JP2017048766A - エンジンの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ブロック側ウォータージャケットとヘッド側ウォータージャケットとを連通する連通路における冷却水の流通量を調整可能なエンジンの冷却構造を提供する。
【解決手段】エンジン本体１１を構成するシリンダーブロック部にはブロック側ウォータージャケットが形成され、エンジン本体１１を構成するシリンダーヘッド部にはヘッド側ウォータージャケットが形成されている。ブロック側ウォータージャケットとヘッド側ウォータージャケットとは、連通路２７で連通している。エンジン本体１１には、エンジン本体１１の外表面１１ａと連通路２７の内面２７ａとに開口する貫通孔３０が形成されている。そして、この貫通孔３０は、プラグ３１の頭部３４によって封止されている。また、プラグ３１は、連通路２７の一部を塞ぐ軸部３５を有し、連通路２７における冷却水の流路断面積を連通路２７の通路断面積よりも小さくする絞り部３７を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンの冷却構造に関する。

エンジンは、複数の気筒が形成されたシリンダーブロック部と各気筒に対応する吸気ポートや排気ポートが形成されたシリンダーヘッド部とで構成されるエンジン本体を備える。シリンダーブロック部は、各気筒のボア壁の周囲にブロック側ウォータージャケットを備え、シリンダーヘッド部は、吸気ポートや排気ポートの周囲にヘッド側ウォータージャケットを備える。これらブロック側ウォータージャケットとヘッド側ウォータージャケットとは、例えば特許文献１のように気筒毎に設けられた連通路によって互いに連通しており、ブロック側ウォータージャケットに流入した冷却水が連通路を通じてヘッド側ウォータージャケットへ流入する。

特開２０１３−７２３６４号公報

また、各連通路においては、気筒間における冷却度合いのばらつきを抑えるべく冷却水の流通量が調整される。流通量の調整は、シリンダーブロック部とシリンダーヘッド部とが別体である場合には、例えばシリンダーヘッド部における連通路の開口部分に対し、中心部分に貫通孔を有する環状の穴あきプラグを圧入することにより行われる。しかしながら、シリンダーブロック部とシリンダーヘッド部とが一体的に形成されたモノブロックにおいては、上述した穴あきプラグの圧入を行うことができない。そのため、連通路における冷却水の流通量を調整する新たな方策が求められている。なお、こうした方策は、シリンダーブロック部とシリンダーヘッド部とが別体である場合についても求められている。

本発明は、ブロック側ウォータージャケットとヘッド側ウォータージャケットとを連通する連通路における冷却水の流通量を調整可能なエンジンの冷却構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するエンジンの冷却構造は、シリンダーブロック部とシリンダーヘッド部とで構成されるエンジン本体と、前記シリンダーブロック部に形成されたブロック側ウォータージャケットと、前記シリンダーヘッド部に形成されたヘッド側ウォータージャケットと、前記ブロック側ウォータージャケットとヘッド側ウォータージャケットとを連通する連通路と、前記エンジン本体の外表面と前記連通路の内面とを接続する貫通孔と、前記貫通孔を封止する封止部材であって、前記連通路の一部を塞いで前記連通路における冷却水の流路断面積を前記連通路の通路断面積よりも小さくする絞り部を形成する前記封止部材とを備える。

上記構成によれば、エンジン本体の外表面に貫通孔が開口していることから、貫通孔に対してエンジン本体の外側から封止部材を取り付けることができる。そして、連通路の一部が封止部材によって塞がれることによって、冷却水の流路断面積が連通路の通路断面積よりも小さい絞り部が形成される。これにより、連通路における冷却水の流通量を調整することができる。

上記エンジンの冷却構造において、前記エンジン本体が複数の前記連通路と前記複数の連通路の各々に対して形成された前記貫通孔とを有し、前記複数の連通路は、前記絞り部の流路断面積が互いに異なる前記連通路を含んでいることが好ましい。
上記構成によれば、絞り部における流路断面積が互いに異なる連通路が含まれることから、例えば連通路ごとに冷却水の流通量を設定することができる。

上記エンジンの冷却構造において、前記エンジン本体が複数の気筒を有し、前記連通路が前記複数の気筒の各々に対して形成され、前記絞り部の流路断面積が、前記冷却水の流入口に対して最も上流側に位置する前記連通路において最も大きいことが好ましい。

