１経路１１に冷却水が循環される。なお、このときのシリンダヘッド４には、局所的な加熱を防止しながらエンジン２を暖機するため、比較的少量の冷却水が流される。

次に、ヘッド燃焼室壁温Ｔが所定の温度Ｔ_１（例えば１５０℃）以上であるか判定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２で、ヘッド燃焼室壁温Ｔが所定の温度Ｔ_１以上であると判定されると、第１制御弁６ｂを開弁する（ステップＳ３）。このとき、図１６（ｂ）に示すように、第１経路１１と第２経路１２に冷却水が循環される。

次に、ヘッド燃焼室壁温Ｔが所定の温度Ｔ_２（Ｔ_２＞Ｔ_１）以上であるか判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４で、ヘッド燃焼室壁温Ｔが所定の温度Ｔ２以上であると判定されると、第２制御弁６ｃを開弁する（ステップＳ５）。このとき、図１６（ｃ）に示すように、第１経路から第３経路１１〜１３に冷却水が循環される。

次に、エンジン２の暖機が完了したか判定する（ステップＳ６）。なお、この判定は、ヘッド燃焼室壁温Ｔが所定の温度Ｔ_３（Ｔ_３＞Ｔ_２）以上であるか否かで行ってもよい。

最後に、ステップＳ６で、エンジン２の暖機が完了したと判定されると、第３制御弁６ｄを開弁する（ステップＳ７）。このとき、図１６（ｄ）に示すように、第１経路から第４経路１１〜１４の全てに冷却水が循環される。

以上により、暖機運転時に冷却回路制御部１０１によって第１乃至第３制御弁６ｂ〜６ｄを閉弁すると、ヘッド側第１排出孔７０ａと導入孔３６とを連結する第１経路１１のみに冷却水が循環するが、このとき冷却水はブロック側ウォータジャケット３３にはほとんど流れないため、シリンダブロック３の温度が徐々に上昇する。したがって、エンジン２の暖機を促進できる。

また、冷却回路制御部１０１によってエンジン温度の上昇に伴って第１乃至第３制御弁６ｂ〜６ｄを順次開弁している。この際に、第１制御弁６ｂを開弁すると第２経路１２にも冷却水が循環するが、この第２経路１２はラジエータ７を経由しないと共に、冷却水はブロック側ウォータジャケット３３にはほとんど流れないため、引き続きエンジン２の暖機が促進される。

次に、第２制御弁６ｃを開弁すると第３経路１３にも冷却水が循環し、この第３経路１３はシリンダブロック３に接続されているため、シリンダブロック３もある程度冷却されるが、ラジエータ７を迂回しているため、エンジン２の暖機が進む。

さらに、第３制御弁６ｄを開弁すると、第４経路１４にも冷却水が循環し、この第４経路１４はラジエータ７に接続されているため、このラジエータ７によって冷却水の温度を下げられ、暖機後のエンジン２を所定温度に保つことができる。

したがって、冷却回路制御部１０１によれば、暖機運転時は第１乃至第３制御弁６ｂ〜６ｄを閉弁し、エンジン温度の上昇に伴って第１乃至第３制御弁６ｂ〜６ｄを順次開弁することで、エンジン２の温度に応じて各シリンダ及びシリンダヘッド４を適正に冷却できる。

また、暖機途中で第１制御弁６ｂを開弁して空調用ヒータコア２２またはＥＧＲクーラ２３を経由している第２経路１２にも冷却水を循環させるため、暖機途中から暖房性能を確保でき、また、ＥＧＲクーラ２３を適正に冷却できる。

さらに、暖機途中で第３制御弁６ｄを開弁してエンジンオイルクーラ２５または自動変速機のオイル熱交換器２６を経由している第３経路１３にも冷却水を循環させるため、エンジンオイルを冷却できると共に、変速機オイルを適正に加熱して、粘度の早期低下により、摺動抵抗が早期に低減して燃費を向上させることができる。

以上に示したように、本実施形態のエンジン２の冷却構造は、複数の気筒＃１〜＃４を列状に有するエンジン２において、該エンジン２が、シリンダブロック３とシリンダヘッド４とを備え、該シリンダヘッド４は、エンジン２のシリンダ列方向に冷却水の主流を流すように構成されたヘッド側ウォータジャケット６０を有し、該ヘッド側ウォータジャケット６０には、１気筒に対して２つ設けられる排気ポート７２、７２間に、幅方向外側（排気側）から上記主流に向かって冷却水を流すようにポート間冷却流路６５を形成し、幅方向外側（排気側）からの冷却水をポート間冷却流路６５上部に指向させて流す第１の冷却水指向手段としての内側案内面６０ｆ、上面６０ｇと、上記主流からの冷却水をポート間冷却流路６５上部に対向させて流す第２の冷却水指向手段としての下面６０ｈを備えている。

