JP2019199845A

JP2019199845A - エンジン

Info

Publication number: JP2019199845A
Application number: JP2018095529A
Authority: JP
Inventors: 浩望月; Hiroshi Mochizuki; 聡下川; Satoshi Shimokawa; 拓也大里; Takuya Osato; 将人箕輪; Masahito Minowa; 俊貴藤村; Toshiki Fujimura; 大智堀間; Daichi Horima
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2038-05-17
Also published as: JP7222612B2

Abstract

【課題】暖機時間を短縮する。【解決手段】エンジン１は、冷却液を流通させる第１冷却液通路７ａが形成され、複数のシリンダ５ａ〜５ｄが配置されるシリンダブロック２と、冷却液を流通させる第２冷却液通路７ｂが形成され、シリンダブロック２に固定されるシリンダヘッド３と、シリンダヘッド３とシリンダブロック２との間に配置され、第１冷却液通路７ａと第２冷却液通路７ｂとを連通させる複数の流通孔１０ａ〜１０ｅが、第２冷却液通路７ｂにおける冷却液の流れ方向に並んで形成されたヘッドガスケット４と、複数の流通孔１０ａ〜１０ｅに対してそれぞれ設けられ、冷却液の液温に応じて流通孔１０ａ〜１０ｅを開閉するバルブ６ａ〜６ｅと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに関する。

一般的に、エンジンにおいて、シリンダブロックやシリンダヘッド等に冷却液が流通するための冷却液通路を設け、冷却液通路内に冷却液を循環させることで、シリンダブロックやシリンダヘッド等の冷却を行っている（例えば、特許文献１）。

特開平６−０８１６４５号公報

しかしながら、冷却液通路を流通するにしたがって、冷却液の液温が上昇するため、冷却液通路における上流側と下流側とでは、冷却効果に大きな違いが生じてしまい、暖機時間が長くなってしまうといった問題があった。

そこで、本発明は、暖機時間を短縮することが可能なエンジンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のエンジンは、冷却液を流通させる第１冷却液通路が形成され、複数のシリンダが配置されるシリンダブロックと、冷却液を流通させる第２冷却液通路が形成され、シリンダブロックに固定されるシリンダヘッドと、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に配置され、第１冷却液通路と第２冷却液通路とを連通させる複数の流通孔が、第２冷却液通路における冷却液の流れ方向に並んで形成されたヘッドガスケットと、複数の流通孔に対してそれぞれ設けられ、冷却液の液温に応じて流通孔を開閉するバルブと、を備える。

また、第２冷却液通路における下流側に位置するバルブは、第２冷却液通路における上流側に位置するバルブよりも先に流通孔を開状態とするとよい。

また、バルブは、冷却液が所定の液温以下である場合に、流通孔を閉状態にし、冷却液が所定の液温より高い場合に、流通孔を開状態にするとよい。

本発明によれば、暖機時間を短縮することが可能となる。

エンジンの構成を説明するための図である。エンジンの暖機時における冷却液の流れを説明する図である。エンジンの暖機時における冷却液の流れを説明する図である。エンジンの暖機時における冷却液の流れを説明する図である。エンジンの暖機時における冷却液の流れを説明する図である。エンジンの暖機時における冷却液の流れを説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジン１の構成を説明する図である。エンジン１は、図１に示すように、シリンダブロック２と、シリンダブロック２に固定されるシリンダヘッド３と、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間に配置されるヘッドガスケット４とが設けられている。

シリンダブロック２は、シリンダ５ａ〜５ｄが複数設けられている。シリンダブロック２に形成されたシリンダ５ａ〜５ｄ内には、不図示のピストンが摺動自在に配される。そして、シリンダヘッド３と、各シリンダ５ａ〜５ｄと、ピストンの冠面とによって囲まれた空間が燃焼室として形成されることとなる。

