(57)【要約】【課題】エンジンの暖機中に燃焼室近傍のシリンダボア壁の温度上昇を促進させることのできるシリンダブロックを提供する。【解決手段】シリンダブロック１はエンジンのシリンダボア壁の周囲に形成されて冷却水が流通されるウォータジャケット３と、過冷却状態からの相変化に伴い潜熱を放出する潜熱型の蓄熱材６とを備え、エンジンの始動時に蓄熱材６に潜熱を放出させることによりシリンダボア壁を加熱する。ウォータジャケット３内には蓄熱材６を収容する容器６０が配置されるとともに、燃焼室近傍のシリンダボア壁の周囲に冷却水が流通する空間が確保される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダボア壁の周囲に形成されて冷却水が流通されるウォータジャケットと、過冷却状態からの相変化に伴い潜熱を放出する潜熱型の蓄熱材とを備え、前記エンジンの始動時に同蓄熱材に潜熱を放出させることにより前記シリンダボア壁を加熱するシリンダブロックにおいて、
前記ウォータジャケット内に前記蓄熱材を収容する容器を配置するとともに、燃焼室近傍のシリンダボア壁の周囲に冷却水が流通する空間を確保する
ことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項２】
前記ウォータジャケット内に配設される断熱部材と、
前記エンジンの温度が所定温度未満のときには前記ウォータジャケット内において燃焼室近傍の位置に前記断熱部材を保持するとともに、前記エンジンの温度が前記所定温度以上のときには前記ウォータジャケット内において前記燃焼室近傍の位置よりも燃焼室から離間した位置に前記断熱部材を保持する手段と、を備える
請求項１に記載のシリンダブロック。
【請求項３】
請求項２に記載のシリンダブロックにおいて、
前記手段は、前記エンジンの温度が前記所定温度以上のときには前記燃焼室近傍の位置よりもシリンダ軸方向に関して燃焼室から離間した位置に前記断熱部材を保持する
ことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項４】
請求項２または３に記載のシリンダブロックにおいて、
前記所定温度は前記エンジンの暖機完了温度である
ことを特徴とするシリンダブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのシリンダブロックでは、冷間始動時においてエンジンの暖機を促進させるために、シリンダブロックの内部に潜熱型の蓄熱材が充填されているものがある（例えば特許文献１参照。）。具体的には、図５に示されるように、シリンダブロック１０１の内部において、シリンダボア壁１１０の上端部１１０Ａの周囲には、冷却水を流通させるためのウォータジャケット１０３が形成されている。また、ウォータジャケット１０３の下方においてシリンダボア壁１１０の周囲には、潜熱型の蓄熱材６を収容するための収容室１６０がウォータジャケット１０３と独立して形成されており、その内部には、例えば酢酸ナトリウム・３水和物（CH3COONa・3H2O）からなる潜熱型の蓄熱材６が充填されている。ここで、酢酸ナトリウム・３水和物は、融点（５８℃）よりも高い温度から融点以下の温度に冷却した場合であってもその状態が液相から固相へと変化しない、いわゆる過冷却状態となり、およそマイナス３０℃まではその状態が維持される特性を有している。また、蓄熱材６が過冷却状態にあるときに蓄熱材６に電圧を印加するなどして衝撃を与えると、その衝撃によって蓄熱材６の液相から固相への相変化が促されることとなり、この相変化の際に蓄熱材６の潜熱が外部に放出されることとなる。
【０００３】
こうした特性を利用して冷間始動時に蓄熱材６に電圧を印加すれば、蓄熱材６の放出する潜熱によってシリンダブロック１０１を加熱してエンジンの暖機を促進させることができる。
【特許文献１】特開平１１−１８２３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンの暖機完了後には、燃焼室にて燃料が燃焼する際に発生する熱によって高温となるシリンダボア壁上端部１１０Ａを冷却する必要がある。このため、シリンダボア壁上端部１１０Ａの周囲には冷却水の流路抵抗となる蓄熱材６を配置することができない。したがって、上記シリンダブロック１０１にあっては、蓄熱材６から放出された潜熱によりシリンダボア壁１１０の下端部付近を加熱することはできるものの、シリンダボア壁上端部１１０Aを効果的に加熱することができない。その結果、排気エミッション等の観点から早期に温度上昇させる必要のある燃焼室を十分に加熱することができず、この点において改善の余地を残している。