JP4411969B2 - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、水冷式エンジンで用いられる冷却装置、特に、シリンダヘッド及びシリンダブロックの両ウォータージャケットにウォーターポンプからの冷却水を循環させ、エンジン冷却を行うエンジンの冷却装置に関する。

水冷式のエンジンの冷却装置は、エンジン本体内に配設された冷却水通路であるウォータージャケットの冷却水流入口にウォーターポンプの吐出する冷却水を流入し、ウォータージャケットの各部を循環した後の冷却水の温度が低い間は短絡路を開き、短絡路からの冷却水を直接ウォーターポンプの吸入口に戻し暖機促進を図り、冷却水温が高まるとラジエータを配備した主循環路を開いて、同主循環路に冷却水を流して冷却を行ない、冷却後の冷却水をウォーターポンプの吸入口に戻すという冷却水循環系を備える。

ここでエンジン本体をなすシリンダブロックやシリンダヘッドは、暖機完了後においてそれぞれ必要とする冷却特性に相違を有する。即ち、シリンダヘッドはシリンダブロック側と対向する低壁の各シリンダ対向位置が高温化し易く、同部の耐熱性確保の上でも、また、吸気ポートの高温化を抑えて吸入効率の低下を抑える上からも十分に冷却することが望ましい。一方、シリンダブロックはその内部に収容する複数のシリンダとその内部で往復動するピストンとの間の摩擦状態を適正化する必要上、シリンダとピストンとの摺動個所を適正クリアランスに保持し潤滑油を適正温度に保持する必要があり、過度の低温や過度の高温化を排除し、適温を確保する必要がある。

ところで、エンジン本体をなすシリンダブロックとシリンダヘッドの両ウォータージャケットに冷却水を循環させるにあたり、目標とする冷却水温度や、冷却水循環系のウォーターポンプ、サーモスタット、ラジエータ等の補機類の相違等より、実際の冷却水循環系の構造は異なっており、各種の循環方式が提案されている。

即ち、シリンダブロック内ウォータージャケットを通過後の冷却水をシリンダヘッド内ウォータージャケットに流入させ、その冷却水をウォーターポンプに戻す基本循環方式のエンジンの冷却装置では、冷却水の流れが概略エンジン本体の下方より上方に向かうスムーズな流れとなるが、シリンダヘッドの冷却効率が比較的低くなる。

逆に、ウォーターポンプ冷却水をシリンダヘッド内ウォータージャケットに流し、そこを通過後の冷却水をシリンダブロック内ウォータージャケットに流し、その冷却水をウォーターポンプに戻すシリンダヘッド先行冷却方式のエンジンの冷却装置では、シリンダヘッドの冷却効率が比較的高くなるが、シリンダヘッド通過後にシリンダブロック側に流入する冷却水温度が運転域に応じて変動するためシリンダブロック側を適温に保持する制御が不安定化する。

あるいは、ウォーターポンプの冷却水の吐出路を分岐し、シリンダブロックとシリンダヘッドに分岐流をそれぞれ流してから合流させ、その冷却水をウォーターポンプに戻す冷却水分岐循環方式のエンジンの冷却装置では、シリンダヘッド、シリンダブロックを適温に冷却保持できる。
なお、シリンダヘッドとシリンダブロックにそれぞれ冷却水を流す冷却装置が特開２００３−１７２１４０号（特許文献１）に開示される。

特開２００３−１７２１４０号公報。

ところで、冷却水分岐循環方式のエンジンの冷却装置ではシリンダヘッド、シリンダブロックを適温に冷却保持できるが、冷却水循環系上にウォーターポンプの吐出冷却水をシリンダヘッド側とシリンダブロック側とに冷却水の分岐量を調整するための分岐手段を設ける必要があり、同分岐手段の取り付けスペースの確保に起因する装着性や、同分岐手段の複雑化やコスト増等の問題を生じ易く改善が望まれている。
本発明は以上のような課題に基づきなされたもので、目的とするところは、ウォーターポンプから吐出された吐出直後の冷却水を簡単な構造でシリンダヘッド側とシリンダブロック側とに分流できるエンジンの冷却装置を提供することにある。