上述したエンジン２の冷却構造によれば、ポート間冷却流路６５の幅方向外側からの冷却水（流れα３）と上記主流（流れα５）との衝突により、上下方向の旋回流が発生し、この上下方向の旋回流によって、比較的高温となる燃焼室上部に対応するシリンダヘッド４の底壁を充分に冷却することができる。このため、排気ポート７２、７２間において燃焼室上部に対応するシリンダヘッド４の底壁６０ａの冷却性能を充分に確保することができる。

また、本実施形態のエンジン２の冷却構造では、ポート間冷却流路６５の上面６０ｇが、幅方向外側（排気側）から内側に向かって上方に傾斜しており、上記第１の冷却水指向手段を、ポート間冷却流路６５の上面６０ｇにより構成している。

上述したエンジン２の冷却構造によれば、冷却水をポート間冷却流路６５の上面６０ｇに沿って上方かつ幅方向内側に確実に案内することができる。

また、本実施形態のエンジン２の冷却構造では、シリンダブロック３とシリンダヘッド４との間にガスケット５０を設けると共に、該ガスケット５０には、幅方向外側からの冷却水を供給するための第２連通孔５３ａ〜５３ｄを形成し、該第２連通孔５３ａ〜５３ｄを、ポート間冷却流路６５の内面に対して幅方向の外側寄りにオフセット配置している。

上述したエンジン２の冷却構造によれば、幅方向外側で冷却水の流れに乱れが生じることを抑制でき、第２連通孔５３ａ〜５３ｄから供給される冷却水を、効率よく上方に案内することができる。

また、本実施形態のエンジン２の冷却構造では、シリンダブロック３とシリンダヘッド４との間にガスケット５０を設けると共に、該ガスケット５０には、幅方向外側からの冷却水を供給するための第２連通孔５３ａ〜５３ｄを形成し、該第２連通孔５３ａ〜５３ｄの孔径を、下面６０ｈによりポート間冷却流路６５上部に対向するように流れる冷却水の流れに応じて設定している。

上述したエンジン２の冷却構造によれば、各気筒＃１〜＃４では、ガスケット５０の各連通孔５２ａ〜５２ｃ、５３ａ〜５３ｆの位置や、各気筒＃１〜＃４における冷却水の温度、及びヘッド側ウォータジャケット６０の形状等の諸要因により、上記主流の流れα５が異なることになるが、第２連通孔５３ａ〜５３ｄの孔径を流れα５に応じて適宜調整することにより、いずれの気筒＃１〜＃４においても、燃焼室上部に対応するシリンダヘッド４の底壁６０ａを上記旋回流によって充分に冷却することができる。つまり、気筒＃１〜＃４間における冷却性能のバラツキを抑制することができる。

また、本実施形態のエンジン２の冷却構造では、シリンダヘッド４の幅方向外側に、冷却水を幅方向内側に案内する内側案内面６０ｆを設けている。

上述したエンジン２の冷却構造によれば、ガスケット５０の第２連通孔５３ａ〜５３ｄ（シリンダヘッド４の幅方向外側）から供給される冷却水を、幅方向内側に向かって確実に案内することができる。

また、本実施形態のエンジン２の冷却構造では、隣接する気筒＃１〜＃４間の幅方向中間部に、シリンダヘッド４とシリンダブロック３とを締結するためのヘッドボルト８０を設けると共に、内側案内面６０ｆをＵ字状に形成している。

上述したエンジン２の冷却構造によれば、ヘッドボルト８０の軸力を、内側案内面６０ｆの壁部を介してシリンダヘッド４下面に効率的に伝達させることができる。これにより、シリンダブロック３とシリンダヘッド４を締結した際のシール性を向上させることができ、各気筒＃１〜＃４の燃焼室からの燃焼ガスの漏出や、ウォータジャケット３３、６０からの冷却水の漏出等を確実に防止できる。

また、本実施形態のエンジン２の冷却構造では、上記主流の流れを上方に指向させる主流流路６１の下面６０ｈを、ヘッド側ウォータジャケット６０の内面に設け、上記第２の冷却水指向手段を、下面６０ｈにより構成している。

上述したエンジン２の冷却構造によれば、上記主流（流れα５）を、ポート間冷却流路６５の上部に効果的に対向させることができ、ポート間冷却流路６５の幅方向外側からの冷却水（流れα３）と上記主流（流れα５）とをより確実に衝突させることができる。

また、本実施形態のエンジン２の冷却構造では、冷却水をシリンダ列方向一端部の気筒＃１側からシリンダブロック３のブロック側ウォータジャケット３３に流入させて、シリンダヘッド４のヘッド側ウォータジャケット６０の上記シリンダ列方向一端部の気筒＃１側に案内し、シリンダブロック３のブロック側ウォータジャケット３３を流れる冷却水を暖機時に制限する制御手段として、ウォータポンプ５、冷却回路切換部６、ラジエータ７、ＥＣＵ１００の冷却回路制御部１０１、水温センサ１０２、エンジン回転数センサ１０３、及び燃料噴射量センサ１０４とを備えている。

