(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒群の各気筒群毎に独立した冷媒通路を備え、この独立した冷媒通路を流れる冷媒がシリンダブロックを気筒群列方向に流れ、その後にシリンダヘッドをこの流れ方向と逆向きの気筒群列方向に流れるＵターンフローであり、この独立した冷媒通路を含みフィードポンプからの冷媒をこの独立した各冷媒通路に導入すると共にこの独立した各冷媒通路を出た冷媒を集合させて熱交換器に導いた後、前記フィードポンプへと戻す冷媒循環路を有するエンジンの冷却装置において、
冷却用機器への冷媒をフィードポンプ下流の一方の気筒群側の独立した冷媒通路のうちシリンダブロックへの流れを開始する箇所の近くで取り出すと共に、車室内暖房機器としてのヒータへの冷媒を他方の気筒群側の独立した冷媒通路のうちシリンダブロックを気筒群列方向に流れ終わった箇所で取り出すことを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項２】
スロットルチャンバへの冷媒を前記独立した各冷媒通路を出た冷媒を流す通路から取り出すことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却装置。
【請求項３】
エンジンが２つのバンクからなるＶ型エンジンである場合に、前記一方の気筒群が前記２つの何れかのバンク、前記他方の気筒群が残りのバンクであることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの冷却装置。
【請求項４】
エンジンの排気量が４．５リットル以上であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のエンジンの冷却装置。
【請求項５】
前記ヒータへの冷媒の取り出し箇所が気筒群列方向の車室側であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載のエンジンの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｖ型エンジンの冷却装置として、シリンダ外壁と燃焼室外壁の冷却効率の向上のために２つのバンクに分配して冷媒（冷却水）を流すものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、冷媒を必要とする機器（デバイス）には各種のものがあり、各機器の用途により冷媒の取り出し箇所が決まる。例えばオイルクーラ（冷却用機器）の場合はオイルを冷却するという用途上、冷媒が冷温である箇所（フィードポンプとしてのウォータポンプからエンジン内のウォータジャケットに入るまでの間）から取り出さなければならない。
【０００４】
しかしながら、ウォータポンプは通常、シリンダブロックに固定されることが多いため、ウォータポンプからウォータジャケットに入るまでの間から冷媒を取り出すことはレイアウト上非常に困難である。したがって前記従来装置のように、２つのバンクに分配している場合には、ウォータポンプ下流の一方のバンク側の冷媒循環通路からオイルクーラへの冷媒を取り出す構造となり、２つのバンクを流れる流量バランスが悪くなり、これによって２つのバンクのシリンダ放熱量や燃焼室放熱量に影響を及ぼす。
【０００５】
