JPS60153417A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、内燃機関の冷却装置、特に、自動車用内燃
機関の強制循環冷却方式、及び、蒸発冷却方式の２系統
を有する冷却システムに関する。

［従来技術］ 従来、自動車用内燃機関の冷却システムには、機関ウォ
ータジャケット（シリンダヘッドとシリンダブロックの
両方、以下同じ）、サーモスタット、ラジェータ及びつ
Ａ−タボンプを連結し、冷却水を該ジャケットにつを一
タポンプで強制的に送り冷却を行なう、いわゆる、強制
循環冷却方式と称される方式が一般的に採用されている
。

これに対して、機関ウォータジャケット及び放熱室を連
結し、冷却水の沸騰蒸発により冷却を行なう、いわゆる
、蒸発冷却方式と称される方式が提案されている（特開
昭５１−１３７０４４号公報参照）。この蒸発冷却方式
は冷却水（水その他の冷却媒体であるが、以下、水で説
明する）の温度がその圧力における水の沸点により冷即
水渇度が決定されるため、サーモスタットが不要であり
、また、蒸発潜熱が大きい為、冷却水量当りの冷却熱量
が大きく、ウォータポンプが不要である、冷部水量が非
常に少量で足りるなどの利点が強制循環冷却方式に比べ
である。

しかしながら、この後者の蒸発冷却方式にあっては、シ
リンダヘッドとシリンダブロックにウォータジャケット
を設けてこれを連通し、その両者をほぼ同一の温度の冷
却媒体で冷却するようにしていたため、運転条件にかか
わらずその温度が水の沸点により決定される同じ温度に
なり、機関性能工大ぎな不具合があった。

すなわち、部分負荷時や無負荷時のような低負荷時には
、シリンダヘッドもシリンダブロックもつＡ−タジャケ
ット内媒体が水の沸Ｍｌ濡度（１００℃以上のある値）
に保持され、この温度は比較的に高温であるため、ピス
トン等の摺動部におけるフリクションが減少し、また、
燃料の霧化向上により燃焼状態が良くなり、燃費良く、
かつ、有害排気のｈｌ　Ｃが減少するというメリットは
あるが、高負荷時には、前述の温度がかえって高温過ぎ
て、特に、シリンダヘッドは燃焼室、吸入ボート及び点
火栓等の故に、高温すぎるため、ノッキングが発生し、
更に、充てん効率も減少し、これにより出力が著るしく
低下するという問題点があった。

この場合、蒸発冷却方式の水の沸ＩＩ！温度を負荷によ
って変えるにうに制御づる方法が考えられるが、その場
合、制御方式が複雑になる、シリンダブロックの温度も
同様に変わりフリクションが増大するなどのデメリット
を生ずる。

［発明の目的］ この発明は、制御方式を複雑にすることなく、かつ、蒸
発冷却方式のメリットを生かすようにし、しかも、高負
荷時にはノッキングが発生しないにうにした冷却方式を
提供することを目的とする。

［発明の構成］ この発明は、前記目的を達成するため、内燃機関の冷却
系を２系統設け、そのうちの１系統は主としてシリンダ
ヘッドのウォータジャケット、サーモスタット、ラジェ
ータ及びつＡ−タポンプを連結してなる強制循環冷却方
式に構成し、他の１系統は主としてシリンダブロックの
ウォータジャケット及び放熱室を連結してなる蒸発冷却
方式に構成すると共に、前記蒸発冷却方式の放熱室外側
に強制循環冷却方式の冷却水を導くように構成し、３− 更に、前記強制循環冷却方式のサーモスタットを設定温
度が機関の運転条件に応じて変化するように構成してな
るものである。

［作用］ シリンダヘッドはそのウォータジャケットを、強制循環
冷却方式としサーモスタットの設定温度を負荷によって
変えるようにしたため、高負荷時には、ジャケット内冷
却水の温度を容易に低温側に保持でき、これによりノッ
キングを防止する。

また、低負荷時には、反対に冷却水を高温側に保持でき
燃焼状況を良好にする。

一方、シリンダブロックはそのウォータジャケットを蒸
発冷却方式どしであるので、高低の負荷に関係して、相
応の高温であり、これにより、摺動部のフリクションを
減少する。

なお、負荷等による制御は冷却水の強制循環で行うため
、弁座位置調節で簡単に達成できる。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。

［実施例］ 第１図〜第３図は、この発明の一実施例を示す＝４− 図である。

まず、構成を説明すると、第１図において、１はシリン
ダヘッド、２はシリンダブロック、３は冷却水路、４は
ウォータポンプ、５はラジェータ、６は冷却水路、７は
サーモスタットである。

ウォータポンプ４によって圧送された冷却水は機関のシ
リンダヘッド１のウォータジャケット（第１図に図示せ
ず、第２図に４５として図示す）を通過し、冷却水路６
を経てサーモスタット７に至り、一部は冷却水路３を経
てラジェータ５からウォータポンプ４に戻るように、ま
た、その他はラジェータ５をバイパスしてバイパス通路
３９を経てウォータポンプ４に戻るように、強制循環冷
却方式の冷却水路系Ｐが構成されている。

