JP2023069439A

JP2023069439A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2023069439A
Application number: JP2021181283A
Authority: JP
Inventors: 竜濱口; Tatsu Hamaguchi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2023-05-18

Abstract

【課題】高温部を効率的に冷却する。【解決手段】冷却水流路１１は、ウォータージャケットの高温部からウォーターポンプ１２に冷却水を流入させる高温流路３１と、ラジエータを経由してウォーターポンプ１２に冷却水を流入させるラジエータ流路３２と、ラジエータを経由せずにウォーターポンプ１２に冷却水を流入させるバイパス流路３３と、ラジエータ流路３２の第２下流端３２ｂが接続され、且つウォーターポンプ１２の内部と連通する内部空間Ｓを有する接続部３４と、接続部３４から延びており、内部空間Ｓと連通するパイプ部３５とを備える。パイプ部３５は、内部が仕切板３６によって第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とに仕切られている。高温流路３１は、第１空間Ｓ１に連通する。バイパス流路３３は、第２空間Ｓ２に連通する。第１連通部３５ａは、第２連通部３５ｂよりも、ウォーターポンプ１２との間の距離が短い。【選択図】図２

Description

本発明は、冷却装置に関する。

特許文献１には、エンジンを冷却するための冷却装置が記載されている。この冷却装置は、冷却水流路と、冷却水流路に冷却水を圧送するウォーターポンプと、を備える。冷却水流路には、エンジンのウォータージャケットの内部から冷却水が流入する。冷却水流路を流れる冷却水はウォータージャケットに戻される。冷却水流路は、ラジエータを経由してウォーターポンプに冷却水を流入させる流路と、ラジエータを経由せずにウォーターポンプに冷却水を流入させる流路と、を含む。

特開２０１９－３１９１５号公報

エンジンの高負荷運転時には、エンジンのシリンダボア、排気バルブ、および排気ポートが高温になりやすい。こうした高温になりやすい部分を冷却する目的で、エンジンのシリンダボア同士の間、排気バルブの周り、および排気ポートの周りに、ウォータージャケットの一部である高温部を位置させることがある。こうした高温部においては、ウォータージャケットのその他の部位に比べて、内部の冷却水が高温になりやすい。そのため、冷却装置では、ウォータージャケットの高温部を効率的に冷却することが望ましい。

上記課題を解決する冷却装置は、エンジンのウォータージャケットの内部から冷却水が流入し、且つ冷却水を前記ウォータージャケットの内部に戻す冷却水流路と、前記冷却水流路に冷却水を圧送するウォーターポンプと、を備え、前記エンジンを冷却水によって冷却する冷却装置であって、前記冷却水流路は、前記ウォータージャケットの高温部から前記ウォーターポンプに冷却水を流入させる高温流路と、前記ウォータージャケットにおいて前記高温部よりも前記エンジンの暖機完了後の温度が低い部位である低温部からラジエータを経由して前記ウォーターポンプに冷却水を流入させるラジエータ流路と、前記ラジエータ流路から分岐し、且つ前記ラジエータを経由せずに前記ウォーターポンプに冷却水を流入させるバイパス流路と、前記ラジエータ流路の下流端が接続され、且つ前記ウォーターポンプの内部と連通する内部空間を有する接続部と、前記接続部から延びており、前記内部空間と連通するパイプ部とを備え、前記パイプ部は、内部が仕切板によって第１空間と第２空間とに仕切られており、前記高温流路は、前記第１空間に連通し、前記バイパス流路は、前記第２空間に連通し、前記第１空間と前記接続部との連通部分は、前記第２空間と前記接続部との連通部分よりも、前記ウォーターポンプとの間の距離が短いことを特徴とする。

上記構成によれば、高温流路を流れる冷却水は、パイプ部の第１空間及び接続部を介してウォーターポンプに流入する。バイパス流路を流れる冷却水は、パイプ部の第２空間及び接続部を介してウォーターポンプに流入する。第１空間と接続部との連通部分は、第２空間と接続部との連通部分よりも、ウォーターポンプとの間の距離が短い。そのため、バイパス流路からウォーターポンプに流入する冷却水の経路と比較して、高温流路からウォーターポンプに流入する冷却水の経路が短い。これにより、バイパス流路からウォーターポンプに流入する冷却水の経路よりも、高温流路からウォーターポンプに流入する冷却水の経路が長い場合と比較して、高温部からウォーターポンプに流れる冷却水の流量を多くすることができる。したがって、高温部を効率的に冷却することができる。

