(57)【要約】【課題】アッパーデッキ上に滞留する潤滑油を冷却することができる内燃機関を提供する。【解決手段】シリンダブロック１１には、ボルト６０によりシリンダヘッド３０が組み付けられている。こうしたシリンダヘッド３０のアッパーデッキ５０上に滞留する潤滑油と熱交換する熱交換部材７０が、ボルト６０によってシリンダヘッド３０に共締めされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドがボルトによりシリンダブロックに組み付けられてなる内燃機関において、
前記シリンダヘッドのアッパーデッキ上に滞留する潤滑油と熱交換する熱交換部材が前記ボルトによって前記シリンダヘッドに共締めされていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記熱交換部材が共締めされるボルトの軸部は、前記シリンダヘッドのウォータジャケットと燃焼室との間に位置する請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記熱交換部材は、その裏面が前記アッパーデッキに面接触する状態と同裏面が前記アッパーデッキから離間する状態とに温度に応じてその形状が変化する形状記憶合金性の板材によって構成され、
当該熱交換部材の縁部は、同熱交換部材が高温になるほど前記アッパーデッキから離れる方向に変位する請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記熱交換部材は板材によって構成され、
当該熱交換部材と前記アッパーデッキとの間には、温度が高温になるほど伸張する伸縮部が設けられており、
前記熱交換部材の縁部は、潤滑油の温度上昇に伴う前記伸縮部の伸張によって前記アッパーデッキから離れる方向に変位する請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダヘッドのアッパーデッキに滞留する潤滑油と熱交換する熱交換部材を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関として、例えば特許文献１に記載の内燃機関が提案されている。この内燃機関のシリンダヘッドには、そのアッパーデッキ上に、複数のフィンが同シリンダヘッドに一体的に設けられている。これにより、アッパーデッキの放熱面積が拡大され、該アッパーデッキ上に滞留する潤滑油の冷却効率が高められることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４３３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、こうしたフィンをシリンダヘッドに一体的に設ける構成では、そのフィン周囲の湯回り性や内燃機関に要求される放熱特性等々を考慮しつつ、シリンダヘッドの鋳型を都度設計することが余儀なくされるため、大幅な製造コストの増大を招くこととなる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。その目的は、シリンダヘッドの形状を変更することなく簡易な構成をもって、アッパーデッキ上に滞留する潤滑油を冷却することができる内燃機関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、上記目的を達成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、シリンダヘッドがボルトによりシリンダブロックに組み付けられてなる内燃機関において、前記シリンダヘッドのアッパーデッキ上に滞留する潤滑油と熱交換する熱交換部材が前記ボルトによって前記シリンダヘッドに共締めされていることを要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、熱交換部材は、シリンダブロックにシリンダヘッドを組み付けるためのボルトによって同シリンダヘッドに共締めされた状態で、アッパーデッキ上に設けられている。したがって、この熱交換部材とアッパーデッキ上に滞留する潤滑油との熱交換を通じて同潤滑油を冷却することができる。また、シリンダヘッドをシリンダブロックに組み付けるためのボルトを用いて熱交換部材をシリンダヘッドに取り付けるようにしているため、取り付け専用のボルトを別途設けたり、シリンダヘッドにボルト用の穴を新たに設けたりする必要もない。したがって、シリンダヘッドの形状を変更することなく簡易な構成をもってアッパーデッキ上に滞留する潤滑油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に記載の内燃機関において、前記熱交換部材が共締めされるボルトの軸部は、前記シリンダヘッドのウォータジャケットと燃焼室との間に位置することを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、シリンダヘッドのウォータジャケットを流通する冷却水によって、シリンダヘッドにおけるボルトの周辺及びボルトの軸部が冷却される。ここで、このウォータジャケットは、ボルトの軸部と燃焼室との間にこれが配置された場合と比較して燃焼室からの距離が長くなるため、これを流通する冷却水は、燃焼室の燃焼熱の影響を受けにくく、その温度が比較的低温に維持される。