(57)【要約】【課題】スペーサを上下動させてシリンダブロックの冷却状態を制御することを、簡単な構造で実現する。【解決手段】スペーサ９はウォータジャケット６の内部に上下動可能に嵌め込まれている。シリンダブロック１には、ウォータジャケット６に送水するための第１送水口１０と第２送水口１１とが高さを変えて形成されている。冷却液の温度が所定値（例えば５０〜６０℃）より低い場合は、冷却水を第１送水口１０から吐出させてスペーサ９を上昇させる。これにより、低温環境下での過冷却を防止できる。冷却液の温度が所定値より高い高温域になったら、冷却水を第２送水口１１から吐出させてスペーサ９を下降させる。これにより、シリンダブロック１の上部を的確に冷却できる。冷却水の動圧を利用してスペーサ９を上下動させるものであるため、構造は極めて簡単である。【選択図】図２
2014009621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが摺動するシリンダボアを設けたシリンダブロックと、前記シリンダボアを覆うようにして前記シリンダブロックの上面に固定されたシリンダヘッドとを有しており、前記シリンダブロックには前記シリンダボアを囲う上向き開口の冷却液ジャケットが形成されており、前記冷却液ジャケットに、冷却液の流れを制御するためのスペーサが上下動可能に嵌め入れられている構成であって、
前記冷却液の温度又は機関の温度が所定値よりも低い状態では前記冷却液をその動圧で前記スペーサが押し上げられるように流し、前記冷却液の温度又は機関の温度が所定値よりも高い状態では冷却液をその動圧で前記スペーサが押し下げられるように流す送液制御手段を設けている、
液冷式内燃機関。
【請求項２】
前記シリンダブロックの冷却液ジャケットは前記シリンダヘッドの冷却液通路に接続されており、冷却液がシリンダブロックの冷却液ジャケットとシリンダヘッドの冷却液通路とラジェータとを循環する基本構成であると共に、前記シリンダヘッドの冷却液通路から出た冷却液をラジェータに送らずにシリンダブロックの冷却液ジャケットに戻すバイパス通路を備えており、冷却液又は機関の温度に応じて前記バイパス通路に流れる量が制御されている一方、
前記シリンダブロックには、前記スペーサを押し上げるように冷却液を流すための第１送液口と、前記スペーサを押し下げるように冷却液を流すための第２送液口とが高さを変えて設けられており、前記第１送液口には前記バイパス通路から送液され、前記第２送液口には前記ラジェータを循環した冷却液が送液されるように設定されている、
請求項１に記載した液冷式内燃機関。
【請求項３】
ピストンが摺動するシリンダボアを設けたシリンダブロックと、前記シリンダボアを覆うようにして前記シリンダブロックの上面に固定されたシリンダヘッドとを有しており、前記シリンダブロックには前記シリンダボアを囲う上向き開口の冷却液ジャケットが形成されており、前記冷却液ジャケットに、冷却液の流れを制御するためのスペーサが上下動可能に嵌め入れられている構成であって、
前記冷却液とスペーサとのうちいずれか一方は温度によって比重が変化するものが使用されており、前記シリンダブロックの上部を冷却する必要が生じる程度に冷却液が昇温した所定温度を基準にして、前記スペーサの比重と前記所定温度における冷却液の比重とを略同じに設定している、
液冷式内燃機関。
【請求項４】
前記シリンダブロックに、冷却液を前記冷却液ジャケットに送る送液口が、下降し切った状態でのスペーサの上端部近傍に位置するように設けられている一方、前記スペーサの上端部のうち前記送液口と対向した部位に、下降し切った状態では前記送液口から吐出された冷却液を上向きに案内して、上昇し切った状態では冷却液の上昇動に対して抵抗として作用する略横向き山形のガイド部を設けている、
請求項３に記載した液冷式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、液冷式（典型的には水冷式）の内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水冷式の内燃機関では、シリンダブロックにシリンダボアを囲うウォータジャケットが形成されており、ウォータジャケットに冷却水を通すことでシリンダボアの周囲を冷却している。シリンダブロックは上部が最も高温になるため、通常は、シリンダボアの周囲のうち上部を集中的に冷却する必要があるが、低温下での暖機運転のように機関温度が低い状態では、冷却水をジャケットに接触させ過ぎると過冷却になる。そこで、冷却液ジャケットに嵌め入れたスペーサを可動式とすることで、機関温度に応じた冷却態様を採ることが提案されている。