上記構成によれば、流入口に対して最も上流側に位置する連通路に冷却水が流入しやすくなる。これにより、シリンダーヘッド部のうちで当該連通路に近い部分における冷却効率を高めることができる。

上記エンジンの冷却構造において、前記複数の連通路が互いに異なる前記通路断面積を有する前記連通路を含み、前記複数の連通路の各々では互いに同じ形状を有する前記封止部材によって前記絞り部が形成されているとよい。

上記構成によれば、絞り部を形成するプラグの共通化を図りつつ、絞り部における流路断面積を互いに異なせることが可能である。
上記エンジンの冷却構造は、前記エンジン本体が前記シリンダーブロック部と前記シリンダーヘッド部とを備えるモノブロックに適用することができる。

一実施形態のエンジンの冷却構造の概略構成を示す概略構成図である。 気筒付近の断面構造の一例を模式的に示す断面図である。 貫通孔を含む連通路付近の断面構造の一例を貫通孔に圧入されるプラグとともに示す断面図である。 貫通孔にプラグが圧入された状態の一例を示す断面図である。 貫通孔にプラグが圧入された状態の他の例を示す断面図である。

図１〜図５を参照して、エンジンの冷却構造の一実施形態について説明する。
図１に示すように、エンジン１０は、砂型（中子）を用いた鋳造により作製されるエンジン本体１１を有する。エンジン本体１１は、シリンダーブロック部１２とシリンダーヘッド部１３とが一体的に形成されたモノブロックである。シリンダーブロック部１２には複数の気筒１４が形成され、シリンダーヘッド部１３には各気筒１４に対応する吸気ポートや排気ポートが形成されている。

エンジン１０を冷却する冷却装置２０は、冷却水を所定圧力で圧送するポンプ２１と、冷却水を冷却するラジエーター２２と、冷却水温度が開弁温度以上であるときに開弁してラジエーター２２に対する冷却水の流入を許可するサーモスタット２３とを備える。また、冷却装置２０は、冷却水が流れるウォータージャケットとして、シリンダーブロック部１２における各気筒１４の周囲に位置するブロック側ウォータージャケット２５と、シリンダーヘッド部１３における吸気ポートや排気ポートの周囲に位置するヘッド側ウォータージャケット２６とを有する。これらブロック側ウォータージャケット２５とヘッド側ウォータージャケット２６とは、シリンダーブロック部１２とシリンダーヘッド部１３とに跨って形成された連通路２７によって連通している。連通路２７は、気筒１４ごとに形成されている。

ポンプ２１によって圧送された冷却水は、シリンダーブロック部１２に形成された流入口２８からブロック側ウォータージャケット２５へと流入したのち、各連通路２７を通じてヘッド側ウォータージャケット２６に流入する。そして冷却水は、シリンダーヘッド部１３に形成された流出口２９から流出したのち、冷却水温度に応じてラジエーター２２で冷却され、ポンプ２１によって再び圧送される。

図２にも示すように、シリンダーブロック部１２には、各気筒１４を取り囲むようにブロック側ウォータージャケット２５が形成されている。シリンダーヘッド部１３には、吸気ポート１５および排気ポート１６を取り囲むようにヘッド側ウォータージャケット２６が形成されている。これらブロック側ウォータージャケット２５とヘッド側ウォータージャケット２６とは、連通路２７で連通している。また、エンジン本体１１には、各連通路２７の各々に対して貫通孔３０が形成されている。貫通孔３０は、連通路２７の内面２７ａとエンジン本体１１の外表面１１ａとに開口を有し、これら連通路２７の内面２７ａとエンジン本体１１の外表面１１ａとを接続する。貫通孔３０は、封止部材であるプラグ３１が圧入されることにより封止される。

図３に示すように、貫通孔３０は、エンジン本体１１の鋳造時に下穴３２が形成され、プラグ３１の形状に合わせた機械加工が施されることでプラグ３１が圧入される圧入孔として機能する。貫通孔３０の下穴３２は、エンジン本体１１の鋳造時に、ブロック側ウォータージャケット２５やヘッド側ウォータージャケット２６、ならびに、連通路２７を形成する砂型を支持する砂型支持部材が挿通される挿通孔として利用可能である。また、貫通孔３０の下穴３２は、エンジン本体１１の鋳造後に、砂型を排出する際の排出孔としても利用可能である。

