(57)【要約】【課題】本発明は、スペーサでウォータジャケット内部が区画された構造において、暖機運転の完了するまでの時間の短縮が図れる内燃機関の冷却装置を提供する。【解決手段】本発明は、内燃機関の冷態時、ピン１５やスプリング１９や発泡弾性体３０で、スペーサ１０ａ，１０ｂとシリンダライナ２ａ〜２ｄとの間の内側通路１１の冷却水を制限するようにした。これにより、暖機運転時、シリンダライナ２ａ〜２ｄからの放熱が抑制され、暖機運転が短時間で完了するようになる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボアを形成するシリンダライナの周りに、各シリンダライナを取り囲むように冷却水が流通可能なウォータジャケットを形成し、このウォータジャケット内に内側通路と外側通路とに区画するスペーサを設けて構成される内燃機関の冷却装置において、
内燃機関の冷態時、前記内側通路の冷却水の流れを制限する制限手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記制限手段は、内燃機関の冷態時、前記内側通路を狭める方向に前記スペーサを可変させる可変機構で構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記可変機構は、前記スペーサを複数に分割して前記ウォータジャケットの幅方向に沿って可動可能とした複数のスペーサ片と、これらスペーサ片を内燃機関の冷態時に前記シリンダライナの外周面と接触する地点に変位させ、内燃機関が所定温度以上に昇温すると前記スペーサ片を前記シリンダライナの外周面から離れた所定の地点へ戻すスペーサ移動部とを有して構成されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
前記制限手段は、前記内側通路に充填された発泡弾性体と、内燃機関温度が上昇するにしたがい前記発泡弾性体を変形させる可変機構で構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部がスペーサで区画されるウォータジャケットを用いて内燃機関の冷却を行なう内燃機関の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水冷のレシプロ式内燃機関の多くは、シリンダライナ（シリンダボアを形成するもの）が組み込まれたシリンダブロックに、シリンダライナを取り囲むようにウォータジャケットを形成して、ウォータジャケットを流れる冷却水で、シリンダライナを冷却することが行われている。
【０００３】
こうした冷却構造では、近時、内燃機関の機種毎、容易にウォータジャケットを流れる冷却水の流量や流速のコントロールが行なえるよう、ウォータジャケットは変更せずに、該ウォータジャケット内に、ウォータジャケットの幅方向を区画するスペーサを設けて、ウォータジャケットを、シリンダライナに臨む内側の通路（以下、内側通路という）とその反対側の外側の通路（以下、外側の通路という）とに区画することが進められている（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−２６２１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関を搭載した自動車（車両）では、フリクションの低減や触媒の早期活性化のために、できるだけ冷態時の暖機運転を短い時間で完了させることが望まれている。
【０００５】
