特許 6791089 シリンダヘッドの冷却装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6791089

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】シリンダヘッドの冷却装置

(51)【国際特許分類】

   F01P 3/02 20060101AFI20201116BHJP

   F02F 1/36 20060101ALI20201116BHJP

   F02F 1/40 20060101ALI20201116BHJP

   F02F 1/38 20060101ALI20201116BHJP

   F01P 7/16 20060101ALI20201116BHJP

   F01P 7/14 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   F01P3/02 H

   F02F1/36 A

   F02F1/40 A

   F01P3/02 G

   F02F1/38 A

   F01P7/16 A

   F01P7/14 N

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-197649(P2017-197649)

(22)【出願日】2017年10月11日

(65)【公開番号】特開2019-70370(P2019-70370A)

(43)【公開日】2019年5月9日

【審査請求日】2020年1月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近末 吉人

【審査官】 小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５５−０５７６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−１１０８３１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２０１５−５２１７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０８１０８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／０６７８３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 実開昭６２−１０８５５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５９−１９６５５５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｐ ３／０２

Ｆ０１Ｐ ７／１４

Ｆ０１Ｐ ７／１６

Ｆ０２Ｆ １／３６

Ｆ０２Ｆ １／３８

Ｆ０２Ｆ １／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの一部を構成するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドに設けられて、少なくとも一つの排気弁近傍の高温部を冷却するように冷却水が流れる第一流路と、
前記シリンダヘッドに設けられて、上流側および下流側で前記第一流路と接続され、前記高温部を迂回するように冷却水が流れる第二流路と、
前記第一流路と前記第二流路との入口側に設けられて前記第一流路および前記第二流路に流れる冷却水の流量を調整する制御弁と、
前記第一流路の壁面を構成し、前記高温部に近づくように傾斜することで冷却水を前記高温部に衝突させる傾斜面とを備え、
前記制御弁は、前記エンジンが高負荷運転時には閉弁して前記第一流路に流れる冷却水の流量を低負荷運転時よりも増大させるとともに、前記エンジンが低負荷運転時には開弁して前記第二流路に流れる冷却水の流量を高負荷運転時よりも増大させる、シリンダヘッドの冷却装置。

【請求項2】

前記シリンダヘッドに冷却水を供給するウォーターポンプをさらに備え、前記エンジンを第一負荷での運転している時の前記第一流路および前記第二流路の冷却水の流量をＱＬ１およびＱＬ２とし、前記第一負荷よりも大きい第二負荷で運転している時の前記第一流路および前記第二流路の冷却水の流量をＱＨ１およびＱＨ２とするとＱＬ１／ＱＬ２＜ＱＨ１／ＱＨ２となり、かつ、前記ウォーターポンプから冷却水が送られる間は前記第一流路に冷却水が流れるように、前記制御弁の開度が制御される、請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却装置。

【請求項3】

２つの前記排気弁の間に前記第一流路が設けられる、請求項１または２に記載のシリンダヘッドの冷却装置。

【請求項4】

前記第一流路の断面積が前記高温部に近づくにつれて小さくなる、請求項１から３のいずれか１項に記載のシリンダヘッドの冷却装置。

【請求項5】

シリンダブロックと、前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとの間に挟まれて前記制御弁を保持する保持部とをさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載のシリンダヘッドの冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリンダヘッドの冷却装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のシリンダヘッドの冷却装置としては、たとえば実開昭６１−１１０８３１号公報（特許文献１）に開示されている冷却装置が知られている。この特許文献１の冷却装置は、互いに隣接配置された吸気弁と排気弁の弁シート近傍において吸気ポートと排気ポートとを分離する隔壁内に水平方向に延びる略断面円形の第１冷却水通路を形成して該第１冷却水通路内を流れる冷却水により弁シート間のシリンダヘッド内壁面を冷却するとともに、第１冷却水路とシリンダヘッド内壁面間の隔壁内に水平方向に延びる略断面円形の第２の冷却水通路を形成し、高負荷運転時には、第２冷却水通路内に設けられた制御弁を開弁して第１冷却水路と第２冷却水路の両方に冷却水を流して弁シート間を冷却している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開昭６１−１１０８３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の冷却装置では、高負荷運転時に制御弁が開弁して第２冷却水通路内に冷却水が流れて第２冷却水路によるシリンダヘッドの冷却が行われるが、第１冷却水路にも冷却水が流れるため、シリンダボアに近い側に形成された第２冷却水路に流れる冷却水の流速は第１冷却水路にのみ冷却水を流す場合よりも遅くなり、シリンダヘッドの高温部を効率的に冷却することができないという問題があった。

