JP2009293575A - 内燃機関のオイル通路構造およびシリンダヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】オイルを早期に昇温させると同時に最高温度を抑制するように効果的に冷却する。
【解決手段】シリンダヘッド側ウォータジャケット１１とシリンダブロック側ウォータジャケットとに個別に冷却水が通流する２系統冷却装置を備える。シリンダヘッド１の後端部では、シリンダヘッド側冷却水出口１４が中心線Ｍからオフセットした位置に開口し、これに隣接して、シリンダブロック側冷却水通路の一部をなす出口室１５が設けられ、シリンダブロック側冷却水出口１８として開口する。出口室１５を隔てる薄い隔壁１６の内部を通して、シリンダブロック側オイルギャラリに連通するオイル通路２１がドリル加工されている。オイル通路２１を流れるオイルは、始動後は、相対的に高温なブロック側冷却水によって早期に昇温し、暖機完了後は、相対的に低温なヘッド側冷却水によって効果的に冷却される。
【選択図】図１

Description

この発明は、シリンダヘッド側ウォータジャケットとシリンダブロック側ウォータジャケットとに個別に冷却水が通流する２系統冷却装置を備えてなる内燃機関のオイル通路構造およびオイル通路を備えたシリンダヘッドに関する。

シリンダヘッド側ウォータジャケットとシリンダブロック側ウォータジャケットとに個別に冷却水が通流するようにし、例えばヒートスポットとなるシリンダヘッド側を積極的に冷却する一方で、オイル粘性によるフリクションが問題となるシリンダブロック側は相対的に高い温度に維持するようにした２系統冷却装置が、特許文献１に示すように種々提案され、既に実用に供されている。

一方、内燃機関のオイルポンプから吐出されたオイルは、シリンダブロック側に設けられるオイルギャラリからシリンダヘッド側へと供給され、シリンダヘッド側の各部で使用されるが、上記特許文献１においては、オイルポンプから吐出されたオイルが熱交換器を介してシリンダブロック側冷却水と熱交換する構成となっており、これにより、機関始動後のオイルの早期昇温およびオイルが昇温した後のオイルの冷却を図っている。
特開２００２−２２７６４８号公報

しかしながら、上記従来の構成では、相対的に高温なシリンダブロック側冷却水との熱交換によってオイルの冷却を行っているため、オイル冷却効果が低く、例えば大型の熱交換器が必要となる、といった不具合がある。

この発明に係るオイル通路構造は、シリンダヘッド側ウォータジャケットとシリンダブロック側ウォータジャケットとに個別に冷却水が通流する２系統冷却装置を備えてなる内燃機関において、オイルポンプから吐出されたオイルが、シリンダブロック側冷却水とシリンダヘッド側冷却水との双方と熱交換するように構成されている。

例えば好ましい一つの態様では、シリンダヘッド側ウォータジャケットの出口がシリンダヘッド端面に開口しているとともに、シリンダブロック側ウォータジャケットの出口部分がシリンダヘッド端部に形成されて同じシリンダヘッド端面に開口しており、このシリンダブロック側ウォータジャケットの出口部分と上記シリンダヘッド側ウォータジャケットとを隔てる隔壁の内部にオイル通路が形成され、シリンダブロック側冷却水とシリンダヘッド側冷却水との双方と熱交換する。

この発明によれば、始動後のオイルの温度が冷却水温度よりも相対的に低い段階では、シリンダヘッド側冷却水に比べて相対的に高温なシリンダブロック側冷却水によってオイルが加熱され、早期昇温が可能である。そして、暖機が完了し、オイルの温度が冷却水温度よりも相対的に高くなった後は、シリンダブロック側冷却水に比べて相対的に低温なシリンダヘッド側冷却水によって効果的な冷却を行うことができる。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図３は、この発明に係るオイル通路構造を備えた内燃機関のシリンダヘッド１を示している。図２は、このシリンダヘッド１の後端面を示しており、図１は、図２のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図に相当し、図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図に相当する。図１に明らかなように、この実施例のシリンダヘッド１は、例えば直列３気筒内燃機関あるいはＶ型６気筒内燃機関の一方のバンクに用いられるものであって、３つの気筒を有し、各々の気筒について、その中心に点火栓挿入孔２を有するとともに、一対の吸気弁用のバルブガイド孔３および一対の排気弁用のバルブガイド孔４を備えている。なお、図１では、吸気ポート５および排気ポート６が水平に切断された形に示されている。また、各気筒を囲むように、図示せぬシリンダヘッドボルトが挿入される複数のヘッドボルト孔７が配置されている。