また、シリンダブロック２には、シリンダヘッド３を固定するための不図示のヘッドボルトと螺合する複数のネジ穴１１ａが設けられている。また、各シリンダ５ａ〜５ｄの周囲には、冷却液が流通する第１冷却液通路７ａが設けられている。第１冷却液通路７ａには、後述するヘッドガスケット４に形成されている流通孔１０ａ〜１０ｅを介して冷却液が導入される。また、第１冷却液通路７ａにおける流通孔１０ａ、１０ｅに対応する位置には、流通孔１０ａ、１０ｅを介して冷却液を導入するための窪み部１３が形成されている。また、シリンダブロック２には、第１冷却液通路７ａを流通した冷却液をシリンダブロック２外へ導出する第１導出口８ｂ（図２参照）が設けられている。

シリンダヘッド３には、シリンダブロック２の複数のネジ穴１１ａと対応する位置に貫通形成された複数のボルト挿通孔１１ｂが設けられている。また、シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３内に冷却液を導入する導入口８ａと、導入口８ａから導入した冷却液をシリンダヘッド３内に流通させる第２冷却液通路７ｂと、シリンダヘッド３内を流通した冷却液をシリンダヘッド３外へ導出する第２導出口８ｃが設けられている。また、第２冷却液通路７ｂは、第１冷却液通路７ａにおける各シリンダ５ａ〜５ｄの間、および、窪み部１３に冷却液を導出可能とするための脚部１２が複数（１０個）設けられている。

ヘッドガスケット４は、複数枚（例えば、３枚）の金属板を接合した積層型メタルガスケットであって、その全体形状はシリンダブロック２の上面およびシリンダヘッド３の下面と略同一の形状を有している。また、ヘッドガスケット４には、シリンダブロック２の各ネジ穴１１ａおよびシリンダヘッド３の各ボルト挿通孔１１ｂと対応する位置に貫通形成された複数のボルト挿通孔１１ｃが設けられている。また、ヘッドガスケット４には、第１冷却液通路７ａにおける各シリンダ５ａ〜５ｄの間、および、窪み部１３と、第２冷却液通路７ｂの脚部１２とに対応する位置に貫通形成された複数の流通孔１０ａ〜１０ｅが設けられている。そして、各流通孔１０ａ〜１０ｅには、バルブ６ａ〜６ｅが挿入されている。

バルブ６ａ〜６ｅは、サーモスタットバルブであり、第２冷却液通路７ｂを流通する冷却液が所定の液温（以下、第１の温度と言う。第１の温度は、例えば、８０℃）未満の場合には、第２冷却液通路７ｂから第１冷却液通路７ａへ冷却液を流通させない閉状態となる。一方、バルブ６ａ〜６ｅは、第２冷却液通路７ｂを流通する冷却液が第１の温度以上の場合には第２冷却液通路７ｂから第１冷却液通路７ａへ冷却液を流通させる開状態となる。

図２〜６は、エンジン１の暖機時における冷却液の流れを説明する図である。なお、図２〜６において、冷却液の流れを実線矢印で示している。また、図２〜６は、説明を分かりやすくするための概念図であり、エンジン１を構成する各部品の実際の位置とは異なる場合がある。

図２に示すように、冷却システム１００は、エンジン１、ウォーターアウトレット２０、サーモスタットハウジング２１、ラジエータ２２およびウォーターポンプ２３が設けられている。

エンジン１の暖機時において、冷却液が温められておらず、第１導出口８ｂから導出される冷却液が第１の温度（例えば、８０℃）未満である場合には、バルブ６ａ〜６ｅが全て閉状態となる。そのため、導入口８ａからシリンダヘッド３へ導入された冷却液は、第２導出口８ｃから、シリンダヘッド排出流路３０ａへと導出される。このとき、第２冷却液通路７ｂを流通する過程で、シリンダヘッド３から熱が伝達されることで冷却液が暖められるため、第２導出口８ｃから導出される冷却液の温度は、導入口８ａから導入された直後の冷却液の温度に比べて、高温となっている。