冷却装置を示す模式図である。冷却装置を示す模式図である。

以下、一実施形態における冷却装置について図１及び図２を参照して説明する。
＜冷却装置の基本構成＞
図１に示すように、冷却装置１０は、冷却水流路１１と、ウォーターポンプ１２と、を備える。冷却水流路１１には、エンジン１３のウォータージャケット１４の内部から冷却水が流入する。冷却水流路１１は、冷却水をウォータージャケット１４の内部に戻す。ウォーターポンプ１２は、冷却水流路１１に冷却水を圧送するポンプであり、例えば電動ポンプである。ウォーターポンプ１２から吐出された冷却水は、ウォータージャケット１４を経由した後、冷却水流路１１に導入される。冷却装置１０は、エンジン１３を冷却水によって冷却する。

冷却装置１０は、ラジエータ４１を備える。冷却水がラジエータ４１を通過すると、冷却水と空気との熱交換が促進される。ラジエータ４１を通過することで、冷却水の熱が放熱される。その結果、ラジエータ４１を通過する冷却水の温度が低下する。

＜ウォータージャケットの構成＞
ウォータージャケット１４は、冷却水が流れる空間を区画する壁である。ウォータージャケット１４は、ブロックジャケット２１及びヘッドジャケット２２を含む。ブロックジャケット２１は、シリンダブロック１５の内部に形成されている。ヘッドジャケット２２は、シリンダーヘッド１６の内部に形成されている。

図面では、エンジン１３の内部における冷却水の流れを実線の矢印で模式的に示している。ウォーターポンプ１２から吐出された冷却水は、ブロックジャケット２１に導入される。冷却水は、ブロックジャケット２１を通過した後、ヘッドジャケット２２に流入する。冷却水は、ヘッドジャケット２２から冷却水流路１１に導入される。

ウォータージャケット１４は、高温部２３及び低温部２４を含む。高温部２３及び低温部２４はシリンダーヘッド１６の内部に位置する。高温部２３は、ブロックジャケット２１とヘッドジャケット２２とを繋ぐドリルパスＤＰの一部を含む。ドリルパスＤＰは、エンジン１３における隣り合うシリンダ間に位置するボア間領域に位置する。ブロックジャケット２１に導入された冷却水の一部は、ドリルパスＤＰを通じてヘッドジャケット２２に導かれる。高温部２３は、ヘッドジャケット２２のうち、エンジン１３の排気バルブの周辺、および排気ポート周辺の部位を含む。このヘッドジャケット２２の部位に、ドリルパスＤＰから冷却水が導かれる。

ヘッドジャケット２２のうち、エンジン１３の排気バルブの周辺および排気ポート周辺の部位における冷却水は、シリンダーヘッド１６に形成された第１出口１６ａを介して冷却水流路１１に流入する。すなわち、高温部２３を流れた冷却水は、第１出口１６ａを介して冷却水流路１１に流入する。

低温部２４は、ウォータージャケット１４において高温部２３よりもエンジン１３の暖機完了後の温度が低い部位である。低温部２４としては、例えば、ヘッドジャケット２２のうち、エンジン１３の吸気バルブの周辺の部位が挙げられる。低温部２４を流れた冷却水は、シリンダーヘッド１６に形成された第２出口１６ｂを介して冷却水流路１１に流入する。

＜冷却水流路の構成＞
冷却水流路１１は、高温流路３１と、ラジエータ流路３２と、バイパス流路３３と、を備える。高温流路３１、ラジエータ流路３２、及びバイパス流路３３の各々で冷却水が流れる。図面では、高温流路３１、ラジエータ流路３２、及びバイパス流路３３の各々における冷却水の流れを破線の矢印で模式的に示している。

高温流路３１は、高温部２３からウォーターポンプ１２に冷却水を流入させる。高温流路３１の上流端を第１上流端３１ａという。第１上流端３１ａは、シリンダーヘッド１６における第１出口１６ａに接続されている。高温部２３を流れた冷却水は、高温流路３１に流入する。

ラジエータ流路３２の上流端を第２上流端３２ａという。第２上流端３２ａは、シリンダーヘッド１６における第２出口１６ｂに接続されている。これにより、低温部２４を流れた冷却水は、ラジエータ流路３２に流入する。ラジエータ流路３２は、低温部２４からラジエータ４１を経由してウォーターポンプ１２に冷却水を流入させる。

