JP7168398B2 - 車両用内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

本願発明は、車両用内燃機関の冷却装置に関するものである。

内燃機関は水冷式の冷却装置を備えており、冷却水は、設定温度を越えるとラジエータに流れて、設定温度よりも低い場合はウォータポンプに戻るように、サーモ弁によって流れが制御されている。

他方、車両用の内燃機関では、車内の暖房に冷却水の熱を利用することが行われている。そして、従来は、ウォータジャケットは、冷却水が上流から下流に向けて流れるように１つだけ形成されており、例えば特許文献１に開示されているように、シリンダヘッドのウォータジャケットを通過した冷却水をヒータコアに導いている。

また、シリンダヘッドにＥＧＲ通路を形成することも行われている。その例として特許文献２には、シリンダヘッド内のヘッド内ＥＧＲ通路をＥＧＲパイプで構成して、ＥＧＲパイプをウォータジャケットの冷却水に晒すことにより、ＥＧＲガスの冷却を行うことが開示されている。

特開平０８－３１２３４４号公報 特開２００７－２２４７８４号公報

さて、特許文献２は、シリンダヘッドのウォータジャケットを利用してＥＧＲガスを冷却するものであり、従って、シリンダヘッドのウォータジャケットをＥＧＲクーラに代替可能であり、外付けのＥＧＲクーラを廃止できるため、内燃機関全体として構造をコンパクト化できると云える。

しかし、ＥＧＲパイプは、冷却水の流れ方向の下流側であるシリンダヘッドの後部に配置されており、ＥＧＲパイプは、シリンダヘッドのウォータジャケットを通って昇温した冷却水に晒されるため、ＥＧＲガスの冷却性能は必ずしも高いとは云えないと解される。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明の冷却装置は、
「シリンダヘッドに、当該シリンダヘッドを全体的に冷却するメインウォータジャケットと、前記シリンダヘッドの一端部に設けたＥＧＲ通路を冷却するサブウォータジャケットとが形成されており、
前記メインウォータジャケットの出口部とサブウォータジャケットの入口とは、ヒータコアを通過するヒータ管路によって接続されており、
前記メインウォータジャケットの出口部には、ラジエータを経由してウォータポンプに至るメイン戻り通路が接続されており、前記メイン戻り通路の通水はラジエータサーモ弁によって制御されている一方、
前記サブウォータジャケットの出口には、冷却水を前記ウォータポンプに戻すバイパス戻り通路が接続されており、
前記メインウォータジャケットの出口部とサブウォータジャケットとは、メインウォータジャケットの圧力が設定値を越えると通水するように調圧弁を備えたバイパス通路によって接続されている」
という構成において、
「前記ＥＧＲ通路とサブウォータジャケットとは、クランク軸線及び気筒軸線と直交した方向に長い形態に形成されて、前記サブウォータジャケットは、前記ＥＧＲ通路を外周側から囲うように形成されており、
前記メインウォータジャケットの出口部とサブウォータジャケットとは、前記シリンダヘッドの内部においては前記バイパス通路のみによって連通するように互いに分離している」

冷却水がラジエータを通過していない状態（暖機運転状態）では、メインウォータジャケットを通過した冷却水もサブウォータジャケットを通過した冷却水も、バイパス戻り通路からウォータポンプに戻されるが、暖機運転を終了して冷却水の温度が設定値を超えたら、サブウォータジャケットを通過する冷却水もラジエータを経由して冷却されるように制御することが好ましい。このような制御は、サーモ弁によって容易に実現できる。

本願発明の特徴は、シリンダヘッドに、シリンダヘッドを全体的に冷却するメインウォータジャケットの他に、ＥＧＲ通路（を通るＥＧＲガス）を冷却するためのサブウォータジャケットが形成されていることであり、このサブウォータジャケットには、ヒータコアを通過して降温した冷却水が流入する。従って、従来例に比べて、ＥＧＲガスの冷却性能を向上できる。

更に、本願発明の特徴は、サブウォータジャケットにバイパス戻り通路が接続されていることであり、これにより、冷却水がラジエータを通過していない状態（低温状態）では、冷却水はウォータポンプに戻される。従って、冷却水は温度に関係なく循環する。

更に、本願発明の特徴は、メインウォータジャケットとサブウォータジャケットとが、調圧弁（安全弁）を備えたバイパス通路によって連通していることであり、これにより、メインウォータジャケットの内圧が過剰に上昇したときに、冷却水をバイパス戻り通路に逃がして安全性を確保できる。

第１実施形態の概念図（模式図）である。 第２実施形態の概念図（模式図）である。

(1) 第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に示す第１実施形態を説明する。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向であり、左右方向はクランク軸線及び気筒軸線と直交した方向である。前と後ろについては、タイミングチェーンが配置されている側を前として、ミッションが配置されている側を後ろとしている。