【０００３】
その例として特許文献１には、スペーサをウォータジャケットの内面に近接したり遠ざかったりする可動式として、モータ等のアクチェータでスペーサを押し引きすることで、ウォータジャケットの内面に触れる冷却水の量を調節することが記載されている。
【０００４】
他方、特許文献２には、ウォータジャケットに潜熱方式の蓄熱材と樹脂等の断熱材とを配置し、機関温度が低い状態では蓄熱材でシリンダブロックを加温すると共に、断熱材をウォータジャケットの内面に当てて冷却水への熱交換を阻止し、機関の温度がある程度以上に上がったら、加温を停止すると共に、断熱材をウォータジャケットの外面側に移動させて冷却水による冷却を行うことが記載されている。この特許文献２では、断熱材がスペーサとして機能している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４４６７５号公報
【特許文献２】特開２００７−２４７４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２は、シリンダブロックから冷却水への熱交換を制御できると言えるが、構造が著しく複雑であるためコストが嵩むのみならず、アクチェータは過酷な熱環境に晒されるため作動の確実性と耐久性とに問題がある。従って、現実性に乏しいと言わざるを得ない。
【０００７】
本願発明はこのような現状に鑑みなされたものであり、シンプルな構造でスペーサの動きの制御を行える内燃機関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】
【０００８】
本願発明の内燃機関は、ピストンが摺動するシリンダボアを設けたシリンダブロックと、前記シリンダボアを覆うようにして前記シリンダブロックの上面に固定されたシリンダヘッドとを有しており、前記シリンダブロックには前記シリンダボアを囲う上向き開口の冷却液ジャケットが形成されており、前記冷却液ジャケットに、冷却液の流れを制御するためのスペーサが上下動可能に嵌め入れられている、という基本構成になっている。
【０００９】
そして、請求項１の発明は、上記基本構成において、前記冷却液の温度又は機関の温度が所定値（例えば５０〜６０℃）よりも低い状態では前記冷却液をその動圧で前記スペーサが押し上げられるように流し、前記冷却液の温度又は機関の温度が所定値よりも高い状態では冷却液をその動圧で前記スペーサが押し下げられるように流す送液制御手段を設けている。
【００１０】
請求項２の発明は請求項１の発明を具体化したものである。すなわち、請求項１において、まず、前記シリンダブロックの冷却液ジャケットは前記シリンダヘッドの冷却液通路に接続されており、冷却液がシリンダブロックの冷却液ジャケットとシリンダヘッドの冷却液通路とラジェータとを循環する基本構成であると共に、前記シリンダヘッドの冷却液通路から出た冷却液をラジェータに送らずにシリンダブロックの冷却液ジャケットに戻すバイパス通路を備えており、冷却液又は機関の温度に応じて前記バイパス通路に流れる量が制御されている。
【００１１】
更に、前記シリンダブロックには、前記スペーサを押し上げるように冷却液を流すための第１送液口と、前記スペーサを押し下げるように冷却液を流すための第２送液口とが高さを変えて設けられており、前記第１送液口には前記バイパス通路から送液され、前記第２送液口には前記ラジェータを循環した冷却液が送液されるように設定されている。
【００１２】
請求項３の発明は請求項１とは異なる視点に立つもので、この発明は、上記基本構成において、前記冷却液とスペーサとのうちいずれか一方は温度によって比重が変化するものが使用されており、前記シリンダブロックの上部を冷却する必要が生じる程度に冷却液が昇温した所定温度を基準にして、前記スペーサの比重と前記所定温度における冷却液の比重とを略同じに設定している。