そして、こうした冷却水によってボルトの軸部が冷却されるため、該ボルトに接触する熱交換部材の温度上昇を効果的に抑制することができ、アッパーデッキ上に滞留する潤滑油の冷却効率を向上させることができるようになる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関において、前記熱交換部材は、その裏面が前記アッパーデッキに面接触する状態と同裏面が前記アッパーデッキから離間する状態とに温度に応じてその形状が変化する形状記憶合金性の板材によって構成され、当該熱交換部材の縁部は、同熱交換部材が高温になるほど前記アッパーデッキから離れる方向に変位することを要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、潤滑油との熱交換を通じて熱交換部材の温度が高くなると、その形状記憶特性に基づいて熱交換部材の縁部がアッパーデッキから離れる方向に変位し、熱交換部材の裏面とアッパーデッキとの間に隙間が形成されるようになる。そして、この隙間に潤滑油が流入し、熱交換部材の裏面にも潤滑油が接触するようになる。その結果、熱交換部材における潤滑油との接触面積が拡大し、潤滑油を効果的に冷却することができるようになる。一方、潤滑油の温度が低く、熱交換部材の温度も低いときには、その形状記憶特性に基づいて熱交換部材の裏面がアッパーデッキに面接触するようになるため、こうした隙間が形成されず、熱交換部材の裏面と潤滑油との間での熱交換がなされることもない。その結果、機関冷間時等において潤滑油が不必要に冷却されることを抑制することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関において、前記熱交換部材は板材によって構成され、当該熱交換部材と前記アッパーデッキとの間には、温度が高温になるほど伸張する伸縮部が設けられており、前記熱交換部材の縁部は、潤滑油の温度上昇に伴う前記伸縮部の伸張によって前記アッパーデッキから離れる方向に変位することを要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、潤滑油の温度が高くなると、伸縮部の伸張によって、熱交換部材の縁部がアッパーデッキから離れる方向に変位する。すると、熱交換部材とアッパーデッキとの間に隙間が形成されるようになる。そして、この隙間に潤滑油が流入し、熱交換部材の裏面にも潤滑油が接触するようになる。その結果、熱交換部材における潤滑油との接触面積が拡大し、潤滑油を効果的に冷却することができるようになる。一方、潤滑油の温度が低いときには、伸縮部の収縮によって、熱交換部材の裏面がアッパーデッキに面接触している。そのため、こうした隙間が形成されず、熱交換部材の裏面と潤滑油との間での熱交換がなされることもない。その結果、機関冷間時等において潤滑油が不必要に冷却されることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明にかかる一実施形態の内燃機関の断面図。
【図２】図１における２−２線で切断されたシリンダヘッドを模式的に示す断面図。
【図３】熱交換部材の斜視図。
【図４】内燃機関の各位置における潤滑油の温度を示すグラフ。
【図５】（ａ）（ｂ）は別の実施形態において熱交換部材が変形する様子を模式的に示す断面図。
【図６】他の実施形態における内燃機関の一部を拡大して模式的に示す断面図。
【図７】他の実施形態における熱交換部材を模式的に示す断面図。
【図８】他の実施形態における熱交換部材を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の内燃機関を具体化した一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１に示すように、内燃機関１０のシリンダブロック１１には、ピストン１２を収容するシリンダ１３が複数設けられている（図１はその一つを示す）。シリンダブロック１１において各シリンダ１３の周囲にはこれらシリンダ１３を囲むようにして冷却水が流通するウォータジャケット１４が形成されている。
【００１６】
また、シリンダブロック１１の下部に組み付けられたオイルパンには、内燃機関１０の各部位に供給される潤滑油が貯留されている。
一方、シリンダブロック１１の上部には、複数本のボルト６０を用いてシリンダヘッド３０が組み付けられている。そして、シリンダヘッド３０、シリンダブロック１１のシリンダ１３及びピストン１２により、吸気通路３１を通じて流入した吸気及びインジェクタから噴射された燃料からなる混合気を燃焼させるための燃焼室３２が区画形成されている。
【００１７】
また、シリンダヘッド３０の上部には、ヘッドカバー３３が組み付けられている。その他、シリンダヘッド３０とヘッドカバー３３とによって囲まれる空間３４内には、吸気通路３１の吸気口３１ａを開閉する吸気弁３５を往復駆動する吸気弁駆動機構３６と、排気通路３７の排気口３７ａを開閉する排気弁３８を往復駆動する排気弁駆動機構３９とが設けられている。
【００１８】
