(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジンの暖機運転時にはシリンダブロックの温度を上昇させ、非暖機運転時にはシリンダヘッドの温度を冷やしてノッキングの発生を抑制し、シリンダブロックを高温に確保して燃費の向上を図る。【解決手段】ヘッド側冷却水通路５及びブロック側冷却水通路６に冷却水を独立して流すエンジンの冷却構造において、エンジンの非暖機運転時には導出側連通路２４及び導入側連通路２５をそれぞれ閉鎖して、ヘッド側冷却水通路５及びブロック側冷却水通路６に冷却水を独立して流すように、ヘッド用切換弁２６及びブロック用切換弁２９を切り換え動作する一方、エンジンの暖機運転時には導出側連通路２４及び導入側連通路２５をそれぞれ開放して、ヘッド側冷却水通路５及びブロック側冷却水通路６間で冷却水を循環させるようにヘッド用切換弁２６及びブロック用切換弁２９を切り換え動作することを特徴とする。【選択図】図１
2013160183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダヘッドに形成したヘッド側冷却水通路と、前記エンジンのシリンダブロックに形成したブロック側冷却水通路と、前記エンジンの冷却水を放熱するラジエータと、前記ヘッド側冷却水通路及び前記ブロック側冷却水通路から流出した冷却水を前記ラジエータに導く冷却水導出通路と、前記ラジエータで放熱された冷却水を前記ヘッド側冷却水通路及び前記ブロック側冷却水通路に導く冷却水導入通路とを備え、前記ヘッド側冷却水通路及び前記ブロック側冷却水通路に冷却水を独立して流すエンジンの冷却構造において、前記ラジエータは、前記ヘッド側冷却水通路から流出した冷却水を放熱するヘッド用ラジエータと前記ブロック側冷却水通路から流出した冷却水を放熱するブロック用ラジエータとで構成し、前記冷却水導出通路は、前記ヘッド側冷却水通路から流出した冷却水を前記ヘッド用ラジエータに導くヘッド用冷却水導出通路と前記ブロック用冷却水通路から流出した冷却水を前記ブロック用ラジエータに導くブロック用冷却水導出通路とで構成し、前記冷却水導入通路は、前記ヘッド用ラジエータで放熱された冷却水を前記ヘッド側冷却水通路に導くヘッド用冷却水導入通路と前記ブロック用ラジエータで放熱された冷却水を前記ブロック側冷却水通路に導くブロック用冷却水導入通路とで構成し、前記ヘッド用冷却水導出通路の前記シリンダヘッド側の上流端近傍と前記ブロック用冷却水導出通路の前記シリンダブロック側の上流端近傍とを導出側連通路で接続し、前記ヘッド用冷却水導入通路の前記シリンダヘッド側の下流端近傍と前記ブロック用冷却水導入通路の前記シリンダブロックの下流端近傍とを導入側連通路で接続し、前記ヘッド用冷却水導出通路と前記導出側連通路との接続部分にヘッド用切換弁を配置するとともに、前記ブロック用冷却水導出通路と前記導出側連通路との接続部分にブロック用ウォータポンプを配置し、前記ヘッド用冷却水導入通路と前記導入側連通路との接続部分にヘッド用ウォータポンプを配置するとともに、前記ブロック用冷却水導入通路と前記導入側連通路との接続部分にブロック用切換弁を配置し、前記ヘッド用切換弁及び前記ブロック用切換弁は、前記エンジンの非暖機運転時には前記導出側連通路及び前記導入側連通路をそれぞれ閉鎖して、前記ヘッド側冷却水通路及び前記ブロック側冷却水通路に冷却水を独立して流すように切り換え動作する一方、前記エンジンの暖機運転時には前記導出側連通路及び前記導入側連通路をそれぞれ開放して、前記ヘッド側冷却水通路及び前記ブロック側冷却水通路間で冷却水を循環させるように切り換え動作することを特徴とするエンジンの冷却構造。
【請求項２】
前記ブロック用ウォータポンプは、前記エンジンの暖機運転時には非暖機運転時と逆方向に回転させて、前記ヘッド側冷却水通路から流出した冷却水を開放している前記導出側連通路により前記ブロック用冷却水導出通路を介して前記ブロック側冷却水通路に流すことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却構造。
【請求項３】