この発明の請求項１に係るエンジンの冷却装置は、シリンダブロックの端部に設けられたウォーターポンプからの冷却水を該シリンダブックとシリンダヘッドとへ分流するエンジン冷却装置において、上記ウォーターポンプから吐出された冷却水が流入し上記シリンダブロックから上記シリンダヘッドヘ冷却水を導く主通路と、上記シリンダブロックに形成された複数のシリンダの外層に沿って形成されたウォータージャケットと、上記シリンダブロックに設けられ上記主通路の縦向き部と上記ウォータージャケットとを区画する区画壁と、上記区画壁が上記シリンダブロックの上面から下方に切り欠かれ、上記主通路内を流れる冷却水の一部を上記ウォータージャケット側へ導く分岐部とから構成されたことを特徴とする。

この発明の請求項２に係るエンジンの冷却装置は、請求項１記載のエンジンの冷却装置において、上記シリンダブロックの上部に形成され、上記シリシダヘッドを上記シリンダブロックに固定させるためのヘッドボルトが挿通可能な複数のボルト穴を有し、上記主通路の縦向き部は、上記シリンダブロックのチェーンケースが設けられる最前端に位置する上記ボルト穴の近傍に形成されたことを特徴とする。

この発明の請求項３に係るエンジンの冷却装置は、請求項２記載のエンジンの冷却装置において、上記主通路の縦向き部は少なくとも上記ボルト穴を形成する円弧状の外壁、上記シリンダブロックの長手方向に延びる外壁、並びに上記区画壁とから形成されていることを特徴とする。

この発明の請求項１によれば、簡素な構成で、ヘッド側ウォータージャケットとブロック側ウォータージャケットとの冷却水の流量比を増減調整でき、シリンダブロックとシリンダヘッドにそれぞれ適正流量の冷却水を供給して適正に冷却できる。特に、冷却水をシリンダヘッド側ヘ導く主通路の縦向き部とブロック側ウォータージャケットとを区画する区画壁が、上記シリンダブロックの上面から下方に切り欠かれ、即ち、開口の縦幅を増減調整するのみで、ヘッド側ウォータージャケットとブロック側ウォータージャケットとの冷却水の流量比を容易に調整できる。

この発明の請求項２及び３によれば、主通路の縦向き部をシリンダブロックの内側に寄せて形成することができエンジンの大型化を抑制できる。

図１、図２にはこの発明の一実施形態としてのエンジンの冷却装置を示す。この冷却装置は車両用の４サイクルガソリンエンジン（以後単にエンジン１と記す）に搭載されており、エンジン内外に装備された冷却水循環系Ｒに沿って循環する冷却水によってエンジンの水冷を行う。

シリンダヘッド３はシリンダブロック２の上面に設けられ、シリンダヘッド２の上面からシリンダブロック３に貫通する複数のヘッドボルト穴Ａ（図７参照）に図示しないヘッドボルトを挿通し締結固定される。エンジン１はシリンダブロック２及びシリンダヘッド３に対してシリンダヘッド３の上側にヘッドカバー１１を、下側にオイルパン４を、それらの一側にチェーンケース５を配備し、相互に一体結合してエンジン本体を形成する。シリンダブロック２及びシリンダヘッド３内には複数のシリンダＳが配備され、しかも、その内部の燃焼室に吸排される吸気及び排気ガスを制御する不図示の吸排気系及び動弁系の各構成部材と、燃焼室で不図示のピストンが受けた出力エネルギを受けて回転するクランク軸６とを備える。なお、図２には吸排気系の吸気多岐管７、及び排気多岐管８のみを示した。

このようなエンジン本体の外壁及びその近傍には冷却装置の補機をなす、ラジエータ９、サーモスタット１２、ウォーターポンプ１３が配設される。ここで、ラジエータはシリンダヘッド後側ニップル（流出管）２６と、上パイプ１４が接続され、下パイプ１５とシリンダブロック前側のサーモスタット１２に設けられたフィッチング（蓋状ジョイント）部に接続される。サーモスタット１２はシリンダブロック２の左側面に装着され、ウォーターポンプ１３はチェーンケース５前側に装着される。

