JP3027740B2 - 水冷式エンジンの冷却構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主に自動車の水冷式
エンジンの冷却構造に関する。

【０００２】

【従来技術】従来の自動車の水冷式エンジンの冷却構造
は図９及び図１０に示すように、シリンダー２側からシ
リンダーヘッド１側に向けて冷却水を流し、シリンダー
ヘッド１側から送出された冷却水はラジエター１０に送
られ冷却されてウォターポンプ９により再びシリンダー
２に送られるという循環をするもので、ウォターポンプ
９前方には三方切換方式のサーモスタット１４が設けら
れ、ラジエター１０の手前から引き出されたバイパス管
２４とラジエター１０からの本管及びウォーターポンプ
９からの本管が接続されている。エンジン始動時は冷却
水の温度が低いためにサーモスタット１４は本管２２，
２３，１５，１８側を閉じバイパス管２４側を開いて、
ラジエターでの冷却を行わずバイパス管２４を通して冷
却水の温度の上昇を早め、冷却水の温度が規定の温度以
上になるとサーモスタット１４はバイパス２４管側を閉
じて本管２２側を開き、冷却水をラジエター１０に通し
冷却した冷却水をシリンダー２に送るというものであっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術は、
シリンダー側からシリンダーヘッド側に流れる冷却水の
流れ方向は一定であるため、常時シリンダーを冷却して
からシリンダーヘッドを冷却する順となるので次に述べ
るような問題があった。

【０００４】 ラジエターで冷却された低温冷却水で
シリンダーが急激に冷やされるため、可動部分の摺動面
の収縮等が起こり、これによる摩擦が生じて燃費が低下
する。 シリンダーを冷却して温度の上昇した冷却水
により、最も高温のシリンダーヘッドを冷却するため、
シリンダーヘッドの冷却効率が悪くなる。

【０００５】本発明は以上のような従来技術の持つ問題
点に鑑みてなされたものであって、その目的は、シリン
ダー部分における可動部分の摺動面の収縮等が起こら
ず、シリンダーヘッドの冷却効率のよい水冷式エンジン
の冷却構造を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、第１発明は、シリンダーヘッド側からシリンダ
ー側に冷却水を強制循環させる水冷式エンジンの冷却構
造であって、シリンダー側の冷却水注入側に設けられた
シリンダー側冷却水注入口５および、シリンダーヘッド
側の冷却水注入側に設けられたヘッド側冷却水注入口６
と、前記シリンダー側の冷却水排出側に設けられたシリ
ンダー側冷却水排出口７および、 前記シリンダーヘッ
ド側の冷却水排出側に設けられたシリンダヘッド側冷却
水排出口８と、冷却水を強制循環させるウォーターポン
プ９と、ウォータージャケット３から排出された冷却水
を冷却するラジエター１０と、第１の注入口１１と第２
の注入口１２と排出口１３を有し、冷却水の温度により
冷却水の循環を制御するためのサーモスタット１４と、
前記ヘッド側およびシリンダー側の各冷却水排出口 ８，
７からの冷却水の循環を制御するためのサーモスタット
２０とを有し、前記ウォーターポンプ９の排出口から前
記ヘッド側冷却水注入口６および前記シリンダー側冷却
水注入口５に冷却水を送水できるようにし、前記ヘッド
側およびシリンダー側の各冷却水排出口８，７を前記サ
ーモスタット２０を介して、管２５およびこの管２５が
連絡する本管１８により前記ラジエター１０の注入口と
連絡し、前記ラジエター１０の排出口と前記サーモスタ
ット１４の第１の注入口１１を本管２２により連絡し、
前記サーモスタット１４の排出口１３と前記ウォーター
ポンプ９の注入口を連絡し、前記ヘッド側およびシリン
ダー側の各冷却水排出口８，７からの冷却水を前記サー
モスタット２０を介して前記サーモスタット１４の第２
の注入口１２に流すバイパス管２４を設け、エンジン始
動時など、冷却水が規定の温度以下の場合には、前記一
方のサーモスタット２０は開いて前記ヘッド側冷却水排
出口８からの冷却水を通すと共に、前記他方のサーモス
タット１４は前記第１の注入口１１を閉じ且つ前記第２
の注入口１２を開いて冷却水を前記バイパス管２４に循
環させ、冷却水が規定の温度以上の場合には、前記一方
のサーモスタット２０は閉じると共に前記他方サーモス
タット１４は前記第１の注入口１１を開き且つ前記第２
の注入口１２を閉じて冷却水を前記ラジエターに循環さ
せるようにしてなる構成を特徴とする。