次に、この冷却水路系Ｐのサーモスタット７の制御構成
を詳細に述べる。

サーモスタット７は熱応動部材８を収容する独立したハ
ウジング２９と３０を有し、ダイヤフラム装置１５も一
体に形成されているが、吸入負圧導入管１４から導入す
る吸入負圧の増大により、タイ１７フラム１７は下方に
移動するようになっている。

弁座３１はステー３４を介してダイヤフラム装置１５の
駆動軸１６に連結し、弁体１１と同一の上下方向に移動
自在に設（プる。この可動の弁座３１とハウジング２９
．３０の間にはウォータポンプ４の吐出圧に応動するベ
ロフラム３２を介装する。具体的には、可動の弁座３１
とベロフラムガイド３３との間にベロフラム３２の内周
を挾み、ステー３４とともにポル１へ３７にて連結し、
ベロフラム３２の外周はスプリングシート１２、シール
部材３６とともにハウジング２９と３０の接続部に挾ん
で固定している。

他方、ロッド部９と一体にロンド部座３５をステー３４
に固定する。冷却水温度が低い間はロンド部９とワック
スケース１０内のワックスとの間に空間を生じており、
温度が上昇してこの空間がワックスの膨張により埋まる
と、ロッド部９に力を伝え、その反作用としてザーモス
タット７の弁体１１が弁座３１から離れて開弁すること
になる。

なお、弁体１１は部材３Ｂを介してワックスケース１０
に固定され、またシール部月４０はベローズで、軸１６
の移動に合わせて伸縮する。

スプリング１３はスプリングシート１２ど弁体１１との
間に装着され、また、スプリング２１は負圧室１８内で
ダイヤフラム１７どハウジング２９との間に装着されて
いる。

大気室１９は大気孔２０を介して大気に連通しており、
ここにストッパ２５を螺着しである。

次に、シリンダブロック２の冷却装置の構成を第２図及
び第３図により説明する。これらの図において、１はシ
リンダヘッド、２はシリンダブロック、４１はシリンダ
ブロックのつＡ−タジャケット、４２はシリンダ、４３
は冷却水孔、４４は放熱室、４５はシリンダヘッドのつ
Ａ−タジャケッ１−１４６は点火栓、４７は燃焼室、４
８は吸入弁、４９は吸入ボートである。

シリンダブロック２のつＡ−タジャケッ１〜４１は、そ
の断面図を第３図に示すように、シリンダ４２の全周に
わたって設けられており、全気筒連通している。また、
このウォータジャケット４１通して設けられており、ま
た逆に上方には、２気筒で１個の割で、放熱室４４が設
けられている。

そして、これらのウォータジャケット４１と冷却水孔４
３ど放熱室４４どは一連の空間として他から区画されて
おり、その空間にはつＡ−タジャケット４１の中間レベ
ルよりやや上方になるようなレベルまで、冷却水を適量
密封し、これにより、蒸発冷却方式の冷却系Ｓを構成さ
せる。

つＡ−タジャケット４１はピストン５０の上死点におけ
るピストンリング附近のシリンダ周囲部分と若干シリン
ダヘッド下部にわたって形成し、その下方のボス５１に
設けた前）本の冷却水孔４３とで、シリンダ４２の冷Ｗ
を行なう。なお、多数のボス５１の間のシリンダ４２の
外壁には適宜、補強用の縦方向のリブ５２を設ける。

放熱室４４の外側５３には多数のフィン５４を設（ブ、
ここにシリンダヘッド２のウォータジャケット４５の冷
却水を導くように、水路５５を設ける。この水路５５の
出口はウォータポンプ４　（第１図参照）の入口に戻る
ようにする。

なお、シリンダヘッド２のウォータジャケット４５は、
上記の放熱室４４の他に、点火栓４６、燃焼室４７、そ
の仙、主要部の外壁を冷却する様に形成されていること
はもちろんである。

次に前記実施例の作用を説明する。

（ａ）　シリンダヘッドの冷却 第４図Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤによりシリンダヘッドの冷却水
温度の制御について述べる。

機関の設定最大負荷では駆動軸１６はストッパ２５に当
接し、それ以上でば上動できない。最大負荷まで遅しな
い高負荷時には、絞り弁開度に応じて発生する吸入負圧
が導入管１４により導入されダイヤフラム１７がスプリ
ング２１に抗してわずかに下動し、軸１６はストッパ２
５との間に間隙を形成し、このダイヤフラム１７と一体
に動く可動の弁座３１は第４図Ａの状態にある。

冷却水温度が低い時はワックスケース１０に固定した弁
体１１はスプリング１３に句勢されて便座３１に着座し
ているため、冷却水はバイパス通路３９へ流れ暖機を早
める。

冷却水温度が上昇すると、ワックスケース１０内のワッ
クスの膨張によりワックスとロンド部９との空間が埋ま
り、ロンド部９を上方に押し上げようとするが、ロンド
部９は当初からロッド部外３５に固定されているため、
ワックスケース１０が下方に押し下げられ、弁体１１が
弁座３１を離れる。このため今までラジェータ５（第１
図）への流れが阻ＩＦＸされていた冷却水は、冷却水路
３を通ってラジェータに送られ、冷却されることになる
。

