WO2012081113A1 - エンジンの冷却構造 - Google Patents

Abstract

　エンジンの冷却構造はエンジン１０の長手方向に沿って冷却水を流通させるとともに、流通させる冷却水で吸気ポート１１ａを冷却できるように設けられている第１のＷ／Ｊ２１と、エンジン１０の短手方向に沿って冷却水を流通させるとともに、流通させる冷却水でシリンダヘッド１１の燃焼室Ｅに対向する部分のうち、相対的に高温となる部位をその他の部位よりも大きな度合いで冷却できるように設けられている第２のＷ／Ｊ２２と、エンジン１０の長手方向に沿って冷却水を流通させるとともに、流通させる冷却水で排気ポート１１ｂを冷却できるように設けられている第３のＷ／Ｊ２３とを備える。

Description

エンジンの冷却構造

　本発明はエンジンの冷却構造に関する。

　エンジンでは一般に冷却水による冷却が行われている。特許文献１では、エンジンの温間高負荷時にラジエータから流出した冷却水を先にシリンダヘッドに流し、その後にシリンダブロックに流すエンジンの冷却装置が開示されている。

特開２００４－２７０６５２号公報

　エンジンの冷却は、例えばノッキングを抑制するためや信頼性を確保するために行われる。しかしながら、必要以上に冷却を行うと、冷却損失が増大する結果、熱効率の低下、すなわち燃費の悪化を招くことになる。したがって、エンジンを冷却するにあたっては、冷却の必要性が高い部分の冷却性を高めることで、ノッキングの抑制、信頼性の確保および冷却損失の低減を両立できることが望ましい。

　本発明は上記課題に鑑み、ノッキングの抑制、信頼性の確保および冷却損失の低減を両立できるエンジンの冷却構造を提供することを目的とする。

　本発明はエンジンのシリンダヘッドのうち、吸気側の部分に設けられ、前記エンジンの長手方向に沿って冷却媒体を流通させるとともに、流通させる冷却媒体で前記シリンダヘッドに形成されている吸気ポートを冷却できるように設けられている第１の冷却媒体通路部と、前記シリンダヘッドのうち、前記エンジンの燃焼室に対向する部分に設けられ、前記エンジンの短手方向に沿って冷却媒体を流通させるとともに、流通させる冷却媒体で前記燃焼室に対向する部分のうち、相対的に高温となる部位をその他の部位よりも大きな度合いで冷却できるように設けられている第２の冷却媒体通路部と、前記シリンダヘッドのうち、排気側の部分に設けられ、前記エンジンの長手方向に沿って冷却媒体を流通させるとともに、流通させる冷却媒体で前記シリンダヘッドに形成されている排気ポートを冷却できるように設けられている第３の冷却媒体通路部と、を備えるエンジンの冷却構造である。

　また本発明は前記エンジンのシリンダブロックに設けられ、前記第１の冷却媒体通路部から前記第２および第３の冷却媒体通路部に冷却媒体を流通させる第４の冷却媒体通路部をさらに備える構成であることが好ましい。

　また本発明は前記第１および第４の冷却媒体通路部に冷却媒体を導入可能な冷却媒体導入部をさらに備える構成であることが好ましい。

　また本発明は前記第２の冷却媒体通路部を前記第３の冷却媒体通路部に合流させている構成であることが好ましい。

　本発明によれば、ノッキングの抑制、信頼性の確保および冷却損失の低減を両立できる。

エンジンの概略構成図である。 シリンダヘッドの気筒間断面図である。 シリンダヘッドのバルブ中心断面図である。 シリンダヘッドの気筒中心断面図である。 冷却水の流通態様を模式的に示す図である。 エンジンの内部構造を示す第１の図である。 エンジンの内部構造を示す第２の図である。 エンジンの変形例の要部を示す図である。

　図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

　図１はエンジン１０の概略構成図である。図２はシリンダヘッド１１の気筒間断面図である。図３はシリンダヘッド１１のバルブ中心断面図である。図４はシリンダヘッド１１の気筒中心断面図である。図５は冷却媒体である冷却水の流通態様を模式的に示す図である。図６はエンジン１０の内部構造を示す第１の図である。図７はエンジン１０の内部構造を示す第２の図である。図１ではエンジン１０を気筒間断面で模式的に示す。図６、図７ではヘッドガスケット１３については図示省略している。図１、図５、図６、図７では冷却水の流れを矢印で模式的に示している。

