JP2019183719A - エンジンの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ボア変形を防止すること。【解決手段】エンジンは、シリンダブロック内部に形成されたブロック側ウォータジャケット１３と、シリンダヘッド内部に形成されたヘッド側ウォータジャケットと、を有し、ブロック側ウォータジャケット１３に供給された冷却水が、ブロック上部１３ｂを介して前記ヘッド側ウォータジャケットに流出する冷却構造であって、ブロック側ウォータジャケット１３には、ブロック側ウォータジャケット１３の上部１３ｂの幅が広く、下部１３ａの幅が狭くなるように設けられた段付部１３ｃと、段付部１３ｃに配置され、ブロック側ウォータジャケット１３の上下間の開閉状態を変化させる可動部材１４と、を備え、可動部材１４は、冷間時にはブロック側ウォータジャケット１３の上下方向の冷却水の流れを制限し、熱間時にはブロック側ウォータジャケット１３の上下方向の冷却水の流れを許容するように動作する。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの冷却構造に関する。

従来、このような分野の技術として、特開２０１２−１９７７２９号公報がある。この公報に記載されたエンジンは、ブロック側ウォータジャケットと、ヘッド側ウォータジャケットと、に独立して冷却液を流通可能にしている。冷却液が暖機完了温度より低い場合には、ブロック側ウォータジャケットの冷却液流通を停止させることで、暖機の促進を図ることができる。

特開２０１２−１９７７２９号公報

しかしながら、前述した従来のエンジンの構造では、シリンダブロックの上部では受熱量が大きく、下部では小さい。そのため、シリンダブロックへの冷却水の供給を停止した場合には、シリンダブロック上部の温度上昇は早くなるが、下部の温度上昇が小さく冷えたままの状態となる。これによりボア変形が発生するおそれがあり、この変形によりピストン当たりが悪化してフリクションが増大し、燃費の低下が発生する可能性がある。
本発明は、ボア変形の発生を抑制するエンジンの冷却構造を提供するものである。

本発明にかかるエンジンの冷却構造は、シリンダブロック内部に形成されたブロック側ウォータジャケットと、シリンダヘッド内部に形成されたヘッド側ウォータジャケットと、を有し、前記ブロック側ウォータジャケットに供給された冷却水が、ブロック上部を介して前記ヘッド側ウォータジャケットに流出する冷却構造であって、前記ブロック側ウォータジャケットには、前記ブロック側ウォータジャケットの上部の幅が広く、下部の幅が狭くなるように設けられた段付部と、前記段付部に配置され、前記ブロック側ウォータジャケットの上下間の開閉状態を変化させる可動部材と、を備え、前記可動部材は、冷間時には前記ブロック側ウォータジャケットの上下方向の冷却水の流れを制限し、熱間時には前記ブロック側ウォータジャケットの上下方向の冷却水の流れを許容するように動作する。
これにより、シリンダブロックの上部と下部の温度差の発生を抑制することができる。

これにより、ボア変形の発生を抑制することができる。

実施の形態１にかかるシリンダブロックの概略を示す図である。 実施の形態１にかかるシリンダブロックの上面図である。 実施の形態１にかかるシリンダブロックの横面図である。 実施の形態１にかかる冷却水が可動部材を通過する状態を示す図である。 実施の形態１にかかる冷却水の流れが可動部材により抑制される状態を示す図である。 実施の形態１にかかるエンジンの暖機途中におけるボア温度と、ボア上下方向深さの関係を示した図である。 実施の形態１にかかるエンジンが定常状態で稼動している際のボア温度と、ボア上下方向深さの関係を示した図である。 実施の形態２にかかるシリンダブロックの上面図である。 実施の形態２にかかる可動部材をバルブとして開いた状態の冷却水の流れを示す図である。 実施の形態２にかかる可動部材をバルブとして閉じた状態の冷却水の流れを示す図である。 実施の形態３にかかるシリンダブロックの上面図である。 実施の形態３にかかるシリンダブロックの横面図である。 実施の形態３にかかる可動部材をバルブとして開いた状態の冷却水の流れを示す図である。 実施の形態２にかかる可動部材をバルブとして閉じた状態の冷却水の流れを示す図である。

＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。例えば、エンジンは、シリンダブロックに対して複数のピストンが収まり、クランクケース部分にはクランクシャフトが取り付けられる。なお以下ではシリンダブロックについて、特に、冷却水を流すウォータジャケットが形成されている箇所とその近傍からなる冷却構造について説明する。

図１及び図２に示すように、シリンダブロック１は、外側プレート１１と、内側プレート１２と、外側プレート１１と内側プレート１２の間に設けられたウォータジャケット（ブロック側ウォータジャケット）１３と、ウォータジャケット１３内に配置された可動部材１４と、ウォータジャケット１３に冷却水を供給するための冷却水入口１５と、を備える。

