JP5880471B2

JP5880471B2 - 多気筒エンジンの冷却装置

Info

Publication number: JP5880471B2
Application number: JP2013031898A
Authority: JP
Inventors: 大典松本; 大介田畑; 雅博内藤
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: US20150377114A1; DE112014000931B4; JP2014163223A; US9777615B2; CN104641092A; WO2014129145A1; CN104641092B; DE112014000931T5

Description

本発明は、自動車等の多気筒エンジンの冷却装置に関し、特にシリンダヘッド及びシリンダブロックを冷却液により冷却するエンジンの技術分野に属する。

従来、自動車等において、燃費性能や排気浄化性能の向上のため、エンジンの冷間時にエンジンを早期に暖機する技術が採用されている。

例えば、特許文献１には、エンジン冷間時に、シリンダブロックへの冷却液の流れを遮断する一方、シリンダヘッドへは気筒列の一端側から他端側へ少量の冷却液を流し、冷却液の温度上昇に伴って、シリンダブロックへ気筒列の一端側から他端側へ冷却液を流し、シリンダヘッドへの循環させる冷却液の流量を増やすことで、暖機の早期完了を図る技術が開示されている。

ところで、エンジン実働時は排気ガスによって、シリンダブロックのシリンダヘッド側の方がその反対側よりも、また、シリンダブロックの排気側の方が吸気側よりも温度が上がり、各シリンダの上下方向及び吸気側と排気側で温度差が生じやすい。また、シリンダブロックの気筒列の一端側から他端側へ冷却液を流す場合、流路の上流側から下流側へ流れるに従って冷却液の温度が上昇するため、一端側のシリンダよりも他端側のシリンダの方が高温になり、各シリンダ間で温度差が生じやすい。

ここで、各シリンダの上下方向及び吸気側と排気側での温度差によって、各シリンダ内で温度分布が不均一になると、熱変形によってシリンダボアの真円度が悪くなるため、シリンダボアにおけるピストンリングの摺動に伴う摺動抵抗が大きくなることにより、エンジンの燃費性能が悪くなる。さらには、広がったピストンとシリンダの間隙から、混合気がクランクケース等に大量に漏れ出してエンジンオイルの劣化や金属の腐食を進めたり、潤滑オイルが燃焼室内に流れ込んでオイル消費量が増大する等の不具合を招くおそれもある。

また、各シリンダ間での温度差によって、エンジン全体として熱歪みが生じて、前述のように各シリンダボアの真円度が悪くなり、または、吸気系による吸気充填の均一性が低くなることで、燃費性能が悪化するおそれがある。

これら温度差がさらに大きくなると、アルミニウム合金製のシリンダブロックの場合、２００℃を超える部分では材料強度が劣化することが懸念される。また、シリンダの高温領域でノッキングが発生するおそれもある。したがって、各シリンダ内及び各シリンダ間で温度差ができるだけ小さい方が望ましい。

しかし、この従来技術では、シリンダブロックの冷却に関しては、ウォータジャケットの気筒列の一端側から他端側へ冷却液を流すことしか開示されておらず、各シリンダの上下方向及び排気側と吸気側の温度差と、各シリンダ間での温度差を十分に抑制できないという問題があった。

また、特許文献２には、シリンダブロックのウォータジャケット内にスペーサを配置し、冷却液を上部流路と下部流路に分けて流し、ウォータジャケットの上部流路における冷却液の流量及び流速を増加させて、気筒列の一端側から他端側に流れた後、一端側に戻るようにＵターン状に流すことで、シリンダの上下方向の温度差を抑制する技術が開示されている。

しかし、この従来技術では、各シリンダの排気側と吸気側の温度差及び各シリンダ間の温度差を十分に抑制できないため、シリンダ全体としての温度分布は不均一になるという問題があった。

特開２０１０−１６３９２０号公報特許第４８４５６２０号

そこで、本発明は、多気筒エンジンを構成するシリンダブロックにおける各シリンダの上下方向の温度差、各シリンダの排気側と吸気側の温度差及び各シリンダ間の温度差を抑制して、シリンダ全体を均一な温度分布にすることを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る多気筒エンジンの冷却装置は、次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に係る発明は、
直列に配置された複数の気筒のシリンダボアを囲むようにシリンダブロックに設けられたウォータジャケットと、シリンダヘッドに設けられたウォータジャケットとを有し、ウォータポンプにより、これらウォータジャケットとラジエータとを経由させて冷却液を循環させる冷却液経路が備えられた多気筒エンジンの冷却装置であって、
前記シリンダブロックは、
気筒列の一端側に設けられ、前記シリンダブロックのウォータジャケットへ冷却液を導入する導入部と、
前記導入部の近傍に設けられ、前記導入部から導入された冷却液が前記シリンダブロックのウォータジャケットの吸気側部分へ流れるのを制限する絞り部と、
吸気側における気筒列の中央部に設けられ、前記シリンダブロックのウォータジャケットから冷却液を排出する排出部と
有し、
前記シリンダブロックのウォータジャケットの排気側部分は、シリンダ軸方向の上側の方が下側よりも流路断面積が大きくなるように形成されている
ことを特徴とする。

