JPH0874575A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 始動直後の排気ガスの過度の冷却を防止し、
触媒の早期活性化を図るとともに、排気側の熱歪を抑制
し、かつ点火栓を確実に冷却する。 【構成】 シリンダヘッド２内部のウォータジャケット
を排気側通路１６と吸気側通路１５とに区画するように
隔壁１７が形成されている。隔壁１７は、燃焼室中央の
点火栓取付部１１より排気側に片寄っている。この隔壁
１７がロアデッキの変形を抑制するリブとして機能する
ように、隔壁１７上端はシリンダヘッドボルトボス部１
４に接続されている。排気側通路１６の冷却水出口２６
と吸気側通路１５の冷却水出口２７を開閉するように流
路制御弁５が配設されており、温度センサ２８の検出温
度が所定温度に達するまでは、排気側通路１６の冷却水
出口２６が閉塞される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車用内燃機関の
ような内燃機関の水冷式冷却装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用内燃機関等においては、機関内
部のウォータジャケットとラジエータとの間でウォータ
ポンプにより冷却水を強制的に循環させる水冷式冷却装
置が多く採用されている。この種の冷却装置では、一般
に冷却水はウォータポンプにより先ずシリンダブロック
側のウォータジャケットに送り込まれ、かつシリンダヘ
ッドとの間の連通孔を介してシリンダヘッド側ウォータ
ジャケットに流入し、シリンダヘッド側に設けた冷却水
出口から流れ出て、ラジエータへと循環する構成となっ
ている。

【０００３】また実開昭６３−１０８５１２号公報に
は、吸気ポートと排気ポートとをクロスフロー形式に配
置したものにおいて、シリンダヘッド側ウォータジャケ
ットを、吸気側と排気側とに２分するように、シリンダ
ヘッド中央に沿ってウォータジャケット内部に隔壁を設
けた構成が開示されている。このものでは、燃焼室の略
中央に位置する点火栓取付部に沿って隔壁が設けられて
いるとともに、該隔壁に多数の小孔が開口形成されてお
り、低水温時に排気側通路の出口を閉じることにより、
排気ポート周辺で加熱された冷却水が小孔を介して吸気
側の通路へ流れ込み、吸気ポートを早期に暖めることが
できるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、排気系における触媒の早期の温度上昇つ
まり活性化を実現することはできない。つまり、触媒の
温度上昇を早めるためには、始動後の暖機運転中になる
べく排気ガスを冷却せずに排気管へ排出する必要がある
が、上記従来の構成では、隔壁によりシリンダヘッド内
部が区画されているものの、排気側で加熱された冷却水
が吸気側に流出し、結局のところ、シリンダヘッドの冷
却水全体に熱が奪われるので、暖機運転中の排気温度が
低下し、触媒の温度上昇が遅くなる。なお、隔壁の小孔
を少なくし、吸気側へ逃げる熱を少なくした場合には、
排気ガス温度を上昇させることができるが、この場合
に、シリンダヘッドの排気側部分と吸気側部分との温度
差が大きくなり、これに伴って、シリンダブロックとの
間のシール性が排気側部分において悪化しやすくなって
しまう。

【０００５】また、点火栓は高温となり易いが、上記従
来の構成では、この点火栓部分を通って隔壁が形成され
ているので、点火栓に対する冷却が不十分となり、ノッ
キング等の原因となる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、ウ
ォータポンプにより圧送された冷却水が、シリンダブロ
ック側のウォータジャケットを経由してシリンダヘッド
側ウォータジャケットへ供給されるように構成されてい
るとともに、シリンダヘッドの各燃焼室の略中央に点火
栓取付部が配置され、かつこの点火栓取付部を挟んでク
ロスフロー形式に吸気ポートと排気ポートとが形成され
てなる内燃機関の冷却装置において、上記シリンダヘッ
ド側ウォータジャケットを、排気側通路と吸気側通路と
に区画するように、シリンダヘッド内部に、上記点火栓
取付部よりも排気側に片寄った位置に沿って隔壁を形成
し、かつ上記排気側通路と吸気側通路のそれぞれに冷却
水出口を設けるとともに、上記排気側通路の冷却水出口
には、低温時に冷却水の通流を遮断する弁手段を設け、
さらに上記隔壁の上端を、シリンダヘッド側部のシリン
ダヘッドボルトボス部に接続したことを特徴としてい
る。