前記ラジエータは、前記ヘッド側冷却水通路から流出した冷却水を放熱するヘッド用ラジエータと前記ブロック側冷却水通路から流出した冷却水を放熱するブロック用ラジエータとに分割して構成し、前記ヘッド用ラジエータの容量が前記ブロック用ラジエータの容量よりも大きくなるように分割割合を設定したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はエンジンの冷却構造に係り、特に、シリンダヘッドとシリンダブロックとに冷却水を独立して流すようにして高負荷時のノッキングの発生抑制と燃費向上を図ったエンジンの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却水により冷却するエンジンの冷却構造には、燃費向上を目的として、シリンダヘッドに流れる冷却水の温度は低くしてノッキングの抑制を図り、シリンダブロックに流れる冷却水の温度は高くして混合気形成の促進、冷却水温度の上昇に伴うオイル温度の上昇によるフリクション低減を図ることで燃費改善を図る二系統冷却がある。
この二系統冷却のエンジンの冷却構造には、図６に示すものがある。図６において、１０１はエンジン、１０２はシリンダヘッド、１０３はシリンダブロック、１０４はオイルパンである。エンジン１０１の冷却構造は、シリンダヘッド１０２に形成したヘッド側冷却水通路１０５と、シリンダブロック１０３に形成したブロック側冷却水通路通１０６と、冷却水を放熱するラジエータ１０７を備えている。
ヘッド側冷却水通路１０５及びブロック側冷却水通路１０６から流出した冷却水は、ヘッド側サーモスタット１０８及びブロック側サーモスタット１０９を通過して合流し、冷却水導出通路１１０によりラジエータ１０７に導かれる。ラジエータ１０７で放熱された冷却水は、冷却水導入通路１１１によりヘッド側冷却水通路１０５及びブロック側冷却水通路１０６に分流して導かれる。冷却水導入通路１１１には、冷却水を圧送するウォータポンプ１１２を備えている。
このエンジン１０１の冷却構造は、ラジエータ１０７で放熱された冷却水を冷却水導入通路１１１によりエンジン１０１側に導いて分流し、シリンダヘッド１０２のヘッド側冷却水通路１０５及びシリンダブロック１０３のブロック側冷却水通路１０６に独立して流す。ヘッド側冷却水通路１０５及びブロック側冷却水通路１０６を流れる冷却水は、各出口側でヘッド側サーモスタット１０８及びブロック側サーモスタット１０９により流量を制御され、ヘッド側サーモスタット１０８及びブロック側サーモスタット１０９を通過した後に合流し、冷却水導出通路１１０によりラジエータ１０７に導かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３６８３１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、図６に示すエンジンの冷却構造においては、ラジエータで放熱された冷却水を分流し、シリンダヘッドのヘッド側冷却水通路及びシリンダブロックのブロック側冷却水通路に独立して流している。
そのため、シリンダヘッド及びシリンダブロックに流入した各冷却水の温度は同等であり、シリンダヘッド及びシリンダブロックの冷却水温度に大きな差をつけることができず、高負荷運転などの非暖機運転時に十分なノック改善が行えていない問題がある。
エンジンは、高負荷ではノッキングが発生するため、点火時期を遅らせてノッキングを回避するが、点火時期を遅らせることで燃焼効率が悪化する。これに対し、シリンダヘッドに流す冷却水の温度を下げて燃焼室を冷やすことでノッキングを抑制できるが、従来の二系統冷却の構造ではシリンダヘッド及びシリンダブロックに流入する冷却水の温度が同等であるため、シリンダブロックの温度も冷えてしまう。
シリンダブロックの温度は高いほうがエンジンオイルの温度上昇でフリクションが小さくなるため、従来の二系統の冷却構造ではシリンダヘッドに流入する冷却水の温度を低くすると、シリンダブロックに流入する冷却水の温度も下がってしまい、十分なフリクション改善を行うことができない。また、シリンダブロックの壁面温度が低いと、燃料の末燃焼成分であるＨＣが増加して、燃費悪化してしまう問題がある。
【０００５】
また、図６に示すエンジンの冷却構造は、エンジンの暖機運転時にはサーモスタットによって冷却水の流れを止めることで、冷却水温度の昇温性を高めている。これは、エンジン内部に冷却水を流してしまうと、エンジン外部の冷却水通路で冷却水が放熱するうえ、エンジンを通る冷却水の総量が増えるため、冷却水の昇温性が悪化してしまうためである。