内燃機関は、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とを備えており、シリンダヘッド２には、排気空間３などを冷却するためにシリンダヘッド２に広く広がったメインウォータジャケット４と、後端部に設けたヘッド内ＥＧＲ通路５を冷却するサブウォータジャケット６とが形成されている。ヘッド内ＥＧＲ通路５は、シリンダヘッド２の排気側面２ａに開口している。

シリンダヘッド２の排気側面２ａには、排気空間３に連通した排気出口７が形成されており、排気出口７に接続された排気通路８に触媒ケース９が介挿されている。そして、触媒ケース９の後端部にＥＧＲパイプ１０の始端が接続されており、ＥＧＲパイプ１０の終端はヘッド内ＥＧＲ通路５に接続されている。

シリンダヘッド２には、ヘッド内ＥＧＲ通路５の終端に連通するようにＥＧＲバルブ１１が取付けられており、ＥＧＲガスは、ＥＧＲバルブ１１を介して吸気系に送られる。なお、図示の例では、ヘッド内ＥＧＲ通路５はシリンダヘッド２の吸気側面２ｂに至っていないが、ヘッド内ＥＧＲ通路５を吸気側面２ｂに貫通させることも可能である。

メインウォータジャケット４の出口部１２はシリンダヘッド２の後端面２ｃに開口しており、この開口部に、メイン戻り通路１３が接続されている。メイン戻り通路１３の中途部にはラジエータ１４が介挿されている。また、メイン戻り通路１３の終端はウォータポンプ１５の入口ポートに接続されている。更に、メイン戻り通路１３の適宜部に、設定温度になると開き始めるラジエータサーモ弁１６が介在している。

図面では、ラジエータサーモ弁１６はウォータポンプ１５に近い部位に表示しているが、シリンダヘッド２に設けた通水制御ユニットに設けることも可能である。従って、ラジエータサーモ弁１６は、ラジエータ１４の上流側に配置することも可能であるし、メイン戻り通路１３の始端に設けることも可能である。

サブウォータジャケット６は、シリンダヘッド２の左右方向（短手方向）に長く延びる形態であり、メインウォータジャケット４の出口部１２の近傍では、ヘッド内ＥＧＲ通路５を下方と後ろ側から囲って、メインウォータジャケット４の出口部１２よりも吸気側に外れた部位では、ヘッド内ＥＧＲ通路５を上下と後ろから囲う形態になっている（ヘッド内ＥＧＲ通路５の全周又は略全周を囲うように形成することも可能である。）。

サブウォータジャケット６は、吸気側に寄った端部に入口１７を設けて、排気側に寄った端部に出口１８を設けており、出口１８は、バイパス戻り通路１９を介してウォータポンプ１５に接続されている。このバイパス戻り通路１９は、シリンダヘッド２及びシリンダブロック１の外側に露出したパイプで構成することも可能であるが、シリンダヘッド２及びシリンダブロック１に内蔵すると、コンパクト化できる利点がある。

車両は暖房用のヒータコア２０を備えており、ヒータコア２０の入口とメインウォータジャケット４の出口部１２とがヒータ送り管２１で接続されて、ヒータコア２０の出口とサブウォータジャケット６の入口１７とが、ヒータ戻り管２２によって接続されている。

メインウォータジャケット４の出口部１２とサブウォータジャケット６とは、調圧弁２３を有するバイパス通路２４によって接続されている。従って、メインウォータジャケット４の水圧が設定値を越えると、冷却水が出口部１２からサブウォータジャケット６に流入して、バイパス戻り通路１９を経由してウォータポンプ１５に還流する。

シリンダブロック１には、冷却水をウォータポンプ１５からメインウォータジャケット４に送る送水通路２５が形成されているが、冷却水は、シリンダブロック１を経由してからシリンダヘッド２に流入する場合も多い。

(2) 作用の説明
以上の構成において、暖機運転時のように、冷却水の水温が設定値以下である状態では、ラジエータサーモ弁１６は閉じている。従って、冷却水は、ラジエータ１４には流れず、一部は、ヒータコア２０を介してサブウォータジャケット６からバイパス戻り通路１９を経由してウォータポンプ１５に戻り、残りは、バイパス通路２４、サブウォータジャケット６、バイパス戻り通路１９を経由してウォータポンプ１５に戻される。

冷却水の温度が設定値を越えると、ラジエータサーモ弁１６が開き始めて、冷却水はラジエータ１４を経由してウォータポンプ１５に戻る。また、冷却水の温度が設定値を越えてもヒータコア２０への通水は維持されており、冷却水の一部は、サブウォータジャケット６からバイパス戻り通路１９を経由してウォータポンプ１５に戻される。