【０００７】さらに請求項２の発明では、シリンダブロ
ック側ウォータジャケットとシリンダヘッド側ウォータ
ジャケットの排気側通路とを連通する連通孔の総開口面
積が、シリンダブロック側ウォータジャケットとシリン
ダヘッド側ウォータジャケットの吸気側通路とを連通す
る連通孔の総開口面積よりも大きく設定されている。

【０００８】また請求項３の発明は、駆動部により直進
駆動されるシャフトと、このシャフトに固定され、かつ
上記排気側通路とラジエータとの間の第１弁口を開閉す
る上記弁手段を構成する第１弁体と、上記シャフトに固
定され、上記第１弁体が第１弁口を閉じているときに、
上記吸気側通路とラジエータとの間の第２弁口を閉じ、
かつ上記第１弁体が第１弁口を開いているときに、上記
第２弁口を開くとともに、上記吸気側通路とバイパス通
路との間の第３弁口を閉じる第２弁体と、を備えてなる
単一の流路制御弁をシリンダヘッド側ウォータジャケッ
トの出口側に配置したことを特徴としている。

【０００９】また請求項４の発明では、上記排気側通路
の冷却水温度を検出する温度センサを有し、その検出温
度が所定温度に達するまで上記第１弁体が上記第１弁口
を閉じているように上記流路制御弁を制御する制御手段
を備えている。

【００１０】さらに請求項５の発明では、上記流路制御
弁の駆動部がソレノイドからなり、かつ電源オフの状態
で上記第１弁体および第２弁体がそれぞれ第１弁口およ
び第２弁口を開放した位置となるように構成されている
ことを特徴としている。

【００１１】

【作用】低温時には弁手段によりシリンダヘッド側の排
気側通路からの冷却水の流出が阻止されるので、該排気
側通路内の冷却水は速やかに温度上昇する。特に、排気
側通路内の容量が吸気側通路に比べて小さくなり、排気
ガスから冷却水が奪う熱量は少ない。そのため、未暖機
状態における排気温度が高くなり、触媒の早期活性化が
図れる。また、排気側に片寄って位置する隔壁は、シリ
ンダヘッド側部のシリンダヘッドボルトボス部に連結さ
れており、該ボス部がシリンダヘッドボルトの軸力を受
ける。そのため、上記のようにシリンダヘッドの排気側
が吸気側に比較して高温となっても、シリンダヘッドの
排気側におけるロアデッキの変形が効果的に抑制され
る。そして、点火栓取付部は、吸気側通路によって効果
的に冷却される。

【００１２】また請求項２の構成においては、例えば暖
機完了後に、シリンダヘッドにおける吸気側通路と排気
側通路の双方に冷却水が通流するようになると、排気側
通路を流れる流量の方が吸気側通路の流量よりも多くな
る。同時に、排気側通路の流速が吸気側通路に比して高
くなる。これにより排気ポートが積極的に冷却される。

【００１３】また請求項３の構成では、単一の流路制御
弁でもって、排気側通路と吸気側通路の双方の冷却水出
口が適宜に開閉される。つまり、排気側通路の冷却水出
口が閉じているときには、吸気側通路の冷却水出口はバ
イパス通路に連通している。そして、排気側通路の冷却
水出口がラジエータに連通するように切り換えられる
と、吸気側通路も同時にラジエータに連通し、かつバイ
パス通路は閉塞される。