図１に示すように、外側プレート１１と内側プレート１２は、横方向が平板面であり、横方向に互いに平行となるように配置されている。また、外側プレート１１と内側プレート１２の屈曲形状により、上面視において内側プレート１２によって囲まれた、複数の略円形の穴部が形成されている。すなわち、内側プレート１２の内側には、複数のピストンが上方から挿入可能であるように複数の円形の穴形状を形成され、挿入されたピストンが上下方向に摺動可能である。

ウォータジャケット１３は、外側プレート１１の内側面と内側プレート１２の外側面の間に形成されている。ここで、内側プレート１２側をボア側とする。ウォータジャケット１３は、ボア側において、上下方向の中間部から下部にかけてプレートが肉厚に形成されている。

ここで図３に示すように、ウォータジャケット１３の下部側であって、肉厚に形成された内側プレート１２と、外側プレート１１の間である箇所をウォータジャケットの下部１３ａとし、ウォータジャケット１３の上部側であって、肉厚に形成されていない内側プレート１２と、外側プレート１１の間である箇所をウォータジャケットの上部１３ｂとする。また、上下方向の中段から内側プレート１２を肉厚にするために、内側プレート１２の外側面から外側プレート１１の内側面方向に突出させて段差を設けた箇所を、段付部１３ｃとする。すなわち、ウォータジャケット１３の上部１３ｂの幅は、下部１３ａの幅に比べて広く形成されている。

図４及び図５に示すように、可動部材１４は、段付部１３ｃの上部に当接するように配置されている。例えば可動部材１４は、下板１４ａと、上板１４ｂと、下板１４ａと上板１４ｂの間に挟まれて配置された可動プレート１４ｃと、可動プレート１４ｃを動作させるバネ１４ｄと、を備える。

下板１４ａ及び上板１４ｂは、上下方向に面を有する平板である。また、下板１４ａは、段付部１３ｃの上面に当接するように配置されている。上板１４ｂは、下板１４ａに対して上下方向に対向するように配置されている。なお例えば、下板１４ａ及び上板１４ｂは、夫々がウォータジャケット１３内で固定されるように、ウォータジャケット１３の下部１３ａと上部１３ｂとの間を塞がない程度に、一部分が外側プレート１１側に延在する形状であっても良い。

可動プレート１４ｃは、下板１４ａと上板１４ｂに挟まれて配置され、上下方向に面を有する平板である。可動プレート１４ｃは、バネ１４ｄによって動作することにより、図４に示すようにウォータジャケット１３の下部１３ａと上部１３ｂで冷却水が通過可能である開状態と、図５に示すように冷却水の通過を抑制した閉状態と、を切り替える。

より具体的には、可動プレート１４ｃが、内側プレート１２側に配置された状態となっている場合には、ウォータジャケット１３の下部１３ａと上部１３ｂの間を塞いでいない状態であるため、下部１３ａと上部１３ｂの間で冷却水の通過が許容される。一方、可動プレート１４ｃが、外側プレート１１側に配置された状態となっている場合には、ウォータジャケット１３の下部１３ａと上部１３ｂの間を塞いだ状態であるため、下部１３ａと上部１３ｂの間で冷却水が通過することを制限する。

バネ１４ｄは、可動プレート１４ｃの外側面と外側プレート１１の間、及び、可動プレート１４ｃの内側面と内側プレート１２の間に設けられている。バネ１４ｄは、形状記憶やサーモスタットなどの機構により、想定温度になった場合に、可動プレート１４ｃを動作させる。

典型的には、可動部材１４は、外側プレート１１と内側プレート１２との間で冷却水を循環させるために長く設けられているウォータジャケット１３において、複数個が連続するように配置されている。これにより例えば、温間時には夫々の可動部材１４の可動プレート１４ｃを内側方向に動作させることによって、下部１３ａと上部１３ｂの間で冷却水の通過が可能である状態にすることができる。または、冷間時には夫々の可動プレート１４ｃを外側方向に動作させることによって、下部１３ａと上部１３ｂの間で冷却水の移動が抑制される状態にすることができる。

なお、可動プレート１４ｃは、電動や油圧によって動作するものであっても良い。

冷却水入口１５は、外部からウォータジャケット１３の上部１３ｂに冷却水の供給を受けるように、ウォータジャケット１３の上部１３ｂに連結して設けられている。

次に、シリンダブロック１の動作について説明する。

熱間時には、外側プレート１１と内側プレート１２との間に配置された全ての可動部材１４において、可動プレート１４ｃが外側方向に動作した状態となる。これにより、ウォータジャケット１３内において、冷却水入口１５から上部１３ｂに挿入された冷却水は、下部１３ａにも同時に供給される。

