(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
4輪車両用内燃機関の大半は水冷(液冷)方式であり、主として、シリンダブロックとシリンダヘッドとが冷却対象になっている。一般に、冷却水はシリンダブロックのウォータジャケットからシリンダヘッドのウォータジャケットに流れるか、又は、シリンダヘッドのウォータジャケットからシリンダブロックのウォータジャケットに流れて、冷却の仕事をした冷却水はラジェータに送られて放熱されているが、冬季や寒冷地のような外気温度が低い状態での始動に際しては、暖機運転中にシリンダブロックを冷却すると、熱が奪われ過ぎて暖機時間が遅くなる問題がある。
【0003】
そこで、シリンダブロックとシリンダヘッドとの冷却系統を別々に分けて、冷却水の水温がある程度に上昇するまではシリンダヘッドのみを冷却し、冷却水の水温がある程度まで上昇して暖機運転が終了したらシリンダブロックに冷却水を流すという、2系統冷却方式を採用することが行われている。
【0004】
そして、冷却水はウォータポンプから圧送されるが、冷却水をシリンダヘッドのみに流してシリンダブロックには流さない状態と、冷却水をシリンダヘッドとシリンダブロックとの両方に流す状態との切り替えは温度に感応して開閉するサーモ弁で行っており、また、冷却系統は、冷却水の温度に応じてラジェータへの循環を制御するサーモ弁も備えている。
【0005】
従って、2系統冷却方式は、シリンダブロックへの通水を制御するサーモ弁とラジェータへの通水を制御するサーモ弁との2つのサーモ弁を備えており、特許文献1では、2つのサーモ弁を1つのハウジングに前後に並べた状態で設けて、このハウジングをシリンダヘッドの一側面
(クランク軸線方向に向いた一側面)に固定している。すなわち、特許文献1では、2つのサーモ弁
は、シリンダヘッドの一側面の別々の箇所に位置するように並列姿勢で1つのハウジングにユニット化
されており、ハウジングが、シリンダヘッドの一側面に固定されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1のように2つのサーモ弁を1つにユニット化すると、内燃機関の組み立て作業の手間を軽減できるが、特許文献1は2つのサーモ弁を前後に配置した状態のままでユニット化したに過ぎないため、占有スペースや重量は別々に配置した場合と大差はなく、このため、他の部材の配置の邪魔になりやすいのみならず、燃費やコストの面からも改善の余地があると云える。
【0008】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、2つのサーモ弁を備えた2系統冷却方式の内燃機関において、サーモ弁配置部のコンパクト化・軽量化等を図ることを主たる課題とするものである。なお、本願は多くの改良された発明を含んでおり、これら改良された発明を提供することも課題たり得るものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本願発明は車両用内燃機関に関し、請求項1では、
シリンダブロックを冷却するために当該シリンダブロックに形成したブロックジャケットと、シリンダヘッドを冷却するために当該シリンダヘッドに形成したヘッドジャケットと、前記ブロックジャケットへの通水を制御する第1サーモ弁と、前記ブロックジャケット及びヘッドジャケットからラジェータへの通水を制御する第2サーモ弁とを備えており、
前記第1サーモ弁が閉じた状態では、冷却水は前記ブロックジャケットには流れずにヘッドジャケットに流れて、前記第1サーモ弁が開いた状態では、冷却水は前記ブロックジャケット及びヘッドジャケットに流れる構成であって、
前記第1サーモ弁と第2サーモ弁とは、前記シリンダヘッド又はブロックジャケットの一側面と直交した方向に往復動する弁体を備えており、
前記シリンダヘッド又はシリンダブロックの一側面の箇所に、前記第1サーモ弁と第2サーモ弁とが、当該両サーモ弁の弁体を直列状に並べた状態で前記シリンダヘッド又はブロックジャケットの一側面と直交した方向に並べて配置されている。
【0010】
請求項2の発明は請求項1を具体化したもので、この発明では、