【0005】

そこで、この発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、低負荷運転時におけるシリンダヘッドの過剰冷却を抑制するとともに、高負荷運転時にはシリンダヘッドを十分に冷却することが可能なシリンダヘッドの冷却装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明に従ったシリンダヘッドの冷却装置は、エンジンの一部を構成するシリンダヘッドと、シリンダヘッドに設けられて、少なくとも一つの排気弁近傍の高温部を冷却するように冷却水が流れる第一流路と、シリンダヘッドに設けられて、上流側および下流側で第一流路と接続され、高温部を迂回するように冷却水が流れる第二流路と、第一流路と第二流路との入口側に設けられて第一流路および第二流路に流れる冷却水の流量を調整する制御弁と、第一流路の壁面を構成し、高温部に近づくように傾斜することで冷却水を高温部に衝突させる傾斜面とを備え、制御弁は、エンジンが高負荷運転時には閉弁して第一流路に流れる冷却水の流量を低負荷運転時よりも増大させるとともに、エンジンが低負荷運転時には開弁して第二流路に流れる冷却水の流量を高負荷運転時よりも増大させる。

【0007】

このように構成されたシリンダヘッドの冷却装置においては、第一流路の壁面を構成し、高温部に近づくように傾斜することで冷却水を高温部に衝突させる傾斜面を備える。その結果、第一流路内を流れる冷却水は傾斜面に案内されて高温部に衝突して高温部から熱を奪うことができるため、十分にシリンダヘッドを冷却することができる。制御弁は、エンジンが高負荷運転時には閉弁して第一流路に流れる冷却水の流量を低負荷運転時よりも増大させるため、高負荷運転時には傾斜面に案内されて高温部に衝突する冷却水の流量が多くなり、高負荷運転時に効果的にシリンダヘッドを冷却することができる。エンジンが低負荷運転時には開弁して第二流路に流れる冷却水の流量を高負荷運転時よりも増大させるため、高温部を迂回するような流れる冷却水の流量が多くなる。その結果、シリンダヘッドの過剰冷却を抑制することができる。

【0008】

シリンダヘッドの冷却装置は、シリンダヘッドに冷却水を供給するウォーターポンプをさらに備え、エンジンを第一負荷で運転している時の第一流路および第二流路の冷却水の流量をＱＬ１およびＱＬ２とし、第一負荷よりも大きい第二負荷で運転している時の第一流路および第二流路の冷却水の流量をＱＨ１およびＱＨ２とするとＱＬ１／ＱＬ２＜ＱＨ１／ＱＨ２となり、かつ、ウォーターポンプから冷却水が送られる間は第一流路に冷却水が流れるように、制御弁の開度が制御されてもよい。この場合、第一流路の冷却水の割合が高負荷（第二負荷）の運転時に大きくなり、低負荷（第一負荷）の運転時に小さくなる。その結果、高負荷運転時に高温部から多くの熱量を奪いことができる。ウォーターポンプから冷却水が送られる間は第一流路に冷却水が流れるように制御弁の開度が制御されるため、第一流路には常に冷却水が流れる。低負荷（第一負荷）運転時に第一流路に冷却水が流れない場合と比較して低負荷運転時の第一および第二流路の合計の断面積が大きくなるため、第一流路および第二流路の合計の圧力損失を減少させることができる。その結果、ウォーターポンプの仕事量を減少させることができ、エンジンの燃費を向上させることができる。

【0009】

２つの排気弁の間に第一流路が設けられてもよい。この場合、第一流路が２つの排気弁から熱を奪うことができるため、効率よく第一流路でシリンダヘッドを冷却することができる。