バイパス流路３３は、ラジエータ流路３２から分岐し、且つラジエータ４１を経由せずにウォーターポンプ１２に冷却水を流入させる。バイパス流路３３の上流端を第３上流端３３ａという。第３上流端３３ａは、ラジエータ流路３２における第２上流端３２ａとラジエータ４１への接続部位との間に接続されている。低温部２４からラジエータ流路３２に流入した冷却水は、そのままラジエータ流路３２を流れてラジエータ４１に至るものと、ラジエータ流路３２からバイパス流路３３に流入するものとに分かれる。すなわち、低温部２４を流れた冷却水は、バイパス流路３３に流入する。

冷却水流路１１は、接続部３４と、パイプ部３５と、を備える。接続部３４は、ウォーターポンプ１２の内部と連通する内部空間Ｓを有する。接続部３４は、本体部３４ａ及び延出部３４ｂを含む。本体部３４ａは、壁部によって内部に空間が区画されている。本体部３４ａの内部がウォーターポンプ１２の内部と連通する。延出部３４ｂは、本体部３４ａから延びる筒状である。本体部３４ａの内部の空間と、延出部３４ｂの内部の空間とが連通している。本体部３４ａの内部の空間と、延出部３４ｂの内部の空間とが接続部３４の内部空間Ｓに相当する。パイプ部３５は、延出部３４ｂの内部に連通している。パイプ部３５は、延出部３４ｂの端部から延びている。すなわち、パイプ部３５は、内部空間Ｓと連通している。パイプ部３５は、接続部３４から延びている。

高温流路３１の下流端を第１下流端３１ｂという。バイパス流路３３の下流端を第３下流端３３ｂという。第１下流端３１ｂ及び第３下流端３３ｂは、パイプ部３５に接続されている。高温流路３１及びバイパス流路３３を流れた冷却水は、パイプ部３５を介して接続部３４の内部空間Ｓに流入する。

ラジエータ流路３２の下流端を第２下流端３２ｂという。第２下流端３２ｂは、接続部３４に接続されている。ラジエータ流路３２を流れた冷却水は、接続部３４の内部空間Ｓに流入する。接続部３４の内部空間Ｓに流入した冷却水は、ウォーターポンプ１２を介してウォータージャケット１４に、具体的にはブロックジャケット２１に戻される。

ラジエータ流路３２と接続部３４との接続部位には、サーモスタット４２が設けられている。サーモスタット４２は内部に弁体を有する。サーモスタット４２は、弁体の開度が冷却水の温度に応じて変化する流路切替弁である。接続部３４の内部空間Ｓに流入した冷却水の温度が低いとき、サーモスタット４２の弁体は、ラジエータ流路３２から接続部３４に冷却水が流入しないように変位する。これにより、ラジエータ４１を経由しない高温流路３１及びバイパス流路３３からウォータージャケット１４に冷却水が戻される。接続部３４の内部空間Ｓに流入した冷却水の温度が高いとき、サーモスタット４２の弁体は、ラジエータ流路３２から接続部３４に冷却水が流入するように変位する。これにより、ラジエータ４１を経由するラジエータ流路３２からウォータージャケット１４に冷却水が戻される。

図２に示すように、ラジエータ流路３２のうち、第２下流端３２ｂを含む一部は、接続部３４から直線状に延びている。そのため、ラジエータ流路３２から接続部３４の内部空間Ｓに冷却水が流入するとき、冷却水は直線状に流れる。

パイプ部３５は、内部が仕切板３６によって第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とに仕切られている。仕切板３６は、パイプ部３５の一端と他端との間で延びている。高温流路３１は、第１空間Ｓ１に連通している。バイパス流路３３は、第２空間Ｓ２に連通している。

第１空間Ｓ１と接続部３４との連通部分を第１連通部３５ａという。第２空間Ｓ２と接続部３４との連通部分を第２連通部３５ｂという。第１連通部３５ａ及び第２連通部３５ｂは、パイプ部３５と延出部３４ｂとの境界部分に位置する。第１連通部３５ａは第２連通部３５ｂよりも、ウォーターポンプ１２との間の距離が近い。なお、ここでいう距離とは、例えば仕切板３６に直交する方向における距離や、ラジエータ流路３２から接続部３４に流入するときの冷却水の流れ方向における距離のことをいう。

＜作用＞
次に、本実施形態の作用について説明する。
高温流路３１を流れる冷却水は、パイプ部３５の第１空間Ｓ１及び接続部３４を介してウォーターポンプ１２に流入する。バイパス流路３３を流れる冷却水は、パイプ部３５の第２空間Ｓ２及び接続部３４を介してウォーターポンプ１２に流入する。