しかし、エンジン内部の冷却水の流れを止めることで、発熱量の多いシリンダヘッドは熱による自然対流が起こるため、冷却水の昇温性はよいが、発熱量の小さいシリンダブロックでは冷却水の温度上昇が遅く、エンジンオイルの温度上昇も遅くなってしまう。特に、シリンダブロックの下部（オイルパン側）は燃焼熱を直接受けないため、温度上昇が鈍い。このシリンダブロックの温度が低いことは、フリクションを大きくするため、暖機運転中の燃費悪化に繋がることになる。そのため、暖機運転中の冷却水温度の昇温性を高め、燃費改善を図るには改善の余地が十分残されている。
【０００６】
この発明は、エンジンの冷却構造において、エンジンの暖機運転時にはシリンダブロックの温度を速やかに上昇させるとともに、高負荷運転などの非暖機運転時にはシリンダヘッドの温度を冷やしてノッキングの発生を抑制し、且つ、シリンダブロックを高温に確保して、エンジンの燃費を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、エンジンのシリンダヘッドに形成したヘッド側冷却水通路と、前記エンジンのシリンダブロックに形成したブロック側冷却水通路と、前記エンジンの冷却水を放熱するラジエータと、前記ヘッド側冷却水通路及び前記ブロック側冷却水通路から流出した冷却水を前記ラジエータに導く冷却水導出通路と、前記ラジエータで放熱された冷却水を前記ヘッド側冷却水通路及び前記ブロック側冷却水通路に導く冷却水導入通路とを備え、前記ヘッド側冷却水通路及び前記ブロック側冷却水通路に冷却水を独立して流すエンジンの冷却構造において、前記ラジエータは、前記ヘッド側冷却水通路から流出した冷却水を放熱するヘッド用ラジエータと前記ブロック側冷却水通路から流出した冷却水を放熱するブロック用ラジエータとで構成し、前記冷却水導出通路は、前記ヘッド側冷却水通路から流出した冷却水を前記ヘッド用ラジエータに導くヘッド用冷却水導出通路と前記ブロック用冷却水通路から流出した冷却水を前記ブロック用ラジエータに導くブロック用冷却水導出通路とで構成し、前記冷却水導入通路は、前記ヘッド用ラジエータで放熱された冷却水を前記ヘッド側冷却水通路に導くヘッド用冷却水導入通路と前記ブロック用ラジエータで放熱された冷却水を前記ブロック側冷却水通路に導くブロック用冷却水導入通路とで構成し、前記ヘッド用冷却水導出通路の前記シリンダヘッド側の上流端近傍と前記ブロック用冷却水導出通路の前記シリンダブロック側の上流端近傍とを導出側連通路で接続し、前記ヘッド用冷却水導入通路の前記シリンダヘッド側の下流端近傍と前記ブロック用冷却水導入通路の前記シリンダブロックの下流端近傍とを導入側連通路で接続し、前記ヘッド用冷却水導出通路と前記導出側連通路との接続部分にヘッド用切換弁を配置するとともに、前記ブロック用冷却水導出通路と前記導出側連通路との接続部分にブロック用ウォータポンプを配置し、前記ヘッド用冷却水導入通路と前記導入側連通路との接続部分にヘッド用ウォータポンプを配置するとともに、前記ブロック用冷却水導入通路と前記導入側連通路との接続部分にブロック用切換弁を配置し、前記ヘッド用切換弁及び前記ブロック用切換弁は、前記エンジンの非暖機運転時には前記導出側連通路及び前記導入側連通路をそれぞれ閉鎖して、前記ヘッド側冷却水通路及び前記ブロック側冷却水通路に冷却水を独立して流すように切り換え動作する一方、前記エンジンの暖機運転時には前記導出側連通路及び前記導入側連通路をそれぞれ開放して、前記ヘッド側冷却水通路及び前記ブロック側冷却水通路間で冷却水を循環させるように切り換え動作することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、エンジンの非暖機運転時にはヘッド側冷却水通路及びブロック側冷却水通路に冷却水を独立して流すので、シリンダヘッド及びシリンダブロックに流入する冷却水の温度に差をつけることができ、エンジンの高負荷時に、シリンダヘッドの冷却を維持して、ノッキングを抑制できる。
さらに、この発明は、シリンダブロックの壁面温度の低下を防止でき、シリンダブロック内のオイルの温度低下を抑制してフリクションの増加を防止できる。これによって、未燃焼成分であるＨＣを低減して、エンジンの燃費を向上できる。