【００１３】
請求項４の発明は請求項３を具体化したもので、前記シリンダブロックに、冷却液を前記冷却液ジャケットに送る送液口が、下降し切った状態でのスペーサの上端部近傍に位置するように設けられている一方、前記スペーサの上端部のうち前記送液口と対向した部位に、下降し切った状態では前記送液口から吐出された冷却液を上向きに案内して、上昇し切った状態では冷却液の上昇動に対して抵抗として作用する略横向き山形のガイド部を設けている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明では、冷却液の動圧を利用してスペーサを上下動させるものであるため、電動アクチェータのような駆動手段は不要であり、このため構造は著しく簡単である。従って、コストを抑制しつつシリンダブロックから冷却液への熱交換の制御を行えると共に、確実性・耐久性にも優れている。
【００１５】
冷却液の温度や機関の温度に関連して送液制御手段を作動させる手段としては、専用の冷却液温度センサや機関温度センサを設けて、このセンサの温度に関連して冷却液の流れを電磁弁等の切り替え手段で制御することも可能であるが、請求項２の構成を採用すると既存の要素を流用できるため、コスト面で有利である。
【００１６】
つまり、例えば車両用内燃機関では、従来から、機関温度が低い状態では冷却液がラジェータに戻らないようにバイパス通路を設けているのが普通であり、サーモスタット弁により、ラジェータへの冷却水の戻りを自動制御しているが、請求項２の発明は、サーモスタット弁による既存の流れ制御装置を利用して冷却液ジャケットへの冷却液の流れを制御できる（切り替えできる）ため、コストを抑制しつつ作動も確実化できるのである。
【００１７】
請求項３の発明は、スペーサと冷却液との比重の違いを利用してスペーサを冷却液の温度変化に応じて自動的に上下動（浮沈）させるものであり、切り替え手段はまったく不要であるため、構造はより一層簡単である。また、コスト抑制にも貢献し得る。請求項４の構成を採用すると、スペーサが上昇しようとしたり下降しようとしたりする傾向を呈すると、ガイド部のガイド作用によってスペーサの動きが助長されるため、冷却水とスペーサとの比重の差が小さい状態であっても、スペーサの位置保持機能に優れている利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態を適用したシリンダブロックの平面図である。
【図２】循環経路の全体を概略表示した状態での図１のII-II 視断面図である。
【図３】（Ａ）は暖機運転状態での断面図、（Ｂ）はスペーサの部分正面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ視断面図である。
【図４】制御の別例である第２実施形態を示す図である。
【図５】第３実施形態を示す図で、（Ａ）は暖機運転状態での断面図、（Ｂ）は高温下運転状態での断面図、（Ｃ）はスペーサと冷却液との比重の関係を示すグラフである。
【図６】図５の変形例である第４実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
(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〜図３に示す第１実施形態を説明する。本実施形態は３気筒水冷式内燃機関に適用しており、従って、図１に示すように、シリンダブロック１には、３つのシリンダボア２がクランク軸（図示せず）の軸線方向に沿って直列に並んだ状態に形成されており、各シリンダボア２によって気筒３が構成されている。
【００２０】
シリンダブロック１の上面にはシリンダヘッド３がガスケット４を介して重なっている。敢えて述べるまでもないが、シリンダヘッド３はボルト（図示せず）でシリンダブロック１に固定されている。各シリンダボア２にはピストン５が摺動自在に嵌まっている。図２では、左端のピストン５は下死点付近に位置し、右端のピストン５は上死点付近に位置している。
【００２１】