【０００７】第２の発明は、第１の発明において、ヘッ
ド側およびシリンダー側の各冷却水排出口８，７からの
冷却水をサーモスタット２０を介して管２５および、管
２５が連絡する本管１８によりラジエター１０の注入口
に導くようにした請求項１の構成に代えて、ヘッド側冷
却水排出口８からサーモスタット３１を介して導出する
ヘッド側冷却水排出管１９および、シリンダー側冷却水
排出口７から導出するシリンダー側排出管２１をラジェ
ター１０の注入口に連絡する本管１８にそれぞれ個別に
接続し、前記ヘッド側冷却水排出管１９と前記シリンダ
ー側排出管２１を前記本管１８を介して前記サーモスタ
ット１４の第２の注入口に連絡するバイパス管２４に連
絡してなることを特徴とする。

【０００８】また、第３の発明は、第１または第２の発
明において、シリンダー側冷却水注 入口５に連絡するシ
リンダー側冷却水注入管１６にサーモスタット３６を設
けたことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】図面を参照しながら本発明の実施
の形態を説明する。 ＜実施の形態１＞ 図1は本発明の実施の形態１の冷却水がバイパス管側を
循環している状態例を示す原理図、図2は同じく実施の
形態１の冷却水がラジエター側を循環している状態例を
示す原理図、図７は同じく実施の形態１に使用したサー
モスタットの原理図、図８は同じく実施の形態１に使用
した別のサーモスタットの原理図である。

【００１０】前記各図において、冷却水をシリンダーヘ
ッド１及びシリンダー２のウォータージャケット３に強
制循環させる水冷式エンジン４の冷却構造は次に述べる
ような構成となっている。シリンダー２側の冷却水注入
側に設けられたシリンダー側冷却水注入口５と、シリン
ダーヘッド１側の冷却水注入側に設けられたヘッド側冷
却水注入口６と、シリンダー２の冷却水排出側に設けら
れたシリンダー側冷却水排出口７と、シリンダーヘッド
１の冷却水排出側に設けられたヘッド側冷却水排出口８
と、冷却水を強制循環させるウォーターポンプ９と、シ
リンダー側冷却水排出口７から排出された冷却水を冷却
するラジエター１０と、注入口１１と注入口１２と排出
口１３を有し、冷却水の温度により冷却水の循環を制御
するためのサーモスタット１４と、ウォーターポンプ９
の排出口から冷却水注入口側に向けた本管１５、本管１
５から分岐して前記シリンダー側冷却水注入口５に連絡
するシリンダー側冷却水注入管１６と、本管１５から分
岐してヘッド側冷却水注入口６に連絡するヘッド側冷却
水注入管１７と、ラジエター１０の注入口に連絡する本
管１８と、この本管１８にヘッド側冷却水排出口８から
の冷却水を送るためのヘッド側冷却水排出管１９と、シ
リンダー側冷却水排出口７からの冷却水を本管１８に送
るためのシリンダー側冷却水排出管２１と、ラジエター
１０の排出口とサーモスタット１４の注入口１１を連絡
する本管２２と、サーモスタット１４の排出口とウォー
ターポンプ９の注入口を連絡する本管２３と、本管１８
から分岐してサーモスタット１４の注入口１２を連絡す
るバイパス管２４と、ヘッド側冷却水排出口８からの冷
却水の循環を開閉制御するための一方切換弁を有し且つ
3個所の管連絡口を設け、ヘッド側冷却水排出管１９と
シリンダー側冷却水排出管２１とを前記管連絡口に連絡
し、かつ各排出管１９，２１からの冷却水を本管１８及
びバイパス管２４に流すための管２５を連絡してなるサ
ーモスタット２０と、から構成されている。

【００１１】図７においてサーモスタット２０の原理を
示す。冷却水温度が規定温度より低い場合、ワックスは
固体となり体積が収縮して合成ゴムスリーブを膨張させ
ピストンを引き戻しバルブを閉じ、冷却水温度が規定の
温度より高い場合、ワックスは液体となり体積が膨張し
て合成ゴムスリーブを圧縮してピストンを押し出しバル
ブを開くというように動作する。