【0010】

第一流路の断面積が高温部に近づくにつれて小さくなってもよい。この場合、高温部に衝突する冷却水の流速を速くすることができる。その結果、効率よく高温部を冷却することができる。

【0011】

シリンダヘッドの冷却装置は、シリンダブロックと、シリンダヘッドとシリンダブロックとに挟まれて制御弁を保持する保持部とをさらに備えてもよい。この場合、保持部をシリンダヘッドとシリンダブロックで挟むことにより制御弁を位置決めすることができるため、シリンダヘッドの冷却装置の組み立てが容易となる。

【発明の効果】

【0012】

この発明によると、シリンダヘッドを十分に冷却することが可能なシリンダヘッドの冷却装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態１におけるシリンダヘッドの冷却装置のブロック図である。

【図2】実施の形態１に従ったシリンダヘッドの冷却装置の平面図である。

【図3】図２中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たアクチュエータ、ロッドおよびシャフトの模式図である。

【図4】実施の形態１に従ったシリンダヘッドの冷却装置で用いられる制御弁およびシャフトの模式図である。

【図5】図２中のＶ−Ｖ線に沿った断面図であって、低負荷運転時の制御弁の配置を示す断面図である。

【図6】図２中のＶ−Ｖ線に沿った断面図であって、高負荷運転時の制御弁の配置を示す断面図である。

【図7】実施の形態２におけるシリンダヘッドの冷却装置の平面図である。

【図8】実施の形態３に従ったシリンダヘッドの冷却装置で用いられる制御弁の斜視図である。

【図9】エンジン内に搭載された実施の形態３に従った制御弁の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

【0015】

（実施の形態１）
＜構成の説明＞
図１は、実施の形態１におけるシリンダヘッドの冷却装置のブロック図である。シリンダヘッドの冷却装置１はエンジン２内のシリンダヘッドを冷却する。エンジンは、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンのいずれであってもよい。シリンダヘッドの冷却装置１は、ウォーターポンプ２を有する。

【0016】

ウォーターポンプ２は羽根車を有し、羽根車が回転することで冷却水に遠心力を付与して冷却水を送り出すポンプの役割を果たす。羽根車はエンジン３の出力軸に接続されて出力軸とともに回転してもよい。羽根車はモータに接続されて回転してもよい。

【0017】

ウォーターポンプ２は、たとえばシリンダブロックに設けられる。シリンダブロック内には主としてシリンダボアを冷却するための冷却水流路が設けられる。冷却水流路はシリンダボアの外周からシリンダヘッドに向けて延在する。シリンダヘッド入口１１はシリンダヘッドにおける冷却水の入口であり、シリンダブロックからシリンダヘッド入口１１は冷却水が供給される。

【0018】

シリンダヘッド入口１１には第一流路１０１およびバイパス通路としての第二流路１０２が接続されている。第一流路１０１はシリンダヘッドの高温部を通過する。第二流路１０２はシリンダヘッドの高温部を迂回する。第一流路１０１と第二流路１０２の流量の割合は制御弁３０の開度によって決定される。制御弁３０が開いている状態での第二流路１０２の冷却水の流量は、制御弁３０が閉じている状態での第二流路１０２の冷却水の流量よりも多い。

【0019】

制御弁３０の開度はエンジンの負荷によって決定される。高負荷運転時には制御弁３０が閉じられる。これにより第一流路１０１へ多くの冷却水が供給されて高温部１５を効果的に冷却することができる。低負荷運転時には制御弁３０が開かれる。これにより第二流路１０２へ多くの冷却水が供給される。

【0020】

制御弁３０が閉じられている状態と制御弁３０が開かれている状態とにおける第一流路１０１および第二流路１０２の合計の圧力損失を比較すると、制御弁３０が開いている状態の方が第一流路１０１および第二流路１０２の合計の圧力損失が小さくなるように第一流路１０１および第二流路１０２の形状が決められる。

【0021】

第一流路１０１および第二流路１０２はシリンダヘッド出口１９に接続される。シリンダヘッド出口１９は、シリンダヘッドにおける冷却水の出口である。シリンダヘッド出口１９から排出された冷却水は、たとえばラジエターに導入される。ラジエターに導入された冷却水は冷却されて温度が低下する。ラジエターで冷却された冷却水は再度ウォーターポンプ２に導入される。