シリンダブロック２はそのエンジン長手方向Ｘに所定間隔で複数の縦向き（上下方向Ｚ）のシリンダＳを配備し、その複数シリンダＳの回りを連続してブロック側ウォータージャケット１６で覆い、更にその外側を前後左右の縦向きの外壁１７で連続して覆い、更に４つのシリンダＳと前後左右の縦向きの外壁１７の各上下端を重合壁部１８と結合壁１９で連結し、それらによってブロック側ウォータージャケット１６を閉鎖空間状に形成している。なお、シリンダブロック２は結合壁１９より更に下方にスカート部１７１を延出形成し、その下方口をオイルパンに４よって閉鎖することでクランク室を形成している。

ここでシリンダブロック２の一側前面側（図３で下側の壁）は端部内壁１７ｆとして形成され、端部内壁１７ｆの左右端より延出部１７ｇが突出し形成され、その延出端のフランジ部がチェーンケース５側の接続フランジ５０１に重なり、相互に不図示のボルトで締結処理されている。
このような端部内壁１７ｆとシリンダブロック２の後側（図１、図４で手前側、図２で左側）には冷却水循環系Ｒのウォーターポンプ１３とサーモスタット１２が相互に接近して配備される。

図２、３、４に示すように、サーモスタット１２は左外壁部１７ｂよりサーモスタット１２の筒状基部２１を突出し形成し、同筒状基部２１の環状先端部に密に一体的に蓋状ジョイント部２２を接合して外殻部を形成し、その外殻内に第１、第２流入室２３、２４を形成している。しかも、第１、第２流入室２３、２４を交互に開閉し、感温部１０を挟んで互いに一体結合される弁体３０を備える。この感温部１０は冷却水温度を感知することで冷却水を選択的に流入室２３に導き、エンジンに流入する冷却水温度をコントロールする。

図１、２に示すように、第１流入室２３はシリンダヘッド３の後述の流出管２６からヒータ５０を通り、短絡路２７を介し連結される。第２流入室２４は同じく流出管２６の突出し端に上パイプ１４、ラジエータ９、下パイプ１５からなる冷却路２８を介し連結される。
図３、図４に示すように、流入室２３、２４は筒状基部２１及び左外壁部１７ｂより突出す突出し壁部２９を貫通し後述のポンプ室１３１に連通する吸入路３２に連通する。

図３、図４に示すように、突出し壁部２９はその基端側が左外壁部１７ｂ及び一方の延出部１７ｇに重なりシリンダ横幅方向Ｙに突出し、特に、一側（図３で下方）と対向する一側対向面Ｆは左右の延出部１７ｇと連続する面を形成し、この一側対向面Ｆにチェーンケース５のケース接合面ｆｃが密に当接可能に形成されている。

チェーンケース５は概略上下に連続する前壁５０１、左右側壁５０２、を有し、平面視で凹状断面をなし、一側対向面Ｆへの接合時に中央にチェーン収容室３３を確保できるように形成される。しかも、突出し壁部２９との対向部分には肉厚膨出部３４が一体的に連続形成され、この部位にウォーターポンプ１３が配設される。

ウォーターポンプ１３は肉厚膨出部３４のケース前面側に設置され、吸入路３２に連通するポンプ室１３１と、同室１３１に収容する不図示のインペラと、同インペラの回転軸が連結され肉厚膨出部３４の外壁側に固着されるポンプ駆動側連結部１３３と、ポンプ室１３１の上端側より延出するケース側吐出路１３２とを備える。ケース側吐出路１３２の先端は突出し壁部２９側に形成される延出路３５に連通するように形成されている。

図３、図４に示すように、延出路（主通路）３５は突出し壁部２９の基端部の内部に形成される横向き部３５１とこれに続き左外壁部（区画壁）１７ｂの肉厚部分内にブロック側ウォータージャケット１６とは分離して形成される縦向き部３５２とを備える。縦向き部３５２は、シリンダブロック２のチェーンケース５が装着される最前端側のボルト穴Ａの近傍に設けられており、ボルト穴Ａの外壁とシリンダブロック２の長手方向に延びる外壁１７及び後壁部１７ｂにより囲まれて構成される。