図４に示すように、プラグ３１は、貫通孔３０に圧入されて該貫通孔３０を封止する頭部３４と、貫通孔３０を通じて連通路２７の内部空間まで延びて連通路２７の一部を塞ぐ軸部３５とを有する。軸部３５の先端は、貫通孔３０の開口とは反対側に位置する連通路２７の内面２７ａに接触していてもよいし離れていてもよい。このプラグ３１の軸部３５によって内部空間の一部が塞がれることにより、連通路２７には、連通路２７と軸部３５との間の隙間であって冷却水の流路断面積が連通路２７の通路断面積よりも小さい絞り部３７が形成される。

エンジン本体１１には、各連通路２７に対して１つの貫通孔３０が形成されており、各貫通孔３０がプラグ３１によって封止されている。そして、絞り部３７における流路断面積に応じて各連通路２７における冷却水の流通量が調整される。なお、以下では、絞り部３７における流路断面積を連通路２７の最小断面積という。

各連通路２７における最小断面積は、流入口２８および流出口２９との位置関係や他の連通路２７における最小断面積との関係等に基づいて、気筒１４間におけるシリンダーブロック部１２およびシリンダーヘッド部１３の冷却度合いが均一化されるように設定される。冷却装置２０においては、流入口２８に対して最も上流側に位置する連通路２７、すなわち図１においては最も左側に位置する連通路２７において最も大きな最小断面積が設定される。また、流入口２８に対して最も下流側に位置する連通路２７、すなわち図１においては最も右側に位置する連通路２７において最も小さな最小断面積が設定される。こうした構成は、例えば、流入口２８に対して上流側に位置する連通路２７ほど大きな最小断面積が設定されることに具現化される。また例えば、流入口２８に対して上流側に位置する２つの連通路２７において最も大きな最小断面積が設定され、これら２つの連通路２７よりも流入口２８に対して下流側に位置する連通路２７ほど小さな最小断面積が設定されることにより具現化される。

ここで、流入口２８からブロック側ウォータージャケット２５に流入した冷却水は、気筒１４の配列方向に沿って流れるため、流入口２８に対して上流側に位置する連通路２７ほど冷却水が流入しにくい。また、連通路２７を通じてヘッド側ウォータージャケット２６に流入した冷却水は、流入口２８の反対側に位置する流出口２９に向かってブロック側ウォータージャケット２５の冷却水と並行に流れる。そのため、流入口２８に対して最も上流側に位置する連通路２７において冷却水の流通量が不足すると、シリンダーヘッド部１３のうち当該連通路２７に近い部分における冷却効率が低下し、気筒１４間におけるシリンダーヘッド部１３の冷却度合いにばらつきが生じてしまう。この点、上記構成によれば、流入口２８に対して上流側に位置する連通路２７に対して最も大きな最小断面積が設定されるから、当該連通路２７に冷却水が流入しやすくなる。これにより、シリンダーヘッド部１３のうちで当該連通路２７に近い部分における冷却効率を高めることができる。

ここで、プラグ３１の軸部３５で最小断面積を調整するとなれば、軸部３５の形状が異なる複数種のプラグ３１が必要となり、圧入作業時におけるプラグ３１の選択だけでなくプラグ３１の管理までもが煩雑なものとなる。

そのため、図５に示すように、図４に示した連通路２７よりも流入口２８に対して上流側に位置する連通路２７において最小断面積を大きくする場合には、その大きくしたい連通路２７の通路断面積そのものを大きく設定する。このように連通路２７の通路断面積によって最小断面積が設定されることにより、貫通孔３０に圧入されるプラグ３１を共通化することができる。

上述した構成のエンジンの冷却構造の作用について説明する。
上述したエンジンの冷却構造においては、エンジン本体１１の外表面１１ａに開口する貫通孔３０に対してプラグ３１が圧入されることによって、連通路２７に絞り部３７が形成される。すなわち、連通路２７における冷却水の流通量を調整するプラグ３１がエンジン本体１１の外側から取付可能である。そのため、エンジン本体１１がシリンダーブロック部１２とシリンダーヘッド部１３とが一体的に形成されたモノブロックであったとしても、連通路２７における冷却水の流通量を調整することができる。