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの暖機中に燃焼室近傍のシリンダボア壁の温度上昇を促進させることのできるシリンダブロックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記目的を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、エンジンのシリンダボア壁の周囲に形成されて冷却水が流通されるウォータジャケットと、過冷却状態からの相変化に伴い潜熱を放出する潜熱型の蓄熱材とを備え、前記エンジンの始動時に同蓄熱材に潜熱を放出させることにより前記シリンダボア壁を加熱するシリンダブロックにおいて、前記ウォータジャケット内に前記蓄熱材を収容する容器を配置するとともに、燃焼室近傍のシリンダボア壁の周囲に冷却水が流通する空間を確保することをその要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、ウォータジャケット内に蓄熱材を収容する容器を配置しているため、蓄熱材から放出された潜熱は、容器の近傍のシリンダボア壁に伝達されるとともに、ウォータジャケット内の冷却水を通じて燃焼室近傍のシリンダボア壁に伝達される。その結果、エンジンの暖機中に燃焼室近傍のシリンダボア壁の温度上昇を促進させることができる。また、燃焼室近傍のシリンダボア壁の周囲に冷却水が流通する空間を確保しているため、エンジンの暖機完了後には燃焼室近傍のシリンダボア壁を冷却することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシリンダブロックにおいて、前記ウォータジャケット内に配設される断熱部材と、前記エンジンの温度が所定温度未満のときには前記ウォータジャケット内において燃焼室近傍の位置に前記断熱部材を保持するとともに、前記エンジンの温度が前記所定温度以上のときには前記ウォータジャケット内において前記燃焼室近傍の位置よりも燃焼室から離間した位置に前記断熱部材を保持する手段と、を備えることをその要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、エンジンの温度が所定温度未満のときには、ウォータジャケット内において燃焼室近傍の位置に断熱部材が保持されるため、燃焼室の熱が冷却水に吸収されることを抑制することができる。さらに、蓄熱材から放出される潜熱によって冷却水の温度上昇が促進されるため、断熱部材から冷却水に伝達される熱量を減少させることができる。その結果、燃焼室近傍のシリンダボア壁の温度上昇を一層促進させることができる。
【００１０】
また、エンジンの温度が所定温度以上のときには、ウォータジャケット内において上記燃焼室近傍の位置よりも燃焼室から離間した位置に断熱部材が保持されるため、燃焼室近傍の位置を冷却水が流通することを促進することができる。その結果、エンジンの温度が所定温度以上のときには、燃焼室近傍のシリンダボア壁を効果的に冷却することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のシリンダブロックにおいて、前記手段は、前記エンジンの温度が前記所定温度以上のときには前記燃焼室近傍の位置よりもシリンダ軸方向に関して燃焼室から離間した位置に前記断熱部材を保持することをその要旨とする。
【００１２】
上記構成によれば、エンジンの温度が所定温度以上のときには燃焼室近傍の位置よりもシリンダ軸方向に関して燃焼室から離間した位置に断熱部材が保持されるため、暖機完了後にはシリンダボア壁の冷却の必要性が小さい部分に断熱部材を移動させることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のシリンダブロックにおいて、前記所定温度は前記エンジンの暖機完了温度であることをその要旨とする。
上記構成によれば、エンジンの暖機完了まで燃焼室近傍のシリンダボア壁の温度上昇を促進させることができるとともに、エンジンの暖機完了後には燃焼室近傍のシリンダボア壁を効果的に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
本発明にかかるシリンダブロックの第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。なお、本実施形態のシリンダブロックが組み付けられるエンジンとしては、４つの気筒が直列に配置された直列４気筒式のエンジンが採用されている。
【００１５】
図１は本実施形態のシリンダブロックの部分断面図である。図１（ａ）は、冷却水温ＴＨＷが０℃のときにおけるシリンダブロックの断面構造を示したものであり、図１（ｂ）は冷却水温ＴＨＷが８５℃のときにおけるシリンダブロックの断面構造を示したものである。なお、本実施形態ではエンジンの温度の代表値として冷却水温ＴＨＷが採用されている。
【００１６】