また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、
前記シリンダブロックのウォータジャケット内に、その内壁部及び外壁部との間に間隔を設けてスペーサが配設され、
前記絞り部は、前記スペーサの外周に形成され、
前記スペーサの排気側部分は、シリンダ軸方向の上側の方が下側よりも前記スペーサと前記外壁部の間隔が広くなるように形成されている
ことを特徴とする。

なお、一般にシリンダブロックのウォータジャケットはシリンダブロック上面に環状に形成された凹溝として構成されているが、この凹溝を形成する壁面のうち、外側にある側壁を外壁部、内側にある側壁を内壁部とする。

また、本願の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る発明において、
前記シリンダヘッドは、
気筒列の他端側に設けられ、前記シリンダヘッドのウォータジャケットから冷却液を排出する排出部を有し、
前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドのウォータジャケットは互いに連通路を介して接続され、
前記冷却液経路は、
前記ラジエータを迂回し、前記シリンダヘッドに設けられた排出部と前記導入部とを連結する第１経路と、
前記ラジエータを迂回し、冷却液の流量を制御する第１制御弁を介して前記シリンダヘッドに設けられた排出部と前記導入部とを連結する第２経路と、
前記ラジエータを迂回し、冷却液の流量を制御する第２制御弁を介して前記シリンダブロックに設けられた排出部と前記導入部とを連結する第３経路と、
冷却液の流量を制御する第３制御弁と前記ラジエータを介して前記シリンダヘッドに設けられた排出部と前記導入部とを連結する第４経路と
を有し、
暖機運転時は前記第１乃至第３制御弁を閉弁し、エンジン温度の上昇に伴って前記第１乃至第３制御弁を順次開弁する冷却回路制御部を備える
ことを特徴とする。

さらに、本願の請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、
前記第２経路は、空調用ヒータコアまたはＥＧＲクーラの少なくとも一方を経由している
ことを特徴とする。

さらに、本願の請求項５に係る発明は、請求項３に係る発明において、
前記第３経路は、エンジンオイルクーラまたは自動変速機のオイル熱交換器の少なくとも一方を経由している
ことを特徴とする。

以上の構成により、本願の各請求項に係る発明によれば、次の効果が得られる。

請求項１に係る発明によれば、シリンダブロックのウォータジャケットの排気側部分におけるシリンダ軸方向の上側（シリンダヘッド側）は下側よりも流路断面積が大きくなるように形成されているため、エンジン実働時に排気ガスによって特に温度が上がりやすいシリンダブロックの排気側上部について、排気側下部よりさらに冷却することができる。そのため、各シリンダの上下方向の温度差が抑制される。

また、導入部の近傍に設けられた絞り部によって、導入部から導入された冷却液がシリンダブロックのウォータジャケットの吸気側部分へ流れるのを制限しているため、排気側部分に冷却水をより多く流すことで吸気側よりも温度が上がりやすい排気側のシリンダブロックをより冷却でき、各シリンダの吸気側と排気側の温度差が抑制される。

さらに、シリンダブロックのウォータジャケットへ冷却液を導入する導入部が気筒列の一端側に設けられ、導入部から導入された冷却液がシリンダブロックのウォータジャケットの吸気側部分へ流れるのを制限する絞り部が導入部の近傍に設けられ、シリンダブロックのウォータジャケットから冷却液を排出する排出部が吸気側における気筒列の中央部に設けられているため、気筒列の一端側から導入された冷却液は、排気側から気筒列の他端側を介して吸気側へ流れ、吸気側の気筒列の中央から排出されることとなる。

ここで、冷却液はシリンダの熱を吸収しながら徐々にその温度が上がるため、気筒列の一端側のシリンダは、比較的低温の冷却液によって排気側が冷却されるのに対して、吸気側は絞り部によって冷却液がほとんど流れず冷却されないが、気筒列の他端側のシリンダは、比較的高温の冷却液によって排気側及び吸気側が冷却される。したがって、各シリンダの排気側と吸気側の冷却を平均して比較すれば、気筒列の一端側のシリンダと他端側のシリンダはおおよそ同等に冷却されるため、各シリンダ間の温度差が抑制されることとなる。

以上により、請求項１に係る発明によれば、各シリンダの上下方向の温度差、各シリンダの排気側と吸気側の温度差及び各シリンダ間の温度差を抑制して、シリンダ全体の温度分布を均一にできる。

請求項２に係る発明によれば、シリンダブロックのウォータジャケット内には、その内壁部及び外壁部との間に間隔を設けてスペーサが配設されているため、導入部より導入される冷却液によりシリンダが直接冷却されて局所的に低温になるのを抑制することができる。

また、スペーサの排気側部分は、シリンダ軸方向の上側の方が下側よりもスペーサと外壁部の間隔が広くなるように形成されているため、当該構成でも、請求項１に係る発明の効果で述べたような、各シリンダの上下方向の温度差を低減する効果を実現できる。