【0022】

図２は、実施の形態１に従ったシリンダヘッドの冷却装置の平面図である。図３は、図２中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たアクチュエータ、ロッドおよびシャフトの模式図である。

【0023】

シリンダヘッド１０にアクチュエータ２０が取り付けられている。シリンダヘッド１０とアクチュエータ２０との間にはカバー１１１およびパッキン１１２が介在している。

【0024】

アクチュエータ２０は、たとえば負圧により駆動する。アクチュエータ２０にロッド２１が接続されている。ロッド２１はアクチュエータ２０の負圧の作用により矢印２２で示す直線方向に駆動される。ロッド２１はパッキン１１２およびカバー１１１を貫通する。ロッド２１の先端付近はシリンダヘッド１０の中に位置している。

【0025】

ロッド２１の先端はシャフト２３に係合している。シャフト２３は、シリンダヘッド１０の長手方向に沿ってシリンダヘッド１０内に配置されている。シャフト２３の末端にはレバー状部分２３ａが設けられる。レバー状部分２３ａはシャフト２３の長手方向に対して直交するように延びる。レバー状部分２３ａの一端がロッド２１の先端に係合している。レバー状部分２３ａの下端がシャフト２３に固定されている。

【0026】

シリンダヘッド１０内においてシャフト２３は矢印２４で示す方向に回動することが可能となるようにシリンダヘッド１０内で保持されている。

【0027】

シャフト２３には制御弁３０が取り付けられている。シャフト２３が回動するとシャフト２３とともに制御弁３０も回動する。複数の制御弁３０が所定の間隔を隔ててシリンダヘッド１０内に位置している。

【0028】

ロッド２１が矢印２２で示す方向に直線的に移動すると、ロッド２１の直線的な移動はレバー状部分２３ａに伝達される。レバー状部分２３ａの一端はロッド２１の直線的な動きに応じて動く。これにより、レバー状部分２３ａの他端は、矢印２４で示す方向にシャフト２３を回動させる。シャフト２３の回転に応じて制御弁３０も回動する。

【0029】

シリンダヘッド１０には、複数のインジェクタ１２、複数の排気弁１３および複数の吸気弁１４が設けられている。複数のインジェクタ１２は燃焼室に燃料を噴射するためのものである。複数のインジェクタ１２は、互いに等しい距離を隔てて配置されている。この実施の形態では、燃焼室に軽油、ガソリンなどの燃料を直接噴射するエンジンのシリンダヘッド１０を示している。

【0030】

エンジンの気筒の数と同じ数のインジェクタ１２が設けられる。シリンダヘッド１０がポート噴射型のガソリンエンジン、すなわち、燃焼室に直接燃料を噴射するのではなく吸気ポートに燃料を噴射するシリンダヘッド１０である場合には、燃焼室上、すなわち排気弁１３および吸気弁１４間にインジェクタ１２は設けられない。

【0031】

インジェクタ１２を取り囲むように複数の吸気弁１４および排気弁１３が設けられている。この実施の形態では、１つのインジェクタ１２に対して２つの吸気弁１４および排気弁１３が設けられているが、より多いまたは少ない数の吸気弁１４および排気弁１３が設けられてもよい。

【0032】

シリンダヘッド１０には冷却水流路１００が設けられている。冷却水流路１００はシリンダヘッド１０内に設けられた空洞部分である。冷却水流路１００内をシャフト２３が貫通している。冷却水流路１００をシャフト２３が貫通する部分において冷却水流路１００から冷却水が外部へ漏れないようにするためにシールを設ける必要がある。

【0033】

冷却水流路１００は冷媒としての冷却水によりシリンダヘッド１０を冷却するために設けられる。シリンダヘッド１０の熱が冷却水へ移動することでシリンダヘッド１０の熱を放散させることができる。

【0034】

冷却水流路１００に制御弁３０が嵌め合わせされている。制御弁３０を冷却水流路１００に挿入するための挿入経路１０４がシリンダヘッド１０に設けられている。挿入経路１０４は冷却水流路１００の一部分であるため冷却水で満たされている。冷却水の漏れを防ぐためのカバー１１１が挿入経路１０４を封止している。