【００１２】サーモスタット２０は、シリンダー側冷却
水排出管２１からの冷却水温度を感知して動作するの
で、ヘッド側冷却水排出管１９を完全に閉じてもよく、
アイドリングが必要ないのでより多くの冷却水量をシリ
ンダーヘッド１側から循環させることができる。本実施
の形態では、サーモスタット２０を完全に閉じることは
なく、シリンダーヘッドで加熱され冷却水がアイドリン
グ状態にある。２６はサーモスタット本体である。

【００１３】図８に示すサーモスタット１４も動作原理
は同じであるので、説明を省略する。矢印は冷却水の循
環方向を示している。２７はサーモスタット本体であ
る。

【００１４】エンジン始動時など、冷却水が規定の温度
以下の場合には、サーモスタット２０は開いて冷却水を
通すと共にサーモスタット１４は注入口１１を閉じ且つ
注入口１２を開いて冷却水をバイパス管２４に循環さ
せ、冷却水の温度上昇を早める。冷却水が規定の温度以
上の場合には、サーモスタット２０は閉じると共にサー
モスタット１４は注入口１１を開き且つ注入口１２を閉
じて冷却水をラジエター１０に循環させ、冷却水の温度
下降を早める。そして、本実施形態の最大の特徴は、ウ
ォータージャケット３内の冷却水の循環は、シリンダー
ヘッド１を冷却してからシリンダー２を冷却するように
流れることであり、サーモスタット２０を閉じた状態に
おいては、その流量は増してシリンダーヘッド１の冷却
をより効率的に行うように動作することである。

【００１５】ウォータージャケット３における冷却水の
流れが、シリンダーヘッド１を冷却してからシリンダー
２を冷却する順であるので、高温のシリンダーヘッド１
がラジエター１０で冷却された低温の冷却水により冷却
されるので大変冷却効率がよく、シリンダーヘッド１の
温度の上昇が押さえられるので、ピストン・リングなど
の膠着や異常摩耗を起きないようにし、エンジンの耐久
性と燃費の向上を実現する。また、シリンダーヘッド１
側で温度上昇した冷却水によりシリンダー２側を冷却す
るので急激な冷却とならず、そのため可動部分のの摺動
面の収縮等が起こらず、結果摺動面の摩擦も生じること
がないので燃費が向上する。

【００１６】また、ヘッド側冷却水排出管１９とそれに
連絡するシリンダーヘッド側冷却水排出口８とサーモス
タット２０を設け、シリンダー側冷却水排出口７を設
け、該排出口７を本管１８及びバイパス管２４に連絡し
ているので、サーモスタット２０には絶えずシリンダー
ヘッド１で温度が上昇した冷却水が通っており、通る冷
却水の温度が規定の温度より高ければ閉じて、シリンダ
ーヘッド１側からからシリンダー２側に流れる冷却水量
を増やして冷却を強め、通る冷却水の温度が規定の温度
より低ければ開いて、シリンダーヘッド１側からシリン
ダー２に流れる冷却水量を減らして冷却を弱めることが
なされるので、従来の技術では達成できなかったすばや
い温度コントルールが可能となり、適温からの温度変動
幅の狭い温度に維持し続けることが可能となり、結果摺
動部の油膜が最適に保たれるなど、摩擦が起こらず燃費
と耐久性が向上する。

【００１７】次の実施形態の説明において、前記実施の
形態１と同じ構成部分には前記と同じ符号を付して詳細
説明を省略する。

【００１８】＜実施の形態２＞ 図３は、本発明の実施形態２の冷却水がバイパス管側を
循環している状態例を示す原理図、図４は同じ実施の形
態２の冷却水がラジエター側を循環している状態例を示
す原理図である。水冷式エンジン３０の冷却構造は、実
施形態１の水冷式エンジン４の構成のサーモスタット２
０とそれに連絡された管つまり、シリンダー側冷却水排
出管２１を本管１８及びバイパス管２４に直接連絡し、
ヘッド側冷却水排出管１９を本管１８に直接連絡し、ヘ
ッド側冷却水排出口８近く（該排出口８に取付けるのが
好ましい。）にサーモスタット本体２６を内設したサー
モスタット３１を設けた構成に変えたものである。この
ような構成にしても、実施形態１の水冷式エンジン４と
同じような効果を有すると共に、サーモスタット３１が
シリンダーヘッド１で加熱された最も高温状態の冷却水
（シリンダーヘッドの温度状態を最も正確に示す冷却
水。）の温度を感知しつづけるので、シリンダーヘッド
１の温度変化に正確敏速に対応する冷却構造を実現す
る。