さらに、絞り部はスペーサの外周に設けられているため、スペーサと共に絞り部を容易に一体形成できる。

請求項３に係る発明によれば、シリンダヘッドは、気筒列の他端側に設けられ、シリンダヘッドのウォータジャケットから冷却液を排出する排出部を有し、シリンダブロックとシリンダヘッドのウォータジャケットは互いに連通路を介して接続されているため、暖機運転時に冷却回路制御部によって第１乃至第３制御弁を閉弁すると、ヘッド側排出部と導入部とを連結する第１経路のみに冷却液が循環するが、このとき冷却液はシリンダブロックのウォータジャケットにはほとんど流れないため、シリンダブロックの温度が徐々に上昇する。したがって、エンジンの暖機を促進できる。

また、冷却回路制御部によってエンジン温度の上昇に伴って第１乃至第３制御弁を順次開弁している。この際に、第１制御弁を開弁すると第２経路にも冷却液が循環するが、この第２経路はラジエータ及びシリンダブロックを経由していないため、引き続きエンジンの暖機が促進される。次に、第２制御弁を開弁すると第３経路にも冷却液が循環し、この第３経路はシリンダブロックに接続されているため、シリンダブロックもある程度冷却されるが、ラジエータを迂回しているため、エンジンの暖機が進む。さらに、第３制御弁を開弁すると、第４経路にも冷却液が循環し、この第４経路はラジエータに接続されているため、このラジエータによって冷却液の温度が下がり、暖機後のエンジンを所定温度に保つことができる。したがって、エンジン温度に応じて各シリンダ及びシリンダヘッドを適正に冷却できる。

請求項４に係る発明によれば、暖機途中で第１制御弁を開弁して空調用ヒータコアまたはＥＧＲクーラを経由している第２経路にも冷却液を循環させるため、暖機途中から暖房性能を確保でき、また、ＥＧＲクーラを適正に冷却できる。

請求項５に係る発明によれば、暖機途中で第３制御弁を開弁してエンジンオイルクーラまたは自動変速機のオイル熱交換器を経由している第３経路にも冷却液を循環させるため、エンジンオイルを冷却でき、また、変速機オイルを適正に加熱して、粘度の早期低下により、摺動抵抗が早期に低減して燃費が向上する。

本発明の一実施形態の冷却装置の概略構成を示すブロック図である。同冷却装置のシリンダブロックの分解斜視図である。同シリンダブロックの平面図である。同シリンダブロックの第２気筒における垂直断面図である。同シリンダブロックの第４気筒における垂直断面図である。同シリンダブロックの斜視図である。スペーサの吸気側の斜視図である。同スペーサの排気側の斜視図である。同スペーサの平面図である。同スペーサの排気側の正面図である。同スペーサの吸気側の背面図である。同スペーサの傾斜部側の側面図である。同スペーサの案内部側の側面図である。同冷却装置の冷却回路制御部による制御方法を示すフローチャートである。同冷却装置によるエンジン温度に応じた冷却方法を示すブロック図である。

以下、本発明に係る多気筒エンジンの冷却装置の実施形態について、図１から図１５を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの冷却装置１の概略構成を示している。多気筒エンジン２（以下、単に「エンジン」という）は、４つのシリンダがクランク軸方向に直列に配設され、吸気系と排気系とが互いにシリンダヘッド４の反対側に配置された所謂クロスフロー型の直列４気筒ディーゼルエンジンである。当該エンジン２は、車両前部に設けられたエンジンルーム（図示しない）内に、気筒列が車幅方向を向き、その排気系が車両前後方向における後方側に位置し、各気筒のシリンダ軸が上下方向を向くように搭載されている。

エンジン２は、シリンダブロック３と、このシリンダブロック３の上側に設けられたシリンダヘッド４で主に構成されている。

なお、図１では、シリンダブロック３は上方から見たもの、シリンダヘッド４は下方から見たものとして記載しているため、シリンダブロック３とシリンダヘッド４の吸気側（「ＩＮ」と図示）及び排気側（「ＥＸ」と図示）の位置関係が逆になっている。

シリンダブロック３には、後述するブロック側ウォータジャケット３３、導入孔３６及びブロック側排出孔３７が設けられ、シリンダヘッド４には、後述するヘッド側ウォータジャケット６１及びヘッド側排出孔６２が設けられている。そして、導入孔３６からブロック側ウォータジャケット３３内に導入された冷却水Ｗはブロック側排出孔３７から排出され、導入孔３６からヘッド側ウォータジャケット６１内に導入された冷却水Ｗはヘッド側排出孔６２から排出される。

また、この導入孔３６には、これらブロック側ウォータジャケット３３、６１内に冷却水Ｗを供給するためのウォータポンプ５が設けられている。なお、このウォータポンプ５は、エンジン２の回転によって受動的に駆動されるポンプである。

当該冷却装置１は、これらブロック側ウォータジャケット３３、６１に適宜ラジエータ７等を経由して冷却水Ｗを循環させるための冷却液経路を備えており、該冷却液経路は第１〜４経路１１〜１４から構成され、これら第１〜４経路１１〜１４のいずれかに冷却水Ｗを循環させるための経路の切換は、冷却回路制御部１０１によってサーモスタット弁６ａ及び第１〜第３制御弁６ｂ〜６ｄで構成された冷却回路切換部６を制御することで行われる。次に、これら第１〜４経路１１〜１４について詳細に説明する。