【００１４】請求項４では、流路制御弁が温度センサの
検出温度に基づいて制御され、排気側通路の冷却水温度
が所定温度に達するまで、排気側通路の冷却水出口が閉
じ、かつ吸気側通路の冷却水出口がバイパス通路に連通
する。

【００１５】さらに請求項５では、内燃機関が停止して
いる電源オフ時に排気側通路と吸気側通路の双方がラジ
エータに連通する。これにより注水時にラジエータを介
したエア抜きが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１７】図２は、この発明に係る冷却装置の全体的
構成を模式的に示したものであり、シリンダブロック１
とシリンダヘッド２とを主体として内燃機関が構成され
ているとともに、シリンダブロック１端部に、機関出力
にて駆動されるウォータポンプ３が装着されている。シ
リンダブロック１側のウォータジャケットとシリンダヘ
ッド２側のウォータジャケットとは、多数の連通孔４を
介して連通している。また、シリンダヘッド２側に設け
られた冷却水出口は、後述する流路制御弁５を介してラ
ジエータ６の入口に接続されている。ラジエータ６の出
口側は、ウォータポンプ３の吸入側に接続されている。
また流路制御弁５から分岐したバイパス通路７が、同じ
くウォータポンプ３の吸入側に接続されている。ヒータ
用通路８は、流路制御弁５の上流側から分岐しており、
その先端が同じくウォータポンプ３の吸入側に接続され
ているとともに、通路中に、車室暖房用のヒータコア９
が介装されている。

【００１８】図１は、上記シリンダヘッド２内部のウォ
ータジャケットの構造を示している。この例は、直列４
気筒内燃機関であって、各燃焼室の略中央に点火栓取付
部１１が配置されているとともに、この点火栓取付部１
１を挟んでクロスフロー形式に吸気ポート１２と排気ポ
ート１３とが形成されている。なお、吸気弁および排気
弁は各気筒に一対づつ設けられている。また、アルミニ
ウム合金等により一体に鋳造されているこのシリンダヘ
ッド２の側部には、図示せぬシリンダヘッドボルトが貫
通するシリンダヘッドボルトボス部１４が設けられてい
る。詳しくは、このボス部１４は、シリンダヘッド２の
前後両端および気筒間位置にそれぞれ形成されている。

【００１９】そして、このシリンダヘッド２内部のウォ
ータジャケットを吸気側通路１５と排気側通路１６とに
区画するように、シリンダヘッド２内部に隔壁１７が形
成されている。この隔壁１７は、シリンダヘッド２の鋳
造時に、一体に鋳造されている。ここで、この隔壁１７
は、燃焼室中央の点火栓取付部１１よりも排気側に片寄
った位置に沿って形成されている。また、図３および図
４に示すように、隔壁１７の下端はシリンダヘッド２の
ロアデッキ１８に略直角に接続されており、ここから上
方へ立ち上がった隔壁１７が排気側の側壁に向かって屈
曲し、かつ上端が、排気側のシリンダヘッドボルトボス
部１４に斜めに接続されている。なお、排気ポート１３
の部分では、図４にクロスハッチングを施して示すよう
に、排気ポート１３の上部の壁部の一部と上記隔壁１７
とが一体に連続している。

【００２０】またシリンダヘッド２の前端部もしくは後
端部の一方、特に車両搭載時に高位となる方の端部にお
いて、図５に示すように、隔壁１７がアッパデッキ１９
に達するように延長形成されており、ここに、吸気側通
路１５と排気側通路１６とを連通する連通孔２０が設け
られている。この連通孔２０は、注水時にウォータジャ
ケット内のエアを排出するためのエア抜き孔となるもの
であり、この実施例では、ウォータジャケット用の中子
を支持する巾木によって生じる孔を利用している。つま
り、鋳造時にアッパデッキ１９を含めて孔が空いてお
り、図６のようにアッパデッキ１９側にネジ孔２１を加
工する際の下孔加工と同時に連通孔２０をドリル加工
し、その後、プラグ２２を座金２３とともに螺着して、
アッパデッキ１９側を閉塞した構成となっている。な
お、中子の支持をシリンダヘッド２の中央部で行えるよ
うに、連通孔２０付近では隔壁１７をシリンダヘッド２
中央寄りに延長してある。