図１に示されるように、シリンダブロック１は、シリンダボア壁をなすブロック内周部１０、ブロック内周部１０の周囲に配設されるブロック外周部１２、及び図１の下方に配設されてブロック内周部１０とブロック外周部１２とを接続するブロック底部１４を備えて構成されている。なお、本実施形態のシリンダブロック１はアルミニウム合金により鋳造されている。
【００１７】
ブロック内周部１０の内側には円筒状のシリンダボアが形成されており、シリンダボアにはピストン２がシリンダ軸方向Ｃにおいて往復動自在に配設されている。図１においてピストン２の上側には、ブロック内周部１０、ピストン２、及び図示しないシリンダヘッドによって燃焼室が形成されており、燃焼室では図示しない燃料噴射弁を通じて噴射された燃料が燃焼される。
【００１８】
ブロック内周部１０とブロック外周部１２との間には、ウォータジャケット３が形成されており、同ウォータジャケット３内には図示しないウォータポンプによって圧送された冷却水が流通される。
【００１９】
ウォータジャケット３内には、冷却水温ＴＨＷを検出するための水温センサ４が配設されており、水温センサ４によって検出された冷却水温ＴＨＷの信号は電子制御装置５に出力される。
【００２０】
ウォータジャケット３内において燃焼室近傍のブロック内周部１０の周囲を除いた部分には潜熱型の蓄熱材６を収容するための容器６０が配設されている。このため、ウォータジャケット３内において燃焼室近傍のブロック内周部１０の周囲に冷却水が流通する空間が確保されている。容器６０はウォータジャケット３の形状に対応して形成されているが、容器６０においてブロック内周部１０の外周面に対向する部分には、後述する断熱部材７を収容するための空間が確保されている。具体的には、容器６０の上面はステップ状に形成されており、容器６０の上面においてブロック内周部１０側の部分はブロック外周部１２側の部分よりも低くなっている。容器６０は熱伝導率が高く耐腐食性の金属材料によって形成されている。なお、本実施形態では潜熱型の蓄熱材６として、上述した酢酸ナトリウム・３水和物（CH3COONa・3H2O ）が採用されているが、酢酸ナトリウム・３水和物の特性については上述したとおりであるため、ここでは説明を省略する。
【００２１】
ウォータジャケット３内においてブロック内周部１０の外周面近傍には、ブロック内周部１０の外周面に対応して形成された断熱部材７が配設されている。図１における断熱部材７の下面と容器６０の上面との間には、感温式の伸縮部材７０が介設されており、伸縮部材７０はエンジンの温度に応じて異なる所定位置に断熱部材７を保持する。伸縮部材７０は、冷却水温ＴＨＷが８０℃未満のとき、すなわちエンジンの温度が暖機完了温度未満のときには、図１（ａ）に示されるように、ウォータジャケット３内において燃焼室近傍の位置に断熱部材７を保持する。また、冷却水温ＴＨＷが８０℃以上のとき、すなわちエンジンの温度が暖機完了温度以上のときには、図１（ｂ）に示されるように、ウォータジャケット３内において燃焼室近傍の位置よりも燃焼室から離間した位置に断熱部材７を保持する。具体的には、燃焼室近傍の位置よりもシリンダ軸方向に関して燃焼室から下方に離間した位置、すなわち上述した空間に断熱部材７が保持される。なお、断熱部材７は熱伝導率の低い樹脂により形成されている。また、伸縮部材７０はエンジンの温度に応じて自身が変形するバイメタル製のばねにより構成されている。
【００２２】
図２は、蓄熱材６に電圧を印加して潜熱を放出させるか否かを制御する電子制御装置５及びその周辺装置の電気的構成を示すブロック図である。
図２に示されるように、蓄熱材６に電圧を印加するための装置は、蓄熱材６に配設される一対の電極６２、バッテリ８、リレー９、水温センサ４及び電子制御装置５によって構成されている。
【００２３】
リレー９は電極６２とバッテリ８との間に配設されており、後述する電子制御装置５からの指令信号に基づいてバッテリ８から電極６２に電力を供給するか否かを切り替える。
電子制御装置５には水温判定部５２が備えられており、水温判定部５２はエンジンの始動時に水温センサ４により検出された冷却水温ＴＨＷが判定温度ＴＨＷ１以下であるか否かを判定する。ここで、判定温度ＴＨＷ１は、蓄熱材６の成分である酢酸ナトリウム・３水和物の融点（５８℃）よりも低い温度（例えば５０℃）に設定されている。そして、水温判定部５２により冷却水温ＴＨＷが判定温度ＴＨＷ１以下であると判定された場合には、電子制御装置５はリレー９に指令信号を出力することによりリレー９をオン状態にして電極６２に電力を供給する。
【００２４】
バッテリ８から電極６２に電力が供給されると、電極６２を通じて蓄熱材６に電圧が印加されることとなる。そして、その衝撃によって蓄熱材６の液相から固相への相変化が促されることとなり、この相変化の際に蓄熱材の潜熱が外部に放出されることとなることは上述したとおりである。