【0035】

シリンダヘッド１０に制御弁３０を挿入するとき、および、シリンダヘッド１０から制御弁３０を取り外すときには、カバー１１１を取り外した状態で挿入経路１０４を経由して制御弁３０を挿入し、または取り外す。

【0036】

冷却水流路１００は、制御弁３０から排気弁１３に向かって延びる。２つの排気弁１３間から冷却水流路１００が２つに分岐して、排気弁１３の外周の円弧に沿って、かつ、インジェクタ１２を取り囲むように冷却水流路１００が構成される。吸気弁１４付近で隣り合う冷却水流路１００同士が合流し、隣り合う気筒の２つの吸気弁１４間を通過する。

【0037】

図４は、実施の形態１に従ったシリンダヘッドの冷却装置で用いられる制御弁およびシャフトの模式図である。図４で示すように、シャフト２３に円板形状の制御弁３０が固定されている。シャフト２３は円板の直径部分を通過する。制御弁３０はバタフライ弁である。シャフト２３が矢印２４で示す方向に回動すると、制御弁３０も矢印２４で示す方向に回動する。

【0038】

制御弁３０の形状は、図４で示す円板形状に限られず、楕円板形状、矩形状などの他の形状を採用してもよい。制御弁３０は冷却水流路１００を完全に塞がない程度の大きさとされる。制御弁３０を回動させることで、冷却水流路１００内を流れる冷却水の流れの状態を調整することができる。

【0039】

図５は、図２中のＶ−Ｖ線に沿った断面図であって、軽負荷運転時の制御弁の配置を示す断面図である。図５で示すように、シリンダヘッド１０内には、空洞形状の冷却水流路１００が設けられている。シリンダヘッド１０はシリンダブロック上に載置される。シリンダブロックを冷却した冷却水は、シリンダヘッド入口１１から冷却水流路１００に導入されてシリンダヘッド１０を冷却する。

【0040】

隔壁１６が冷却水流路１００内に設けられている。隔壁１６は、冷却水流路１００を第一流路１０１と第二流路１０２とに分割する。隔壁１６の上流側および下流側において、冷却水流路１００は１つの流れであるが、隔壁１６によって第一流路１０１および第二流路１０２の２つの流れとなる。

【0041】

冷却水流路１００内に設けられた制御弁３０近傍において、冷却水流路１００は第一流路１０１と第二流路１０２とに分岐している。

【0042】

図５で示す断面の手前側と奥側に排気弁１３が設けられる。排気弁１３近傍を高温の排気が通過するため排気弁１３は高温になる。そのため、排気弁１３近傍のシリンダヘッド１０の一部分が高温の高温部１５となる。高温部１５は周囲と比較して温度が高いため、この部分を集中的に冷却する必要がある。

【0043】

隔壁１６には傾斜面１２１が設けられる。傾斜面１２１は第一流路１０１内の冷却水の流れを高温部１５に衝突させるものである。傾斜面１２１は高温部１５に向かって傾斜している。

【0044】

隔壁１６はシリンダヘッド１０の材料でシリンダヘッド１０と一体的に構成されていてもよい。隔壁１６はシリンダヘッド１０と別部材で構成されており、シリンダヘッド１０内の冷却水流路１００に別部材を挿入することで構成されていてもよい。別部材を挿入する場合には、挿入経路１０４から、またはシリンダヘッド入口１１からこの別部材を挿入することが可能である。

【0045】

傾斜面１２１は高温部に近づくように傾斜している。傾斜面１２１に沿って第一流路１０１の上流側から下流側に向かって第一流路１０１の内径が小さくなっている。第一流路１０１の断面積が高温部１５に近づくにつれて小さくなる。その結果、第一流路１０１に冷却水が流れると圧力損失が生じる。