シリンダブロック１には、冷却液ジャケットの一例として、シリンダボア２の群を囲うウォータジャケット６が上面に開口した状態に形成されている。ウォータジャケット６はループ形態になっており、基本的にはシリンダボア２の軸心から均等に延びるように形成されているが、シリンダボア２の全周を囲うことはできないため、隣り合ったシリンダボア２の間の部位では気筒列中心線に近づいた追い込み部になっている。
【００２２】
図２に模式的に示すように、シリンダブロック１にも冷却液通路７が形成されている。シリンダブロック１のウォータジャケット６とシリンダヘッド４の冷却液通路７とは枝管８を介して互いに連通しており、冷却水はシリンダブロック１からシリンダヘッド４に流れる（シリンダヘッド３からシリンダブロック１に流してもよい。）。本実施形態では、シリンダブロック１においては、冷却水は、図１に白抜き矢印Ａに示すように、気筒３の並び方向に向かって一端部から左右に分かれて他端部で集合するように流れており、かつ、その過程で多数の枝管８を介してシリンダヘッド４の冷却液通路７に流入する。
【００２３】
ウォータジャケット６には、ループ形態のスペーサ９が嵌め込み装着されている。スペーサ９の素材に限定はないが、例えば樹脂の成形品を採用できる。図２，３（Ａ）に示すように、ウォータジャケット６は、基本的にはピストン６の下死点付近まで入り込む深さになっているが、スペーサ９の上下高さ（或いは上下幅）は、ウォータジャケット６の深さ寸法の半分程度になっている。
【００２４】
図２，３に示すように、シリンダブロック１の一端寄り部位には、送液口の一例としての第１送水口１０と第２送水口１１とが形成されており、両者はウォータジャケット６に連通している。第１送水口１０は下に位置して、第２送水口１１は上に位置している。スペーサ９は、その全体が第１送水口１０の上方と下方とに選択的に位置するように設定されており、第２送水口１１を閉じて第１送水口１０から送水すると、スペーサ９は冷却水の動圧によって上昇位置に保持され、第１送水口１０を閉じて第２送水口１１から送水すると、スペーサ９は冷却水の動圧によって下降位置に保持される。
【００２５】
そして、シリンダブロック１はシリンダボア２の周囲の箇所でかつ上部が最も高温になるが、図３（Ａ）のようにスペーサ９が上昇した状態では冷却水はウォータジャケット６の下半部を流れるためシリンダブロック１はさほど冷却されない。従って、暖機運転時にはこの態様が好適である。他方、図２のようにスペーサ９が下降した状態では、冷却水はウォータジャケット６の上半部を流れるためシリンダブロック１の冷却が的確に行われる。従って、機関が高温になった状態ではこの態様が好適である。
【００２６】
図２，３に概略を示すように、内燃機関は、ラジェータ１３とウォータポンプ１４を有しており、機関温度がある程度以上に高くなっている状態では、シリンダヘッド３の冷却液通路７から排出された冷却水はサーモスタット弁１５からラジェータ戻り管路１６を経由してラジェータ１３に戻り、ラジェータ１３で放熱してからラジェータ送り管路１７にて第２送水口１１に送られる。
【００２７】
なお、図２，３ではウォータポンプ１４はシリンダヘッド２３の内部に配置されているように描いているが、これは便宜的な表示であり、実際にはウォータポンプ１４はシリンダヘッド２の外側に位置している。
【００２８】
他方、機関温度が低くて冷却水をラジェータ１３に循環させると過冷却になる場合は、シリンダヘッド３の冷却液通路７から排出された冷却水は、サーモスタット弁１５からバイパス通路１８を介してシリンダブロック１の第２送水口１１にリターンする。このように、サーモスタット弁１６の動きにより、冷却水がその温度に応じて第１送水口１０と第２送液口とに選択的に（又は温度に応じて比例的に）送られる。従って、本実施形態では、第１送液口１０と第２送液口１１とサーモスタット弁１６とが請求項に記載した送液制御手段に該当する。
【００２９】
第１送水口１０からの送水と第２送水口１１からの送水とを電磁弁等の専用の切り替え手段で行うことも可能であるが、内燃機関に元々設けられているサーモスタット弁１６を利用すると、制御のために部材を設ける必要がないため、コスト面において有利である。また、サーモスタット弁１６は信頼性が高いため、制御も確実である。なお、サーモスタット弁１６を使用した制御では、第１送水口１０と第２送水口１１とに同時に送水されることが有り得るが、スペーサ９は圧力差に応じて上昇位置と下降位置とのいずれかに保持されるため、特段の問題はない。