図１に示すように、第１経路１１は、ヘッド側排出孔６２と導入孔３６とを連結している。この第１経路１１は、ラジエータ７を迂回する一方、冷却水Ｗの温度を測定する水温センサ１０２とサーモスタット弁６ａを順に経由している。なお、サーモスタット弁６ａは制御弁６ｂ〜６ｄが故障して冷却水Ｗの水温が所定値以上になると開く弁であり、このサーモスタット弁６ａによれば、正常時は第１経路１１のみに冷却水Ｗが循環し、異常時は後述する第２経路１２も冷却水Ｗが循環する状態になり、エンジン２を保護することができる。また、水温センサ１０２はヘッド側排出孔６２の近傍に設けられている。

第２経路１２は、ヘッド側排出孔６２と導入孔３６とを連結している。この第２経路１２は、ラジエータ７を迂回する一方、アイドリングストップ用ウォータポンプ２１、空調用ヒータコア２２、ＥＧＲクーラ２３及びＥＧＲバルブ２４、第１制御弁６ｂを順に経由している。なお、アイドリングストップ用ウォータポンプ２１は、アイドリング時にエンジン２を一時停止している際に空調用ヒータコア２２へ冷却水Ｗを流すためのポンプである。また、ＥＧＲクーラ２３とＥＧＲバルブ２４は互いに並列になるように第２経路１２を経由している。

第３経路１３は、排出孔３７と導入孔３６とを連結している。この第３経路１３は、ラジエータ７を迂回する一方、エンジンオイルクーラ２５、自動変速機のオイル熱交換器２６、第２制御弁６ｃを順に経由している。なお、エンジンオイルクーラ２５は、ブロック側排出孔３７に設けられている。

第４経路１４は、ヘッド側排出孔６２と導入孔３６とを連結している。この第４経路１４は、温度センサ１０２、ラジエータ７、第３制御弁６ｄを順に経由している。

冷却回路制御部１０１は、ＥＣＵ１００内に設けられた制御部の一つである。この冷却回路制御部１０１は、冷却水Ｗの温度を検知する水温センサ１０２、エンジン回転数センサ１０３及び燃料噴射量センサ１０４、エンジン回転数と燃料噴射量とにより判定されるエンジン２の負荷状態に基づいてエンジン２のヘッド燃焼室壁面温度Ｔを予測し、予測されたヘッド燃焼室壁面温度Ｔに応じて第１乃至第３制御弁６ｂ〜６ｄを制御する。

図２と図３はそれぞれ、シリンダブロック３の分解斜視図と平面図である。シリンダブロック３は、シリンダブロック本体３０とスペーサ４０から主に構成されている。なお、ガスケット５０はシリンダブロック３の構成ではないが、説明の便宜上、図２に記載している。

シリンダブロック本体３０は、直列に配置された第１〜第４気筒＃１〜＃４のシリンダボア３２が、そのシリンダ軸が上下方向を向くように設けられている。図２及び図３に示すように、シリンダブロック本体３０の上面３１には、これら４つのシリンダボア３２を囲むような環状の凹溝であるブロック側ウォータジャケット３３が設けられている。このブロック側ウォータジャケット３３は、シリンダブロック３の排気側を通る排気側流路３４とシリンダブロック３の吸気側を通る吸気側流路３５とから構成されている。

なお、本実施形態の説明では、シリンダブロック３を吸気側から見て左から右に第１気筒＃１から第４気筒＃４が順に並んでおり、これら気筒＃１〜＃４が並ぶ気筒列において、第１気筒＃１がある側を「一端側」、第４気筒のある側を「他端側」と呼ぶこととする。

また、凹溝であるブロック側ウォータジャケット３３の排気側流路３４と吸気側流路３５を形成する壁面のうち、内側にある側壁をそれぞれ内壁部３４ａ、３５ａ、外側にある側壁をそれぞれ外壁部３４ｂ、３５ｂとする。

また、シリンダブロック本体３０は、気筒列の一端側に設けられ、ブロック側ウォータジャケット３３へ冷却水Ｗを導入する導入孔３６と、吸気側における気筒列の中央部に設けられ、ブロック側ウォータジャケット３３から冷却水Ｗを排出する排出孔３７が設けられている。

さらに、シリンダブロック本体３０には、シリンダブロック３とシリンダヘッド４をガスケット５０を介して互いに結合するための複数のヘッドボルトが螺合可能なねじ穴３８…３８が設けられている。

ガスケット５０は、複数の金属板を重ね合わせて複数箇所をカシメにより一体化した金属シートガスケットであり、その全体の形状がシリンダブロック本体３０の上面３１に対応する形状とされている。

このガスケット５０には、図２に示すように、シリンダブロック本体３０のシリンダボア３２に対応する位置に円孔５１…５１と、ねじ穴３８…３８に対応する位置に上述のヘッドボルトの挿通穴５４…５４が設けられている。