【0046】

第二流路１０２は上流および下流において第一流路１０１と合流している。第二流路１０２は第一流路１０１の上側に位置している。高温部１５から第二流路１０２までの距離は、高温部１５から第一流路１０１までの距離よりも遠い。そのため、第二流路１０２に冷却水を流しても高温部１５を冷却する効果は小さい。第二流路１０２は第一流路１０１と並列に設けられており、第一流路１０１での冷却水の流量を少なくすることが望まれる状態、たとえば、低負荷運転時に、主として第二流路１０２に冷却水が流される。第二流路１０２は高温部１５を冷却する効果が小さくバイバスとして作用するものであるため、冷却性能を向上させるよりも圧力損失を低減させることが求められる。そのため、断面積が大きく、かつ、断面積の変化が小さいことが望まれる。

【0047】

図５で示す低負荷運転時には、制御弁３０は、第二流路１０２へ多くの冷却水を導くようにその回動位置が決定される。矢印１９０で示すようにシリンダヘッド入口１１から導入された冷却水は制御弁３０に案内されて矢印１９２で示すように、第二流路１０２へ向かう。第一流路１０１にも冷却水が流れるが、その量は僅かである。

【0048】

低負荷運転時には高温部１５の温度がそれほど高くならないので、高温部１５に集中的に冷却水を供給すると、高温部１５の温度が低くなりすぎるおそれがある。第二流路１０２は十分な断面積を有するため第二流路１０２流れる冷却水の割合が多くなると、冷却水の流速が低下する。

【0049】

図６は、図２中のＶ−Ｖ線に沿った断面図であって、高負荷運転時の制御弁の配置を示す断面図である。図６で示すように、高負荷運転時には燃料室に多くの燃料が噴射される。そのため、燃焼室内での発熱量が多くなり、排気弁１３を通過する排気がより高温になる。さらに、高温の排気の流量も多くなる。その結果、低負荷運転時と比較して高温部１５の温度が高くなる。高温部１５に多くの冷却水を衝突させて高温部から熱を放散される必要がある。制御弁３０は第一流路１０１へ多くの冷却水を導くようにその回動位置が決定される。

【0050】

高負荷運転時には、図６で示すように矢印１９０で示すようにシリンダヘッド入口１１から導入された冷却水は制御弁３０に案内されて第一流路１０１に導かれる。冷却水は傾斜面１２１に沿って矢印１９１で示す方向に流れて高温部１５に衝突する。そのため高温部１５を集中的に冷却することができる。エンジン３の第一の負荷（低負荷）での運転時の第一流路１０１および第二流路１０２の冷却水の流量をＱＬ１およびＱＬ２とし、第一負荷よりも大きい第二負荷（高負荷）での運転時の第一流路１０１および第二流路１０２の冷却水の流量をＱＨ１およびＱＨ２とするとＱＬ１／ＱＬ２＜ＱＨ１／ＱＨ２となり、かつ、ウォーターポンプ２から冷却水が送られる間は第一流路１０１に冷却水が流れるように、制御弁３０の開度が制御される。

【0051】

シリンダヘッドの冷却装置１は、シリンダヘッド１０と、シリンダヘッド１０に設けられて少なくとも一つの排気弁１３近傍の高温部１５を冷却する冷却水が流れる第一流路１０１と、上流側および下流側で第一流路１０１と接続され、高温部１５を迂回する冷却水が流れる第二流路１０２と、第一流路１０１と第二流路１０２との入口側に設けられて第一流路１０１および第二流路１０２の冷却水流量を調整する制御弁３０と、第一流路１０１の壁面を構成し、高温部１５に近づくように傾斜することで冷却水を高温部１５に衝突させる傾斜面１２１とを備える。制御弁３０は、エンジン３が高負荷運転時には閉弁して第一流路１０１に流れる冷却水の流量を低負荷運転時よりも増大させるとともに、エンジン３が低負荷運転時には開弁して第二流路１０２に流れる冷却水の流量を高負荷運転時よりも増大させる。