【００１９】＜実施の形態３＞ 図５は、本発明の実施形態３の冷却水がバイパス管側を
循環している状態例を示す原理図、図６は同じく実施形
態３の冷却水がラジエター側を循環している状態例を示
す原理図である。水冷式エンジン３５の冷却構造は、実
施の形態２の水冷式エンジン３０の構成に加えて、シリ
ンダー側冷却水注入管１６にサーモスタット３６を設け
たものである。サーモスタット３６は、シリンダー側冷
却水注入管１６を通る冷却水の温度が規定の温度以下の
場合に該注入管１６の冷却水量を抑制・制御するように
なっている。 これにより、冷却水の温度が低すぎてシ
リンダー側を冷却しすぎる恐れのある場合、殆どの冷却
水の循環をシリンダーヘッド１側から行うなど抑制・制
御し、温度上昇させた冷却水でシリンダー２側を冷却す
る。これは、エンジン始動時において、シリンダー側の
温度上昇を早めるので効果的であり、シリンダーの急激
且つ大きな温度低下を起きないように冷却水の流れをコ
ントロールできるのできる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は以上述べたようになっているの
で次に述べるような効果を奏する。ウォータージャケッ
トにおける冷却水の流れが、でシリンダーヘッドを冷却
してからシリンダーを冷却する順であるので、高温のシ
リンダーヘッドがラジエターで冷却された低温冷却水に
より冷却されるので大変冷却効率がよく、シリンダーヘ
ッドの温度の上昇がが押さえられるので、ピストン・リ
ングなどの膠着や異常摩耗を起きないようにし、エンジ
ンの耐久性と燃費の向上を実現する。また、シリンダー
ヘッド側で温度上昇した冷却水によりシリンダー側を冷
却するので急激な冷却とならず、そのため可動部分の摺
動面の収縮等が起こらず、結果摺動面の摩擦も生じるこ
とがないので燃費が向上する。

【００２１】また、ヘッド側冷却水排出口を設け、該ヘ
ッド側冷却水排出口からのに制御弁（一般的にはサーモ
スタット）を設けたものは、制御弁には絶えずシリンダ
ーヘッドで温度が上昇した冷却水が通っており、通る冷
却水の温度が規定の温度より高ければ閉じて（ものによ
っては狭めて）シリンダーヘッド側からシリンダー側に
流れる冷却水量を増やして冷却を強め、通る冷却水の温
度が規定の温度より低ければ開いて、シリンダーヘッド
側からシリンダー側に流れる冷却水量を減らして冷却を
弱めることがなされるので、従来の技術では達成できな
かったすばやい温度コントルールが可能となり、適温か
らの温度変動幅の狭い温度に維持し続けることが可能と
なり、結果摺動部の油膜が最適に保たれなど、摩擦が起
こらず燃費と耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の冷却水がバイパス管側を
循環している状態例を示す原理図。