また、ガスケット５０には、ブロック側ウォータジャケット３３とヘッド側ウォータジャケット６１（図示しない）とを互いに連通させる複数の第１連通孔５２…５２と第２連通孔５３…５３が設けられている。この第１連通孔５２…５２は、ガスケット５０の気筒列の一端側に設けられ、第２連通孔５３…５３は、排気側と吸気側にそれぞれ設けられている。

シリンダブロック３とシリンダヘッド４を結合した際に、このガスケット５０の有する弾性反発力によって、円孔５１…５１の周囲と挿通穴５４…５４の周囲をシールし、各気筒＃１〜＃４の燃焼室からの燃焼ガスの漏出や、ブロック側ウォータジャケット３３、６１からの冷却水Ｗの漏出等を防止する。

なお、図示していないが、シリンダヘッド４は、その気筒列の他端側に、ヘッド側ウォータジャケット６１から冷却水Ｗを排出するヘッド側排出孔６２が設けられている。

図４と図５はそれぞれ、シリンダブロック３の第２気筒＃２と第４気筒＃４における垂直断面図である。

図４、図５に示すように、ブロック側ウォータジャケット３３の内部に配設されたスペーサ４０は、その底部がブロック側ウォータジャケット３３の底面に接するように載置されると共に、ブロック側ウォータジャケット３３の内壁部３４ａ、３５ａ及び外壁部３４ｂ、３５ｂとの間に間隔を設けて配設されている。

ここで、スペーサ４０の内周面とブロック側ウォータジャケット３３の内壁部３４ａ、３５ａとの間の隙間は比較的狭く、スペーサ４０の外周面と外壁部３４ｂ、３５ｂとの間の隙間は比較的広くなっており、このスペーサ４０の外側の隙間が冷却水Ｗの流れる主な流路となっている。なお、単に「排気側流路３４」または「吸気側流路３５」という場合には、このスペーサ４０の外側の隙間を指すものとする。

また、図４、図５の左側に示すように、スペーサ４０に設けられた後述する段部４４より上側の方が下側よりも外壁部３４ｂとの隙間が広いため、排気側流路３４はシリンダ軸方向の上側の方が下側よりも流路断面積が大きくなっている。

図７から図１３を参照しながら、スペーサ４０の構造について説明する。なお、図７、図８はスペーサ４０単体を吸気側と排気側から見た斜視図であり、図９は上方から見た平面図であり、図１０、図１１は排気側と吸気側から見た正面図と背面図であり、図１２、図１３は導入部側とその反対側から見た側面図である。なお、これら図面には、スペーサ４０がブロック側ウォータジャケット３３の内部に配設される際の向きを示すＩＮ（吸気側）とＥＸ（排気側）の記号を付している。

スペーサ４０は、ブロック側ウォータジャケット３３の内部に間隔を設けて収納されるような板厚と、シリンダブロック３の上面３１から突出しないような高さを有し、シリンダ軸方向にほぼ平行に延在する平面視で環状の縦壁部４
１によって主に構成されている。

例えば図７、図９、図１２に示すように、一端側かつ吸気側の縦壁部４１には、その外周から外側へ突出するリブ状の絞り部４２が設けられている。この絞り部４２は、上側絞り部４２ａと下側絞り部４２ｂとから構成されており、上側絞り部４２ａは下側絞り部４２ｂよりも突出量が大きくなるように形成されている

また、例えば図７、図１２に示すように、一端側の縦壁部４１には、吸気側から排気側に向かって縦壁部４１の下端からシリンダ軸方向の中央まで登るように滑らかに傾斜したリブ状の傾斜部４３が設けられている。

例えば図８、図１１〜図１３に示すように、排気側の縦壁部４１におけるシリンダ軸方向の中央には、上述の傾斜部４３の上端部に連設する段部４４が形成されている。これによれば、スペーサ４０がブロック側ウォータジャケット３３の内部に配設された際に、段部４４の上側の方が下側よりもスペーサ４０と外壁部３４ｂの間隔が広くなる。

なお、例えば図７、図１０、図１３に示すように、縦壁部４１の他端側において排気側から吸気側まで回り込むように設けられ、上述の段部４４と連設され、排気側から吸気側に向かってシリンダヘッド側に更に登るように滑らかに傾斜したリブ状の案内部４５を設けても良い。

また、例えば図７、図１２に示すように、吸気側の縦壁部４１の下端に、その外周から外側へ突出するつば部４６を形成しても良い。

さらに、例えば図７、図１３に示すように、他端側の縦壁部４１の下端に、寒冷地用ヒータを挿入するための切り欠きである寒冷地用ヒータ挿入部４７を設けても良い。

スペーサ４０は、ブロック側ウォータジャケット３３の内部に配設されるため、シリンダブロック３内の高温に耐え得る耐熱性と、冷却水Ｗの水圧によって変形や破損が生じない程度の剛性を備えた樹脂で形成されている。この樹脂として、例えば、ポリアミド系熱可塑性樹脂（ＰＡ６６、ＰＰＡ等）、オレフィン系熱可塑性樹脂（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド系熱可塑性樹脂（ＰＰＳ）等の樹脂を１つまたは複数を組合せて選択可能であり、必要に応じてガラス繊維等を前述の樹脂に配合してもよい。この樹脂製のスペーサ４０は、射出成形機によって一体的に成形される。