また、一般的に、シリンダヘッドの発熱量はシリンダブロックに比べて多い。そのため、この発明は、エンジンの暖機運転時にはヘッド側冷却水通路及びブロック側冷却水通路間で冷却水を循環させることで、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間で冷却水が循環でき、シリンダヘッドの熱量をシリンダブロックに伝熱させることができ、シリンダブロックの温度を上昇させることができる。これによって、シリンダブロックの壁面温度を上昇させて、エンジンの燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１はエンジンの冷却構造の構成図である。（実施例）
【図２】図２はラジエータの斜視図である。（実施例）
【図３】図３はブロック用ウォータポンプを回転制御する制御手段の回路構成図である。（実施例）
【図４】図４はエンジンの非暖機運転時の冷却水の流を示す図である。（実施例）
【図５】図５はエンジンの暖機運転時の冷却水の流れを示す図である。（実施例）
【図６】図６はエンジンの冷却構造の構成図である。（従来例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１１】
図１〜図５は、この発明の実施例を示すものである。図１において、１は一列に並べた複数の気筒を有するエンジンである。エンジン１は、車両等に搭載され、シリンダヘッド２とシリンダブロック３とオイルパン４とを備えている。シリンダヘッド２は、エンジン１の上部に位置して燃焼室の上部を形成する。シリンダブロック３は、燃焼室の下部を形成するものであり、シリンダ内にピストンを備えている。
前記エンジン１は、冷却水を気筒列方向一端側から気筒列方向他端側に向かって流すことで冷却する構造を備えている。このエンジン１の冷却構造は、シリンダヘッド２に形成したヘッド側冷却水通路５と、シリンダブロック３に形成したブロック側冷却水通路６と、冷却水を放熱するラジエータ７と、ヘッド側冷却水通路５及びブロック側冷却水通路６から流出した冷却水をラジエータ７に導く冷却水導出通路８と、ラジエータ７で放熱された冷却水をヘッド側冷却水通路５及びブロック側冷却水通路６に導く冷却水導入通路９とを備えている。このエンジン１の冷却構造は、ヘッド側冷却水通路５及びブロック側冷却水通路６に冷却水を独立して流す二系統の冷却構造である。
【００１２】
前記ヘッド側冷却水通路５は、気筒列方向他端側に冷却水を外部に流出させるヘッド側流出口１０を備え、シリンダヘッド２の気筒列方向一端側に冷却水を内部に流入させるヘッド側流入口１１を備えている。前記ブロック側冷却水通路６は、気筒列方向他端側に冷却水を外部に流出させるブロック側流出口１２を備え、シリンダブロック３の気筒列方向一端側に冷却水を内部に流入させるブロック側流入口１３を備えている。
前記ラジエータ７は、冷却ファンを備え、図２に示すように、ヘッド側冷却水通路５から流出した冷却水を放熱するヘッド用ラジエータ１４と、ブロック側冷却水通路６から流出した冷却水を放熱するブロック用ラジエータ１５とに分割して構成している。ヘッド用ラジエータ１４は、昇温した冷却水を導入するヘッド用導入部１６と、放熱した冷却水を導出するヘッド用導出部１７とを備えている。ブロック用ラジエータ１５は、昇温した冷却水を導入するブロック用導入部１８と、放熱した冷却水を導出するブロック用導出部１９とを備えている。
前記ラジエータ７は、ヘッド用ラジエータ１４とブロック用ラジエータ１５とに分割したことで、車両への搭載性を極力損なわず、同時に別々の冷却水を処理できるようになっている。二系統の冷却構造では、シリンダヘッド２の温度を低くし、シリンダブロック３の温度を高く保つため、ヘッド用ラジエータ１４の容量をブロック用ラジエータ１５の容量よりも大きくなるように分割割合を設定する。
ヘッド用ラジエータ１４の容量とブロック用ラジエータ１５の容量との割合は、エンジン１の熱発生の割合を考慮して決定する。エンジン１の熱発生の割合は、シリンダヘッド２とシリンダブロック３とでは概ね７：３である。しかし、シリンダブロック３の温度が制御目標値を大きく越えた場合に、すばやく冷却する必要性を考慮して、ここではヘッド用ラジエータ１４の容量とブロック用ラジエータ１５の容量との割合分割比率を６：４〜７：３に設定する。