ところで、スペーサでウォータジャケット内部を区画したシリンダブロックは、シリンダライナとスペーサとの間の通路が機種毎に細かく設定できるので、通常の単一のウォータジャケットだけに冷却水を流通させる構造に比べ暖機特性に優れ、暖機運転に費やす時間は短くてすむ。しかし、それでも冷態時の暖機運転は、シリンダライナが昇温するまでには、かなりの時間が必要とされる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、スペーサでウォータジャケット内部が区画された構造において、暖機運転の完了するまでの時間の短縮が図れる内燃機関の冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、内燃機関の冷態時、スペーサとシリンダライナとの間の内側通路の冷却水の流れを制限する制限手段を設けて、暖機運転時、シリンダライナからの放熱が抑制されるようにした。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、制限手段として、内燃機関の冷態時、内側通路を狭める方向にスペーサを可変させる可変機構を採用した。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、さらに、簡単な構造で実現されるよう、可変機構として、スペーサを複数に分割してウォータジャケットの幅方向に沿って可動可能とした複数のスペーサ片と、これらスペーサ片を内燃機関の冷態時にシリンダライナの外周面と接触する地点に変位させ、内燃機関が昇温するとスペーサ片をシリンダライナの外周面から離れた所定の地点へ戻すスペーサ移動部とを有した構成を採用した。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、内側通路に発泡弾性体を充填し、該発泡弾性体を変形させる可変機構を採用した。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、暖機運転時、シリンダライナからの放熱が抑えられるから、シリンダライナが早期に昇温される。
【００１２】
したがって、高い暖機特性をもつスペーサ付ウォータジャケット構造の内燃機関において、一層、暖機運転完了までの時間を短縮させることができ、さらなる暖機特性の向上を図ることができる。
【００１３】
請求項２および請求項３に記載の発明によれば、さらに上記効果に加え、簡単な構造で、シリンダライナの早期昇温が実現できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、上記効果に加え、シリンダライナの過度の冷却が防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１の実施形態］
以下、本発明を図１〜図４に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
【００１６】
図１は、水冷式の内燃機関、例えば４気筒のレシプロエンジンの一部を示し、図２はその一部を分解した斜視図、図３はその一部の断面図を示していて、同図中１はシリンダブロックを示している。このシリンダブロック１には、例えば４つのシリンダライナ２ａ〜２ｄを連続して並べて構成されるサイヤミーズタイプが用いられている。この各シリンダライナ２ａ〜２ｄから、シリンダブロック１の頭部に、直列に並ぶシリンダボア３ａ〜３ｄを形成している。これら各シリンダボア３ａ〜３ｄ内には、図３中の二点鎖線に示されるようにそれぞれピストン４が往復動可能に収められる。またシリンダブロック１の上部には、例えばシリンダボア３ａ〜３ｄ毎、燃焼室、吸気・排気ポート、吸気・排気側の動弁機構、点火プラグ、インジェクタ（いずれも図示せず）などが組付いたシリンダヘッド５（図１および図３中の一部に二点鎖線で図示）が搭載され、往復動するピストン４により、クランクシャフト（図示しない）から軸出力が出力されるようにしている。なお、６は、シリンダブロック１の頭部とシリンダヘッド５との間に介在されるガスケットを示す（図３中に二点鎖線で図示）。
【００１７】