また、本実施形態の内燃機関１０には、オイルパンに貯留される潤滑油を汲み上げ、その潤滑油を吸気弁駆動機構３６や排気弁駆動機構３９といった内燃機関１０の各潤滑部位に供給するオイルポンプが設けられている。吸気弁駆動機構３６及び排気弁駆動機構３９に供給された潤滑油は、これら各機構３６，３９の潤滑に供された後、シリンダヘッド３０のアッパーデッキ５０上に滞留する。図２に示されるように、シリンダヘッド３０には、アッパーデッキ５０に開口する戻し油路５１が形成されている。アッパーデッキ５０上に滞留した潤滑油はこの戻し油路５１を通じてオイルパンに戻される。なお、図２では、吸気弁駆動機構３６及び排気弁駆動機構３９の図示を割愛している。
【００１９】
図１に示すように、シリンダヘッド３０には、各ボルト６０の軸部６１を包囲するようにウォータジャケット６５が形成されている。すなわち、ボルト６０の軸部６１が燃焼室３２とウォータジャケット６５との間に位置しており、軸部６１は区画壁６６を介してウォータジャケット６５と隣接している。
【００２０】
また、シリンダヘッド３０のアッパーデッキ５０上には、アッパーデッキ５０上に一時的に滞留する潤滑油を冷却するための複数の熱交換部材７０が設けられている。これら各熱交換部材７０は、熱伝導性の高い板材（例えば、銅などの金属板）によって構成されている。こうした熱交換部材７０は、上述したシリンダヘッド組み付け用のボルト６０によってシリンダヘッド３０に共締めされている。
【００２１】
図２及び図３に示すように、熱交換部材７０には貫通孔７１ｂが形成されている。この貫通孔７１ｂ内にボルト６０の軸部６１を挿通させた状態でシリンダヘッド３０が同ボルト６０によってシリンダブロック１１に組み付けられる。その結果、熱交換部材７０はその表面７１ａがボルト６０の頭部６２に圧接するとともに、その裏面７１ｃがアッパーデッキ５０に密接することとなる。
【００２２】
また、熱交換部材７０には、その端部に短冊状をなす複数の放熱部７２が形成されている。これら放熱部７２がアッパーデッキ５０の内側に突出するように、熱交換部材７０はボルト６０によって共締めされる。各放熱部７２は、基端で折り曲げられていない放熱部７２Ａと、基端で折り曲げられた放熱部７２Ｂとを有している。そして、放熱部７２Ａと放熱部７２Ｂとが、幅方向に交互に配置されている。
【００２３】
次に、アッパーデッキ５０上で潤滑油を冷却させる際の作用について説明する。なお、図４は、内燃機関１０内における各位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４での潤滑油の温度を示すグラフである。そして、第１の位置Ｐ１は、オイルポンプから供給された潤滑油が流動するオイル通路である所謂メインギャラリ内であり、第２の位置Ｐ２は当該メインギャラリのアッパーデッキ５０側への出口近傍である。また、第３の位置Ｐ３は戻し油路５１におけるアッパーデッキ５０側の開口近傍であり、第４の位置Ｐ４はオイルパン内である。
【００２４】
アッパーデッキ５０上に滞留する潤滑油は、アッパーデッキ５０上に設けられる各熱交換部材７０によって冷却される。すなわち、これら各熱交換部材７０は放熱部７２Ａと放熱部７２Ｂとを交互に配置した構成となっているため、熱交換部材７０におけるアッパーデッキ５０上での潤滑油との接触面積が広くなる。これにより、潤滑油は、熱交換部材７０によって効率良く冷却される。
【００２５】
また、シリンダヘッド３０内には、ボルト６０の軸部６１の近傍を通るようにウォータジャケット６５が設けられている。そのため、このウォータジャケット６５を設けない場合と比較して、シリンダヘッド３０の温度は低くなると共に、区画壁６６を介してウォータジャケット６５に隣接するボルト６０の軸部６１の温度もまた低くなる。その結果、ボルト６０の頭部６２が圧接される熱交換部材７０の温度もまた低くなる。このように温度が低下したシリンダヘッド３０のアッパーデッキ５０、ボルト６０の頭部６２及び熱交換部材７０に潤滑油が触れることにより、潤滑油がアッパーデッキ５０上で効率良く冷却される。
【００２６】
このようにアッパーデッキ５０上で冷却された潤滑油が、戻し油路５１を通じてオイルパンに戻される。そして、オイルパンからは、オイルポンプによって、吸気弁駆動機構３６や排気弁駆動機構３９といった内燃機関１０の各潤滑部位に潤滑油が供給される。その結果、図４からも明らかなように、熱交換部材７０を設けない場合と比較して、内燃機関１０を循環する潤滑油の温度が低くなる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）熱交換部材７０は、シリンダブロック１１にシリンダヘッド３０を組み付けるためのボルト６０によってシリンダヘッド３０に共締めされた状態で、アッパーデッキ５０上に設けられている。したがって、この熱交換部材７０とアッパーデッキ５０上に滞留する潤滑油との熱交換を通じて同潤滑油を冷却することができる。また、シリンダヘッド３０をシリンダブロック１１に組み付けるためのボルト６０を用いて熱交換部材７０をシリンダヘッド３０に取り付けるようにしているため、取り付け専用のボルトを別途設けたり、シリンダヘッド３０にボルト用の穴を新たに設けたりする必要もない。したがって、シリンダヘッド３０の形状を変更することなく簡易な構成をもってアッパーデッキ５０上に滞留する潤滑油を冷却することができる。