そして、本実施形態では、サブウォータジャケット６がＥＧＲクーラとして機能するため、特許文献２と同様に外付け式のＥＧＲクーラを無くしてコンパクト化できるが、ヘッド内ＥＧＲ通路５はシリンダヘッド２に穴を空けることによって形成しているため、特許文献２のようなシールに関する問題はない。従って、信頼性に優れている。

また、サブウォータジャケット６に流入する冷却水は、ヒータコア２０を経由して温度が低下しているため、ヘッド内ＥＧＲ通路５を流れるＥＧＲガスの冷却性能に優れている。従って、ＥＧＲクーラとしての機能を向上できる。

バイパス通路２４に設けた調圧弁２３はシリンダヘッド２に内蔵できるため、冷却水のバイパス構造（逃がし構造）を簡素化することができる。

(3) 第２実施形態
図２に示す第２実施形態は第１実施形態の変形例であり、第１実施形態との主たる相違点は、サブウォータジャケット６の出口とバイパス戻り通路１９の入口１９ａとの間にバイパス用サーモ弁２６が配置されている点と、メイン戻り通路１３のうちラジエータ１４よりも上流側の部位とサブウォータジャケット６の出口部とが補助戻し通路２７によって接続されている点と、バイパス通路２４がメインウォータジャケット４の出口部１２とバイパス戻り通路１９の入口１９ａとに接続されている点である。

この実施形態では、サブウォータジャケット６での冷却水の温度が設定値以下の場合は、バイパス用サーモ弁２６は開いていて、サブウォータジャケット６の冷却水はバイパス戻り通路１９を経由してウォータポンプ１５に戻る。

他方、サブウォータジャケット６での冷却水の温度が設定値を越えると、バイパス用サーモ弁２６は閉じ始めて、サブウォータジャケット６の冷却水はラジエータ１４を経由してウォータポンプ１５に戻る。従って、ラジエータサーモ弁１６とバイパス用サーモ弁２６とは連動している。

図では、ラジエータサーモ弁１６とバイパス用サーモ弁２６とは、互いに離反した状態で別々に表示しているが、実際には、両者は一体の構造として、可動軸に２つの弁体を設けることにより、メイン戻り通路１３への通水とバイパス戻り通路１９への通水とを同時に制御するのが合理的である。メイン戻り通路１３のうち、補助戻し通路２７の接続部よりも上流側の部位には、冷却水の逆流を防止する逆止弁２８を設けている。

本実施形態では、冷却水の温度が設定値を越えると、昇温した冷却水の全体をラジエータ１４によって冷却できるため、エンジン及びＥＧＲガスの冷却を確実化できる。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、ヘッド内ＥＧＲ通路の具体例としては、特許文献２のようにシリンダヘッドとは別体のパイプを使用することは可能である。

本願発明は、車両用内燃機関の冷却装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダブロック
２ シリンダヘッド
４ メインウォータジャケット
５ ヘッド内ＥＧＲ通路
６ サブウォータジャケット
１２ メインウォータジャケットの出口部
１３ メイン戻り通路
１５ ウォータポンプ
１６ ラジエータサーモ弁
１７ サブウォータジャケットの入口
１８ サブウォータジャケットの出口
１９ バイパス戻り通路
２０ ヒータコア
２１ ヒータ送り管
２２ ヒータ戻り管
２３ 調圧弁
２４ バイパス通路

Claims (1)

1. シリンダヘッドに、当該シリンダヘッドを全体的に冷却するメインウォータジャケットと、前記シリンダヘッドの一端部に設けたＥＧＲ通路を冷却するサブウォータジャケットとが形成されており、
   前記メインウォータジャケットの出口部とサブウォータジャケットの入口とは、ヒータコアを通過するヒータ管路によって接続されており、
   前記メインウォータジャケットの出口部には、ラジエータを経由してウォータポンプに至るメイン戻り通路が接続されており、前記メイン戻り通路の通水はラジエータサーモ弁によって制御されている一方、
   前記サブウォータジャケットの出口には、冷却水を前記ウォータポンプに戻すバイパス戻り通路が接続されており、
   前記メインウォータジャケットの出口部とサブウォータジャケットとは、メインウォータジャケットの圧力が設定値を越えると通水するように調圧弁を備えたバイパス通路によって接続されている、という構成であって、
   前記ＥＧＲ通路とサブウォータジャケットとは、クランク軸線及び気筒軸線と直交した方向に長い形態に形成されて、前記サブウォータジャケットは、前記ＥＧＲ通路を外周側から囲うように形成されており、
   前記メインウォータジャケットの出口部とサブウォータジャケットとは、前記シリンダヘッドの内部においては前記バイパス通路のみによって連通するように互いに分離している、
   車両用内燃機関の冷却装置。

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