【図２】本発明の実施形態１の冷却水がラジエター側を
循環している状態例を示す原理図。

【図３】本発明の実施形態２の冷却水がバイパス管側を
循環している状態例を示す原理図。

【図４】本発明の実施形態２の冷却水がラジエター側を
循環している状態例を示す原理図。

【図５】本発明の実施形態３の冷却水がバイパス管側を
循環している状態例を示す原理図。

【図６】本発明の実施形態３の冷却水がラジエター側を
循環している状態例を示す原理図。

【図７】（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施形態１に使用し
たサーモスタットの原理図。

【図８】本発明の実施形態１に使用した別のサーモスタ
ットの原理図。

【図９】従来技術の冷却水がバイパス管側を循環してい
る状態例を示す原理図。

【図１０】従来技術の冷却水がラジエター側を循環して
いる状態例を示す原理図。

【符号の説明】

１ シリンダーヘッド ２ シリンダー ３ ウォータージャケット ４ 水冷式エンジン ５ シリンダー側冷却水注入口 ６ ヘッド側冷却水注入口 ７ シリンダー側冷却水排出口 ８ ヘッド側冷却水排出口 ９ ウォーターポンプ １０ ラジエター １１ 注入口 １２ 注入口 １３ 排出口 １４ サーモスタット １５ 本管 １６ シリンダー側冷却水注入管 １７ ヘッド側冷却水注入管 １８ 本管 １９ ヘッド側冷却水排出管 ２０ サーモスタット ２１ シリンダー側冷却水排出管 ２２ 本管 ２３ 本管 ２４ バイパス管 ２５ 管 ２６ サーモスタット本体 ２７ サーモスタット本体 ３０ 水冷式エンジン ３１ サーモスタット ３５ 水冷式エンジン ３６ サーモスタット

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダーヘッド側からシリンダー側に冷
   却水を強制循環させる水冷式エンジンの冷却構造であっ
   て、シリンダー側の冷却水注入側に設けられたシリンダ
   ー側冷却水注入口５および、シリンダーヘッド側の冷却
   水注入側に設けられたヘッド側冷却水注入口６と、前記
   シリンダー側の冷却水排出側に設けられたシリンダー側
   冷却水排出口７および、 前記シリンダーヘッド側の冷
   却水排出側に設けられたヘッド側冷却水排出口８と、冷
   却水を強制循環させるウォーターポンプ９と、ウォータ
   ージャケット３から排出された冷却水を冷却するラジエ
   ター１０と、第１の注入口１１と第２の注入口１２と排
   出口１３を有し、冷却水の温度により冷却水の循環を制
   御するためのサーモスタット１４と、前記ヘッド側およ
   びシリンダー側の各冷却水排出口８，７からの冷却水の
   循環を制御するためのサーモスタット２０とを有し、前
   記ウォーターポンプ９の排出口から前記シリンダヘッド
   側冷却水注入口６および前記シリンダー側冷却水注入口
   ５に冷却水を送水できるようにし、前記ヘッド側および
   シリンダー側の各冷却水排出口８，７を前記サーモスタ
   ット２０を介して、管２５及び管２５が接続する本管１
   ８により、前記ラジエター１０の注入口と連絡し、前記
   ラジエター１０の排出口と前記サーモスタット１４の第
   １の注入口１１を本管２２により連絡し、前記サーモス
   タット１４の排出口１３と前記ウォーターポンプ９の注
   入口を連絡し、前記ヘッド側およびシリンダー側の各冷
   却水排出口８，７からの冷却水を前記サーモスタット２
   ０を介して前記サーモスタット１４の第２の注入口１２
   に流すバイパス管２４を設け、エンジン始動時など、冷
   却水が規定の温度以下の場合には、前記一方のサーモス
   タット２０は開いて前記ヘッド側冷却水排出口８からの
   冷却水を通すと共に、前記他方のサーモスタット１４は
   前記第１の注入口１１を閉じ且つ前記第２の注入口１２
   を開いて冷却水を前記バイパス管２４に循環させ、冷却
   水が規定の温度以上の場合には、前記一方のサーモスタ
   ット２０は閉じると共に前記他方のサーモスタット１４
   は前記第１の注入口１１を開き且つ前記第２の注入口１
   ２を閉じて冷却水を前記ラジエターに循環させるように
   してなる水冷式エンジンの冷却構造。
2. 【請求項２】 ヘッド側およびシリンダー側の各冷却水
   排出口８，７からの冷却水をサーモスタット２０を介し
   て管２５および、管２５が連絡する本管１８によりラジ
   エター１０の注入口に導くようにした請求項１の構成に
   代えて、ヘッド側冷却水排出口８からサーモスタット３
   １を介して導出するヘッド側冷却水排出管１９および、
   シリンダー側冷却水排出口７から導出するシリンダー側
   排出管２１をラジェター１０の注入口に連絡する本管１
   ８にそれぞれ個別に接続し、前記ヘッド側冷却水排出管
   １９と前記シリンダー側排出管２１を前記本管１８を介
   して前記サーモスタット１４の第２の注入口に連絡する
   バイパス管２４に連絡してなることを特徴とする請求項
   １記載の水冷式エンジンの冷却構造。
3. 【請求項３】 シリンダー側冷却水注入口５に連絡する
   シリンダー側冷却水注入管１６にサーモスタット３６を
   設けてなることを特徴とする請求項１または２記載の水
   冷式エンジンの冷却構造。