　エンジン１０はシリンダヘッド１１と、シリンダブロック１２と、ヘッドガスケット１３とを備えている。シリンダヘッド１１は、ヘッドガスケット１３を介してシリンダブロック１２が設けられている。エンジン１０は複数の気筒が直列に設けられた火花点火式のエンジンである。但し、必ずしもこれに限られず、本発明のエンジンは例えば圧縮着火式のエンジンであってもよい。

　シリンダヘッド１１には、吸気ポート１１ａと排気ポート１１ｂとが設けられている。吸気ポート１１ａと排気ポート１１ｂとは一気筒あたりに２つずつ設けられている。なお、吸気ポート１１ａおよび排気ポート１１ｂの数はこれに限られない。吸気ポート１１ａは燃焼室Ｅに吸気を導き、排気ポート１１ｂは燃焼室Ｅからガスを排気する。また、シリンダヘッド１１には点火プラグ取付穴１１ｃが設けられている。点火プラグ取付穴１１ｃは、シリンダヘッド１１のうち、燃焼室Ｅに対向する部分に設けられている。点火プラグ取付穴１１ｃには、図示しない点火プラグが設けられる。

　エンジン１０には、第１のウォータジャケット（以下、Ｗ／Ｊと称す）部２１と、第２のＷ／Ｊ部２２と、第３のＷ／Ｊ部２３と、第４のＷ／Ｊ部２４と、第５のＷ／Ｊ部２５とが設けられている。このうち、Ｗ／Ｊ部２１、２２、２３、２５はシリンダヘッド１１に、第４のＷ／Ｊ部２４はシリンダブロック１２に設けられている。Ｗ／Ｊ部２１から２５は冷却水の通路を形成しており、冷却水を流通させる。

　第１のＷ／Ｊ部２１はシリンダヘッド１１のうち、吸気側の部分に設けられている。第１のＷ／Ｊ部２１は、エンジン１０の長手方向（気筒配列方向）に沿って冷却水を流通させるとともに、流通させる冷却水で吸気ポート１１ａを冷却できるように設けられている。具体的には、第１のＷ／Ｊ部２１はエンジン１０の長手方向に沿って設けられるとともに、吸気ポート１１ａに隣接して設けられている。

　第２のＷ／Ｊ部２２は気筒毎に設けられている。第２のＷ／Ｊ部２２それぞれはシリンダヘッド１１のうち、対応する燃焼室Ｅに対向する部分に設けられている。第２のＷ／Ｊ部２２は、エンジン１０の短手方向（気筒配列方向と直交する方向）に沿って冷却水を流通させる。具体的には、エンジン１０の排気側で冷却水を流入させるとともに、エンジン１０の吸気側で冷却水を流出させる構造を備えることで、エンジン１０の短手方向に沿って冷却水を流通させる。第２のＷ／Ｊ部２２は、エンジン１０の吸気側および排気側のうち、いずれか一方の側で冷却水を流入させるとともに、他方の側で冷却水を流出させる構造を備えることができる。

　第２のＷ／Ｊ部２２は、流通させる冷却水で燃焼室Ｅに対向する部分のうち、相対的に高温となる部位（以下、高温部位と称す）をその他の部位よりも大きな度合いで冷却できるように設けられている。高温部位は、燃焼室Ｅに対向する部分のうち、排気ポート１１ｂ間の部分となっている。また、燃焼室Ｅに対向する部分のうち、点火プラグ取付穴１１ｃ周辺の部分を含んでいる。その他の部位は、燃焼室Ｅに対向する部分のうち、高温部位を除く部分に含まれる部分となっている。これに対し、第２のＷ／Ｊ部２２は具体的には燃焼室Ｅに対向する部分のうち、高温部位をその他の部位よりも大きな度合いで冷却可能な通路構造を備えている。

　この通路構造は、高温部位に対応させて設けられる部分通路部の通路を、その他の部位に対応させて設けられる部分通路部の通路よりも狭くした構造とすることができる。これにより、高温部位に対応させて設けられる部分通路部を流通する冷却水の流速を高める一方、その他の部位に対応させて設けられる部分通路部を流通する冷却水の流速を低下させることで、高温部位をその他の部位よりも大きな度合いで冷却できる。高温部位やその他の部位に対応させて設けられる各部分通路部は分岐して設けられてもよい。