図２に示されるようにシリンダブロック１には、エンジンの冷却装置を構成するウォータジャケット７が形成されている。ウォータジャケット７は、各シリンダライナ２ａ〜２ｄを取り囲む所定幅の溝部から形成されている。この溝部は、例えばシリンダライナ２ａａ〜２ｄの長さのほぼ中間地点までの深さをもつ。このウォータジャケット７の一端部が、例えばシリンダブロック１の前部に形成されている冷却水入口８と連通している。冷却水入口８は、シリンダヘッド５に形成されているウォータジャケット（図示しない）の一端部にも連通していて、冷却水がシリンダブロック１のウォータジャケット７、シリンダヘッド５のウォータジャケット（図示しない）との双方へ流入される構造としている。なお、ウォータジャケット７の他端部は、例えばシリンダヘッド５のウォータジャケットの他端部を通じて、同シリンダヘッド５の後部に形成されている冷却水出口（図示しない）から流出される構造となっている。
【００１８】
こうしたシリンダブロック１のシリンダウォータジャケット７の内部には、図１に示されるようにウォータジャケットスペーサ１０（以下、単にスペーサ１０という；本願のスペーサに相当）が収容されている。
【００１９】
このスペーサ１０は、例えば図１に示されるようなウォータジャケット７の溝部の厚み方向中間の略全域を占める外形をもつ合成樹脂製（例えばポリプロピレンなど）の分割部品が用いられる。このスペーサ１０には、例えば図２に示されるようにウォータジャケット７の深さ寸法より若干、短い４つの薄肉の円筒部を前後に連続的に並べて、ウォータジャケット７の幅方向中間を占める外形にした筒形部品を、複数に分割、具体的には吸気側（吸気ポートや吸気バルブが配置される側）と、排気側（排気ポートや排気バルブが配置される側）との二つのスペーサ片１０ａ（二部材）に分割した構造が用いられている。特にスペーサ片１０ａ，１０ｂの内面はシリンダライナ２ａ〜２ｄの外周面形状にならうように形成してある。これらスペーサ片１０ａ、１０ｂの前後両端部間が、図２に示されるようにそれぞれ複数の弾性部材、例えばスペース片１０ａ，１０ｂ相互を引き付ける方向（接近方向）に付勢するスプリング部材９で連結され、図３（ａ）に示されるように各スペース片１０ａ，１０ｂの内面をシリンダライナ２ａ〜２ｄの外周面に接触させている。このスプリング部材９でつないだスペース片１０ａ，１０ｂにより、各スペーサ片１０ａ，１０ｂがウォータジャケット７の幅方向に沿って可動、具体的にはシリンダライナ２ａ〜２ｄの外周面と接触する地点から離れる方向へ変位できるようにしている。図１は、このスペーサ片１０ａ，１０ｂがシリンダライナ２ａ〜２ｄから離れているときを示している。
【００２０】
この可動式のスペーサ片１０ａ，１０ｂで行われるウォータジャケット７内部の区画（幅方向）により、シリンダライナ２ａ〜２ｄ側、すなわちシリンダライナ２ａ〜２ｄとスペーサ片１０ａ，１０ｂとの間に内側通路１１が形成され、反対側のスペーサ片１０ａ，１０ｂとウォータジャケット７の外側の壁面との間に外側通路１２が形成されるようにしている。
【００２１】
またスペーサ片６の内面の各部、例えば図２に示されるようなシリンダライナ２ａ〜２ｄを囲う各壁部１４ａ〜１４ｄの中央には、図３に示されるようにそれぞれピン１５（本願のスペーサ移動部に相当）が嵌め込んである。詳しくはピン１５は、いずれもスペーサ片１０ａ，１０ｂよりも大きな熱膨脹、例えばスペーサ片１０ａ〜１０ｄより大きな線膨張係数をもつ合成樹脂材で形成されていて、一端部が各壁部１４ａ〜１４ｄに遊嵌されている。またピン１５の他端部は、スペーサ片１０ａ，１０ｂの内側に臨んでいる。そして、この端面が、スプリング部材９の弾性力を受けて、各シリンダライナ２ａ〜２ｄの外周面と接触している。各ピン１５は、例えばエンジンの冷態時の温度と暖機運転完了時の温度との境界温度をしきい値として、シリンダライナ２ａ〜２ｄの温度が当該境界温度に相当する所定温度以下のときは、図３（ａ）に示されるようにスペーサ片１０ａ，１０ｂの内面がシリンダライナ２ａ〜２ｄの外周面と密着する状態になる。また各ピン１５は、シリンダライナ２ａ〜２ｄの温度が当該境界温度に相当する所定温度を超えると、図３（ｂ）に示されるように熱膨脹により、全長が延びて、スペーサ片１０ａ，１０ｂをシリンダライナ２ａ〜２ｄの外周面から離し、エンジンの機種に適応した適正な冷却水の流量や流速が確保される所期の地点へ変位させる（戻す）ようになっている。このピン１５（スペーサ移動部）と付勢式のスペーサ片１０ａ，１０ｂとの組み合わせから、エンジンの冷態時に内側通路１１を狭める方向にスペーサ１０を可変する可変機構１７を構成している。そして、同機構１７から、暖機運転時、エンジン１を早期昇温させる手段、すなわち、エンジンの冷態時、内側通路１１の冷却水の流れを制限する手段（制限手段に相当）を構築している。なお、図２では、ピン１５をシリンダボア３ａ〜３ｄのストローク方向に対し、同一高さに一列に設けたが、一列にせず、ストローク方向上下にずらして設けてもよい。この場合には、スペーサ１０が安定して配設できる。