1つのハウジングに、前記第1サーモ弁が全体的に又は部分的に入る第1弁室と、前記第2サーモ弁が全体的に又は部分的に入る第2弁室と、前記ヘッドジャケットを経由した冷却水が入る入口通路とが形成されておリ、
前記入口通路に、冷却水をラジェータに送るラジェータ送り接続口と、冷却水をヒータに送るヒータ送り接続口と、前記第1弁室とが連通しており、前記ラジェータに送られた冷却水が前記第2サーモ弁を経由してウォータポンプに戻るようになっている。
【発明の効果】
【0017】
本願発明では、2つのサーモ弁が1箇所に寄っているため、全体として占有スペースを抑制してスペースを有効利用できる。このため、他の部材との干渉の回避もしやすくなる。そして、一方のサーモ弁の弁室が他方のサーモ弁の部分で塞がれた状態になるため、一方のサーモ弁の蓋が不要になり、その結果、部材点数を減らして軽量化・コンパクト化・コストダウンに貢献できると共に、燃費の向上にも貢献できる。
【0018】
請求項2の発明によると、ハウジングを主要要素として2つのサーモ弁や複数の接続口を1つにユニット化できるため、取り扱いが容易で内燃機関の組み立ての手間も抑制できる利点がある。
【0019】
また、請求項2では、ハウジングが一方のサーモ弁の弁室の蓋として機能するため、軽量化・コストダウンをより一層促進できると共に、組み立て能率も向上できる。
【0020】
また、本願発明では、2つのサーモ弁は、
弁体を直列状に並べた状態で前記シリンダヘッド又はブロックジャケットの一側面と直交した方向に並べて配置されているため、両サーモ弁をハウジングに設けてこのハウジングをボルトでシリンダヘッドやシリンダブロックに締結するに際してサーモ弁が邪魔にならず、設計の自由性を向上できる。更に、
外側に位置したサーモ弁の弁室を覆う蓋とハウジングとを一緒にシリンダヘッド等に共締めできるため、ボルトの本数を抑制して組み立て作業性もより一層向上できる。
【0021】
実施形態のように、前記第1サーモ弁をシリンダヘッド又はシリンダブロックの側に配置して、その外側に第2サーモ弁を配置すると、第1サーモ弁の弁室はシリンダヘッド又はシリンダブロックの通路に接続されるため、シリンダブロックのウォータジャケットと第1サーモ弁の弁室とを接続するパイプが不要であり、シリンダヘッド又はシリンダブロックの通路に第1弁室をダイレクトに連通させることができるため、コストダウンできると共にスペースも有効利用できる。
【0022】
冷却水をウォータポンプに戻す通路はシリンダヘッド及びシリンダブロックに一体化することも可能であるが、この場合は、シリンダヘッドやシリンダブロックの構造が複雑化すると共に、暖機運転中にシリンダブロックが冷却され過ぎてしまって2系統冷却にした意味が減殺するおそれがある。また、通路が複雑化すると、流れ抵抗が増大して動力のロスが発生するおそれもある。
【0023】
この点、
実施形態のように、冷却水を中空部材で戻す構成を採用すると、シリンダヘッド及びシリンダブロックの構造が簡単になると共に、暖機運転中にシリンダブロックが過冷却されることを防止して、2系統冷却の機能を向上できる。更に、中空部材は単純な姿勢に配置できるため、冷却水の流れ抵抗を小さくして動力損失を抑制できる利点、もある。
【0024】
請求項2の発明を採用すると、各通路と各接続口とがハウジングに集約されているので、
シリンダヘッド又はシリンダブロックの構造を簡単化できる。
【発明を実施するための形態】
【0026】
(1).概要
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、内燃機関の概要を
図1に基づいて説明する。本実施形態は車両用(自動車用)の内燃機関に適用しており、内燃機関は例えば3気筒のような多気筒である。
【0027】
内燃機関は、シリンダブロック1とこれにガスケットを介して重ね固定されたシリンダヘッド2とを有しており、シリンダブロック1及びシリンダヘッド2の一側面1a,2aには、動弁機構を駆動するタイミングチェーン(図示せず)を覆うチェーンケース3が固定されている。これらシリンダブロック1とシリンダヘッド2とチェーンケース3とで機関本体が構成されている。
【0028】