このシリンダヘッド１は、周知のように、アルミニウム合金あるいは鋳鉄等を用いて一体に鋳造されているものであって、その内部には、気筒列方向に連続したシリンダヘッド側ウォータジャケット１１が中子を用いて形成されている。このシリンダヘッド側ウォータジャケット１１は、各気筒の燃焼室天井壁部を覆うとともに排気ポート６や吸気ポート５の周囲を囲むように形成されており、シリンダヘッド１の前端から後端までのほぼ全長に亘って連続している。そして、このシリンダヘッド側ウォータジャケット１１は、その気筒列方向の最前端部となる位置に開口する１つあるいは複数の連通口１２を介して図示せぬシリンダブロック側ウォータジャケットに連通している。つまり、上記連通口１２はシリンダヘッド側ウォータジャケット１１への冷却水入口となり、シリンダブロック側ウォータジャケットの前端部から該シリンダブロック側ウォータジャケットへウォータポンプにより圧送された冷却水の一部がシリンダヘッド側ウォータジャケット１１へ分流する構成となっている。そして、上記シリンダヘッド側ウォータジャケット１１の下流側の端部は、シリンダヘッド１の後端面１３においてシリンダヘッド側冷却水出口１４として開口しており、図示せぬバルブ機構が該冷却水出口１４を開閉することで、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１を通る冷却水の通流が実質的に制御されている。また、図示せぬシリンダブロック側ウォータジャケットの冷却水の通流も同じく下流側でバルブ機構により制御されており、これにより、２系統冷却装置として、シリンダヘッド１側とシリンダブロック側とに個別に冷却水を通流させることが可能となっている。

なお、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１とシリンダブロック側ウォータジャケットとを内部の連通口１２により連通させるのではなく、各々の独立した冷却水入口を設けるようにしてもよく、また、各々の冷却水の流れを出口側ではなく入口側つまり上流側で制御するように構成することもできる。

また、よく知られているように、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１とシリンダブロック側ウォータジャケットとに個別に冷却水を通流させる２系統冷却装置では、冷却水の通流を行う設定温度として、シリンダブロック側の冷却系の方がシリンダヘッド側の冷却系よりも高い温度に設定されており、従って、例えば冷間始動後は、シリンダブロック側ウォータジャケットに冷却水が滞留した状態のまま暖機運転が行われ、シリンダ壁温の早期昇温が図れ、また暖機後の運転中も、ヒートスポットとなる燃焼室側が積極的に冷却される一方で、シリンダ壁温が比較的高い温度に維持される。

ここで、上記シリンダヘッド側ウォータジャケット１１の下流側部分１１ａは、図１および図２に示すように、シリンダヘッド１後端部において側方へ（具体的には排気弁側へ）斜めに屈曲しており、シリンダヘッド側冷却水出口１４は、気筒列方向のシリンダヘッド中心線（３つの気筒のシリンダ中心を通る線）Ｍ（図１参照）に対し、排気弁側へオフセットした位置に開口している。

そして、このシリンダヘッド側ウォータジャケット１１の下流側部分１１ａに隣接して、シリンダヘッド１後端部に、シリンダブロック側ウォータジャケットの出口部分となる出口室１５が中子により形成されている。この出口室１５は、比較的薄い隔壁１６を介してシリンダヘッド側ウォータジャケット１１から分離独立しているものであって、図２に示すようにシリンダヘッド１下面に開口する連通口１７を有し、この連通口１２によって図示せぬシリンダブロック側ウォータジャケットの最後端部に連通している。また上記出口室１５は、図２に示すように、シリンダヘッド１後端面１３において開口する円形のシリンダブロック側冷却水出口１８を有している。このシリンダブロック側冷却水出口１８は、図２に示すように、シリンダヘッド１の中心付近、つまり上記シリンダヘッド中心線Ｍに沿った位置において開口している。また、このシリンダブロック側冷却水出口１８はシリンダヘッド側冷却水出口１４と左右に隣接して形成されている。図示せぬシリンダブロック側ウォータジャケットを気筒列方向に沿って流れた冷却水は、機関後端部において上記連通口１７から出口室１５へ流入し、最終的にシリンダブロック側冷却水出口１８から排出される。

上記のようにシリンダヘッド側ウォータジャケット１１の下流側部分１１ａが排気弁側へオフセットし、かつシリンダブロック側冷却水通路の一部をなす出口室１５がシリンダヘッド中心線Ｍに沿ったシリンダヘッド１中心付近に位置することにより、両者を区画する上記隔壁１６は、図１に示すように、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１の吸気弁側の内壁面からシリンダヘッド１後端面１３へ向かって斜めに延びた形となっている。そして、この隔壁１６の内部を通して、上下方向へ延びたオイル通路２１が形成されている。このオイル通路２１は、図示せぬシリンダブロックのロアデッキ部分に形成されるオイルギャラリと図示せぬシリンダヘッドカバー側のオイル通路とを連通させるためのもので、図２，図３に示すように機関後方から見てシリンダ軸線に対し傾斜した直線状にドリル加工され、下端２１ａが吸気弁側のヘッドボルト孔７に隣接した位置で開口し、シリンダブロック側の上下方向に沿ったオイル通路の上端に接続されるようになっている。また傾斜したオイル通路２１の上端２１ｂは、略垂直な第２のオイル通路２２に接続され、該第２のオイル通路２２がシリンダヘッド１上面に開口している。この第２のオイル通路２２は、図示せぬシリンダヘッドカバー側のオイル通路に接続され、ここからシリンダヘッド１側のオイルを必要とする各部へオイルが供給される。