縦向き部３５２の上端は左外壁部１７ｂの上壁に凹設される掘割部ｈに連通する。掘割部ｈはシリンダヘッド３の重合壁部（低壁）３７と重なることで流路を形成している。この内、縦向き部３５２との対向部は重合壁部３７に形成された貫通口４０を介しヘッド側ウォータージャケット３６に連通し、第１分岐路ｒ１を形成する。更に、掘割部ｈの内、縦向き部３５２との対向部よりブロック側ウォータージャケット１６に達する部分は重合壁部３７と重なることで第１分岐路ｒ１と分岐して延びる第２分岐路ｒ２を形成され、開口（分岐部）ｍを介しブロック側ウォータージャケット１６に連通する。

このように、左外壁部１７ｂの重合壁部１８にシリンダヘッド側の重合壁部３７（低壁）が重なることで、左外壁部１７ｂの肉厚部分内には上向きに冷却水を流す延出路（主通路）３５とその先端より分岐し、ヘッド側ウォータージャケット３６に連通する第１分岐路ｒ１とブロック側ウォータージャケット１６に連通する第２分岐路ｒ２とが延出形成される。

図５、６に示すように、左外壁部１７ｂと重合壁部３７が重なることで形成される開口ｍは縦向き部３５２と近似した横幅Ｌ１と、重合壁部３７との対向幅である縦幅Ｌ２とを備え、略矩形に形成される。特に、図５に示すように、開口ｍの下縁部ｍ１は比較的薄い板状下縁部として形成されており、これによって下縁部ｍ１の重合壁部３７との間の対向隙間Ｌ２を比較的容易に増減調整できる。

なお、重合壁部３７が重なる掘割部ｈ、開口ｍ、第１第２分岐路ｒ１、ｒ２等がブロック側ウォータージャケット１６とヘッド側ウォータージャケット３６とへウォーターポンプ１３の吐出冷却水分岐する分岐部を形成している。

ここで、開口ｍの開口面積（流路面積）によって第２分岐路ｒ２の流量を規制でき、即ち、ブロック側ウォータージャケット１６とヘッド側ウォータージャケット３６とへの各冷却水流入比率を増減調整できる。
例えば、開口ｍの下縁部ｍ１の重合壁部３７との間の対向隙間を２点鎖線で示すように狭めて縦幅Ｌ２’として形成すると、ブロック側ウォータージャケット１６への冷却水流量を低減させることとなる。これによって、ヘッド側ウォータージャケット３６への冷却水流量を増量させ、ヘッド側ウォータージャケット３６の冷却効率を高め、ブロック側ウォータージャケット１６の冷却効率を抑制することが可能となる。

シリンダヘッド３の重合壁部３７はガスケット３８を介して重合壁部１８（上壁）に重ねられる。重合壁部３７の周縁からは縦向きに延出する環状の外壁３９が連続形成され、その外壁３９の内側壁部に不規則に一体接合される中間壁４１（図４参照）とを備え、中間壁４１と重合壁部３７の上下間にヘッド側ウォータージャケット３６を形成する。ヘッド側ウォータージャケット３６は不図示の動弁系、点火系の部材と干渉しない状態で形成される。図７に示すように、シリンダヘッド３の重合壁部３７は各シリンダＳとの対向部に凹状壁３７１を形成され、凹状壁３７１には給排気弁（不図示）のポートｐ１や点火プラグ（不図示）の取付孔ｐ２が形成される。

ヘッド側ウォータージャケット３６はエンジン長手方向Ｘに連続する冷却水通路を形成するもので、その重合壁部３７の一側端側に貫通口４０（図１、７参照）が形成される。貫通口４０は重合壁部１８との重合時に、第１分岐路ｒ１に連通し、ウォーターポンプ１３の吐出する冷却水を延出路３５を介して導入される。更に、シリンダヘッド３の重合壁部３７の他端側（図１、２で右側）近傍にはブロック側ウォータージャケット１６の上端開口側よりヘッド側ウォータージャケット３６に冷却水を流動させる流出口４２が形成される。これによって、ブロック側ウォータージャケット１６内をエンジン長手方向Ｘに流動した冷却水をヘッド側ウォータージャケット３６に導き、シリンダヘッドの他側（図１、２で右側）の外壁３９に形成された流出管２６より外部に流出させることができる。