そこで本発明は、複数の気筒群の各気筒群毎に独立した冷媒通路を備え、この独立した冷媒通路を含みフィードポンプからの冷媒をこの独立した各冷媒通路に導入すると共にこの独立した各冷媒通路を出た冷媒を集合させて熱交換器に導いた後、前記フィードポンプへと戻す冷媒循環路を有する場合に、冷却用機器への冷媒と加熱用機器への冷媒とを共に取り出すに際して、冷却用機器への冷媒をフィードポンプ下流の一方の気筒群側の冷媒循環路から取り出すと共に、加熱用機器への冷媒を他方の気筒群側の冷媒循環路から取り出すことにより、複数の気筒群を流れる冷媒流量バランスを向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、複数の気筒群の各気筒群毎に独立した冷媒通路を備え、この独立した冷媒通路を流れる冷媒がシリンダブロックを気筒群列方向に流れ、その後にシリンダヘッドをこの流れ方向と逆向きの気筒群列方向に流れるＵターンフローであり、この独立した冷媒通路を含みフィードポンプ（例えばウォータポンプ）からの冷媒（例えば冷却水）をこの独立した各冷媒通路に導入すると共にこの独立した各冷媒通路を出た冷媒を集合させて熱交換器（例えばラジエータ）に導いた後、前記フィードポンプへと戻す冷媒循環路を有するエンジンの冷却装置において、冷却用機器への冷媒をフィードポンプ下流の一方の気筒群側の独立した冷媒通路のうちシリンダブロックへの流れを開始する箇所の近くで冷媒循環路から取り出すと共に、車室内暖房機器としてのヒータへの冷媒を他方の気筒群側の独立した冷媒通路のうちシリンダブロックを気筒群列方向に流れ終わった箇所で冷媒循環路から取り出す。
第２の発明では、第１の発明においてスロットルチャンバへの冷媒を前記独立した各冷媒通路を出た冷媒を流す通路から取り出す。
【０００７】
第３の発明では、第１または第２の発明においてエンジンが２つのバンクからなるＶ型エンジンである場合に、前記一方の気筒群が前記２つの何れかのバンク、前記他方の気筒群が残りのバンクである。
【０００８】
第４の発明では、第１から第３までのいずれか一つの発明においてエンジンの排気量が４．５リットル以上である。
【００１０】
第５の発明では、第１から第４までのいずれか一つの発明において前記ヒータへの冷媒の取出し箇所が気筒列群方向の車室側である。
【００１１】
【発明の効果】
第１、第２、第３の発明によれば、複数の気筒群（２つのバンク）に対して冷媒を分配して流す場合に、冷却用機器への冷媒の取り出し箇所と車室内暖房機器としてのヒータへの冷媒の取り出し箇所を一方の気筒群側の冷媒循環路にのみ偏らないように複数の気筒群（２つのバンク）に割り振ったので、複数の気筒群間の流量バランスが向上し、シリンダと燃焼室の放熱量を気筒群間（バンク間）で均等化することができる。
【００１２】
また、第１、第２、第３の発明では、車室内暖房機器としてのヒータへの冷媒の取り出し箇所を他方の気筒群側の冷媒循環路としているので、複数の気筒群の冷媒循環路が合流した箇所を取り出し箇所とする場合より通水抵抗が小さいため十分な冷媒流量を確保することができる。
さらに、第１の発明によれば、冷媒通路を流れる冷媒がシリンダブロックを気筒群列方向に流れ、その後にシリンダヘッドをこの流れ方向と逆向きの気筒群列方向に流れるＵターンフローであって、車室内暖房機器としてのヒータの冷媒の取出し箇所がシリンダブロックを気筒群列方向に流れ終わった箇所であるので、シリンダヘッドを車室内用暖房機器として、シリンダブロックによって高温に加熱された冷媒を取出すことができる。
【００１３】
また、第４の発明のような大排気量のエンジンを搭載する車両にあっては、車室内も広いため、車室内の暖房機器として加熱用機器に冷媒を流す場合、冷媒循環路に流す際の抵抗が大きくなる。従って、一方の気筒群（バンク）から冷却用機器と車室内暖房機器としてのヒータへの冷媒の取り出しを行なう場合に比べて、特に気筒群（バンク）間の流量バランスを良くする効果が顕著となる。さらに、車室内暖房機器としてのヒータへの十分な冷媒流量を確保することもできるため、車室内の温度上昇を行なう場合には温度上昇時間を短縮し、均一な温度上昇分布を得ることもできる。
【００１４】
第５の発明によれば、車室へ高温の冷媒を導くヒートパイプを短くすることができるので、コストを抑えることができるとともに、余計な熱損失を抑えることができるので車室内の温度上昇効率も向上できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明をＵターンフローを採用するＶ型エンジンの冷却装置に適用した場合の冷却系統図である。ＵターンフローのＶ型エンジン１は２つのバンク２、３を有し、各バンク２、３は下部に位置するシリンダブロック４、５と頂部のシリンダヘッド６、７とで構成される。