上述したエンジン２の冷却構造によれば、上記制御手段による冷却水の制限によってエンジン２の暖機を促進しつつ、気筒＃１側からシリンダ列方向に冷却水を流す場合における冷却不足を解消することができる。

なお、上述した実施形態では、直列４気筒ディーゼルエンジンに適用したが、気筒数は複数あれば何気筒であってもよい。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明のポートは、排気ポート７３に対応し、
以下同様に、
第１の冷却水指向手段は、内側案内面６０ｆ、上面６０ｇに対応し、
第２の冷却水指向手段は、下面６０ｈに対応し、
ガスケット孔は、第２連通孔５３ａ〜５３ｄに対応し、
上方案内面は、下面６０ｈに対応し、
制御手段は、ウォータポンプ５、冷却回路切換部６、ラジエータ７、ＥＣＵ１００の冷却回路制御部１０１、水温センサ１０２、エンジン回転数センサ１０３、及び燃料噴射量センサ１０４に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

２…多気筒エンジン
３…シリンダブロック
４…シリンダヘッド
５…ウォータポンプ
６…冷却回路切換部
７…ラジエータ
３３…ブロック側ウォータジャケット
５０…ガスケット
５３ａ〜５３ｄ…第２連通孔
６０…ヘッド側ウォータジャケット
６０ｆ…内側案内面
６０ｇ…上面
６０ｈ…下面
６５…ポート間冷却流路
７２…排気ポート
８０…ヘッドボルト
１０１…冷却回路制御部
１０２…水温センサ
１０３…エンジン回転数センサ
１０４…燃料噴射量センサ
＃１〜＃４…気筒

Claims (8)

1. 複数の気筒を列状に有するエンジンにおいて、
   該エンジンが、シリンダブロックとシリンダヘッドとを備え、
   該シリンダヘッドは、上記エンジンのシリンダ列方向に冷却水の主流を流すように構成されたウォータジャケットを有し、
   該ウォータジャケットには、１気筒に対して２つ設けられるポート間に、上記シリンダ列方向と直交する幅方向外側から上記主流に向かって冷却水を流すようにポート間冷却流路を形成し、
   上記シリンダヘッドの幅方向外側からの冷却水を上記ポート間冷却流路上部に指向させて流す第１の冷却水指向手段と、
   上記主流からの冷却水を上記ポート間冷却流路上部に対向させて流す第２の冷却水指向手段とを備えた
   エンジンの冷却構造。
2. 上記ポート間冷却流路の上面が、幅方向外側から内側に向かって上方に傾斜しており、
   上記第１の冷却水指向手段を、上記ポート間冷却流路の上面により構成した
   請求項１記載のエンジンの冷却構造。
3. 上記シリンダブロックと上記シリンダヘッドとの間にガスケットを設けると共に、
   該ガスケットには、幅方向外側からの冷却水を供給するためのガスケット孔を形成し、
   該ガスケット孔を、上記ポート間冷却流路の内面に対して幅方向の外側寄りにオフセット配置した
   請求項１または２記載のエンジンの冷却構造。
4. 上記シリンダブロックと上記シリンダヘッドとの間にガスケットを設けると共に、
   該ガスケットには、幅方向外側からの冷却水を供給するためのガスケット孔を形成し、
   該ガスケット孔の孔径を、上記第２の冷却水指向手段により上記ポート間冷却流路上部に対向するように流れる冷却水の流れに応じて設定した
   請求項１または２記載のエンジンの冷却構造。
5. 上記シリンダヘッドの幅方向外側に、冷却水を幅方向内側に案内する内側案内面を設けた
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のエンジンの冷却構造。
6. 隣接する上記気筒間には、幅方向の中間部に、上記シリンダヘッドと上記シリンダブロックとを締結するためのヘッドボルトを設けると共に、
   上記内側案内面をＵ字状に形成した
   請求項５記載のエンジンの冷却構造。
7. 上記主流の流れを上方に指向させる上方案内面を、上記ウォータジャケットの内面に設け、上記第２の冷却水指向手段を、上記上方案内面により構成した
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のエンジンの冷却構造。
8. 上記冷却水をシリンダ列方向端部の気筒側から上記シリンダブロックのウォータジャケットに流入させて、上記シリンダヘッドの上記ウォータジャケットの上記シリンダ列方向端部の気筒側に案内し、上記シリンダブロックの上記ウォータジャケットを流れる冷却水を暖機時に制限する制御手段を備えた
   請求項１〜７のいずれか一項に記載のエンジンの冷却構造。
   

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