シリンダヘッド2の一方の広幅面2bには吸気マニホールド(図示せず)が固定されて、シリンダヘッド2の他方の広幅面2cには排気マニホールド(図示せず)が固定されているが、内燃機関は、排気マニホールドが固定された他方の広幅面2cを進行方向前方に向けた姿勢で車両に搭載されている。従って、一方の広幅面2bは後面で、他方の広幅面2cは前面になっている。以下では方向を特定するための前後・左右の文言を使用するが、これは、車両の前進方向を前として使用している。
【0029】
シリンダブロック1とシリンダヘッド2とには、それぞれ冷却水が流れるウォータジャケット4,5を形成しており、両ウォータジャケット4,5には、補機駆動ベルト6を介してクランク軸7で駆動されるウォータポンプ8により、冷却水が送水される。便宜的に、シリンダブロック1のウォータジャケット4はブロックジャケットと呼び、シリンダヘッド2のウォータジャケット5はヘッドジャケットと呼ぶことにする。シリンダブロック1及びシリンダヘッド2の一側面2aと他側面2dとは、クランク軸7と直交した方向から見て左右両側に位置しており、シリンダブロック1の他側面1dには、トランスミッション9を固定している。
【0030】
本願発明の内燃機関は2系統方式なので、ウォータポンプ8から吐出された冷却水は、ブロックジャケット4に向かう第1送水通路10と、ヘッドジャケット5に向かう第2送水通路11とに分岐している。但し、
図1(C)に示すように、ヘッドジャケット5から連通穴12を介してブロックジャケット4に送水することも可能である。この場合、連通穴12は1つのみでもよいし、多数設けてもよい。
【0031】
シリンダヘッド2の他側面2dには、冷却水分配装置14を設けており、この冷却水分配装置14と車内暖房用ヒータ15及びラジェータ16が接続されていると共に、冷却水分配装置14とウォータポンプ8とが中空部材の一例としてのパイプ17で接続されている。冷却水分配装置14とウォータポンプ8とはパイプ17でダイレクトに接続してもよいが、実施形態では、シリンダブロック1に設けた補助通路18を介して接続している。
【0032】
つまり、ウォータポンプ8は冷却水を軸方向から吸引して外周方向に吐出する渦巻き式である一方、羽根車はクランク軸7と平行に配置されているので、シリンダブロック1に、ウォータポンプ8の羽根車に向けて軸方向に開口した補助通路18を設けて、パイプ17の終端は補助通路18の入口に接続しているのである。
【0033】
シリンダヘッド2の他側面2dには、ブロックジャケット4を流れた冷却水が排出される第1排出通路19と、ヘッドジャケット5を流れた冷却水が排出される第2排出通路20とが開口している。他方、冷却水分配装置14はシリンダヘッド2の他側面2bに固定されたハウジング21を有しており、このハウジング21に、第1排出通路19に連通する第1入口ポート22と、第2排出通路20に連通する第2入口ポート23とを設けている。
【0034】
第1入口ポート22と第2入口ポート23とはハウジング21の内部の第1連通室24に連通しており、第1連通室24に、ラジェータ送りポート25とヒータ送りポート26とが連通している。更に、ハウジング21は第2連通室27を備えており、この第2連通室27に、ラジェータ戻りポート29とヒータ戻りポート28とポンプ戻りポート30とが接続されている。
【0035】
敢えて述べるまでもないが、ラジェータ送りポート25はラジェータ送り管路32によってラジェータ16のアッパータンク16aに接続されて、ラジェータ戻りポート29はラジェータ戻り管路31によってラジェータ16のロアタンク16bに接続されている。また、ヒータ送りポート26はヒータ送り管路33によってヒータ15の入口に接続されて、ヒータ戻りポート28はヒータ戻り管路34によってヒータ15の出口に接続されている。更に、ポンプ戻りポート30に、戻り通路として既述のパイプ17が接続されている。
【0036】
パイプ17は機関本体の後ろ側に配置されており、背面視では、始端が高くて終端が低くなった傾斜姿勢になっている(
図1(B)はパイプ17がシリンダヘッド2の上を通っているかのように見えるが、これは便宜的な表示である。)。従って、パイプ17は概ね直線に近い傾斜姿勢で補助通路18に向かっており、このため、冷却水を流れ抵抗無しでウォータポンプ8に戻すことができ、その結果、動力損失を減少させて燃費向上に貢献できる。
【0037】