冷間時には、外側プレート１１と内側プレート１２との間に配置された全ての可動部材１４において、可動プレート１４ｃが外側方向に動作した状態となる。これにより、ウォータジャケット１３内において、冷却水入口１５から上部１３ｂに挿入された冷却水は、下部１３ａに通過することが抑制される。

なお、ウォータジャケット１３に供給された冷却水は、その後、ヘッド側のウォータジャケット（図示せず）に供給されて、排出される。

これにより、ウォータジャケット１３の上部１３ｂの近傍では温度の上昇が抑制され、下部１３ａの近傍では早期の昇温を両立することができる。したがって、シリンダーボアの温度が均一化されるため、ボア変形が抑制され、燃費の向上を図ることができる。

なお、図６は、エンジンの暖機途中におけるボア温度と、ボア上下方向深さの関係の一例を示した図である。ウォータジャケット１３内に可動部材１４を配置して動作させることで、上部で温度が低くなり、燃費向上期間が長期化することが可能であることが示されている。また、下部において温度上昇することから、暖機性能が良いことが示されている。

図７は、エンジンの高負荷高回転の定常時におけるボア温度と、ボア上下方向深さの関係の一例を示した図である。ウォータジャケット１３内に可動部材１４を配置して動作させることで、上部で温度が低く、高冷却性能を確保できることが示されている。また、ボアの上下で温度幅が小さく、燃費の向上をはかれることが示されている。

＜実施の形態２＞
実施の形態１では、冷却水入口１５が配置される最上流から最下流まで、全ての領域で連続的に可動部材１４が配置されているものとして説明したが、最上流及び最下流の一部分にのみ可動部材１４を配置し、中間部には単にウォータジャケット１３を上下に分割する分割プレートを用いても良い。

すなわち、シリンダブロック２は、図８に示すように、外側プレート１１と、内側プレート１２と、外側プレート１１と内側プレート１２の間に設けられたウォータジャケット１３と、ウォータジャケット１３内に配置された可動部材１４と、ウォータジャケット１３に冷却水を供給するための冷却水入口１５と、分割プレート１６と、を備える。なお、実施の形態１に示したシリンダブロック１の構成物品と同様の機能を奏する構成物品について、同一の符号を付し説明を省略する。

可動部材１４は、冷却水入口１５による冷却水の供給部である最上流、及び最下流にそれぞれ配置されている。

分割プレート１６は、上下方向に面を有するプレートである。分割プレート１６は、最上流と最下流の間の中間部に配置されている。すなわち、中間部ではウォータジャケット１３を下部１３ａと上部１３ｂは、分割プレート１６により分割されている。例えば、この分割プレート１６は、中間部に配置された１枚のプレートである。

最上流及び最下流に配置された可動部材１４は、図９，図１０に示すように、バルブの役割を果たす。

例えば熱間時には、最上流、最下流に配置された両方の可動部材１４について、可動プレート１４ｃが外側方向に動作した状態とする。すなわち、最上流及び最下流において、ウォータジャケット１３の下部１３ａと上部１３ｂとの間で冷却水が通過できる状態である。

これにより、冷却水入口１５から上部１３ｂに供給された冷却水は、中間部において、ウォータジャケット１３の下部１３ａ及び上部１３ｂの両方に流れる。また、下部１３ａに流れていた冷却水は、最下流において上部１３ｂに流れていた冷却水と合流し、上部１３ｂを介して、ヘッド側ウォータジャケットに向けて排出される。

一方、冷間時には、最上流、最下流に配置された両方の可動部材１４について、可動プレート１４ｃが外側方向に動作した状態とする。すなわち、最上流及び最下流において、ウォータジャケット１３の下部１３ａと上部１３ｂとの間で冷却水の通過を制限した状態とする。

これにより、冷却水入口１５から上部１３ｂに供給された冷却水は、下部１３ａに流れず、中間部においてウォータジャケット１３の上部１３ｂを流れる。その後、最下流において、冷却水はヘッド側ウォータジャケットに向けて流出する。

このように、冷却水が挿入される冷却水入口１５近傍の最上流及び最下流にのみ可動部材１４を配置した場合であっても、冷却水の流れをコントロールし、シリンダブロックの上下の温度差の発生を抑制することができる。

＜実施の形態３＞
実施の形態１及び実施の形態２では、冷却水入口１５をウォータジャケット１３の上部１３ｂに連結するように設け、上部１３ｂに冷却水を供給するものとして説明したが、冷却水入口１５を下部１３ａに連結するようにして、下部１３ａに冷却水を供給することも可能である。