【００２１】上記シリンダヘッド２の底壁となるロアデ
ッキ１８には、図１，図３等に示すように、該シリンダ
ヘッド２内部の上述したウォータジャケットをシリンダ
ブロック１側のウォータジャケットに連通させる連通孔
４が多数開口形成されている。つまり、上述した吸気側
通路１５および排気側通路１６はそれぞれ複数の連通孔
４を介してシリンダブロック１側ウォータジャケットに
連通しているが、排気側通路１６に連通する連通孔４の
総開口面積が、吸気側通路１５に連通する連通孔４の総
開口面積よりも大きくなるように、個々の開口面積もし
くは個数が設定されている。なお、この総開口面積の調
整は、ロアデッキ１８の連通孔４自体ではなく、シリン
ダヘッド２とシリンダブロック１との間に介装されるシ
リンダヘッドガスケットの開口部によって行うことも可
能である。

【００２２】上記吸気側通路１５および排気側通路１６
は、シリンダヘッド２の一端部においてそれぞれ独立し
た冷却水出口２６，２７を有している（図１参照）。そ
して、これらの冷却水出口２６，２７には、図７，図８
に示すような単一の流路制御弁５が配設されており、前
述したラジエータ６やバイパス通路７との連通を適宜に
制御している。また排気側通路１６の冷却水出口２７
に、その冷却水温度を検出する温度センサ２８が配設さ
れており、コントロールユニット２９が、該センサ２８
の検出温度に基づいて流路制御弁５を制御している。

【００２３】流路制御弁５のバルブボディ３１には、排
気側通路１６の冷却水出口２６に接続される排気側出口
室３２と、吸気側通路１５の冷却水出口２７に接続され
る吸気側出口室３３とが、左右に離れて形成されている
とともに、両者間に、ラジエータ６の入口に接続される
ラジエータ入口室３４が形成されている。上記排気側出
口室３２とラジエータ入口室３４との間には、第１弁口
３５が開口形成され、吸気側出口室３３とラジエータ入
口室３４との間には、第２弁口３６が開口形成されてい
る。さらに、吸気側出口室３３とバイパス通路７との間
に、第３弁口３７が形成されている。これらの弁口３
５，３６，３７は、互いに同軸上に位置している。ま
た、第１，第２弁口３５，３６を貫通してシャフト３８
が配置されており、ここに、ゴム等からなる第１弁体３
９および第２弁体４０が固着されている。シャフト３８
は、ソレノイドからなる駆動部４１によって直線駆動さ
れる構成となっており、その移動に伴って、第１弁体３
９が第１弁口３５をラジエータ入口室３４側から開閉し
ている。また、第２弁体４０は、第２弁口３６を吸気側
出口室３３側から開閉すると同時に、第３弁口３７を開
閉している。つまり、図８のように第１，第２弁体３
９，４０が第１，第２弁口３５，３６を開いた状態にお
いて、同時に第２弁体４０が第３弁口３７を閉じるよう
に構成されている。上記駆動部４１としては、ソレノイ
ドのほかに、ステップモータを用いてシャフト３８を直
線駆動するように構成することもできる。なお、前述し
た連通孔４の総開口面積に対応して、第１弁口３５の開
口面積は、第２弁口３６の開口面積よりも大きく設定さ
れている。また、８はヒータ用通路である。