第1排出通路19と第1入口ポート22との箇所には第1サーモ弁36が内蔵されており、ラジェータ戻りポート29の箇所には第2サーモ弁37を内蔵している。従って、第1サーモ弁36の作動は主としてシリンダブロック1の温度に依存しており、シリンダブロック1が設定温度に達するまではブロックジャケット4には冷却水が溜まったままで循環はせず、シリンダブロック1の温度が設定値まで昇温すると、第1サーモ弁36が開いてブロックジャケット4を冷却水が循環する。また、第1排出通路19と第1入口ポート22とはいずれも第1弁室を構成している。
【0038】
第2サーモ弁37の働きは従来と同様であり、冷却水の温度が設定値に昇温するまでは閉じていて冷却水はラジェータ16には流れず、冷却水の温度が設定値を超えると第2サーモ弁37が開いてラジェータ16への循環が開始する。ヒータ15には加温された冷却水が常に流れている。
【0039】
(2).冷却水分配装置の具体的構成
次に、
図2〜5を参照して冷却水分配装置14の具体的な構成を説明する。ハウジング21は冷却水分配装置14の主要要素を構成しており、ハウジング21には、第1入口ポート22と第2入口ポート23とが前後に並んだ状態で開口している(
図1(B)では両ポート22,23を上下に表示しているが、これは作図上の便宜のためであり、実際には前後に並んでいる。)。
【0040】
ハウジング21は樹脂の成型品又は金属のダイキャスト品であり(金属の鋳造品でもよい)、第1入口ポート22と第2入口ポート23とが前後に並んだ状態で開口していることから、第1連通室24を形成するため、入口ポート22,23と直交した姿勢の連通穴38を開けている。云うまでもないが、連通穴38の口部はプラグで塞がれる。第1連通室24には、温度センサー取り付け穴39が開口している。
【0041】
図2から理解できるように、ラジェータ送りポート25とヒータ送りポート26とは筒状の形態を成してハウジング21の外側に突出しており、両者は、クランク軸7の軸方向と直交した方向である正面視で略V型の姿勢になっている。このため、ホースやパイプの差し込みを支障なく行える。他方、ヒータ戻りポート28も筒状の形態を成しており、
図4から理解できるように、側面視でラジェータ送りポート25から離れるように斜め上向きに姿勢になっている。
【0042】
ラジェータ戻りポート29は第2弁室として機能するもので、これは、第1入口ポート22と同心の姿勢で左右方向(クランク軸7の軸線方向)の外向きに開口しており、これに継手筒40aを有する蓋40が被さっている。ポンプ戻りポート30は、ラジェータ戻りポート29及び第1入口ポート22と直交した姿勢でラジェータ送りポート25と反対側に向けて開口しており、開口穴の周囲の端面には、パイプ17の始端に設けたフランジ(図示せず)を固定するための雌ねじ穴30aが、軸心を挟んだ両側に2カ所設けられている。
【0043】
ラジェータ戻りポート29とヒータ戻りポート28とポンプ戻りポート30との軸心は概ね交叉しており、互いに連通している。従って、これらラジェータ戻りポート31とヒータ戻りポート28とポンプ戻りポート30との奥部が第2連通室27になっている。
【0044】
以上の説明から理解できるように、各送りポート25,26及び戻りポート28,29はハウジング21から互いに異なる方向に向けて開口しているため、ホース類の接続作業は支障なく行える。
【0045】
また、ハウジング21には、蓋40と一緒にシリンダヘッド2にボルト(図示ぜす)で共締めするための第1ボルト挿通穴41と、ハウジング21のみをシリンダヘッド2に固定するための第2ボルト挿通穴42とが開けられているが、
図4のとおり、第1ボルト挿通穴41は第1入口通路19及びラジェータ戻り通路27を挟んでおおむね上下両側の2カ所に設けて、第2ボルト挿通穴42は第2入口通路20を挟んだ前後両側に設けており、冷却水分配装置14は4本のボルトのみで安定よく締結されている。
【0046】
図5に示すように、第1サーモ弁36と第2サーモ弁37とは同心状に配置されている。両サーモ弁36,37は、中央部に通水穴(通路)43を設けた弁座44と、通水穴43を開閉する弁体45と、水温に応じて弁体45を駆動する駆動部46とを備えている。駆動部46は水温によって軸方向に往復動するロッド47を有しており、ロッド47の先端に弁体45を固定している。ロッド47は、シリンダヘッド2の他側面2dと直交した方向(すなわちクランク軸7の軸線方向)に往復動する。