　第３のＷ／Ｊ部２３はシリンダヘッド１１のうち、排気側の部分に設けられている。第３のＷ／Ｊ部２３は、エンジン１０の長手方向に沿って冷却水を流通させるとともに、流通させる冷却水で排気ポート１１ｂを冷却できるように設けられている。具体的には、第３のＷ／Ｊ部２３はエンジン１０の長手方向に沿って設けられるとともに、排気ポート１１ｂに隣接して設けられている。

　第４のＷ／Ｊ部２４は複数の気筒全体を囲うようにして設けられている。第４のＷ／Ｊ部２４はＵの字状に冷却水を流通させる。なお、第４のＷ／Ｊ部２４における冷却水の流通態様はこれに限られない。第４のＷ／Ｊ部２４には、第３のＷ／Ｊ部２３に冷却水を流入させるための凹部２４ａが設けられている。

　第５のＷ／Ｊ部２５はシリンダヘッド１１上部に設けられている。第５のＷ／Ｊ部２５はエンジン１０の長手方向に沿って設けられている。そして、同方向に沿って冷却水を流通させる。第５のＷ／Ｊ部２５は第２のＷ／Ｊ部２２それぞれよりも燃焼室Ｅとは反対側の部分に設けられている。第５のＷ／Ｊ部２５は第２のＷ／Ｊ部２２それぞれを合流させている。

　第１のＷ／Ｊ部２１は第４のＷ／Ｊ部２４に連通している。第４のＷ／Ｊ部２４は気筒毎の第２のＷ／Ｊ部２２それぞれと、第３のＷ／Ｊ部２３とに連通している。第２のＷ／Ｊ部２２それぞれは第５のＷ／Ｊ部２５に連通している。この点、ヘッドガスケット１３にはＷ／Ｊ部２１、２４を連通する連通孔と、第４のＷ／Ｊ部２４と第２のＷ／Ｊ部２２それぞれを連通する連通孔と、第４のＷ／Ｊ部２４と第３のＷ／Ｊ部２３とを連通する連通孔とが設けられている。

　エンジン１０には冷却水導入部３０が設けられている。冷却水導入部３０はシリンダヘッド１１に設けられている。冷却水導入部３０は、第１のＷ／Ｊ部２１に冷却水を導入できるように設けられている。具体的には、冷却水導入部３０は第１のＷ／Ｊ部２１に連通するように設けられている。

　エンジン１０では、まず冷却水導入部３０から第１のＷ／Ｊ部２１に冷却水が導入される。第１のＷ／Ｊ部２１に導入された冷却水は、第１のＷ／Ｊ部２１を流通した後、第４のＷ／Ｊ部２４を流通する。そして、第４のＷ／Ｊ部２４を流通しながら、第２のＷ／Ｊ部２２それぞれに流入するとともに、第３のＷ／Ｊ部２３に流入する。したがって、第４のＷ／Ｊ部２４は第１のＷ／Ｊ部２１からＷ／Ｊ部２２、２３に冷却水を流通させる。第２のＷ／Ｊ部２２に流入した冷却水は、さらに第２のＷ／Ｊ部２２を流通した後、第５のＷ／Ｊ部２５を流通する。

　第１のＷ／Ｊ部２１は第１の冷却媒体通路部、第２のＷ／Ｊ部２２は第２の冷却媒体通路部、第３のＷ／Ｊ部２３は第３の冷却媒体通路部、第４のＷ／Ｊ部２４は第４の冷却媒体通路部、第５のＷ／Ｊ部２５は第５の冷却媒体通路部である。また、冷却水導入部３０は冷却媒体導入部である。エンジン１０では、これらＷ／Ｊ部２１から２５と冷却水導入部３０とを備えるエンジンの冷却構造が実現されている。

　次にエンジンの冷却構造の作用効果について説明する。エンジンの冷却構造は、第１のＷ／Ｊ部２１に冷却水を流通させることで、吸気の受熱量を減少させることができる。結果、ノッキングを抑制できる。また、エンジン１０の長手方向に沿って冷却水を流通させることで、高い流速を確保できる。結果、吸気の受熱量を好適に減少させることができる。また、最初に第１のＷ／Ｊ部２１に冷却水を流通させることで、相対的に温度が低い状態にある冷却水で吸気の受熱量を減少させることができる。結果、エンジン１０の暖機がある程度進む前の段階から、吸気充填効率の向上によるエンジン性能の向上を図ることもできる。