【００１３】
前記冷却水導出通路８は、ヘッド側冷却水通路５から流出した冷却水をヘッド用ラジエータ１４に導くヘッド用冷却水導出通路２０と、ブロック側冷却水通路６から流出した冷却水をブロック用ラジエータ１５に導くブロック用冷却水導出通路２１とで構成している。ヘッド用冷却水導出通路２０は、上流側をヘッド側冷却水通路５のヘッド側流出口１０に接続し、下流側をヘッド用ラジエータ１４のヘッド用導入部１６に接続している。ブロック用冷却水導出通路２１は、上流側をブロック側冷却水通路６のブロック側流出口１２に接続し、下流側をブロック用ラジエータ１５のブロック用導入部１８に接続している。
前記冷却水導入通路９は、ヘッド用ラジエータ１４で放熱された冷却水をヘッド側冷却水通路５に導くヘッド用冷却水導入通路２２と、ブロック用ラジエータ１５で放熱された冷却水をブロック側冷却水通路６に導くブロック用冷却水導入通路２３とで構成している。ヘッド用冷却水導入通路２２は、上流側をヘッド用ラジエータ１４のヘッド用導出部１７に接続し、下流側をヘッド側冷却水通路５のヘッド側流入口１１に接続している。ブロック用冷却水導入通路２３は、上流側をブロック用ラジエータ１５のブロック用導出部１９に接続し、下流側をブロック側冷却水通路６のブロック側流入口１３に接続している。
前記ヘッド用冷却水導出通路２０と前記ブロック用冷却水導出通路２１とは、導出側連通路２４で接続している。導出側連通路２４は、ヘッド用冷却水導出通路２０のヘッド側流出口１０に接続される上流端近傍とブロック用冷却水導出通路２１のブロック側流出口１２に接続される上流端近傍とを接続している。また、前記ヘッド用冷却水導入通路２２と前記ブロック用冷却水導入通路２３とは、導入側連通路２５で接続している。導入側連通路２５は、ヘッド用冷却水導入通路２２のヘッド側流入口１１に接続される下流端近傍とブロック用冷却水導入通路２３のブロック側流入口１３に接続される下流端近傍とを接続している。
【００１４】
前記ヘッド用冷却水導出通路２０と前記導出側連通路２４との接続部分には、ヘッド用切換弁２６を配置している。前記ブロック用冷却水導出通路２１と前記導出側連通路２４との接続部分には、ブロック用ウォータポンプ２７を配置している。また、前記ヘッド用冷却水導入通路２２と前記導入側連通路２５との接続部分には、ヘッド用ウォータポンプ２８を配置している。前記ブロック用冷却水導入通路２３と前記導入側連通路２５との接続部分には、ブロック用切換弁２９を配置している。
前記ヘッド用切換弁２６は、ヘッド用冷却水導出通路２０の冷却水の温度が設定温度以上になる高負荷運転などのエンジン１の非暖機運転時には導出側連通路２４を閉鎖してヘッド用冷却水導出通路２０を開放（図４参照）するように切り換え動作して、ヘッド側冷却水通路５の冷却水をヘッド用冷却水導出通路２０に流す。一方、ヘッド用切換弁２６は、ヘッド用冷却水導出通路２０の冷却水の温度が設定温度未満になるエンジン１の暖機運転時には導出側連通路２４を開放してヘッド用切換弁２６よりも下流側のヘッド用冷却水導出通路２０を閉鎖（図５参照）するように切り換え動作して、ヘッド側冷却水通路５から流出する冷却水をブロック側冷却水通路６側に流す。
前記ブロック用切換弁２９は、ブロック用冷却水導入通路２３の冷却水の温度が設定温度以上になるエンジン１の非暖機運転時には導入側連通路２５を閉鎖してブロック用冷却水導入通路２３を開放（図４参照）するように切り換え動作して、ブロック用冷却水導入通路２３の冷却水をブロック側冷却水通路６に流す。一方、ブロック用切換弁２９は、ブロック用冷却水導入通路２３の冷却水の温度が設定温度未満になるエンジン１の暖機運転時には導入側連通路２５を開放してブロック用切換弁２９よりも上流側のブロック用冷却水導入通路２３を閉鎖（図５参照）するように切り換え動作して、ブロック側冷却水通路６から流出する冷却水をヘッド側冷却水通路５側に流す。