【００２４】次に上記実施例の作用について説明する。

【００２５】内燃機関の停止状態つまり電源オフの状態
では、流路制御弁５は、図８のように、第１弁口３５お
よび第２弁口３６を開放した位置に保持されている。従
って、冷却水の交換に伴う注水時に、シリンダヘッド２
内部のウォータジャケットからラジエータ６へ空気が流
れ出ることができ、容易にエア抜きが行える。しかも、
吸気側通路１５と排気側通路１６とが、高位置にある連
通孔２０でもって連通しているため、エア抜きが一層確
実となる。

【００２６】内燃機関を始動したときに温度センサ２８
の検出温度が低い場合、つまり冷間始動時には、キーオ
ンと同時に流路制御弁５が図７の位置に制御される。こ
れにより、シリンダヘッド２の排気側通路１６の出口２
６は閉塞され、かつ吸気側通路１５の出口２７はバイパ
ス通路７に連通する。この状態で、内燃機関の暖機が進
行する。シリンダヘッド２内部の排気側通路１６では、
冷却水が滞留状態のまま排気熱を受け、しかもその容量
が小さいので、排気側通路１６内の冷却水は速やかに高
温となる。従って、始動直後に排気ガスを過度に冷却す
ることがなく、排気管に介装された触媒装置の温度が速
やかに上昇し、短時間で活性化温度に達する。これに対
し、吸気側通路１５内の冷却水は、バイパス通路７へと
常時循環する。

【００２７】上記のように排気側通路１６内の温度が短
時間で上昇する結果、シリンダヘッド２においては、そ
の排気側と吸気側とでかなり大きな温度差が発生する。
特に、排気側で大きな熱歪が生じ、ロアデッキ１８がシ
リンダブロック１頂面から浮き上がり気味となるが、上
記実施例の構成では、隔壁１７がロアデッキ１８とシリ
ンダヘッドボルトボス部１４とを接続しており、該隔壁
１７が一種のリブとなってボルト軸力をロアデッキ１８
に伝達するので、ロアデッキ１８の変形が効果的に抑制
される。また、隔壁１７は排気側に片寄って位置し、中
央の点火栓取付部１１が吸気側通路１５に囲まれている
ので、上記のように排気側通路１６が高温となっても、
点火栓は確実に冷却され、ノッキング等の異常燃焼を引
き起こすことがない。

【００２８】暖機が進行し、温度センサ２８の検出温度
が所定温度（例えば８０℃〜１００℃程度に設定され
る）に達したら、コントロールユニット２９によって、
流路制御弁５が図８の位置に切り換えられる。これによ
り、排気側通路１６および吸気側通路１５の双方がラジ
エータ６に連通するようになり、該ラジエータ６を介し
て常時冷却水が循環する。この状態では、連通孔４の総
開口面積の関係によって、シリンダブロック１側から排
気側通路１６へ流入する流量の方が、吸気側通路１５へ
流入する流量よりも多くなる。そのため、熱負荷の高い
排気ポート１３周辺を良好に冷却できる。しかも、排気
側通路１６は、その通路断面積が小さいので、内部の流
速がそれだけ高くなり、冷却効率が一層向上する。ま
た、上述したように、この場合にも、点火栓周辺は比較
的低温な吸気側通路１５内の冷却水でもって冷却される
ので、点火栓を確実に冷却できる。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の冷却装置によれば、シリンダヘッドに
おける排気側通路内の冷却水が速やかに温度上昇し、始
動直後の排気ガス温度を高温に保てる。そのため、触媒
の早期活性化が図れる。そして、このように排気側が吸
気側に比較して高温となっても、隔壁がリブとなってロ
アデッキの変形を抑制し、シール性悪化を来すことがな
い。また、点火栓が吸気側通路によって確実に冷却さ
れ、異常燃焼を防止できる。

【００３０】また請求項２の構成によれば、暖機完了後
には排気側通路を多量の冷却水が通流するようになり、
熱負荷の高い排気側部分を積極的に冷却できる。

【００３１】また請求項３の構成では、従来のサーモス
タットの機能も含め、単一の流路制御弁でもって排気側
出口と吸気側出口の双方を開閉制御するので、装置全体
の構成の小型化、軽量化が図れる。