【００２８】
（２）ウォータジャケット６５を流通する冷却水によって、シリンダヘッド３０におけるボルト６０の周辺及びボルト６０の軸部６１が冷却される。ここで、ウォータジャケット６５と燃焼室との距離が、燃焼室３２とボルト６０の軸部６１との間に設けた場合と比較して長くなるため、ウォータジャケット６５を流通する冷却水は、燃焼室３２の燃焼熱の影響を受けにくく、その温度が比較的低温で維持される。そして、こうした冷却水によってボルト６０の軸部６１が冷却されるため、ボルト６０に接触する熱交換部材７０の温度上昇を効果的に抑制することができ、アッパーデッキ５０上に滞留する潤滑油の冷却効率を向上させることができるようになる。
【００２９】
また、燃焼室３２と軸部６１との間隔は狭いため、燃焼室３２と軸部６１との間にウォータジャケット６５を設けたとしても、その流路断面積が狭くなり、冷却水の流通量が少なくなる。これに対し、本実施形態では、ウォータジャケット６５は、同ウォータジャケット６５と燃焼室３２との間にボルト６０の軸部６１が介在するように形成されている。そのため、ウォータジャケット６５の通路断面積を広くすることができ、冷却水の流通量が多くなる分、ボルト６０が効率良く冷却される。したがって、ボルト６０に接触する熱交換部材７０の温度上昇を効果的に抑制することができ、アッパーデッキ５０上に滞留する潤滑油の冷却効率を向上させることができるようになる。
【００３０】
なお、実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・熱交換部材７０を、その裏面がアッパーデッキ５０に面接触する状態と同裏面がアッパーデッキ５０から離間する状態とに温度に応じてその形状が変化する形状記憶合金性の板材によって構成してもよい。この場合、図５（ａ）（ｂ）に示すように、熱交換部材７０の温度が低い場合、熱交換部材７０の放熱部７２の裏面７２ａは、アッパーデッキ５０に面接触する。一方、熱交換部材７０の温度が高くなると、その形状記憶特性に基づいて、放熱部７２は、熱交換部材の縁部である先端７２ｂがアッパーデッキ５０から離れるように変形する。その結果、放熱部７２の裏面７２ａとアッパーデッキ５０との間には、潤滑油が流入するような隙間Ｓが形成され、該隙間Ｓ内に潤滑油が流入するようになる。そのため、熱交換部材７０における潤滑油との接触面積が広くなり、潤滑油を効率よく冷却できるようになる。
【００３１】
また、潤滑油の温度が低く、熱交換部材７０の温度も低いときには、その形状記憶特性に基づいて、熱交換部材７０の放熱部７２の裏面７２ａがアッパーデッキ５０に面接触するようになる。そのため、上記のような隙間Ｓが形成されず、放熱部７２の裏面７２ａと潤滑油との間での熱交換がなされることもない。その結果、機関冷間時等において潤滑油が不必要に冷却されることを抑制することができる。
【００３２】
また、図６に示すように、熱交換部材７０の放熱部７２とアッパーデッキ５０との間には、高温になると伸張する一方で低温になると収縮する伸縮部８０を設けてもよい。こうした伸縮部８０としては、高温になるほど体積膨張するサーモワックスを備えたものが挙げられる。このように構成しても、図５（ａ）（ｂ）で示した他の実施形態と同等の作用・効果を得ることができる。
【００３３】
・熱交換部材７０は、図７に示すように、その一部がシリンダヘッド３０の外部に位置する構成であってもよい。この場合、シリンダヘッド３０には、内外を連通する連通孔８５を設け、該連通孔８５内を熱交換部材７０が挿通することになる。このように構成すると、熱交換部材７０は、シリンダヘッド３０外の空気によっても冷却される分、潤滑油の冷却効率を向上させることが可能となる。
【００３４】
・図８に示すように、熱交換部材９０は、２以上のボルト６０によってシリンダヘッド３０に固定される構成であってもよい。この場合、互いに隣り合うボルト６０同士の間に位置する連結部９１とアッパーデッキ５０との間には、潤滑油の流入を許容する隙間を介在させることが好ましい。この場合、当該隙間内に潤滑油が流入することにより、熱交換部材９０における潤滑油との接触面積が広くなり、潤滑油の冷却効率のさらなる向上が期待できる。
【００３５】
また、連結部９１を有する熱交換部材９０は、連結部９１から突出する放熱部を設けた構成であってもよい。
・熱交換部材７０，９０に、突起やディンプルを設けた構成であってもよい。このように構成しても、熱交換部材７０，９０における潤滑油との接触面積を広くすることができる。また、上記のように突起やディンプルを設けた場合には、短冊状の放熱部７２（７２Ａ，７２Ｂ）を設けなくてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０…内燃機関、１１…シリンダブロック、３０…シリンダヘッド、３２…燃焼室、５０…アッパーデッキ、６０…ボルト、６１…軸部、６５…ウォータジャケット、７０，９０…熱交換部材、７２ｂ…熱交換部材の縁部としての放熱部の先端、８０…伸縮部、Ｓ…隙間。
【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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