これにより、ヘッド用切換弁２６及びブロック用切換弁２９は、エンジン１の非暖機運転時には導出側連通路２４及び導入側連通路２５をそれぞれ閉鎖して、ヘッド側冷却水通路５及びブロック側冷却水通路６に冷却水を独立して流すように切り換え動作する一方、エンジン１の暖機運転時には導出側連通路２４及び導入側連通路２６をそれぞれ開放して、ヘッド側冷却水通路５及びブロック側冷却水通路６間で冷却水を循環させるように切り換え動作する。
【００１５】
前記ブロック用ウォータポンプ２７は、図３に示すように、冷却水を圧送するポンプインペラ３０を備え、ポンプインペラ３０を駆動する駆動用モータ３１を備えている。駆動用モータ３１は、供給される電流方向で回転方向を切り換えられて、ポンプインペラ３０を正方向と逆方向とに回転可能な直流モータである。駆動用モータ３１の＋電極３２及び−電極３３には、電流の正負を切り換え可能な切り換えスイッチ３４を介して制御手段３５を接続している。制御手段３５には、駆動用モータに電流を供給する電源３６と、シリンダヘッド２のヘッド側流出口１０に設けたヘッド側水温センサ３７と、シリンダブロック３のブロック側流出口１２に設けたブロック側水温センサ３８とを接続している。
制御手段３４は、ヘッド側水温センサ３７とブロック側水温センサ３８との検出する冷却水の温度が設定温度以上の場合にはエンジン１が非暖機運転であると判断し、ブロック用ウォータポンプ２７を正方向に回転させるように切り換えスイッチ３４を切り換える。ブロック用ウォータポンプ２７は、正回転によって冷却水をブロック用冷却水導出通路２１の下流側に向かって圧送する。
一方、制御手段３４は、ヘッド側水温センサ３７とブロック側水温センサ３８との検出する冷却水の温度が設定温度未満になった場合にはエンジン１が暖機運転であると判断し、ブロック用ウォータポンプ２７を逆方向に回転させるように切り換えスイッチ３４を切り換えることで、電流方向を非暖機運転時と逆にする。ブロック用ウォータポンプ２７は、逆回転によって冷却水をブロック用冷却水導出通路２１の上流側に向かって圧送する。
これにより、ブロック用ウォータポンプ２７は、エンジン１の暖機運転時には非暖機運転時と逆方向に回転させることで、ヘッド側冷却水通路５から流出した冷却水を開放している導出側連通路２４によりブロック用冷却水導出通路２１を介してブロック側冷却水通路６に流す。
また、前記ヘッド用ウォータポンプ２８は、既存のウォータポンプと同様に、エンジン１のクランクプーリによるベルト駆動、あるいは、電動モータにより駆動するウォータポンプである。ヘッド用ウォータポンプ２８は、正方向にのみ回転可能であり、正方向の回転によって冷却水をヘッド用冷却水導入通路２２の下流側に向かって圧送する。
なお、この実施例においては、ヘッド用切換弁２６及びブロック用ウォータポンプ２７を導出側ケース３９に内蔵し、ヘッド用ウォータポンプ２８及びブロック用切換弁２９を導入側ケース４０に内蔵している。
【００１６】
次に作用を説明する。
エンジン１の冷却構造においては、ヘッド側冷却水通路５と、ブロック側冷却水通路６と、ヘッド用ラジエータ１４と、ブロック用ラジエータ１５と、ヘッド用冷却水導出通路２０と、ブロック用冷却水導出通路２１と、ヘッド用冷却水導入通路２２と、ブロック用冷却水導入通路２３と、導出側連通路２４と、導入側連通路２５と、ヘッド用切換弁２６と、ブロック用ウォータポンプ２７と、ヘッド用ウォータポンプ２８と、ブロック用切換弁２９とを備え、これによりシリンダヘッド２とシリンダブロック３との温度制御を完全に分けることが可能となり、非暖機運転時にシリンダヘッド２の冷却性を維持して、暖機運転時の冷却水の昇温性を高めている。
エンジン１の非暖機運転時には、図４に示すように、ヘッド用切換弁２６及びブロック用切換弁２９は破線から実線で示す位置に切り換え動作し、導出側連通路２４及び導入側連通路２５をそれぞれ閉鎖して、ヘッド用冷却水導出通路２０及びブロック用冷却水導入通路２３を開放している。ヘッド用ウォータポンプ２８及びブロック用ウォータポンプ２７は、エンジン１の非暖機運転時には正方向に回転される。冷却水は、シリンダヘッド２のヘッド側冷却水通路５とシリンダブロック３のブロック側冷却水通路６とに、それぞれ別々のヘッド用ウォータポンプ２８とブロック用ウォータポンプ２７とによって独立して流通され、目標温度になるように制御される。
これにより、シリンダヘッド２とシリンダブロック３との冷却水が混ざらないため、高負荷運転などの非暖機運転時には既存の冷却構造よりもシリンダヘッド２の冷却水温度を低くし、シリンダブロック３の冷却水温度を高くすることができる。