【００３２】また請求項４の構成では、排気側通路の冷
却水温度が所定温度に達するまで排気側通路の冷却水が
滞留状態に保たれ、速やかに温度上昇する。

【００３３】さらに請求項５の構成では、内燃機関の停
止状態において排気側通路および吸気側通路の双方がラ
ジエータに連通するので、注水時のエア抜きが確実かつ
容易に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例におけるシリンダヘッド内
部の構成を示す断面図。

【図２】この実施例に係る冷却装置全体の構成を示す説
明図。

【図３】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図４】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

【図５】図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図。

【図６】図５のＤ−Ｄ線に沿った断面図。

【図７】流路制御弁の一実施例を示す断面図。

【図８】この流路制御弁の切換状態を示す断面図。

【符号の説明】

２…シリンダヘッド ４…連通孔 ５…流路制御弁 １１…点火栓取付部 １２…吸気ポート １３…排気ポート １４…シリンダヘッドボルトボス部 １７…隔壁

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウォータポンプにより圧送された冷却水
   が、シリンダブロック側のウォータジャケットを経由し
   てシリンダヘッド側ウォータジャケットへ供給されるよ
   うに構成されているとともに、シリンダヘッドの各燃焼
   室の略中央に点火栓取付部が配置され、かつこの点火栓
   取付部を挟んでクロスフロー形式に吸気ポートと排気ポ
   ートとが形成されてなる内燃機関の冷却装置において、
   上記シリンダヘッド側ウォータジャケットを、排気側通
   路と吸気側通路とに区画するように、シリンダヘッド内
   部に、上記点火栓取付部よりも排気側に片寄った位置に
   沿って隔壁を形成し、かつ上記排気側通路と吸気側通路
   のそれぞれに冷却水出口を設けるとともに、上記排気側
   通路の冷却水出口には、低温時に冷却水の通流を遮断す
   る弁手段を設け、さらに上記隔壁の上端を、シリンダヘ
   ッド側部のシリンダヘッドボルトボス部に接続したこと
   を特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 【請求項２】 シリンダブロック側ウォータジャケット
   とシリンダヘッド側ウォータジャケットの排気側通路と
   を連通する連通孔の総開口面積が、シリンダブロック側
   ウォータジャケットとシリンダヘッド側ウォータジャケ
   ットの吸気側通路とを連通する連通孔の総開口面積より
   も大きく設定されていることを特徴とする請求項１記載
   の内燃機関の冷却装置。
3. 【請求項３】 駆動部により直進駆動されるシャフト
   と、このシャフトに固定され、かつ上記排気側通路とラ
   ジエータとの間の第１弁口を開閉する上記弁手段を構成
   する第１弁体と、上記シャフトに固定され、上記第１弁
   体が第１弁口を閉じているときに、上記吸気側通路とラ
   ジエータとの間の第２弁口を閉じ、かつ上記第１弁体が
   第１弁口を開いているときに、上記第２弁口を開くとと
   もに、上記吸気側通路とバイパス通路との間の第３弁口
   を閉じる第２弁体と、を備えてなる単一の流路制御弁を
   シリンダヘッド側ウォータジャケットの出口側に配置し
   たことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関
   の冷却装置。
4. 【請求項４】 上記排気側通路の冷却水温度を検出する
   温度センサを有し、その検出温度が所定温度に達するま
   で上記第１弁体が上記第１弁口を閉じているように上記
   流路制御弁を制御する制御手段を備えていることを特徴
   とする請求項３記載の内燃機関の冷却装置。
5. 【請求項５】 上記流路制御弁の駆動部がソレノイドか
   らなり、かつ電源オフの状態で上記第１弁体および第２
   弁体がそれぞれ第１弁口および第２弁口を開放した位置
   となるように構成されていることを特徴とする請求項３
   または４に記載の内燃機関の冷却装置。