【0047】
また、サーモ弁36,37は籠状のケース48を備えており、ケース48に内蔵したばね49で弁体45を閉じ方向に付勢していると共に、ケース48の後端に駆動部46を固定している。従って、温度が設定値に上昇するまでは、弁体45はばね49で付勢されて閉じ状態に保持され、水温が設定値を超えると、駆動部46に内蔵した感温材の膨張によってロッド47が後退し、弁体45が閉開き作動する。温度が設定値に至ってから弁体が開き切るまでは通水量が水温に比例して変化するが、弁体45が開き切ると、冷却水の全量が通水穴43を通過する。
【0048】
サーモ弁36,37はフランジ50を有しており、第1サーモ弁36のフランジ50は、シリンダヘッド2とハウジング21との間に挟み固定されている。正確には、ハウジング21における第1入口ポート22の開口部に、フランジ50が嵌まる環状段部51を形成して、環状段部51で位置決めしている。同様に、第2サーモ弁37のフランジ50は蓋40に形成した環状段部51に嵌まっている。従って、蓋40も第2弁室の一部を構成している。
【0049】
また、第1サーモ弁36の大部分はシリンダヘッド2に設けた第1排出通路19を構成する弁室に入り込んでおり、第2サーモ弁37の大部分はハウジング21の内部に入り込んでいる。そして、第1サーモ弁36の大部分はシリンダヘッド2に入り込んでいるため、ハウジング21は必要最小限度の左右厚さで足りる。従って、冷却水分配装置14をコンパクト化・軽量化できる。
【0050】
本実施形態では、ハウジング21が第1サーモ弁36を覆う蓋として機能しているため、それだけ部材点数を抑制してコンパクト化・軽量化に貢献できる。また、第1排出通路19の軸心を挟んだ反対位置に第1ボルト挿通穴41が配置されていることにより、ハウジング21を2本だけのボルトでシリンダヘッド2に均等な面圧で押え保持できるため、2本のボルトで締結したに過ぎない構成ながら、ハウジング21とシリンダヘッド2との間での高いシール性を確保できる。
【0051】
同様に、蓋40も2本のボルトでハウジング21に締結したものでありながら、両者は均等な面圧で締結されるため、蓋40とハウジング21との間の間での高いシール性も確保できる。更に、蓋40とハウジング21とが共締めされているため、それだけボルトの本数を少なくして締結作業の能率をアップできるのみならず、第2ボルト穴42を設定するに当たって両サーモ弁36,37が邪魔にならないため、設計の自由性も向上できるのである。
【0052】
実施形態では、2つの第1ボルト挿通穴41はおおよそ上下方向に並んで、2つの第2ボルト挿通穴42は前後方向に並んでいるが、このようにボルト挿通穴41,42の並び方向を縦横に交叉させると、ハウジング21の安定性(締結強度)をより一層向上できる利点がある。
【0053】
実施形態のように、ラジェータ戻りポート31とヒータ戻りポート29とポンプ戻りポート30との三者を、その姿勢を互いに異ならせつつ奥部が互いに連通した構成にすると、プラグで塞ぐ連通用穴は不要になるため、それだけ構造を簡素化できる利点がある(配管作業も簡単である。)。
【0054】
図5に示すように、本実施形態では、シリンダヘッド2の他側面2dに外向き突出部52を設けて、この外向き突出部52に排出通路19,20を設けると共に、その外面にハウジング21を固定している。従って、シリンダヘッド2をできるだけコンパクト化できる。また、外向き突出部52の下部にはEGR通路53を設けており、このため、EGRガスの冷却性にも優れている。
【0055】
上記の実施形態では第1サーモ弁36と第2サーモ弁37とを同心に配置しているが、例えば、第2サーモ弁37を第1サーモ弁36の外側に配置しつつ、前後方向や上下方向にずらすことも可能である。また、サーモ弁は図示の構造に限定されず、様々なタイプのものを使用できる。接続口は外向きに突出した筒状である必然性はなく、継手がねじ込まれる雌ねじ穴であってもよい。
【0056】
内燃機関の冷却水はシリンダブロック及びシリンダヘッドはインタークーラーEGRクーラ等に利用されることもあるが、これらの補助冷却のための配管は、例えばヒータ送り管路等から分岐させるなどしたらよい。