【００２２】
このように構成されたエンジンにおいて、暖機運転前（冷態時）のスペーサ片１０ａ，１０ｂは、スプリング部材９の弾性力により、図３（ａ）に示されるようにシリンダライナ２ａ〜２ｄの外周面と密着して（シリンダライナ２ａ〜２ｄの温度が冷態時となる所定温度以下のため）、シリンダライナ２ａ〜２ｄとスペーサ１０の間、すなわち内側通路１１に冷却水が流れないようにしている。なお、必ずしもスペーサ１０とシリンダライナ２ａ〜２ｄとを密着させる必要はなく、内側通路１１の幅を縮め、冷却水の水量を制限すれば、従来と比較し一定の効果が得られる。
【００２３】
エンジン１の暖機運転は、好ましくはこのスペーサ１０がシリンダライナ２ａ〜２ｄに密着した状態により行われる。これにより、冷却水入口８からシリンダブロック１へ流入される冷却水は、図４（ａ）に示されるように内側通路１１を流れずに、シリンダライナ２ａ〜２ｄから隔絶された外側通路１２だけを通じて、ウォータジャケット７の出口側となる他端側へ流れる。つまり、内側通路１１を流れる冷却水による冷却作用はなくなる。
【００２４】
これにより、シリンダライナ２ａ〜２ｄの周囲からの放熱は抑えられ、シリンダライナ２ａ〜２ｄは早期に昇温する。特にシリンダライナ２ａ〜２ｄにスペーサ片１０ａ，１０ｂが密着してあると、合成樹脂製のスペーサ片１０ａ，１０ｂがもつ断熱作用により、シリンダライナ２ａ〜２ｄから周囲への放熱は著しく抑えられるから、シリンダライナ２ａ〜２ｄの昇温は早急に進む。
【００２５】
この暖機運転の継続により、シリンダライナ２ａ〜２ｄの温度が、暖機運転を規定する所定温度値を超えると、すなわち暖機運転が完了する温度に達すると、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示されるようにスペーサ片１０ａ，１０ｂは、熱膨脹するピン１５により、スプリング部材９の弾性力に抗して、シリンダライナ２ａ〜２ｄの外周面から離れる方向に操作され、所期の冷却性能を発揮するウォータジャケット７の幅方向中間の地点まで移動（変位）する。これにより、通常の冷却水の流れ、すなわち冷却水が内側通路１１と外側通路１２とを流れ、所期の冷却性能をもたらす。
【００２６】
かくして、シリンダライナ２ａ〜２ｄとスペーサ１０との間を流れる冷却水の制限により、暖機特性に優れるウォータジャケット構造をもつエンジンは、さらに暖機運転の完了するまでの時間が短縮できる。
【００２７】
それ故、一層、同エンジンにおける暖機特性の向上が図れ、さらなるエンジンのフリクションの低減や触媒の早期活性化を図ることができる。
【００２８】
しかも、内側通路１１を流れる冷却水に制限を与える構造には、内側通路１１を狭める可変機構１７を用いたので、容易に暖機運転の短縮化が実現できる。特に分割式のスペーサ片１０ａ，１０ｂを用い、エンジンの冷態時、シリンダライナ２ａ〜２ｄに密着させ、エンジンが暖機運転完了の温度に昇温するにしたがいシリンダライナ２ａ〜２ｄからスペーサ片１０ａ，１０ｂを離す構造を採用すると、簡単な構造で暖機運転の短縮化ができる。そのうえ、スプリング部材９、ピン１５を採用した構造だと、別途、大掛かりな駆動機構を必要しないので、コスト的にも安価ですむ。
【００２９】
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態を示す。
【００３０】
本実施形態は、第１の実施形態のようなシリンダライナの温度に応じて伸縮するピンを用いてスペーサ片を変位させる構造でなく、電気的な制御でスペーサ片を移動させるようにしたものである。