【0052】

＜作用および効果＞
低負荷運転時には、図５で示すように第二流路１０２に多くの冷却水が流れるように、制御弁３０の回動位置が決定される。その結果、第一流路１０１での流速が小さくなる。流体の流速と圧力損失とは関連し、ダルシーワイスバッハの式により圧力損失は流速の２乗に比例する。高温部１５付近では第一流路１０１は狭路となっており、この部分での流速を低下させることで、圧力損失を効果的に減少させることができる。ウォーターポンプ２が機械式、すなわちウォーターポンプ２の羽根車がエンジンの出力軸と接続されてエンジンの回転数に応じてウォーターポンプ２の吐出能力が決定される場合には、第一流路１０１での圧力損失が低減させると、ウォーターポンプ２を駆動させるために必要なトルクが低下するため、エンジンの出力のうち、ウォーターポンプ２で消費される割合が小さくなる。その結果、燃費を向上させることができる。ウォーターポンプ２が電動式、すなわちウォーターポンプ２の羽根車がモータによって駆動される場合には、圧力損失が低減すれば、モータの回転数を低下させても十分な量の冷却水を循環させることができる。その結果、ウォーターポンプ２の仕事を減らすことができ、燃費を向上させることができる。

【0053】

さらに低負荷運転時には高温部１５はそれほど高温ではないため第一流路１０１の流量が低下しても高温部１５の温度が高くなりすぎることが無い。

【0054】

低負荷運転時に高温部１５に多くの冷却水を流して高温部を過冷却にすると冷却損失が増加する。燃料からの入熱量をＱ１、排熱量をＱ２、仕事量をＷとするとＱ１−Ｑ２＝Ｗであり、高温部を過冷却にすると排熱量Ｑ２が多くなり、仕事量Ｗの低下、すなわち燃費の悪化につながる。上記の構成では高温部を過冷却にすることが無いため、燃費を悪化させることが無い。

【0055】

実開昭６１−１１０８３１号公報に記載の冷却装置では、低負荷運転時には弁シート間の冷却水通路が閉じられる。そのため、低負荷運転時には２つの冷却水通路のうち１つのみを用いる。これに対して上記の実施の形態１では、低負荷運転時に２つの冷却水流路を用いるため、冷却水の流速を低下させることができる。ダルシーワイスバッハの式により圧力損失は流速の２乗に比例する。実施の形態１では低負荷運転時に第一流路１０１および第二流路１０２を用いるため、実開昭６１−１１０８３１号公報に記載の冷却装置と比較して流速が小さくなり圧力損失を低下させることができる。その結果、燃費を向上させることができる。

【0056】

高負荷運転時には、図６で示すように矢印１９０で示すようにシリンダヘッド入口１１から導入された冷却水は傾斜面１２１に沿って矢印１９１で示す方向に流れて高温部１５に衝突する。そのため高温部１５を集中的に冷却することができる。流体の流速と熱伝達率とは関連し、コルバーンの式により、熱伝達率は流速の０．８乗に比例する。高温部１５周辺で流速を増加させることで高温部１５から効率的に熱を放散させることができる。実開昭６１−１１０８３１号公報に記載の冷却装置では高負荷運転時に使用される冷却水通路は円筒形状であり、高温部に向かって傾斜する傾斜面が設けられていないため、高温部近傍において流速を速くすることができない。その結果、熱伝達率を大きくすることが困難である。

【0057】

制御弁３０はバタフライ弁であるため、実開昭６１−１１０８３１号公報の開閉弁と比較して効果的に第一流路１０１に冷却水を案内することができる。

【0058】

冷却水流路１００が２つの排気弁１３間に設けられるため、２つ排気弁１３間の高温部の熱を確実に放散することが可能となる。

【0059】

（実施の形態２）
図７は、実施の形態２におけるシリンダヘッドの冷却装置の平面図である。図７で示すように、実施の形態２に従ったシリンダヘッドの冷却装置１では、アクチュエータ２０が設けられている位置が実施の形態１と異なる。実施の形態２では、アクチュエータ２０は電動式であり、ロッド２１を回転させることが可能である点で、実施の形態１に従った冷却装置１と異なる。

【0060】

ロッド２１はシャフト２３と係合しており、ロッド２１が回転するとシャフト２３も回転する。カバー１１１はシリンダヘッド１０の２つの面、すなわち、ロッド２１がシリンダヘッド１０を貫通する面と、挿入経路１０４が設けられる面とを覆い、これらの面からの冷却水の漏れを防止する。この実施の形態では、一体物のカバー１１１が上記の２つの面を覆うが、カバー１１１が分割されていてもよい。