シリンダヘッド排出流路３０ａを流通した冷却液は、ウォーターアウトレット流入流路３０を通ってウォーターアウトレット２０へと導入される。

ウォーターアウトレット２０から導出された冷却液は、サーモスタットハウジング流入流路３１を介して、サーモスタットハウジング２１へと導入される。サーモスタットハウジング２１は、不図示のサーモスタットバルブを備えており、予め設定される第２の温度（例えば、１１０℃）を境に、冷却液の流路の切り替えを行う。具体的には、サーモスタットハウジング２１は、冷却液が第２の温度以上となった場合に、冷却液をラジエータ流入流路３３へと流通させる。一方、サーモスタットハウジング２１は、冷却液が第２の温度未満である場合には、冷却液をウォーターポンプ第１流入流路３２へと流通させる。

図２に示すように、冷却液が温められておらず第１の温度未満である場合には、サーモスタットハウジング２１へ導入された冷却液は、ウォーターポンプ第１流入流路３２へと導出されることとなる。

ウォーターポンプ第１流入流路３２を流通した冷却液は、ウォーターポンプ２３へと導入される。ウォーターポンプ２３は、ウォーターポンプ第２流入流路３４またはウォーターポンプ第２流入流路３４から導入された冷却液をウォーターポンプ吐出流路３５へと吐出する。そして、ウォーターポンプ２３から吐出された冷却液は、ウォーターポンプ吐出流路３５を流通した後、導入口８ａから、再び、シリンダヘッド３内へ導入される。なお、ウォーターポンプ２３は、エンジン１の回転動力によって駆動されてもよいし、不図示のモータによって駆動されてもよい。

シリンダヘッド３内へ導入された冷却液は、第２冷却液通路７ｂを流通する間に次第に加熱されていくため、第２冷却液通路７ｂにおける上流側（導入口８ａ側）よりも、下流側（第２導出口８ｃ側）の方が、先に、第１の温度に到達する。そのため、図３に示すように、暖機時において、バルブ６ａ〜６ｅのうち、第２冷却液通路７ｂにおける最も下流側に位置するバルブ６ｅが最初に、開状態へとなる。さらに、上記のように第２冷却液通路７ｂを流通する冷却液は、最も下流側ほど冷却水の温度が高いため、バルブ６ｅが開状態へとなる直前においては、最も下流側に位置するシリンダ５ｄがシリンダ５ａ〜５ｄの内、最も温まった状態である。そこで、第２冷却液通路７ｂにおける最も下流側のバルブ６ｅを最初に開くことで、シリンダ５ａ〜５ｄの内、最も温まったシリンダ５ｄを先に冷却することができる。

バルブ６ｅが開状態となると、冷却液の一部がバルブ６ｅを介して、第２冷却液通路７ｂから第１冷却液通路７ａへと流入する。第１冷却液通路７ａを流通した冷却液は、第１導出口８ｂから導出され、シリンダブロック排出流路３０ｂを流通した後、ウォーターアウトレット流入流路３０へ合流する。なお、各バルブ６ａ〜６ｅのうち、少なくとも１以上が開状態となった場合には、導入口８ａから導入された冷却液は、第１導出口８ｂおよび第２導出口８ｃの両方から導出される。

その後、図４、５に示すように、最初に開状態となったバルブ６ｅよりも上流側の各バルブ６ａ〜６ｄが、バルブ６ｄからバルブ６ａの順に下流側から開状態へとなる。なお、バルブ６ｄが開状態へとなる直前においては、バルブ６ｅは既に開状態となっており、シリンダ５ｄの冷却が行われているため、シリンダ５ｃがシリンダ５ａ〜５ｄの内、最も温まった状態である。そのため、バルブ６ｄを開くことで、シリンダ５ａ〜５ｄの内、最も温まったシリンダ５ｃを冷却が開始される。その後、同様にして、バルブ６ｃを開くことで、シリンダ５ａ〜５ｄの内、最も温まったシリンダ５ｂを冷却が開始され、バルブ６ｂを開き、その後、バルブ６ａを開くことで、シリンダ５ａ〜５ｄの内、最も温まったシリンダ５ａを冷却が行われる。