次に、図６から図１３を参照しながら、スペーサ４０の作用について説明する。なお、これら図面には、スペーサ４０がブロック側ウォータジャケット３３の内部に配設された際の冷却水Ｗの流れを示す矢印を付している。

（１）まず、ウォータポンプ５によってシリンダブロック３の導入孔３６から冷却水Ｗがブロック側ウォータジャケット３３内に導入される。

この際に、図３〜図５に示すように、スペーサ４０はブロック側ウォータジャケット３３内に内壁部３４ａ、３５ａ及び外壁部３４ｂ、３５ｂとの間に間隔を設けて配設されているため、導入孔３６から導入された冷却水Ｗがブロック側ウォータジャケット３３の内壁部３５ａに直接当たって、その部分でシリンダが局所的に低温になるのを抑制することができる。

また、図７に示すように、導入孔３６から導入された冷却水Ｗは、導入孔３６の近傍の吸気側に設けられた絞り部４２によって吸気側流路３５への流れが制限されるため、大部分が排気側流路３４へ流れる。一方で、下側絞り部４２ｂは上側絞り部４２ａよりも突出量が小さいため、より広い下側絞り部４２ｂと外壁部３５ｂとの隙間を通った比較的少量の冷却水Ｗが吸気側流路３５に流れる。

したがって、吸気側流路３５よりも排気側流路３４により多くの冷却水Ｗが流れるため、吸気側よりも温度が上がりやすい排気側のシリンダブロック３をより冷却でき、各シリンダの吸気側と排気側の温度差を抑制することができる。

（２）次に、排気側流路３４へ流れた冷却水Ｗは、図６、図７、図１２に示すように、導入孔３６の近傍の排気側に設けられた傾斜部４３によって、シリンダヘッド４側へ指向されて流れる。

ここで、ブロック側ウォータジャケット３３とヘッド側ウォータジャケット６１は、ガスケット５０の一端側にある第１連通孔５２を介して互いに接続されているため、後述する冷却回路制御部１０１によって、エンジン冷間時に第１経路１１のみに冷却水Ｗが循環するように制御すると、シリンダヘッド４側へ指向された冷却水Ｗは、ブロック側ウォータジャケット３３の排気側流路３４には流れずに、第１連通孔５２を介してヘッド側ウォータジャケット６１内に流れる。

したがって、シリンダブロック３が冷却されずに温度が徐々に上昇してエンジン２の暖機が促進される。

（３）次に、傾斜部４３から排気側流路３４へ流れた冷却水Ｗは、図８、図１１に示すように、傾斜部４３の上端部に連設する段部４４によって、スペーサ４０と外壁部３４ｂとの間隔が広く、流路断面積がより大きい段部４４の上側の方に下側よりも多く流れる。

したがって、エンジン実働時に排気ガスによって特に温度が上がりやすいシリンダブロック３の排気側上部について、排気側下部よりさらに冷却することができるため、各シリンダの上下方向の温度差を抑制することができる。

（４）次に、排気側流路３４を流れた冷却水Ｗは、段部４４と連設され、縦壁部４１の他端側に設けられた案内部４５によって、排気側流路３４から吸気側流路３５に向かって流れるにつれて、シリンダヘッド側に指向される。

したがって、シリンダヘッド側に指向された冷却水Ｗは、ガスケット５０の吸気側に設けられた第２連通孔５３を介してヘッド側ウォータジャケット６１に流れやすいため、シリンダヘッド４をより積極的に冷却することができる。

（５）次に、第２連通孔５３を介してヘッド側ウォータジャケット６１に流れなかった冷却水Ｗは、吸気側流路３５を通って、シリンダブロック３の吸気側の気筒列の中央に設けられたブロック側排出孔３７から排出される。

導入孔３６からブロック側排出孔３７まで上述のように流れる間に、冷却水Ｗは各シリンダの熱を吸収しながら徐々に水温が上昇するので、第１気筒＃１は比較的低温の冷却水Ｗによって排気側が冷却されるのに対して、吸気側は絞り部４２によって冷却水Ｗがほとんど流れず冷却されないが、第４気筒＃４は、比較的高温になった冷却水Ｗによって排気側及び吸気側が冷却される。

したがって、各シリンダの排気側と吸気側の冷却を平均して比較すると、気筒列の両端にある第１気筒＃１と第４気筒＃４であっても、おおよそ同等に冷却されると言い得るため、各シリンダ間の温度差が抑制されることとなる。

以上により、各シリンダの上下方向の温度差、各シリンダの排気側と吸気側の温度差及び各シリンダ間の温度差を抑制することで、シリンダ全体の温度分布を均一にすることができる。