【００１７】
なお、ＵターンフローのＶ型エンジン１は図示しない車室よりも前方に縦置きに搭載され、エンジン１のさらに前方にラジエータ１８（熱交換器）が配置されている。従ってバンク２は図で左側に位置するけれども「右バンク」、バンク３は図で右側に位置するけれども「左バンク」という。
【００１８】
各バンク２、３ではシリンダブロックとシリンダヘッドとに独立して冷却水（冷媒）の流れる４つの通路（ウォータジャケット）８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂが形成され、右バンク２の２つの冷却水通路８Ａ、９Ａは後方（図で上方）で連絡通路１０Ａにより、また左バンク３の２つの冷却水通路８Ｂ、９Ｂも後方で連絡通路１０Ｂにより接続されている。この場合、ウォータインレット１３Ａ、１３Ｂ、ウォータアウトレット１５Ａ、１５Ｂともエンジン前方（図で下方）になる。
【００１９】
エンジン１の前端部にクランクシャフト（図示しない）により駆動されるウォータポンプ１１（フィードポンプ）が取り付けられる。ウォータポンプ１１の一対の出口１１ａ、１１ｂは同じく一対の通路１２Ａ、１２Ｂを介してシリンダブロック４、５内の冷却水通路８Ａ、８Ｂと接続されている。
【００２０】
一対のアウトレット１５Ａ、１５Ｂに接続される冷却水通路１６Ａ、１６Ｂは１つの通路１７にまとめられ、この集合通路１７は車両前方に位置するラジエータ１８の入口１８ａに接続され、ラジエータ１８の出口１８ｂは通路１９を介してウォータポンプ１１の入口１１ｃと接続される。
【００２１】
このようにして通路１２Ａ、シリンダブロック内冷却水通路８Ａ、連絡通路１０Ａ、シリンダヘッド内冷却通路９Ａ、通路１６Ａ、集合通路１７、通路１９から右バンク２側の冷却水循環路（冷媒循環路）が、また通路１２Ｂ、シリンダブロック内冷却水通路８Ｂ、連絡通路１０Ｂ、シリンダヘッド内冷却通路９Ｂ、通路１６Ｂ、集合通路１７、通路１９から左バンク３側の冷却水循環路（冷媒循環路）が構成されている。
【００２２】
また、ラジエータ１８とウォータポンプ１１を接続する通路１９にはサーモスタット２０が設けられている。２２はリザーブタンクである。
【００２３】
図中冷却水の流れ方向を矢印で示しており、エンジン１の暖機完了後であれば、ウォータポンプ１１により吐出される冷却水が、出口１１ａ、１１ｂより一対の通路１２Ａ、１２Ｂを介してシリンダブロック４、５内の冷却水通路８Ａ、８Ｂへと分配流入し、この各冷却水通路８Ａ、８Ｂを車両前方より車両後方へと流れシリンダブロック４、５との間で熱交換を行う。この熱交換により冷却水は温度上昇してエンジン後端に達し、このエンジン後端に達した冷却水は連絡通路１０Ａ、１０Ｂを介して今度はシリンダヘッド内の冷却水通路９Ａ、９Ｂに流入してこの冷却水通路９Ａ、９Ｂを今度は車両後方より車両前方へと流れシリンダヘッド６、７との間で熱交換を行う。この熱交換により冷却水はさらに温度上昇してエンジン前端に達し、エンジン前端に達したこの冷却水は連絡通路１６Ａ、１６Ｂを介して１つの流れにまとめられ。ラジエータ１８へと導かれる。ここでは外気との熱交換を行って冷却される。
【００２４】
このように冷却水がエンジン前端から気筒列方向にエンジン後端へと流れた後、今度はその逆向きであるエンジン後端から気筒列方向にエンジン前端へと流れる方式をＵターンフローと称し、このＵターンフローによれば、温度管理がシリンダブロック４、５とシリンダヘッド６、７の２点だけでよいため温度管理が容易であること、また部品点数が少なく冷却システムの簡略化が可能であるというメリットを有する。
【００２５】