＜実施形態の効果＞
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００２５】
（１）ウォータジャケット３内に蓄熱材６を収容する容器６０を配置しているため、蓄熱材６から放出された潜熱は、容器６０の近傍のシリンダボア壁に伝達されるとともに、ウォータジャケット３内の冷却水を通じて燃焼室近傍のシリンダボア壁に伝達される。その結果、エンジンの暖機中に燃焼室近傍のシリンダボア壁の温度上昇を促進させることができる。また、燃焼室近傍のシリンダボア壁の周囲に冷却水が流通する空間を確保しているため、エンジンの暖機完了後には燃焼室近傍のシリンダボア壁を冷却することができる。
【００２６】
（２）冷却水温ＴＨＷが８０℃未満のとき、すなわちエンジンの温度が暖機完了温度未満のときには、ウォータジャケット３内において燃焼室近傍の位置に断熱部材７が保持されるため、燃焼室の熱が冷却水に吸収されることを抑制することができる。さらに、蓄熱材６から放出される潜熱によって冷却水の温度上昇が促進されるため、断熱部材７から冷却水に伝達される熱量を減少させることができる。その結果、燃焼室近傍のシリンダボア壁の温度上昇を一層促進させることができる。
【００２７】
また、冷却水温ＴＨＷが８０℃以上のとき、すなわちエンジンの温度が暖機完了温度以上のときには、ウォータジャケット３内において上記燃焼室近傍の位置よりも燃焼室から離間した位置に断熱部材７が保持されるため、燃焼室近傍の位置を冷却水が流通することを促進することができる。したがって、冷却水温ＴＨＷが８０℃以上のときには、燃焼室近傍のシリンダボア壁を効果的に冷却することができる。その結果、エンジンの暖機完了まで燃焼室近傍のシリンダボア壁の温度上昇を促進させることができるとともに、エンジンの暖機完了後には燃焼室近傍のシリンダボア壁を効果的に冷却することができる。
【００２８】
（３）冷却水温ＴＨＷが暖機完了温度である８０℃以上のときには燃焼室近傍の位置よりもシリンダ軸方向Ｃに関して燃焼室から下方に離間した位置に断熱部材７が保持されるため、暖機完了後にはシリンダボア壁の冷却の必要性が小さい部分に断熱部材７を移動させることができる。
【００２９】
（４）伸縮部材７０は温度に応じて自身が変形するバイメタル製のばねによって構成されている。これにより、伸縮部材７０はエンジンの温度に応じて自身が変形することにより断熱部材７を温度に応じて設定された所定位置に保持することができるため、伸縮部材７０を作用させるための出力を特別に設ける必要がない。
＜第２実施形態＞
本発明にかかるシリンダブロックの第２実施形態について、図３を参照して説明する。なお本実施形態では、エンジンの温度に応じて自身が変形する感温式の伸縮部材７０に代えて、感温式ではない伸縮部材７０Ａが備えられている点及び断熱部材７Ａにフィン７２Ａが備えられている点が上記第１実施形態の構成と異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
【００３０】
本実施形態では、ウォータジャケット３内に冷却水を圧送するためのウォータポンプとして電動式のウォータポンプが採用されている。
図３は本実施形態のシリンダブロックの部分断面図である。図３（ａ）は、冷却水温ＴＨＷが０℃のときにおけるシリンダブロックの断面構造を示したものであり、図３（ｂ）は冷却水温ＴＨＷが８５℃のときにおけるシリンダブロックの断面構造を示したものである。
【００３１】
図３に示されるように、断熱部材７Ａの下面と容器６０の上面との間には、伸縮部材７０Ａが介設されている。断熱部材７Ａのうちブロック外周部１２に対向する面にはフィン７２Ａが備えられている。ここで、ウォータジャケット３内において、所定流量以上の冷却水が図３の下方向に流れた場合に、冷却水がフィン７２Ａに衝突してフィン７２Ａ及び断熱部材７Ａは下向きの力を受けるようにフィン７２Ａの形状が設定されている。また、こうした力を受けたときに断熱部材７Ａ及びフィン７２Ａが伸縮部材７０Ａの付勢力に抗して下方に移動することができるように、伸縮部材７０Ａの付勢力が設定されている。なお、本実施形態では断熱部材７Ａとフィン７２Ａと別体として形成しているが、断熱部材とフィンとを一体形成してもよい。
【００３２】
次に、シリンダブロック１の作用について説明する。
冷却水温ＴＨＷが８０℃未満のとき、すなわちエンジンの温度が暖機完了温度未満のときには、エンジンの暖機を促進するためにウォータポンプの駆動が禁止されている。このため、ウォータジャケット３内においては所定流量以上の冷却水が流れることはない。その結果、フィン７２Ａ及び断熱部材７Ａには、伸縮部材７０Ａの付勢力に抗する力が作用しないため、図３（ａ）に示されるように、ウォータジャケット３内において燃焼室近傍の位置に断熱部材７Ａが保持される。
【００３３】