（６）一方で、下側絞り部４２ｂと外壁部３５ｂとの隙間を通って吸気側流路３５に流れた冷却水Ｗは、スペーサ４０の外周から外側へ突出するつば部４６が縦壁部４１の吸気側部分の下端に設けられているため、このつば部４６によってスペーサ４０の下端からスペーサ４０の内側に回り込むのが抑止され、シリンダの上下方向の温度差が拡大するのを防止できる。

（７）さらに、スペーサ４０に寒冷地用ヒータ挿入部４７が設けられている場合、縦壁部４１の寒冷地用ヒータ挿入部４７に寒冷地用ヒータを挿入することで、ブロック側ウォータジャケット３３内の冷却水Ｗの凍結を防止することができる。

（８）最後に、絞り部４２、傾斜部４３、段部４４、案内部４５及びつば部４６は、スペーサ４０の縦壁部４１の外周に設けられているため、スペーサ４０と共に容易に一体形成できる。

図１４は、冷却回路制御部１０１の制御方法を示すフローチャートであり、図１５は、エンジン温度に応じた冷却方法を示すブロック図である。図１４のフローチャートに従って、冷却回路制御部１０１による冷却装置１の制御方法について、図１５を参照しながら以下に説明する。

まず、エンジン冷間時は、全ての制御弁６ｂ〜６ｄが閉弁されている（ステップＳ１）。このとき、図１５（ａ）に示すように、第１経路１１に冷却水Ｗが循環される。なお、このときのシリンダヘッド４には、局所的な加熱を防止しながらエンジン２を暖機するため、比較的少量の冷却水Ｗが流される。

次に、ヘッド燃焼室壁温Ｔが所定の温度Ｔ_１（例えば１５０℃）以上であるか判定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２で、ヘッド燃焼室壁温Ｔが所定の温度Ｔ_１以上であると判定されると、第１制御弁６ｂを開弁する（ステップＳ３）。このとき、図１５（ｂ）に示すように、第１経路１１と第２経路１２に冷却水Ｗが循環される。

次に、ヘッド燃焼室壁温Ｔが所定の温度Ｔ_２（Ｔ_２＞Ｔ_１）以上であるか判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４で、ヘッド燃焼室壁温Ｔが所定の温度Ｔ_２以上であると判定されると、第２制御弁６ｃを開弁する（ステップＳ５）。このとき、図１５（ｃ）に示すように、第１経路から第３経路１１〜１３に冷却水Ｗが循環される。

次に、エンジン２の暖機が完了したか判定する（ステップＳ６）。なお、この判定は、ヘッド燃焼室壁温Ｔが所定の温度Ｔ_３（Ｔ_３＞Ｔ₂）以上であるか否かで行ってもよい。

最後に、ステップＳ６で、エンジン２の暖機が完了したと判定されると、第３制御弁６ｄを開弁する（ステップＳ７）。このとき、図１５（ｄ）に示すように、第１経路から第４経路１１〜１４の全てに冷却水Ｗが循環される。

以上により、暖機運転時に冷却回路制御部１０１によって第１乃至第３制御弁６ｂ〜６ｄを閉弁すると、ヘッド側排出孔６２と導入孔３６とを連結する第１経路１１のみに冷却水Ｗが循環するが、このとき冷却水Ｗはブロック側ウォータジャケット３３にはほとんど流れないため、シリンダブロック３の温度が徐々に上昇する。したがって、エンジン２の暖機を促進できる。

また、冷却回路制御部１０１によってエンジン温度の上昇に伴って第１乃至第３制御弁６ｂ〜６ｄを順次開弁している。この際に、第１制御弁６ｂを開弁すると第２経路１２にも冷却水Ｗが循環するが、この第２経路１２はラジエータ７を経由しないと共に、冷却水Ｗはブロック側ウォータジャケット３３にはほとんど流れないため、引き続きエンジン２の暖機が促進される。

次に、第２制御弁６ｃを開弁すると第３経路１３にも冷却水Ｗが循環し、この第３経路１３はシリンダブロック３に接続されているため、シリンダブロック３もある程度冷却されるが、ラジエータ７を迂回しているため、エンジン２の暖機が進む。

さらに、第３制御弁６ｄを開弁すると、第４経路１４にも冷却水Ｗが循環し、この第４経路１４はラジエータ７に接続されているため、このラジエータ７によって冷却水Ｗの温度を下げられ、暖機後のエンジン２を所定温度に保つことができる。

したがって、冷却回路制御部１０１によれば、暖機運転時は第１乃至第３制御弁６ｂ〜６ｄを閉弁し、エンジン温度の上昇に伴って第１乃至第３制御弁６ｂ〜６ｄを順次開弁することで、エンジン２の温度に応じて各シリンダ及びシリンダヘッド４を適正に冷却できる。

また、暖機途中で第１制御弁６ｂを開弁して空調用ヒータコア２２またはＥＧＲクーラ２３を経由している第２経路１２にも冷却水Ｗを循環させるため、暖機途中から暖房性能を確保でき、また、ＥＧＲクーラ２３を適正に冷却できる。

さらに、暖機途中で第３制御弁６ｄを開弁してエンジンオイルクーラ２５または自動変速機のオイル熱交換器２６を経由している第３経路１３にも冷却水Ｗを循環させるため、エンジンオイルを冷却できると共に、変速機オイルを適正に加熱して、粘度の早期低下により、摺動抵抗が早期に低減して燃費を向上させることができる。