このように、冷却液が第１の温度未満である箇所のバルブ６ａ〜６ｅを閉状態として、暖気途中においてシリンダ５ａ〜５ｄが必要以上に冷却されることを抑制することで、エンジン１の暖機を促進させることが可能となる。さらに、エンジン１の暖機時間を短縮することが可能となることによって、燃費の悪化を抑制し、また、冷却液との熱交換によってヒータを動作させる際に、車内の温まりを早くすることが可能となる。

また、冷却液が第１の温度以上となった箇所のバルブ６ａ〜６ｅを順次開状態とすることによって、上流側と下流側とで各シリンダ５ａ〜５ｄに対する冷却効果を均一として、各シリンダ５ａ〜５ｄ間において温度差が生じることを抑制することが可能となる。そのため、各シリンダ５ａ〜５ｄに対する各種制御を均一化することが可能となり、安定したエンジン１の制御を実現することができる。

また、バルブ６ａ〜６ｅをサーモスタットバルブとすることで、液温に応じて冷却液の流通を電子的に制御する場合よりも、故障のリスクを抑制することが可能となる。

また、図６に示すように、サーモスタットハウジング流入流路３１を流通して、サーモスタットハウジング２１へと導入された冷却液の温度が第２の温度以上である場合には、サーモスタットハウジング２１内のサーモスタットバルブが動作する。そして、サーモスタットハウジング２１へと導入された冷却液をラジエータ流入流路３３へ導出する。

ラジエータ流入流路３３を流通した冷却液は、ラジエータ２２へと導入される。そして、ラジエータ２２によって冷却された冷却液がウォーターポンプ第２流入流路３４へと導出される。ウォーターポンプ第２流入流路３４を流通した冷却液は、ウォーターポンプ２３へと導入され、ウォーターポンプ２３によって、ウォーターポンプ吐出流路３５へと吐出される。

サーモスタットハウジング２１に導入される冷却液の温度が第２の温度を下回るまでの間、上記のようにして、冷却液がラジエータ２２によって冷却されることとなる。そして、冷却液の温度が第２の温度を下回ると、サーモスタットハウジング２１内のサーモスタットバルブが動作し、図５に示すように、再び、サーモスタットハウジング２１へと導入された冷却液をウォーターポンプ第１流入流路３２へ導出する。このようにして、ウォーターポンプ２３から吐出される冷却液の温度が調整される。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

また、上述した実施形態では、エンジン１が直列エンジンである場合について説明した。しかし、エンジン１は、直列エンジンに限らない。

本発明は、エンジンに利用できる。

１エンジン
２シリンダブロック
３シリンダヘッド
４ヘッドガスケット
５ａ〜５ｄシリンダ
６ａ〜６ｅバルブ
７ａ第１冷却液通路
７ｂ第２冷却液通路
１０ａ〜１０ｅ流通孔

Claims

冷却液を流通させる第１冷却液通路が形成され、複数のシリンダが配置されるシリンダブロックと、
前記冷却液を流通させる第２冷却液通路が形成され、前記シリンダブロックに固定されるシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとの間に配置され、前記第１冷却液通路と前記第２冷却液通路とを連通させる複数の流通孔が、前記第２冷却液通路における前記冷却液の流れ方向に並んで形成されたヘッドガスケットと、
前記複数の流通孔に対してそれぞれ設けられ、前記冷却液の液温に応じて前記流通孔を開閉するバルブと、
を備えるエンジン。
前記第２冷却液通路における下流側に位置する前記バルブは、前記第２冷却液通路における上流側に位置する前記バルブよりも先に前記流通孔を開状態とする請求項１に記載のエンジン。
前記バルブは、前記冷却液が所定の液温以下である場合に、前記流通孔を閉状態にし、前記冷却液が所定の液温より高い場合に、前記流通孔を開状態にする請求項１または２に記載のエンジン。