ここで、絞り部３７は、連通路を形成する部分の砂型の形状を変更することにより、鋳造によって形成することも可能である。しかしながら、絞り部３７を鋳造で形成するとなれば、絞り部３７を形成する部分において砂型の形状が複雑になることで所望形状の絞り部が形成されないばかりか、絞り部３７を形成する部分における肉厚も小さくなるため、砂型の機械的な強度が不足するおそれがある。そのため、絞り部３７の形状不良、ひいては、エンジン本体１１の形状不良を招く可能性が高まってしまう。

この点、上記構成においては、貫通孔３０に対するプラグ３１の圧入によって絞り部３７が形成される。そのため、絞り部３７を形成するために砂型の形状を複雑にしたり肉厚を小さくしたりする必要がない。その結果、絞り部３７の形状不良、ひいては、エンジン本体１１の形状不良を抑えることができる。

上記実施形態のエンジンの冷却構造によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）エンジン本体１１の外表面１１ａに開口する貫通孔３０にプラグ３１が圧入されることで連通路２７に絞り部３７が形成される。これにより、連通路２７における冷却水の流通量を調整することができる。こうした構成は、エンジン本体１１がモノブロックであったとしても適用可能である。

（２）複数の連通路２７は、最小断面積が異なる連通路２７を含んでいる。そのため、各連通路２７における冷却水の流通量を連通路２７ごとに設定することができる。すなわち、連通路２７の最小断面積が気筒１４ごとに設定可能であることから、流入口２８および流出口２９との位置関係や他の気筒１４における最小断面積との関係等に基づいて、連通路２７における冷却水の流通量を気筒１４ごとに調整することができる。その結果、各気筒１４の冷却度合いのばらつきを抑えることができる。

（３）流入口２８に対して最も上流側に位置する連通路２７において最も大きな最小断面積が設定される。こうした構成によれば、流入口２８に対して最も上流側に位置する連通路２７に対して冷却水が流入しやすくなる。これにより、シリンダーヘッド部１３のうちで当該連通路２７に近い部分における冷却効率を高めることができる。その結果、気筒１４間におけるシリンダーヘッド部１３の冷却度合いのばらつきを抑えるうえでヘッド側ウォータージャケット２６における冷却水の流れを適正化することができる。

なお、上述した構成は、流入口２８に対して最も上流側に位置する連通路２７から流入口２８に対して最も下流側に位置する連通路２７にかけて、連通路２７の最小断面積が単調減少するように設定されることが好ましい。こうした構成によれば、流入口２８に対して最も上流側に位置する連通路２７において、冷却水の流通量を確実に増加させることができる。これにより、気筒１４間におけるシリンダーヘッド部１３の冷却度合いのばらつきをより確実に抑えることができる。

（４）連通路２７の通路断面積に応じて最小断面積が設定されることから、プラグ３１の形状を共通化することができる。そのため、プラグ３１の圧入作業時における作業者への負荷が軽減されるとともにプラグ３１が管理しやすくなる。また、貫通孔３０の下穴３２に対する加工も共通化することができる。

（５）貫通孔３０の下穴３２は、エンジン本体１１の鋳造時に砂型支持部材が挿通される挿通孔として利用可能であり、また、エンジン本体１１の鋳造後に砂型を排出する排出孔としても利用可能である。このように貫通孔３０の下穴３２が複数の用途に用いられることによって、プラグ３１による封止箇所の数を抑えることができる。その結果、エンジン１０の組立作業時における作業者への負荷を軽減することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・上述したエンジンの冷却構造は、シリンダーブロック部とシリンダーヘッド部とが別体であるエンジン本体を有するエンジンにも適用可能である。

・各連通路２７が同じ通路断面積を有し、各貫通孔３０に対して軸部３５の形状が異なるプラグ３１が圧入されていてもよい。こうした構成であっても、各連通路２７における冷却水の流通量を調整することができる。

・複数の貫通孔３０の１つには、貫通孔３０を封止する機能のみを有するプラグが圧入されていてもよい。すなわち、複数の連通路２７には、通路断面積そのものを冷却水の流路断面積とする連通路２７が含まれていてもよい。