なお、本発明は例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

例えば、本実施形態では、絞り部４２、傾斜部４３及び段部４４をスペーサ４０と一体に形成したが、スペーサ４０を設けずに、ブロック側ウォータジャケット３３の内部形状を工夫してこれらの機能を持たせることで、シリンダブロック３自体でこれらを形成しても良い。

また、本実施形態では、直列４気筒ディーゼルエンジンに適用したが、気筒数は複数あれば何気筒であっても良く、また、本発明は、ディーゼルエンジンに限るものでないため、ガソリンエンジンに適用しても良い。

以上のように、本発明によれば、自動車等の多気筒エンジンにおいて、シリンダ全体を均一に冷却できるので、この種のエンジンの製造産業分野において好適に利用される。

１冷却装置
２多気筒エンジン
３シリンダブロック
４シリンダヘッド
５ウォータポンプ
６ｂ第１制御弁
６ｃ第２制御弁
６ｄ第３制御弁
７ラジエータ
１１第１経路
１２第２経路
１３第３経路
１４第４経路
２２空調用ヒータコア
２３ＥＧＲクーラ
２５エンジンオイルクーラ
２６自動変速機のオイル熱交換器
３０シリンダブロック本体（シリンダブロック）
３２シリンダボア
３３ブロック側ウォータジャケット（シリンダブロックのウォータジャケット）
３４排気側流路（ウォータジャケットの排気側部分）
３５吸気側流路（ウォータジャケットの吸気側部分）
３４ａ、３５ａ内壁部
３４ｂ、３５ｂ外壁部
３６導入孔（導入部）
３７ブロック側排出孔（シリンダブロックの排出部）
４０スペーサ
４２絞り部
４２ａ上側絞り部
４２ｂ下側絞り部
５２第１連通孔（連通路）
６１ヘッド側ウォータジャケット（シリンダヘッドのウォータジャケット）
６２ヘッド側排出孔（シリンダヘッドの排出部）
１０１冷却回路制御部
Ｗ冷却水（冷却液）
＃１〜＃４気筒

Claims

直列に配置された複数の気筒のシリンダボアを囲むようにシリンダブロックに設けられたウォータジャケットと、シリンダヘッドに設けられたウォータジャケットとを有し、ウォータポンプにより、これらウォータジャケットとラジエータとを経由させて冷却液を循環させる冷却液経路が備えられた多気筒エンジンの冷却装置であって、
前記シリンダブロックは、
気筒列の一端側に設けられて、前記シリンダブロックのウォータジャケットへ冷却液を導入する導入部と、
前記導入部の近傍に設けられ、前記導入部から導入された冷却液が前記シリンダブロックのウォータジャケットの吸気側部分へ流れるのを制限する絞り部と、
吸気側における気筒列の中央部に設けられ、前記シリンダブロックのウォータジャケットから冷却液を排出する排出部と
有し、
前記シリンダブロックのウォータジャケットの排気側部分は、シリンダ軸方向の上側の方が下側よりも流路断面積が大きくなるように形成されている
ことを特徴とする多気筒エンジンの冷却装置。
前記シリンダブロックのウォータジャケット内に、その内壁部及び外壁部との間に間隔を設けてスペーサが配設され、
前記絞り部は、前記スペーサの外周に形成され、
前記スペーサの排気側部分は、シリンダ軸方向の上側の方が下側よりも前記スペーサと前記外壁部の間隔が広くなるように形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの冷却装置。
前記シリンダヘッドは、
気筒列の他端側に設けられ、前記シリンダヘッドのウォータジャケットから冷却液を排出する排出部を有し、
前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドのウォータジャケットは互いに連通路を介して接続され、
前記冷却液経路は、
前記ラジエータを迂回し、前記シリンダヘッドに設けられた排出部と前記導入部とを連結する第１経路と、
前記ラジエータを迂回し、冷却液の流量を制御する第１制御弁を介して前記シリンダヘッドに設けられた排出部と前記導入部とを連結する第２経路と、
前記ラジエータを迂回し、冷却液の流量を制御する第２制御弁を介して前記シリンダブロックに設けられた排出部と前記導入部とを連結する第３経路と、
冷却液の流量を制御する第３制御弁と前記ラジエータを介して前記シリンダヘッドに設けられた排出部と前記導入部とを連結する第４経路と
を有し、
暖機運転時は前記第１乃至第３制御弁を閉弁し、エンジン温度の上昇に伴って前記第１乃至第３制御弁を順次開弁する冷却回路制御部を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒エンジンの冷却装置。
前記第２経路は、空調用ヒータコアまたはＥＧＲクーラの少なくとも一方を経由している
ことを特徴とする請求項３に記載の多気筒エンジンの冷却装置。
前記第３経路は、エンジンオイルクーラまたは自動変速機のオイル熱交換器の少なくとも一方を経由している
ことを特徴とする請求項３に記載の多気筒エンジンの冷却装置。