非暖機運転にブロック側冷却水通路６の冷却水温度を高く維持すると、冷却水通路の無い、あるいは十分確保されていないシリンダブロック３の気筒間の温度が最も高くなり、十分な強度が保てなくなる温度となる場合がある。シリンダブロック３のデッキ面付近では、燃焼が行われる燃焼室の空間となるため、シリンダブロック３のデッキ面の温度が高いことはノック発生の要因にもなる。
シリンダヘッド２の冷却水温度を低くすることによる冷却強化は、シリンダブロック３のデッキ面の冷却に効果があるため、上記の問題が解決できる。シリンダブロック３の高温となった気筒間の熱は、ヘッドガスケットを通してシリンダヘッド２の冷却水へ移動するため、シリンダヘッド２のヘッド側冷却水通路５を流れる冷却水温度を低く保つことで、シリンダブロック３のデッキ面の温度を低下させることができる。
従来は、シリンダブロック３の気筒間を強度上安全な温度に保つために、ブロック側冷却水通路６を流れる冷却水の温度を下げざるを得なかった高負荷領域でも、この発明ではシリンダヘッド２とシリンダブロック３とを独立して冷却して温度の差を大きくできることから、シリンダブロック３の温度を高く保った状態で、温度上昇による強度不安、ノック悪化を防ぐことができる。
【００１７】
一方、エンジン１の暖機運転時には、図５に示すように、ヘッド用切換弁２６及びブロック用切換弁２９は破線から実線で示す位置に切り換え動作し、導出側連通路２４及び導入側連通路２５をそれぞれ開放して、ヘッド用冷却水導出通路２０の下流側及びブロック用冷却水導入通路２３の下流側を閉鎖している。いる。ヘッド用ウォータポンプ２８は、エンジン１の暖機運転時にも非暖機運転時と同様に正方向に回転される。これに対して、ブロック用ウォータポンプ２７は、エンジン１の暖機運転時には非暖機運転時と逆方向に回転される。冷却水は、開放している導出側連通路２４及び導入側連通路２５によりヘッド側冷却水通路５及びブロック側冷却水通路６間で循環される。
このように、このエンジン１の冷却構造は、エンジン１の暖機運転時にはブロック用ウォータポンプ２７を非暖機運転時と逆方向に回転させることで、シリンダヘッド２から流出する冷却水をシリンダブロック３に向けて積極的に流して循環させることができる。これによって、シリンダヘッド２の熱量をシリンダブロック３にできるだけ多く伝熱でき、シリンダブロック３内のオイルの温度を速やかに上昇させることができ、冷却水がエンジン外部に放熱するのを防ぐことができる。また、暖める冷却水量は、既存の冷却水流れを止めた場合と同等であるため、流れによる熱伝達向上の効果を得られる本発明は暖機時間の短縮、燃費改善に効果がある。
ブロック用ウォータポンプ２７を逆方向に回転させるのは、冷却水の流速・流量の向上にある。冷却水が燃焼室を形成する壁面からより多くの熱を受けるには、冷却水の流量を向上させ、熱伝達を良くすることが重要になる。しかし、エンジン内部の冷却水通路は複雑な構造になっており、圧力損失が大きいため、ウォータポンプが水を押し出す作用を妨げてしまうことにより、エンジン全体として冷却水の流量と流速が低下してしまう。
このエンジン１の冷却構造は、冷却水の流量・流速の低下に対抗するため、ブロック用ウォータポンプ２７を逆回転させて、ヘッド用ウォータポンプ２８により冷却水を循環させる能力をアシストすることで、エンジン内部で循環する冷却水の単位時間当たりの流量・流速を向上させ、冷却水の温度を均一に素早く上昇させることができ、暖機中のエンジン１の燃費を改善することができる。
【００１８】
このように、エンジン１の冷却構造は、エンジン１の非暖機運転時にはヘッド側冷却水通路５及びブロック側冷却水通路６に冷却水を独立して流すので、シリンダヘッド２及びシリンダブロック３に流入する冷却水の温度に差をつけることができ、エンジン１の高負荷時に、シリンダヘッド２の冷却を維持して、ノッキングを抑制できる。
さらに、このエンジン１の冷却構造は、シリンダブロック３の壁面温度の低下を防止でき、シリンダブロック３内のオイルの温度低下を抑制してフリクションの増加を防止できる。これによって、未燃焼成分であるＨＣを低減して、エンジン１の燃費を向上できる。