【００３１】
これには、一対のスペーサ片１０ａ，１０ｂが、例えばシリンダブロック１外に設置した一対のソレノイド２０ａ，２０ｂで、シリンライナ２ａ〜２ｄと密接する地点から、同地点から離れた所期の地点まで駆動されるようにし、各ソレノイド２０ａ，２０ｂをＥＣＵ２１で制御する構造を採用した。具体的には、ＥＣＵ２１により、例えば冷却水温を検出する水温センサ２２の温度信号にしたがいソレノイド２０ａ，２０ｂを制御して、エンジンの冷態時に相当する所定温度以下のときは、各スペーサ片１０ａ，１０ｂをシリンダライナ２ａ〜２ｄと密接する地点へ移動させて内側通路１１を流れる冷却水を制限し、暖機運転完了に相当する所定温度を超えると、同スペーサ片１０ａ，１０ｂを密着させた地点から所期の地点、すなわちウォータジャケット７の中間に移動させるようにした。
【００３２】
このようにしても第１の実施形態と同様の効果を奏する。但し、図５において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。
【００３３】
また、電気的な制御を用いれば、冷却水温度に依存せず内側通路を流れる冷却水の流量を変更できるため、寒冷地などでヒータ使用時には暖機促進よりヒータを優先することも可能である。この場合、要求されるヒータ性能に応じて通常のスペーサ位置よりシリンダライナから離隔させ、内側通路の冷却水量を多くすることで、シリンダライナの昇温より冷却水の昇温を優先させる。したがって、通常は内側通路の冷却水量を規制してシリンダライナを早期に昇温させるようにするが、ヒータ性能の要求が高いときには内側通路の冷却水量の規制を多少緩和して冷却水を早期に昇温させればよく、このようにするとヒータ性能を高めることができる。
【００３４】
［第３の実施形態］
図６〜図８は、本発明の第３の実施形態を示す。
【００３５】
本実施形態は、スペーサの内側に発泡ゴムを配設したもので、図６はその全体の構造が示され、図７は冷態時の発泡ゴムの断面図を示し、図８は暖機終了後の発泡ゴムの断面図を示している。
【００３６】
本実施形態について説明すると、スペーサ１０は、第１の実施形態、第２の実施形態のように分割されてウォータジャケット７内を移動するのものではなく、図６に示されるようにウォータジャケット７全体に渡って一体な構造となっている。なお、スペーサ１０は分割構造でもよい。このスペーサ１０の内側の面には、周方向に沿って連続するよう、すなわち環状に、発泡弾性体である、例えば吸水性の高い発泡ゴム３０が貼り付けられている。発泡ゴム３０は、所定の厚み寸法を有した帯状をなし、スペーサ１０の下部寄りに配置されている。この発泡ゴム３０が、スペーサ１０と共にウォータジャケット７内に挿入される。この挿入により、スペーサ１０で区画された内側通路１１内に、図７に示されるように該内側通路１１の上側端部を残して充填させている。このとき、発泡ゴム３０は、シリンダライナ２ａ〜２ｄの下方側（ピストン下死点側）の外周面部分に当接した状態で配設される。図７中の符号ｈは、その発泡ゴム３０がシリンダライナ２ａ〜２ｄと当接する部分を示しています（図面にて定義）。この発泡ゴム３０のシリンダライナ２ａ〜２ｄと当接する当接面には、例えば第１の実施形態のピン位置に相当する地点に、熱により形状が変形する例えば正方形（又は長方形等）のバイメタル３２（本願の請求項４の可変機構に相当）が取着されている。このバイメタル３２は、熱膨張係数の違う異金属を張り合わせて構成される。そして、このバイメタル３２には、温度が低い状態、即ち冷態時には図６に示されるようにシリンダライナ２ａ〜２ｄと密着する形状をなし、温度が上昇するにしたがい図７に示されるように熱膨張差によって断面Ｕ字形状に変形する特性が与えてある。このバイメタル３２により、内燃機関が冷態時には、図７に示されるように発泡ゴム３０により、内側通路１１の冷却水の流れを制限して、上方側（ピストン上死点側（燃焼室に近い部分））だけに冷却水が流れ、内燃機関の温度が上昇するにしたがい発泡ゴム３０を変形させて、ピストン下死点側にも、若干、冷却水が流れるようにしている。