【0061】

このように構成されたシリンダヘッドの冷却装置１では、実施の形態１のレバー状部分２３ａのようなリンク機構を設ける必要がない。その結果、構成を簡素化することができる。

【0062】

さらに、エンジンの短手面（出力軸と垂直な面）にアクチュエータ２０を設けることができる。

【0063】

（実施の形態３）
図８は、実施の形態３に従ったシリンダヘッドの冷却装置で用いられる制御弁の斜視図である。図８で示すように実施の形態１に従った制御弁３０はシャフト２３に固定されており、シャフト２３とともに矢印２４で示す方向に回動する。シャフト２３は支持部３２により支持される。支持部３２の孔３２ａに制御弁３０が嵌り合う。支持部３２は板状であり、その端部においてシャフト２３および制御弁３０を回動可能に支持している。シャフト２３を回動可能に支持する構造としては、たとえば支持部３２の長手方向の両端部にＣ形状の凹部を設け、その凹部を広げてシャフト２３を凹部に嵌合させたのち、凹部を狭める構造を採用することが可能である。

【0064】

図９は、エンジン内に搭載された実施の形態３に従った制御弁の側面図である。冷却水流路１００は隔壁１６により第一流路１０１と第二流路１０２とに分割されている。第一流路１０１は実施の形態１と同様に傾斜面により高温部に冷却水を衝突させる。第二流路１０２はバイパス経路であり、高温部を迂回するように配置される。第二流路１０２の入口には制御弁３０が設けられる。制御弁３０の一端がシャフト２３に固定されている。シャフト２３が矢印２４で示す方向に回動すると、制御弁３０も矢印２４で示す方向に回動する。制御弁３０の位置により、第二流路１０２に流れる冷却水の流量を調整することができる。

【0065】

なお、この実施の形態では第二流路１０２の入口にのみ制御弁３０を設けているが、第一流路１０１の入口にも制御弁３０を設けてもよい。第一流路１０１および第二流路１０２の両方の入口に制御弁３０を設けてもよい。

【0066】

シリンダブロック４０上にシリンダヘッド１０が載置されている。シリンダブロック４０とシリンダヘッド１０との間に支持部３２が挟みこまれている。シリンダヘッド１０の貫通孔にボルトが挿入されてボルトの先端がシリンダブロック４０に螺合することで、ボルトの軸力によりシリンダヘッド１０がシリンダブロック４０へ押圧されている。シリンダブロックとシリンダヘッド１０との間の支持部３２にはこの押圧力が付与されるため、シリンダヘッド１０およびシリンダブロック４０の境界において支持部３２を位置決めすることができる。

【0067】

制御弁３０が閉じられたときには、制御弁３０と支持部３２とが一つの平板となる。制御弁３０と支持部３２との厚みは等しい。一枚の板材から制御弁３０を切り出して、残りの部分を支持部３２とすることができる。

【0068】

このように構成されたシリンダヘッドの冷却装置１では、支持部３２をシリンダブロック４０とシリンダヘッド１０との間に挟み込むことで、容易に支持部３２、シャフト２３および制御弁３０を位置決めすることができる。

【0069】

制御弁３０が閉じられたときに制御弁３０と支持部３２とが一枚の平板を構成するため、一枚の平板の状態でシリンダブロック４０とシリンダヘッド１０の間に挟み込むことで組み付け性を向上させることができる。

【0070】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0071】

１ シリンダヘッドの冷却装置、２ ウォーターポンプ、３ エンジン、１０ シリンダヘッド、１１ シリンダヘッド入口、１２ インジェクタ、１３ 排気弁、１４ 吸気弁、１５ 高温部、１６ 隔壁、１９ シリンダヘッド出口、２０ アクチュエータ、２１ ロッド、２３ シャフト、２３ａ レバー状部分、３０ 制御弁、３２ 支持部、３２ａ 孔、４０ シリンダブロック、１００ 冷却水流路、１０１ 第一流路、１０２ 第二流路、１０４ 挿入経路、１１１ カバー、１１２ パッキン、１２１ 傾斜面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】