そして、ラジエータ１８により冷却されて低温となった冷却水は再びウォータポンプ１１へと戻される。
【００２６】
この場合、エンジン１は大排気量（例えば４．５リットル以上）のエンジンであるため、通路１７からラジエータ１８をバイパスする通路２１が設けられ、この通路２１により常に一定流量の冷却水がエンジン１内を循環するようにしている。このような方式はコンスタントバイパスで通称されるものである。
【００２７】
また、サーモスタット２０により冷却水の水温が低いときにはバルブが絞られてラジエータ１８を流れる冷却水の流量が少なくされ、これに対して冷却水の水温が高くなったときにはバルブが開けられてラジエータ１８を流れる冷却水の流量が多くされ、これによりエンジン１の燃焼室周りの温度が適正値に保たれる。
【００２８】
一方、ターボチャージャの潤滑油を冷却する等のためオイルクーラ３１（冷却用機器）を備えると共に広い車室内の暖房のためヒータ３５（加熱用機器）を備える。オイルクーラ３１への冷却水は、エンジン１により加熱される前の冷却水を取り出すために左バンク３のエンジン前端近く（１番シリンダ近く）の冷却水通路８Ｂから取り出される。すなわち、左バンク３の１番シリンダ近くの冷却水通路８Ｂから通路３２が分岐され、この分岐通路３２がオイルクーラ３１の入口３１ａに接続される。オイルクーラ３１で熱交換を行って温度上昇した冷却水はオイルクーラ３１の出口３１ｂよりリターン通路３３を介してウォータポンプ１１の上流側に戻される。このオイルクーラ３１と置き換わるものとしてＥＧＲクーラ（ＥＧＲガスを冷却する）が考えられる。
【００２９】
ここで、車室内暖房機器としてのヒータ（加熱用機器）の場合には、車室内を暖めるという用途上においては、冷媒が高温である箇所（エンジン出口付近）１５Ａから取り出した方が良い。しかしながら、この箇所はウォータポンプ１１から見てエンジン１を流れた冷却水の最も下流側となるため通水抵抗による冷却水流量の低下代が大きい。この場合、特に大排気量のエンジンを搭載した車両を考えると車室も広くなるため、車室内空間の広さに対応してヒータ３５に要求される冷却水流量が大きくなる。従って、エンジン出口付近１５Ａのような冷却水が高温となっている箇所をヒータ３５への取り出し箇所としても、ウォータポンプ１１から取り出し箇所までの通水抵抗により冷却水の流速が低下してしまい、ヒータ３５への必要流量を確保できず、車室内の温度分布がムラになったり、広い車室内空間を十分に暖めることができないといった好ましくない事態が生じる可能性がある。
【００３０】
従って、車室内暖房機器としてのヒータ３５への冷却水は、適度な冷却水温度ならびに流量を確保できる右バンク２のシリンダヘッド６の後端部から取り出される。すなわち、右バンク２のシリンダヘッド６後端部にある連通路１０Ａから通路３６が分岐され、この分岐通路３６がヒータ３５の入口３５ａに接続される。ヒータ３５で熱交換を行って温度低下した冷却水はヒータ３５の出口３５ｂよりリターン通路３７を介してウォータポンプ１１の上流側に戻される。
【００３１】
このように、オイルクーラ３１への冷却水の取り出し箇所を左バンク３の１番シリンダ近くの冷却水通路８Ｂからとし、ヒータ３５への冷却水の取り出し箇所を右バンク２のシリンダヘッド６後端の連絡通路１０Ａとしたので、左右の各バンク２、３を流れる冷却水の流量バランスを均等にすることができる。
【００３２】
このようにオイルクーラ３１とヒータ３５への冷却水の取り出し箇所を決定したのは、図２に示す実験結果に基づくものである。これを説明すると、図２において、最下段の▲１▼〜▲３▼は図３に示した
▲１▼左バンク後端部の連絡通路１０Ｂ、
▲２▼右バンク後端部の連絡通路１０Ａ、
▲３▼集合通路１７
の各部を流れる冷却水流量［Ｌ／ｍｉｎ］である。この中でウォータポンプ１１より最下流にある▲３▼の場合が最も通水抵抗が大きいので、３つの中で最も小さくなっている。また▲１▼、▲２▼の場合には▲３▼の場合より通水抵抗が小さいのでその分流量が多くなっている。