・全ての連通路２７の最小断面積が同じであってもよい。また、連通路２７に対する流入口２８及び流出口２９の位置に関係なく、各連通路２７における最小断面積が設定されてもよい。また、最小断面積は、流入口２８に対する上流側に位置する連通路２７ほど最小断面積が単調減少するように設定されてもよい。こうした構成によれば、各連通路２７における最小断面積の組み合わせに関する自由度が向上し、冷却装置における冷却水の流通経路に応じて、気筒１４間における冷却度合いのばらつきを抑えることができる。

・エンジン本体１１には、１つの気筒１４に対して複数の連通路２７が形成されていてもよい。この場合、同じ気筒１４に対応する複数の連通路２７において、最小断面積が同じであってもよいし、例えば各連通路２７の流入口２８および流出口２９に対する位置関係に基づいて最小断面積が互いに異なっていてもよい。

・封止部材は、頭部３４と軸部３５とを有するプラグ３１に限らず、貫通孔３０を封止する部分と連通路２７の一部を塞ぐ部分とを有しているものであればよい。そのため、封止部材は、例えば、錐台状の形状を有していてもよい。この場合、貫通孔は、徐々に縮径する形状へと加工される。また、エンジン本体１１に対する封止部材の取付方法も貫通孔に対する封止部材の圧入に限らず、例えば、エンジン本体１１に形成された雌ねじ部と封止部材に形成された雄ねじ部とで構成されるねじ込み式であってもよい。

・エンジン１０は、各気筒が直列に並ぶ直列型エンジンであってもよいし、Ｖ字状をなすバンクを有するＶ型エンジンであってもよい。Ｖ型エンジンにおいては各バンクに流入口２８が設けられ、かつ、連通路２７の最小断面積の調整がバンク毎に行われることが好ましい。また、エンジンに設けられる気筒も４つに限られるものではない。

１０…エンジン、１１…エンジン本体、１１ａ…外表面、１２…シリンダーブロック部、１３…シリンダーヘッド部、１４…気筒、１５…吸気ポート、１６…排気ポート、２０…冷却装置、２１…ポンプ、２２…ラジエーター、２３…サーモスタット、２５…ブロック側ウォータージャケット、２６…ヘッド側ウォータージャケット、２７…連通路、２７ａ…内面、２８…流入口、２９…流出口、３０…貫通孔、３１…プラグ、３２…下穴、３４…頭部、３５…軸部、３７…絞り部。

Claims (5)

1. シリンダーブロック部とシリンダーヘッド部とで構成されるエンジン本体と、
   前記シリンダーブロック部に形成されたブロック側ウォータージャケットと、
   前記シリンダーヘッド部に形成されたヘッド側ウォータージャケットと、
   前記ブロック側ウォータージャケットとヘッド側ウォータージャケットとを連通する連通路と、
   前記エンジン本体の外表面と前記連通路の内面とを接続する貫通孔と、
   前記貫通孔を封止する封止部材であって、前記連通路の一部を塞いで前記連通路における冷却水の流路断面積を前記連通路の通路断面積よりも小さくする絞り部を形成する前記封止部材とを備えるエンジンの冷却構造。
2. 前記エンジン本体が複数の前記連通路と前記複数の連通路の各々に対して形成された前記貫通孔とを有し、
   前記複数の連通路は、前記絞り部の流路断面積が互いに異なる前記連通路を含む
   請求項１に記載のエンジンの冷却構造。
3. 前記エンジン本体が複数の気筒を有し、
   前記連通路が前記複数の気筒の各々に対して形成され、
   前記絞り部の流路断面積が、前記冷却水の流入口に対して最も上流側に位置する前記連通路において最も大きい
   請求項２に記載のエンジンの冷却構造。
4. 前記複数の連通路が互いに異なる前記通路断面積を有する前記連通路を含み、前記複数の連通路の各々では互いに同じ形状を有する前記封止部材によって前記絞り部が形成されている
   請求項２または３に記載のエンジンの冷却構造。
5. 前記エンジン本体が前記シリンダーブロック部と前記シリンダーヘッド部とを備えるモノブロックである
   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。