【００３０】
スペーサ９は上昇位置と下降位置とのいずれかに確実に保持されているのが好ましい。そこで、冷却水の動圧でスペーサ９を上昇位置又は下降位置に選択的に保持する維持手段を設けるのが好ましい。その例として、図３（Ｂ）（Ｃ）に示すように、スペーサ９の外周面に、シリンダボア２の軸線に対して傾斜したリブ９ａを周方向に適当な間隔で多数形成している。
【００３１】
この構成によると、第１送水口１０から冷却水が送水されると、冷却水の動圧がリブ９ａに上向きの分力として作用し、これにより、スペーサ９は上昇位置に押され勝手となる。逆に、第２送水口１１から冷却水が送水されると、冷却水の動圧がリブ９ａに下向きの分力として作用し、これにより、スペーサ９は下降位置に押され勝手となる。第１送水口１０と第２送水口１１との両方から冷却水が送水されている状態がある場合は、いずれか強い方の動圧（水圧）よってスペーサ９は上昇位置から下降位置かのいずれかに保持される。
【００３２】
(2).第２実施形態
自動車では、車内の暖房は冷却水によって行われる。従って、冷却水の一部は常にヒータに流れるようになっている。図４では、第１実施形態の変形例として、ヒータも含めたより現実的な実施形態を示している。この点を次に説明する。
【００３３】
シリンダヘッド３の冷却水通路７から排出された冷却水は、ラジェータ１３のアッパタンクに接続されたラジェータ戻り管路１６と、ヒータ２０の入口ポートに接続されたヒータ戻り管路２１とに分岐しており、ヒータ２０の出口ポートに接続されたヒータ送り管路２２は第１送水口１０に接続されている。従って、機関が十分温まっていない状態では、シリンダブロック１のウォータジャケット６には、ヒータ２０を経由した冷却水が送水される。この実施形態のヒータ送り管路２２は、スペーサ９に対する作用としては、第１実施形態のパイパス管路１８に相当する。
【００３４】
そして、ラジェータ１３の出口（ロアタンク）に接続されたラジェータ送り管路１７は、サーモスタット弁１５を介して第２送水口１１に接続されている。冷却水の温度が設定下限値より低い場合は、サーモスタット弁１５は閉じたままであるため、ラジェータ１３から第２送水口１１に冷却水が流れることはなく、結果として、ラジェータ１３への冷却水の循環は行われない。すなわち、冷却水は機関本体とヒータ２０とを循環するだけであり、この状態では、冷却水は第１送水口１０かのみからシリンダブロック１のウォータジャケット６に流入し、スペーサ９は上昇状態に保持されている。
【００３５】
冷却水の温度が設定下限値よりも高くなるとサーモスタット弁１５が開き初め、冷却水の温度がある程度の温度（設定上限値）に至ると、サーモスタット弁１５は開き切った状態になる。従って、冷却水の温度が設定下限値から設定上限値までの間の範囲では、冷却水はその温度に比例した量がラジェータ１３に循環し、冷却水の温度が設定上限値を超えると、冷却水の殆ど全量がラジェータ１３に循環する。
【００３６】
従って、冷却水の温度が設定下限値と設定上限値との間にある状態では、冷却水は第１送水口１０と第２送水口１１との両方から吐出しており、両送水口１０，１１からの吐出両はサーモスタット弁１５の開度（冷却水の温度）に依存している。すなわち、冷却水の温度上昇が十分でなくて第１送水口１０からの吐出量が多い場合は、スペーサ９は上昇位置に保持され、冷却水の温度が相当に高くなって第２送水口１１からの吐出量が第１送水口１０からの吐出量よりも多くなると、第２送水口１１から吐出される冷却水の動圧が強くなるため、スペーサ９は下降位置に保持される。
【００３７】
サーモスタット弁１５が開き切った状態でも第１送水口１０には僅かながら冷却水が流入するが、第２送水口１１に流入する冷却水の量に比べて僅かであるため、実質的には、第１送水口１０は閉じているのと同じ状態になっており、スペーサは下降位置に保持されている。なお、図４では、ウォータポンプ１４はシリンダブロック１の冷却水通路６はシリンダヘッド２の冷却水通路７との接続部に設けているが、冷却水通路６，７の始端部に設けたたり終端部に設けたりしてもよい。
【００３８】
(3).第３〜４実施形態