また、冷却水温ＴＨＷが８０℃以上のとき、すなわちエンジンの温度が暖機完了温度以上のときには、シリンダボア壁上端部を冷却するためにウォータポンプが駆動される。このため、ウォータジャケット３内においては所定流量以上の冷却水が図３の下方に流れることとなる。その結果、フィン７２Ａ及び断熱部材７Ａには、伸縮部材７０Ａの付勢力に抗する力が作用することなり、図３（ｂ）に示されるように、ウォータジャケット３内において燃焼室近傍の位置よりも燃焼室から離間した位置、具体的には、燃焼室近傍の位置よりもシリンダ軸方向に関して燃焼室から下方に離間した位置に断熱部材７Ａが保持される。
＜実施形態の効果＞
（１）本実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）、（２）、及び（３）と同様の効果を奏することができる。
【００３４】
（２）ウォータポンプにより圧送される冷却水の力を利用することにより、断熱部材７Ａをエンジンの温度に応じて設定された所定位置に移動させるとともに同所定位置にて保持する構成となっている。このため、エンジンの温度をより精密に制御することができる。
【００３５】
尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記第１実施形態では、伸縮部材７０をバイメタル製のばねによって構成しているが、伸縮部材７０はこれに限られるものではなく、エンジンの温度に応じて変形する形状記憶合金製のものであってもよい。
【００３６】
・エンジンの温度に応じて断熱部材の保持位置を変更する手段としては、上記実施形態にて例示されたものに限られるものではなく、例えば機械式のアームといった外部の力を利用するものであってもよい。
【００３７】
・上記実施形態では、エンジンの温度が暖機完了温度未満であるか否かによって断熱部材７，７Ａの保持位置を変更しているが、断熱部材７，７Ａの保持位置を変更する基準の温度としては暖機完了温度に限られるものではなく、排気エミッション等の観点から最適な温度に設定すればよい。
【００３８】
・上記実施形態では、酢酸ナトリウム・３水和物（CH3COONa・3H2O ）からなる潜熱型の蓄熱材が採用されているが、潜熱型の蓄熱材はこれに限られるものではなく、要するに過冷却状態からの相変化に伴い潜熱を放出するものであればよい。
【００３９】
・上記実施形態では、エンジンの温度が暖機完了温度以上のときにはウォータジャケット３内において燃焼室近傍の位置よりもシリンダ軸方向に関して燃焼室から下方に離間した位置に断熱部材７，７Ａを保持するようにしているが、断熱部材を離間させる方向はこれに限られるものではない。例えば図４に示されるように、温感式の伸縮部材７０Ｂを備えて、エンジンの温度が暖機完了温度以上のときにはウォータジャケット３内において燃焼室近傍の位置よりもシリンダ径方向に関して燃焼室から外側に離間する位置に断熱部材７Ｂを保持する構成であってもよい。この場合であっても、エンジンの暖機完了後には燃焼室近傍のシリンダボア壁を効果的に冷却しつつも、エンジンの暖機中には燃焼室近傍のシリンダボア壁の温度上昇を促進させることができる。
【００４０】
・上記実施形態では、ウォータジャケット３内に断熱部材７，７Ａを配設する構成が採用されているが、本発明において断熱部材７，７Ａは必須の構成ではなく、断熱部材を備えない構成であってもよい。要するに、ウォータジャケット内に蓄熱材を収容する容器を配置するとともに、燃焼室近傍のシリンダボア壁の周囲に冷却水が流通する空間を確保するものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるシリンダブロックの部分断面図。
【図２】上記実施形態の電子制御装置及びその周辺装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第２実施形態にかかるシリンダブロックの部分断面図。
【図４】本発明のシリンダブロックの変更例を示す部分断面図。
【図５】従来のシリンダブロックの部分断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１，１０１…シリンダブロック、１０…ブロック内周部、１２…ブロック外周部、１４…ブロック底部、２…ピストン、３，１０３…ウォータジャケット、４…水温センサ、５…電子制御装置、５２…水温判定部、６…蓄熱材、６０，６０Ａ，１６０…容器、６２…電極、７，７Ａ，７Ｂ…断熱部材、７０，７０Ａ，７０Ｂ…伸縮部材、８…バッテリ、９…リレー、１１０…シリンダボア壁、１１０Ａ…シリンダボア壁上端部。
【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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