図１、２に示すように、シリンダヘッド３の他側（図１、２で右側）に設けた流出管２６はその端部を上パイプ１４を介しラジエータ９に連通させ、別流出管（ヒータパイプ）２７を介しサーモスタット１２の第１流入室２３に連通する。

このような構成のエンジンの冷却装置の作動を説明する。
ウォーターポンプ１３が吸入路３２から吸入した冷却水はケース側吐出路１３２、延出路３５を経てから分岐され、第１分岐路ｒ１を経てヘッド側ウォータージャケット３６に、第２分岐路ｒ２を経てブロック側ウォータージャケット１６に流入する。

ヘッド側ウォータージャケット３６に達し、各シリンダの吸排ポートや点火系の触火面近傍を順次冷却した冷却水流ｎ１は流出管２６に向かう。ブロック側ウォータージャケット１６に分流された冷却水流ｎ２は各シリンダＳの外周域を冷却してエンジン長手方向Ｘに流動し、他側のシリンダＳの外周域を冷却後、流出口４２よりヘッド側ウォータージャケット３６に達し、流出管２６、５１に向かう。流出管２６の流路断面は、流出管５１より大きく設定されている。

この時、冷却水温度が比較的低い暖機時等にあると、サーモスタット１２がヒートパイプ２７を開き冷却路２８を閉じることより、流出管５１からの冷却水はヒータ５０を通りウォーターポンプ１３に戻される。冷却水温度が比較的高い暖機済み時等にあると、冷却路２８を開くことより、流出管２６からの冷却水はラジエータ９で放熱されてからウォーターポンプ１３に戻される。

このような冷却装置では、開口ｍの流路面積の大きさに応じて、ヘッド側ウォータージャケット３６とブロック側ウォータージャケット１６とを流動する冷却水流量の流量比率が規定される。
例えば、本装置が過給機を装着しない標準型エンジンである場合には、図６に２点鎖線で示すように、開口ｍの下縁部ｍ１が縦幅Ｌ２’に形成される。この場合、比較的シリンダブロックの冷却水量を抑えて冷却比率を抑え、シリンダブロックの過冷を防止し、しかも、シリンダヘッドの冷却促進により吸気の吸入効率を高めることのできる冷却装置を提供できる。

一方、本装置が過給機を装着したターボエンジンである場合には、図６に実線で示すように、開口ｍの下縁部ｍ１が縦幅Ｌ２に形成される。この場合、開口ｍの流路断面積（断面積）増加によって、シリンダブロックの冷却水量を増量して冷却比率を高め、シリンダブロックの高温化を防止できる冷却装置を提供できる。
このようにエンジン１の特性が異なり、冷却特性が異なる場合であっても、その冷却特性が開口ｍの下縁部ｍ１の縦幅Ｌ２を増減調整するのみで、標準エンジンの冷却装置としてもターボエンジンの冷却装置としても適確に冷却作動できるようにできる。このため、簡素な構成でコスト増を招くことなく冷却特性が異なる複数のエンジンに本発明の冷却装置を容易に適用できる。

更に、開口ｍ、第１第２分岐路ｒ１、ｒ２等からなる分岐部の構成を簡素化でき、シリンダブロックの外壁１７内へ取り付けでき、分岐部構成装着のためのスペース確保の容易化を図れる。しかも、ヘッド側ウォータージャケット３６とブロック側ウォータージャケット１６との冷却水の流量比は開口ｍの面積を増減調整するのみで行え、簡素な構成を採れ、コスト増を防げる。
更に、開口ｍはシリンダブロック２の後外壁１７ｂに掘割部ｈとして形成された部位の一部をなすので、加工にて変更することも可能である。
このため、対向隙間Ｌ２を比較的容易に増減調整でき、容易にヘッド側ウォータージャケット３６とブロック側ウォータージャケット１６との冷却水の流量比を増減調整でき、シリンダブロック２とシリンダヘッド３を適正流量の冷却水で冷却できる。