次に、図５〜６に示す第３〜４実施形態を説明する。この実施形態では、スペーサ９は冷却液ジャケット２８に上下動自在に配置されている。そして、冷却液として、温度が高くなると比重が大きくなるものを使用している。例えば、６０℃を基準温度（Ｋ０）として、この基準温度Ｋ０のときに１．０３程度の比重があるものを使用する。他方、スペーサ９の比重は一定であり、基準温度Ｋ０における冷却液の比重（１．０３）と同じ比重に設定する。スペーサ９の比重は、例えば比重が相違する樹脂シートを積層し、材料シートの使用量を調節することで正確に設定できる。
【００３９】
この実施形態では、冷却液の温度が基準温度Ｋ０より低い低温域である場合は、スペーサ９の比重が冷却液の比重に対して小さいため、スペーサ９は図５（Ａ）のように上昇しており、このためシリンダブロック１の過冷却が防止される。他方、冷却液の温度が基準温度Ｋ０より高い高温域である場合は、スペーサ９の比重が冷却液の比重に対して大きくなるため、スペーサ９は図５（Ｂ）のように下降しており、このためシリンダブロック１はその上部が的確に冷却される。この実施形態では、冷却液の比重の変化を利用してスペーサ９を上下動させるものであるため、構造は極めてシンプルになる。
【００４０】
スペーサ９を比重の違いだけで上下動させる構成では、例えば、スペーサ９が冷却液ジャケット２８の内面に当接することによる摩擦で上下動が不完全になることが懸念される。そこで、図６に示す第４実施形態では、冷却液の流入口２９を下降し切ったスペーサ９の上端部近傍に位置させると共に、スペーサ９の上部に、流入口２９に向いて突出した山形のガイド部３０を設けている。
【００４１】
ガイド部３０は冷却液の動圧でスペーサ９を上昇させたり下降させたりガイドするガイド手段の一例であり、上に行くほど流入口２９から遠ざかる上傾斜面３０ａと、上に行くほど流入口２９から遠ざかる下傾斜面３０ｂとを有している。ガイド部３０の頂点は流入口２９の下端近くに位置させるのが好ましい。
【００４２】
この実施形態では、スペーサ９が下降し勝手（沈み勝手）になっていると、流入口２９から吐出された冷却液の動圧が上傾斜面３０ａに作用してスペーサ９は下向きに押され、その結果、スペーサ９は冷却液との比重差が僅かであっても下降位置に保持される。
【００４３】
逆に、スペーサ９の比重が冷却液より大きくなって上昇し勝手（浮き勝手）になっていると、流入口２９から吐出された冷却液の動圧が下傾斜面３０ｂに下方から作用してスペーサ９は上向きに押されるため、スペーサ９は冷却液との比重差が僅かであっても上昇位置に保持される。従って、冷却液の温度変化に対するスペーサ９の上下動の応答性を良くすることができる。
【００４４】
本実施形態では冷却液に温度で比重が変化するものを使用したが、例えば冷却液として水を使用して、スペーサ９を温度によって比重が変化するものを使用することも可能である。具体的には、スペーサ９を、熱収縮性のある素材を採用し、他の素材と積層する等することで、６０℃程度で比重が１になるように設定しておくことで、約６０℃を境にして上昇したり下降したりさせることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本願発明は内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１  シリンダブロック
２  シリンダボア
３  シリンダヘッド
５  ピストン
６  冷却液ジャケットの一例としてのウォータジャケット
７  シリンダヘッドの冷却液通路
９  スペーサ
１０  送液制御手段の一部を構成する第１送水口（第１送液口）
１１  送液制御手段の一部を構成する第２送水口（第２送液口）
１３  ラジェータ
１４  ウォータポンプ
１５  送液制御手段の一部を構成するサーモスタット弁
１６  ラジェータ戻り管路
１７  ラジェータ送り管路
１８  バイパス通路
【図１】
2014009621.tif 000003
【図２】
2014009621.tif 000004
【図３】
2014009621.tif 000005
【図４】
2014009621.tif 000006
【図５】
2014009621.tif 000007
【図６】
2014009621.tif 000008