　エンジンの冷却構造は、第２のＷ／Ｊ部２２に冷却水を流通させることで、シリンダヘッド１１の高温部位を集中的に冷却できるとともに、シリンダヘッド１１のその他の部位の過冷却を防ぐことができる。結果、エンジン１０の信頼性を確保しつつ、冷却損失を低減することができる。また、高温となるエンジン１０の排気側で冷却水を流入させるとともに、エンジン１０の吸気側で冷却水を流出させることで、高温部位の冷却性を高めることができる。結果、エンジン１０の信頼性を好適に確保できる。

　エンジンの冷却構造は、第３のＷ／Ｊ部２３に冷却水を流通させることで、シリンダヘッド１１のうち、高温になり易い排気ポート１１ｂを冷却することができる。結果、エンジン１０の信頼性を向上させることができる。また、エンジン１０の長手方向に沿って冷却水を流通させることで、高い流速を確保できる。結果、エンジン１０の信頼性を好適に向上させることができる。

　エンジンの冷却構造は、第４のＷ／Ｊ部２４に冷却水を流通させることで、燃焼室Ｅを冷却できる。結果、シリンダヘッド１１で冷却損失の低減を図ってもノッキングを抑制できる。また、第５のＷ／Ｊ部２５に冷却水を流通させることで、シリンダヘッド１１内を流通するオイルを冷却することができる。結果、オイルの劣化を抑制することで信頼性向上を図ることもできる。

　エンジンの冷却構造は、第１のＷ／Ｊ部２１からＷ／Ｊ部２２、２３に冷却水を流通させる第４のＷ／Ｊ部２４を備えることで、Ｗ／Ｊ部２１から２５のうち、少なくともＷ／Ｊ部２１から２４の間で、冷却の必要性の度合いに応じた冷却水の流量の分配を構造的に実現できる。このため、エンジンの冷却構造は例えば冷却水導入部３０を複数備えることなく、エンジン１０を適切に冷却できる。また、例えば冷却の必要性が高い部分とそうでない部分とに対応させて、冷却水の流通を制御する制御弁を設けることなく、エンジン１０を適切に冷却することができる。結果、簡素且つコスト的にも有利な構成でエンジン１０を適切に冷却することができる。

　なお、エンジン１０は次のように構成することもできる。図８はエンジン１０の変形例であるエンジン１０´の要部を示す図である。エンジン１０´はシリンダヘッド１１の代わりにシリンダヘッド１１´を備えている点と、ヘッドガスケット１３の代わりにヘッドガスケット１３´を備えている以外、エンジン１０と実質的に同一である。

　シリンダヘッド１１´は冷却水導入部３０の代わりに冷却水導入部３０´を備えている点以外、シリンダヘッド１１と実質的に同一である。ヘッドガスケット１３´は、次に説明する第２の連通部３０ｂに対応させて連通孔がさらに設けられている点以外、ヘッドガスケット１３と実質的に同一である。

　冷却水導入部３０´はＷ／Ｊ部２１、２４に冷却水を導入可能に構成されている。具体的には、冷却水導入部３０´は第１のＷ／Ｊ部２１に連通する第１の連通部３０ａと、第４のＷ／Ｊ部２４に連通する第２の連通部３０ｂとを備えている。第１の連通部３０ａは第１のＷ／Ｊ部２１に冷却水を流通させ、第２の連通部３０ｂは第４のＷ／Ｊ部２４に冷却水を流通させる。

　エンジン１０´では、Ｗ／Ｊ部２１から２５と冷却水導入部３０´とを備えるエンジンの冷却構造が実現されている。そして、このエンジンの冷却構造によれば、第１のＷ／Ｊ部２１に冷却水を流通させるにあたり、余剰となる一部の冷却水を第４のＷ／Ｊ部２４に流通させることができる。結果、エンジン１０の場合と比較してさらに冷却水の圧力損失の低減を図りつつ、エンジン１０を適切に冷却することができる。そしてこれにより、具体的には例えば冷却水を圧送するウォータポンプの小型化を図ることでコストの低減を図りつつ、エンジン１０を適切に冷却することができる。

　このほか、エンジン１０は以下に示すように構成することができる。例えばＷ／Ｊ部２３、２５はシリンダヘッド１１の外部で合流させることができる。また、シリンダヘッド１１の内部で合流させることができる。この点、Ｗ／Ｊ部２３、２５をシリンダヘッド１１の内部で合流させることで、より簡素且つコスト的にも有利な構成でエンジン１０を適切に冷却することも可能になる。