【００３３】
さて、オイルクーラ３１の場合にはオイルを冷却するという用途上、冷却水が低温である箇所、つまりウォ一タポンプ１１のすぐ下流から取り出さなければならない。実際にはウォータポンプ１１はシリンダブロックに固定されるので、通路１２Ｂから取り出すことができず、従って１番シリンダ近くの冷却水通路８Ｂから取り出すことになる。このとき、
オイルクーラ、
右バンクのシリンダブロック（具体的には図３の▲２▼点）、
左バンクのシリンダブロック（具体的には図３の▲１▼点）、
を流れる流量を測定した結果が図２の中段の▲１▼の場合である。ここで、括弧書きで示す数字の５１％、４９％は左右バンクのシリンダブロックを流れる全流量を１００％としたときのパーセントである。同数字よりオイルクーラ３１への冷却水の取り出しを左バンクとしたとき、左右バンク間のバラツキが良い方に働いたため、中段の▲２▼の場合より左右バンクのシリンダブロックを流れる流量バランスがよいことがわかる。
【００３４】
なお、中段の▲２▼の場合とは、オイルクーラ３１への冷却水を右バンクの最前列のシリンダ近くの冷却水通路８Ａから取り出した場合の、
オイルクーラ、
右バンクのシリンダブロック（具体的には図３の▲２▼点）、
左バンクのシリンダブロック（具体的には図３の▲１▼点）、
を流れる流量を測定した結果で、本来ならこのように右バンク側の冷却水循環路から冷却水を取り出すと、左右バンクのシリンダブロックを流れる流量バランスが大きく崩れることになる。
【００３５】
次に、車室内暖房機器としてのヒータ３５の場合には車室内を暖めるという用途上、冷却水が高温である箇所、つまりエンジン出口付近から取り出さなくてはならない。しかしながら、ウォータポンプ１１より下流になるほど通水抵抗が大きくなって十分な流量が確保できないこと、またオイルクーラ３１への冷却水の取り出しを左バンク側の冷却水循環路から行った状態で左右バンクを流れる流量バランスを良くするにはヒータ３５への冷却水の取り出し箇所は右バンク側の冷却水循環路としたほうがよいことの２つを勘案し、ヒータ３５への冷却水の取り出し箇所を右バンク側の冷却水循環路、しかも通水抵抗がエンジン出口よりも小さくなる右バンク後端の連絡路１０Ａとする。このとき、
オイルクーラ、
ヒータ、
右バンクのシリンダヘッド（具体的には図３の▲４▼点）、
左バンクのシリンダヘッド（具体的には図３の▲５▼点）、
を流れる流量を測定した結果が図２の上段の▲２▼の場合である。右バンクのシリンダヘッドには４６％、左バンクのシリンダヘッドには５４％の冷却水が流れる。ここで、４６％、５４％は左右バンクのシリンダヘッドを流れる全流量を１００％としたときのパーセントである。同数字より上段の▲１▼の場合より左右バンクのシリンダヘッドを流れる流量バランスが良好になっていることがわかる。
【００３６】
なお、上段の▲１▼の場合とは、ヒータ３５への冷却水を、左バンク後端の連通路１０Ｂから取り出した場合の、
オイルクーラ、
ヒータ、
右バンクのシリンダヘッド（具体的には図３の▲４▼点）、
左バンクのシリンダヘッド（具体的には図３の▲５▼点）、
を流れる流量を測定した結果で、このように左バンク側の冷却水循環路のみからオイルクーラ３１だけでなくヒータ３５への冷却水をも取り出すときには、左右バンクのシリンダヘッド６、７を流れる流量バランスが大きく崩れることになる。
【００３７】
このようにして実験により得られた結論は、図２の上段の▲２▼の場合に左右バンク２、３のシリンダブロック４、５、シリンダヘッド６、７とも流量バランスがほぼ均等となり、かつヒータ３５を流れる流量を他の取り出し方法と比較しても十分に確保できることになる。
【００３８】