すなわち、シリンダブロック３は、図１１に示すように、外側プレート１１と、内側プレート１２と、外側プレート１１と内側プレート１２の間に設けられたウォータジャケット１３と、ウォータジャケット１３内に配置された可動部材１４と、ウォータジャケット１３に冷却水を供給するための冷却水入口１５と、分割プレート１６と、を備える。なお、実施の形態１，２に示したシリンダブロック１の構成物品と同様の機能を奏する構成物品について、同一の符号を付し説明を省略する。

例えば図１２に示すように、ウォータジャケット１３の段付部１３ｃの上流側の面１３ｄは、下流方向が高くなるようにスロープ状に形成されている。これにより、冷却水入口１５からウォータジャケット１３の下部１３ａに供給された冷却水の一部は、肉厚部を上がり、上部１３ｂに供給される。なお、図１２に示されているスロープ状の面１３ｄの上に配置されたプレートは、有無を問わない。

可動部材１４は、ウォータジャケット１３の最下流に配置されている。

また中間部には、下部１３ａと上部１３ｂを分割する分割プレート１６が配置されている。

ここで、最下流に配置された可動部材１４は、図１３，図１４に示すように、バルブの役割を果たす。

例えば熱間時には、最下流に配置された両方の可動部材１４について、可動プレート１４ｃが外側方向に動作した状態とする。すなわち図１３に示すように、最下流において、ウォータジャケット１３の下部１３ａと上部１３ｂとの間で冷却水が通過できる状態である。

冷却水入口１５から下部１３ａに冷却水が供給された場合には、冷却水の一部は下部１３ａを通り、他の一部はスロープ状の段付部１３ｃの面１３ｄを登り、上部１３ｂに供給される。

これにより、中間部において冷却水はウォータジャケット１３の下部１３ａと、上部１３ｂを流れる。

最下流では、バルブとしての可動部材１４が開いた状態であるので、ウォータジャケット１３の下部１３ａを流れる冷却水が、上部１３ｂを流れる冷却水と合流し、ヘッド側ウォータジャケットに向けて排出される。

一方、冷間時には、最下流に配置された両方の可動部材１４について、可動プレート１４ｃが内側方向に動作した状態とする。すなわち図１４に示すように、最下流において、バルブとして動作する可動部材１４が閉じた状態であり、ウォータジャケット１３の下部１３ａと上部１３ｂとの間で冷却水が抑制されている。

この場合、可動部材１４が閉じて最下流で下部１３ａと上部１３ｂに冷却水が流れないため、最上流において冷却水入口１５から供給された冷却水は、スロープ状の段付部１３ｃの面１３ｄを登り、上部１３ｂに供給される。

その後、上部１３ｂに供給された冷却水は、最下流からヘッド側ウォータジャケットに向けて排出される。

このようにして、上流側のウォータジャケット１３の段付部１３ｃをスロープ状にするとともに、最下流に可動部材１４を配置し、中間部を分割プレート１６により下部１３ａと上部１３ｂを分割することで、冷却水入口１５から下部１３ａに冷却水を供給する構造であっても、冷却水の流れをコントロールし、シリンダブロックの上下の温度差の発生を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態２のシリンダブロック２では、冷却水の流れの最上流と最下流に夫々１つの可動部材１４が配置され、これらの間の中間部に分割プレート１６が配置されるものとして説明したが、最上流と最下流に配置される可動部材１４は、バルブの役割を奏するのであれば、実施の形態１と同様に複数個が連続して配置されていても良い。実施の形態３のシリンダブロック３についても同様である。

また、夫々の実施の形態において、ウォータジャケット１３の上部１３ｂから、下部１３ａに冷却水の漏れ出しが発生する場合であっても、実施することができる。

１，２，３ シリンダブロック
１１ 外側プレート
１２ 内側プレート
１３ ウォータジャケット
１３ａ 下部
１３ｂ 上部
１３ｃ 段付部
１３ｄ 面
１４ 可動部材
１４ａ 下板
１４ｂ 上板
１４ｃ 可動プレート
１４ｄ バネ
１５ 冷却水入口
１６ 分割プレート

Claims (1)

1. シリンダブロック内部に形成されたブロック側ウォータジャケットと、
   シリンダヘッド内部に形成されたヘッド側ウォータジャケットと、を有し、
   前記ブロック側ウォータジャケットに供給された冷却水が、ブロック上部を介して前記ヘッド側ウォータジャケットに流出する冷却構造であって、
   前記ブロック側ウォータジャケットには、
   前記ブロック側ウォータジャケットの上部の幅が広く、下部の幅が狭くなるように設けられた段付部と、
   前記段付部に配置され、前記ブロック側ウォータジャケットの上下間の開閉状態を変化させる可動部材と、を備え、
   前記可動部材は、
   冷間時には前記ブロック側ウォータジャケットの上下方向の冷却水の流れを制限し、熱間時には前記ブロック側ウォータジャケットの上下方向の冷却水の流れを許容するように動作する、
   エンジンの冷却構造。

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