　第２のＷ／Ｊ２２それぞれを合流させるにあたり、第５のＷ／Ｊ部２５を設けることなく、第３のＷ／Ｊ部２３に合流させることができる。第３のＷ／Ｊ部２３に合流させるにあたり、第２のＷ／Ｊ部２２それぞれは、例えばシリンダヘッド１１のうち、燃焼室Ｅ側の部分で排気側から吸気側に冷却水を流通させるとともに、燃焼室Ｅとは反対側の部分で吸気側から排気側に折り返すようにして冷却水を流通させる構造を備えることができる。この場合にもオイルの劣化を抑制することで、信頼性向上を図ることもできる。

　第５のＷ／Ｊ部２５を設けることなく、第３のＷ／Ｊ部２３に合流させるにあたり、第２のＷ／Ｊ部２２それぞれは、例えばエンジン１０の吸気側で冷却水を流入させるとともに、排気側で冷却水を流出させる構造を備えることもできる。この場合には、構成の簡素化を図ることができる。また、この場合にさらにシリンダヘッド１１のうち、燃焼室Ｅとは反対側の部分にかけて第２のＷ／Ｊ部２２それぞれを設けることで、或いは第２のＷ／Ｊ部２２それぞれをシリンダヘッド１１のうち、燃焼室Ｅとは反対側の部分にさらに分岐して設けることで、オイルの劣化を抑制し、信頼性向上を図ることもできる。

　第２のＷ／Ｊ部２２それぞれは一体的な一つのＷ／Ｊ部とすることができる。この場合でも、例えばエンジン１０の吸気側および排気側のうち、いずれか一方の側で冷却水を流入させるとともに、他方の側で冷却水を流出させる構造を備えることで、エンジン１０の短手方向に沿って冷却水を流通させることができる。

　以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

　　エンジン　　　　　　　１０、１０´
　　シリンダヘッド　　　　１１、１１´
　　吸気ポート　　　　　　１１ａ
　　排気ポート　　　　　　１１ｂ
　　シリンダブロック　　　１２
　　ヘッドガスケット　　　１３、１３´
　　第１のＷ／Ｊ部　　　　２１
　　第２のＷ／Ｊ部　　　　２２
　　第３のＷ／Ｊ部　　　　２３
　　第４のＷ／Ｊ部　　　　２４
　　第５のＷ／Ｊ部　　　　２５
　　冷却水導入部　　　　　３０、３０´

　

Claims (4)

1. エンジンのシリンダヘッドのうち、吸気側の部分に設けられ、前記エンジンの長手方向に沿って冷却媒体を流通させるとともに、流通させる冷却媒体で前記シリンダヘッドに形成されている吸気ポートを冷却できるように設けられている第１の冷却媒体通路部と、
   　前記シリンダヘッドのうち、前記エンジンの燃焼室に対向する部分に設けられ、前記エンジンの短手方向に沿って冷却媒体を流通させるとともに、流通させる冷却媒体で前記燃焼室に対向する部分のうち、相対的に高温となる部位をその他の部位よりも大きな度合いで冷却できるように設けられている第２の冷却媒体通路部と、
   　前記シリンダヘッドのうち、排気側の部分に設けられ、前記エンジンの長手方向に沿って冷却媒体を流通させるとともに、流通させる冷却媒体で前記シリンダヘッドに形成されている排気ポートを冷却できるように設けられている第３の冷却媒体通路部と、を備えるエンジンの冷却構造。
2. 請求項１記載のエンジンの冷却構造であって、
   　前記エンジンのシリンダブロックに設けられ、前記第１の冷却媒体通路部から前記第２および第３の冷却媒体通路部に冷却媒体を流通させる第４の冷却媒体通路部をさらに備えるエンジンの冷却構造。
3. 請求項２記載のエンジンの冷却構造であって、
   　前記第１および第４の冷却媒体通路部に冷却媒体を導入可能な冷却媒体導入部をさらに備えるエンジンの冷却構造。
4. 請求項１から３いずれか１項記載のエンジンの冷却構造であって、
   　前記第２の冷却媒体通路部を前記第３の冷却媒体通路部に合流させているエンジンの冷却構造。
   
   　

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