高温流路３１からウォーターポンプ１２に流入する冷却水の経路を高温経路Ｒ１という。バイパス流路３３からウォーターポンプ１２に流入する冷却水の経路を低温経路Ｒ２という。第１空間Ｓ１と接続部３４との連通部分である第１連通部３５ａは、第２空間Ｓ２と接続部３４との連通部分である第２連通部３５ｂよりも、ウォーターポンプ１２との間の距離が短い。そのため、低温経路Ｒ２と比較して、高温経路Ｒ１が短い。

なお、高温流路３１を流れる冷却水は、ウォータージャケット１４の高温部２３から高温流路３１に流入した冷却水である。高温部２３から高温流路３１に流入した冷却水は、接続部３４において高温経路Ｒ１を通ってウォーターポンプ１２に流入する。バイパス流路３３を流れる冷却水は、ウォータージャケット１４の低温部２４からバイパス流路３３に流入した冷却水である。低温部２４からバイパス流路３３に流入した冷却水は、接続部３４において低温経路Ｒ２を通ってウォーターポンプ１２に流入する。高温経路Ｒ１と低温経路Ｒ２との差によって、高温流路３１からウォーターポンプ１２へと優先的に冷却水が流れる。

バイパス流路３３からウォーターポンプ１２に流入する冷却水の経路よりも、高温流路３１からウォーターポンプ１２に流入する冷却水の経路が長い場合を比較例とする。この比較例と比較して、本実施形態によれば、高温部２３からウォーターポンプ１２に流れる冷却水の流量を多くすることができる。

＜効果＞
上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
第１連通部３５ａは、第２連通部３５ｂよりも、ウォーターポンプ１２との間の距離が短い。そのため、低温経路Ｒ２と比較して、高温経路Ｒ１が短い。これにより、バイパス流路３３からウォーターポンプ１２に流入する冷却水の経路よりも、高温流路３１からウォーターポンプ１２に流入する冷却水の経路が長い場合と比較して、高温部２３からウォーターポンプ１２に流れる冷却水の流量を多くすることができる。したがって、高温部２３を効率的に冷却することができる。

＜変更例＞
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・ラジエータ流路３２は、接続部３４から曲線状に延びるように接続部３４に接続されていてもよい。
・ラジエータ流路３２と接続部３４との接続部位には、サーモスタット４２に代えて、冷却水の温度に応じて開度の制御が可能な電動弁を設けてもよい。

・ウォーターポンプ１２は、電動式のものに限らない。例えば、エンジン１３の出力軸によって回転駆動される機械式のポンプをウォーターポンプ１２として採用してもよい。

Ｓ…内部空間
Ｓ１…第１空間
Ｓ２…第２空間
１０…冷却装置
１１…冷却水流路
１２…ウォーターポンプ
１３…エンジン
１４…ウォータージャケット
２３…高温部
２４…低温部
３１…高温流路
３２…ラジエータ流路
３２ｂ…第２下流端
３３…バイパス流路
３４…接続部
３５…パイプ部
３５ａ…第１連通部
３５ｂ…第２連通部
３６…仕切板
４１…ラジエータ
４２…サーモスタット

Claims

エンジンのウォータージャケットの内部から冷却水が流入し、且つ冷却水を前記ウォータージャケットの内部に戻す冷却水流路と、
前記冷却水流路に冷却水を圧送するウォーターポンプと、を備え、前記エンジンを冷却水によって冷却する冷却装置であって、
前記冷却水流路は、
前記ウォータージャケットの高温部から前記ウォーターポンプに冷却水を流入させる高温流路と、
前記ウォータージャケットにおいて前記高温部よりも前記エンジンの暖機完了後の温度が低い部位である低温部からラジエータを経由して前記ウォーターポンプに冷却水を流入させるラジエータ流路と、
前記ラジエータ流路から分岐し、且つ前記ラジエータを経由せずに前記ウォーターポンプに冷却水を流入させるバイパス流路と、
前記ラジエータ流路の下流端が接続され、且つ前記ウォーターポンプの内部と連通する内部空間を有する接続部と、
前記接続部から延びており、前記内部空間と連通するパイプ部とを備え、
前記パイプ部は、内部が仕切板によって第１空間と第２空間とに仕切られており、
前記高温流路は、前記第１空間に連通し、
前記バイパス流路は、前記第２空間に連通し、
前記第１空間と前記接続部との連通部分は、前記第２空間と前記接続部との連通部分よりも、前記ウォーターポンプとの間の距離が短い
冷却装置。