上記オイル通路２１は、図２に明らかなように、機関の前後方向へ投影して見たときに、シリンダヘッドカバー側ウォータジャケット１１および出口室１５と重なり合う位置にある。

上記の構成においては、オイル通路２１が通る比較的薄い隔壁１６が、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１を流れるシリンダヘッド側の冷却水と出口室１５を流れるシリンダブロック側の冷却水との双方と接しているため、オイル通路２１内を流れるオイルとこれら双方の冷却水との間で積極的に熱交換が行われる。機関の始動からしばらくの間は、オイルの温度は冷却水温度よりも低いが、２系統冷却として相対的に高い温度に維持されているシリンダブロック側冷却水によってオイルが熱を受けるため、オイルの昇温が速やかに行われる。一方、暖機が完全に完了した後は、オイルの温度の方が冷却水温度よりも高くなるが、この状態では、２系統冷却として相対的に低い温度に維持されているシリンダヘッド側冷却水によってオイルが効果的に冷却される。特に、シリンダヘッド１の中心線Ｍに沿って気筒列方向に流れてきた冷却水の主流は隔壁１６に衝突し、側方へオフセットした下流側部分１１ａへと流れの向きが変えられるが、この冷却水の主流が衝突する箇所にオイル通路２１が位置するので、効果的に冷却が行われる。しかも、オイル通路２１が斜めに形成されていることで、熱交換面積（通路長）が拡大し、より効率的に熱交換が行われる。なお、オイル通路２１の下端２１ａはシリンダヘッド１の吸気弁側に片寄って位置しているので、排気熱を過度に受けることがなく、この点でも有利となる。従って、例えば高負荷運転時等におけるオイルの最高温度を抑制でき、例えば外部のオイルクーラが不要となる。

この発明の一実施例を示すシリンダヘッドの断面図であって、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。 このシリンダヘッドの後端を示す背面図。 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

符号の説明

１…シリンダヘッド
５…吸気ポート
６…排気ポート
１１…シリンダヘッド側ウォータジャケット
１４…シリンダヘッド側冷却水出口
１５…出口室
１６…隔壁
１７…連通口
１８…シリンダブロック側冷却水出口
２１…オイル通路

Claims (7)

1. シリンダヘッド側ウォータジャケットとシリンダブロック側ウォータジャケットとに個別に冷却水が通流する２系統冷却装置を備えてなる内燃機関において、
   オイルポンプから吐出されたオイルが、シリンダブロック側冷却水とシリンダヘッド側冷却水との双方と熱交換するように構成されていることを特徴とする内燃機関のオイル通路構造。
2. シリンダブロック側のオイルギャラリからオイルが供給されるオイル通路をシリンダヘッド内部に備え、このオイル通路が、シリンダヘッド内部においてシリンダブロック側冷却水とシリンダヘッド側冷却水との双方と熱交換することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のオイル通路構造。
3. 上記シリンダヘッド側ウォータジャケットの出口がシリンダヘッド端面に開口しているとともに、上記シリンダブロック側ウォータジャケットの出口部分がシリンダヘッド端部に形成されて同じシリンダヘッド端面に開口しており、このシリンダブロック側ウォータジャケットの出口部分と上記シリンダヘッド側ウォータジャケットとを隔てる隔壁の内部に上記オイル通路が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のオイル通路構造。
4. 上記シリンダヘッド側ウォータジャケットの出口と上記シリンダブロック側ウォータジャケットの出口とがシリンダヘッド端面に隣接して開口しているとともに、上記シリンダヘッド側ウォータジャケットの出口は、気筒列方向に冷却水の主流が流れるシリンダヘッド側ウォータジャケットの中心部に対し側方にオフセットして開口しており、上記主流が直線状に衝突する位置に上記オイル通路が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のオイル通路構造。
5. 上記オイル通路がシリンダ軸線に対し傾いた直線状に形成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の内燃機関のオイル通路構造。
6. シリンダヘッド下面における上記オイル通路の下端開口は、シリンダヘッドの吸気弁側に片寄って位置することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の内燃機関のオイル通路構造。
7. シリンダヘッド側ウォータジャケットとシリンダブロック側ウォータジャケットとに個別に冷却水が通流する２系統冷却装置を備えてなる内燃機関のシリンダヘッドであって、
   シリンダヘッド内部に気筒列方向に沿って冷却水が流れるように上記シリンダヘッド側ウォータジャケットが形成されているとともに、このシリンダヘッド側ウォータジャケットの下流側の端部がシリンダヘッド端面にシリンダヘッド側冷却水出口として開口し、
   シリンダブロック側ウォータジャケットに下面の連通口を介して連通する出口室がシリンダヘッドの端部に形成されているとともに、上記シリンダヘッド端面において上記シリンダヘッド側冷却水出口に隣接してシリンダブロック側冷却水出口として開口し、
   上記シリンダヘッド側ウォータジャケットと上記出口室とを隔てる隔壁の内部を通して、シリンダブロック側冷却水とシリンダヘッド側冷却水との双方と熱交換するオイル通路が形成されていることを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。

Images