図１に戻り、４０はスロットルチャンバで、図示しないスロットル弁が氷結により固着してしまうのを防止するため暖まった冷却水を流すようにしている。このスロットルチャンバ４０を暖めるための冷却水の流量はそれほど必要ないので、従来と同様に最も高温の冷却水が得られる集合通路１７から通路４１が分岐され、この分岐通路４１がスロットルチャンバ４０に接続される。スロットルチャンバ４０で熱交換を行って温度低下した冷却水はリターン通路４２を介してウォータポンプ１１の上流側に戻される。
【００３９】
このようにして本実施形態によれば、左右のバンク２、３（複数の気筒群）に対して冷却水を分配して流す場合に、オイルクーラ３１（冷却用機器）への冷却水の取り出し箇所とヒータ３５（加熱用機器）への冷却水の取り出し箇所を一方のバンク（気筒群側）の冷却水循環路にのみ偏らないよう左右のバンク２、３に割り振ったので、左右のバンク間の流量バランスが向上し、シリンダと燃焼室の放熱量をバンク間で均等化することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、ヒータ３５への冷却水の取り出し箇所を２つの冷却水循環路が合流した後でなく合流する前の冷却水循環路（連通路１０Ａ）としているので、左右のバンクの冷却水循環路が合流した箇所（集合通路１７）を取り出し箇所とする場合より通水抵抗を小さくできる。従って大排気量のエンジンを搭載する車両にあっては車室内も広く、この広い車室の室内暖房用機器としてヒータ３５を用いる場合にも、十分な冷却水の流量を確保でき、これによって車室内の空間が広くても温度上昇時間を短縮できると共に車室内で均一な温度分布が得られる。
【００４１】
また、ＵターンフローのＶ型エンジン１を車室よりも前方に縦置きに搭載すると共にラジエータ１８（熱交換器）をエンジン１のさらに前方に配置した場合に、冷却水が最も高温となるのはエンジン１からの冷却水出口（ウォータアウトレット）のあるエンジン前端であるので、車室内暖房用機器としてのヒータ３５への冷却水の取り出し箇所を高温の冷却水が得られるこのエンジン前端としたのでは、エンジン後方に位置する車室に対して高温の冷却水を導くためのヒートパイプが長くなりコストが上昇するのであるが、本実施形態によれば、シリンダブロックを気筒列方向にすべて流れ終わった箇所（連絡通路１０Ａ）が、車室に近接するエンジン後端となるため、車室に高温の冷却水を導くためのヒートパイプが短くてよく、コストが上昇することがない。
【００４２】
実施形態ではオイルクーラ３１への冷却水の取り出し箇所が左バンク側の冷却水循環路、ヒータ３５への冷却水の取り出し箇所が右バンク側の冷却水循環路である場合で説明したが、オイルクーラ３１への冷却水の取出し箇所を右バンク側の冷却水循環路、ヒータ３５への冷却水の取出し箇所を左バンク側の冷却水循環路としてもかまわない。
【００４３】
実施形態ではＵターンフローのＶ型エンジンに対して本発明を適用した場合で説明したが、これに限らず、いわゆる縦流れや横流れのＶ型エンジンに対しても本発明を適用することができる。また、エンジンはＶ型に限られない。ＵターンフローのＶ型エンジンが車両に対して横置きに搭載される場合であってもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＵターンフローのＶ型エンジンに対して本発明を適用した場合の第１実施形態の冷却系統図。
【図２】冷却水の取出し箇所の違いによる各部流量を比較して示す特性図。
【図３】図２に用いた冷却水の取出し箇所を示すための冷却系統図。
【符号の説明】
２、３  バンク（気筒群）
４、５  シリンダブロック
６、７  シリンダヘッド
８Ａ、８Ｂ  シリンダブロック内の冷却水通路
９Ａ、９Ｂ  シリンダヘッド内の冷却水通路
１１  ウォータポンプ（フィードポンプ）
１８  ラジエータ（熱交換器）
３１  オイルクーラ（冷却用機器）
３５  ヒータ（加熱用機器）
４０  スロットルチャンバ
【図１】
0003988419.tif 000002
【図２】
0003988419.tif 000003
【図３】
0003988419.tif 000004