上記実施形態では、図１のエンジンの冷却装置において、重合壁部１８に重合壁部３７が重なることで、掘割部ｈが第２分岐路ｒ２を形成し、開口ｍを形成していたが、これに代えて、重合壁部３７とは対向しない、即ち、後外壁部１７ｂの重合壁部１８内を貫通する第２分岐路ｒ２を縦向き部３５２に連通する第１分岐路ｒ１と分岐して形成しても良く、この場合も図１のエンジンの冷却装置とほぼ同様の作用効果が得られる。

また、下縁部ｍ１がシリンダブロックの上側にほぼ平行に形成されているが、右斜め、または左斜めに傾斜させて形成してもよい。この場合、主通路から分流してウォータージャケットへ流れる冷却水の流れを更に、ウォータージャケット内で左右に分かれて流れる冷却水の流量を変更することができる。
上述のところにおいて図１のエンジンの冷却装置では、電動ウォーターポンプ１３を用いていたが、クランク回転を受けて駆動するウォーターポンプを用いても良く、この場合も図１のエンジンの冷却装置とほぼ同様の作用効果が得られる。

上述のところにおいて、本発明のエンジンの冷却装置はガソリンエンジンに適用の場合を示したが、ディーゼルエンジンにも本発明を同様に適用できる。

本発明の一実施形態としてのエンジンの冷却装置の適用されたエンジンの概略側面図である。 図１のエンジンの概略平面図である。 図１のエンジンのシリンダブロックの要部切欠平面図である。 図１のエンジンの要部拡大切欠側面図である。 図１のエンジンのシリンダブロックの開口近傍の拡大切欠斜視図である。 図１のエンジンのシリンダブロックの開口近傍の拡大切欠正面図である。 図１のエンジンのシリンダブロック及びシリンダヘッドの分解斜視図である。

符号の説明

１ エンジン
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
１３ ウォータホンプ
１３２ 吐出路
１６ ブロック側ウォータージャケット
１７ 外壁
１７ｂ エンジンの左外壁（区画壁）
３２ ウォーターポンプの吸入路
３５ 延出路（主通路）
３６ ヘッド側ウォータージャケット
３７ 重合壁部
ｍ 開口（分岐部）
ｒ１ 第１分岐路
ｒ２ 第２分岐路
Ｒ 冷却水循環系
Ｘ エンジン長手方向
Ｙ エンジン横幅方向

Claims (3)

1. シリンダブロックの端部に設けられたウォーターポンプからの冷却水を該シリンダブックとシリンダヘッドとへ分流するエンジン冷却装置において、
   上記ウォーターポンプから吐出された冷却水が流入し上記シリンダブロックから上記シリンダヘッドヘ冷却水を導く主通路と、
   上記シリンダブロックに形成された複数のシリンダの外層に沿って形成されたウォータージャケットと、
   上記シリンダブロックに設けられ上記主通路の縦向き部と上記ウォータージャケットとを区画する区画壁と、
   上記区画壁が上記シリンダブロックの上面から下方に切り欠かれ、上記主通路内を流れる冷却水の一部を上記ウォータージャケット側へ導く分岐部とから構成されたことを特徴とするエンジン冷却装置。
2. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   上記シリンダブロックの上部に形成され、上記シリシダヘッドを上記シリンダブロックに固定させるためのヘッドボルトが挿通可能な複数のボルト穴を有し、
   上記主通路の縦向き部は、上記シリンダブロックのチェーンケースが設けられる最前端に位置する上記ボルト穴の近傍に形成されたことを特徴とするエンジン冷却装置。
3. 請求項２記載のエンジンの冷却装置において、
   上記主通路の縦向き部は少なくとも上記ボルト穴を形成する円弧状の外壁、上記シリンダブロックの長手方向に延びる外壁、並びに上記区画壁とから形成されていることを特徴とするエンジン冷却装置。

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