また、一般的に、シリンダヘッド２の発熱量はシリンダブロック３に比べて多い。そのため、このエンジン１の冷却構造では、エンジン１の暖機運転時にはヘッド側冷却水通路５及びブロック側冷却水通路６間で冷却水を循環させることで、シリンダヘッド２とシリンダブロック３との間で冷却水が循環でき、シリンダヘッド２の熱量をシリンダブロック３に伝熱させることができ、シリンダブロック３の温度を上昇させることができる。これによって、シリンダブロック３の壁面温度を上昇させて、エンジン１の燃費を向上させることができる。
【００１９】
前記ラジエータ７は、図２に示すように、通常のラジエータをヘッド用ラジエータ１４とブロック用ラジエータ１５とに分割して構成している。冷却水料の増加は、シリンダブロック３のブロック側冷却水通路６とブロック用ラジエータ１５との間を接続するブロック用冷却水導出通路２１及びブロック用冷却水導入通路２３の冷却水通路分だけであり、大きな増加量ではい。そのため、ラジエータ容量の変更を必要とする量ではないので、既存のラジエータと同等の大きさのラジエータ７の使用が可能であり、エンジンルーム内での搭載性が悪くなることは無い。冷却水は、シリンダヘッド２から受ける熱がその大半を占めるため、ブロック用ラジエータ１５に対するヘッド用ラジエータ１４の分割割合を大きくし、冷却温度をより低く保てるようにしている。
ただし、エンジン１に加給機が備えられて水冷式のインタークーラを追加する場合は、ラジエータの冷却水容量を大きくする必要がある。インタークーラをブロック用冷却水導入通路２３に追加して付設する場合は、インタークーラで暖められた冷却水によりシリンダブロック３を高温に保ちやすくなる。なお、シリンダブロック３のブロック壁面やインタークーラから受ける熱量が大きくなる高負荷運転領域では、ラジエータ７に備えられた冷却ファンのみでは冷却機能が不足することを考慮すると、ラジエータ７の冷却水容量を大きくして、冷却機能を十分確保するようにしても良い。
また、前記ラジエータ７は、ヘッド用ラジエータ１４とブロック用ラジエータ１５とに分割しており、ヘッド用ラジエータ１４の容量をブロック用ラジエータ１５の容量よりも大きくなるように分割割合を設定しているので、シリンダヘッド２の温度を低くし、シリンダブロック３の温度を高く保つことができ、シリンダブロック３の温度が制御目標値を大きく越えた場合に、すばやく冷却することができる。
【００２０】
なお、上述実施例においては、ラジエータ７をヘッド用ラジエータ１４とブロック用ラジエータ１５とに分割したが、水容量を小さくした２つの独立したラジエータを用いても、シリンダヘッド２とシリンダブロック３とに独立して冷却水を流すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
この発明は、エンジンの暖機運転時にはシリンダブロックの温度を速やかに上昇させるとともに、高負荷運転などの非暖機運転時にはシリンダヘッドの温度を冷やしてノッキングの発生を抑制し、且つ、シリンダブロックを高温に確保して、エンジンの燃費を向上することができるものであり、冷却水による冷却装置を備えたエンジンに適用することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１  エンジン
２  シリンダヘッド
３  シリンダブロック
５  ヘッド側冷却水通路
６  ブロック側冷却水通路
７  ラジエータ
８  冷却水導出通路
９  冷却水導入通路
１４  ヘッド用ラジエータ
１５  ブロック用ラジエータ
２０  ヘッド用冷却水導出通路
２１  ブロック用冷却水導出通路
２２  ヘッド用冷却水導入通路
２３  ブロック用冷却水導入通路
２４  導出側連通路
２５  導入側連通路
２６  ヘッド用切換弁
２７  ブロック用ウォータポンプ
２８  ヘッド用ウォータポンプ
２９  ブロック用切換弁
３０  ポンプインペラ
３１  駆動用モータ
３４  切り換えスイッチ
３５  制御手段
３６  電源
３７  ヘッド側水温センサ
３８  ブロック側水温センサ
【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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