【００３７】
冷却水が流れるときの状況を説明すると、バイメタル３２は、内燃機関の温度上昇にしたがい、図８に示されるようにバイメタル３２の上下端辺がシリンダライナ２ａ〜２ｄの外周面に押付けられ、中央部分が発泡ゴム３０に押し付けられながら、Ｕ字状に変形する。この変形を受けて、バイメタル３２の中央部分に位置する発泡ゴム３０が圧縮変形し、バイメタル３２の形状に沿った流路が形成される。またバイメタル３２の変形により、発泡ゴム３０の全体（又は一部）が、図８中の矢印に示されるようにシリンダライナ２ａ〜２ｄからほんのわずかに浮く挙動を示し、上記バイメタル３２で形成される流路と協同して、内側通路１１を形成する。なお、この発泡ゴム３０の全体（又は一部）がシリンダライナ２ａ〜２ｄからほんのわずか浮く挙動により、内側通路１１に冷却水が必要以上に滞留することはない。
【００３８】
こうした発泡ゴム３０の変形により、暖機終了後、シリンダライナ２ａ〜２ｄのｈ部分に冷却水が接触するようになる。このとき依然として発泡ゴム３０は、内側通路１１の冷却水の流れを規制しているため、第１の実施形態及び第２の実施形態の効果に加え、発熱量が少ないシリンダライナ２ａ〜２ｄのピストン下方側（ピストン下死点側）、ここではシリンダライナ２ａ〜２ｄのｈ部における過度の冷却が防止されるものである。
【００３９】
なお、バイメタル３２を各シリンダライナ２ａ〜２ｄに対し左右１個ずつ配置したが、適宜の場所に複数設けて良く、バイメタルの形状や大きさも適宜変更してもよい。また、バイメタル３２を設ける場合、バイメタル３２の密度を上方で高くしてもよい。この場合、シリンダライナの下方側の過度の冷却が一層、防止されるようになる。
【００４０】
本実施形態では、発泡弾性体を発泡ゴムとしたが、これに限らず、スチールウール等でもよい。可変機構についてもバイメタル以外の伝熱によって変形するものであればよい。
【００４１】
但し、図６〜図８において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。
【００４２】
また、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば第１、第２の実施形態では、ピン１５やソレノイド２０ａ，２０ｂを用いて、分割されたスペーサ１０を移動させる例を挙げたが、これに限らず、他の構造でスペーサ１０を移動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の冷却装置を、スペーサが通常時の位置にある状態と共に示す斜視図。
【図２】同冷却装置のスペーサの外観を、同スペーサを可動させる構造と共に示す分解斜視図。
【図３】ウォータジャケット内のスペーサの可動で変化する内側通路の状況を説明するための断面図。
【図４】同スペーサの可動で変化するウォータジャケットの冷却水の流れの状況を説明するための平面図。
【図５】本発明の第２の実施形態の要部を示す平面図。
【図６】本発明の第３の実施形態の要旨となる発泡弾性体を用いた内燃機関の冷却装置を示す分解斜視図。
【図７】同発泡弾性体が充填された内側通路を示す断面図。
【図８】同発泡弾性体が内燃機関の温度上昇にしたがい変形される状況を説明するための断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１…シリンダブロック、２ａ〜２ｄ…シリンダライナ、３ａ〜３ｄ…シリンダボア、７…ウォータジャケット、９…スプリング部材、１０…ウォータジャケットスペーサ（スペーサ）、１０ａ，１０ｂ…スペーサ片、１１…内側通路、１２…外側通路、１５…ピン（スペーサ移動部）、１７…可変機構（制限手段）、３０…発泡ゴム（発泡弾性体）、３２…バイメタル（可変機構）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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