機関の低回転域ではつを一タボンプ４の吐出圧がさほど
高くないが、高回転域に移行すると、吐出圧が高り４【
す、この吐出圧がベロフラム３２に作用して弁座３１を
押し上げ、軸１６をストッパ２５に当接させる。これに
対して弁体１１は同じ位置を保つので、結果として弁開
度が増大することになり、ラジェータ５に流れる流量が
増加する（第４図Ｂ）。これにより、機関高回転時は冷
却水の温度を低めにする。

次に、低負荷時には、吸入負圧が増大し、スプリング２
１に抗してダイヤフラム１７を下方に大ぎく押し下げる
（＋ナーモスタット７の閉弁時には２個のスプリング２
１と１３に抗して押し下げる）ため、弁座３１も押し下
げられ第４図Ｃの状態になる。

この状態でも冷却水温度が低いとサーモスタット７は閉
弁しているが、閉弁状態の弁体１１の位置は可動の弁座
３１が押し下った分だけ押し下げられており、この押し
下がった分に応するスプリング１３のイ」勢力が余分に
弁体１１に作用する。

このため、冷却水温度が上昇してサーモスタツ１−７が
開弁するには、スプリング１３による付勢力の増加分に
打ち勝つ必要があり、この結果、サーモスタット７の開
弁温度を高めることになる。

すなわち、低負荷時には冷却水の温度が高めになり、燃
焼状態を良好にする。

なお、低回転域から高回転域になると、前述と同様に、
ウォータポンプの吐出圧増大によりベロフラム３２及び
弁座３１を押し上げるので、弁開度が増大しラジェータ
への流量を増す。

次に、第４図Ｃの状態から高負荷時に移行すると、第４
図りのように吸入負圧の低下により、ダイヤフラム１７
が上動し、第４図Ａとほぼ同じ状態になる。従って、弁
座３１も上動するので、サーモスタット７は開弁温度が
低い温度で開くことになり、冷却水温度をそれだけ低め
に制御することになる。

このように、高負荷、及び高回転域では、シリンダヘッ
ドのウォータジャケットは比較的低い温度に設定される
ので、ノッキングが防止され、また、低負荷、及び低回
転域では反対に高い温度に設定されるので、燃料の霧化
向上、燃焼状態の良好化等によりＨＣの排出を防止でき
る。

（ｂ）　シリンダブロックの冷却 水に、シリンダブロック側の冷却について述べる（第２
図〜第３図参照）。

シリンダ４２の温度が上昇すると、ウォータジャケット
４１や冷却水孔４３の水が沸騰する。その蒸気はウォー
タジャケット４１の土部を通り、放熱ｖ４４に至る。放
熱室４４の外側５３は多数のフィン５４を有し、シリン
ダヘッド１のウォータジャケット４５を通過した冷却水
に接しているため、高温蒸気の熱はその冷却水に放熱さ
れ、凝縮してまた、ウォータジャケット４１や冷却水孔
４３へ水となって戻る。

ここで、上記沸ｍｓ度はいつも１００℃一定ではなく、
冷却系Ｓの圧力によって変る。即ち、冷却系Ｓの圧力が
高圧なら高温で沸騰し、低圧なら低温で沸１１１１　す
るのである。従って、前述したように、シリンダヘッド
冷却水路系の温度が機関の運転条件に応じて変化するた
め、それに応じて放熱室４４の放熱量が変り、そのため
にシリンダブロック２の冷却系Ｓの圧力が変化して、シ
リンダヘッドの温度が下るとシリンダブロックの温度も
下る。このように、シリンダブロックはシリンダヘッド
に追随してその温度が変化し、機関運転条件に応じた冷
却が行なわれる。

この場合、シリンダブロックはシリンダヘッドより、そ
の冷却系の温度は高温になるが、このことは、■熱的に
ぎびしくないこと、■フリクション低減を図れること、
の理由により望ましいことである。

なお、上記の温度差は初期（暖機前）のシリンダブロッ
ク冷却系の圧力の設定値を変化さゼることによって自由
に設定できる。

第５図には他の実施例を示す。

この実施例は、シリンダブロック２の全てを蒸発冷却方
式とするのではなく、熱的に厳しいピストン上死点近く
は、強制循環冷却方式にしたものである。即ち、シリン
ダブロック２のシリンダ４２の上部周囲につＡ−タジャ
ケット５６を設け、これとシリンダヘッド１のウォータ
ジャケット４５とを通孔５７で連通し、その下方に、前
実施例とほぼ同様に、つＡ−タジャケッ１−４．１　、
冷却水孔４３及び放熱室４４からなる蒸発冷却系Ｓを設
けである。

この実施例は前実施例と同じような作用をするほか、熱
的にきびしいシリンダーに部を効果的に冷却でき、摩耗
を防止することができる。

第６図には更に他の実施例を示？ｌ′。

この実施例はシリンダブロックの蒸発冷却系Ｓをシリン
ダブロック側のみで構成し、シリンダヘッドとは直接的
関係をなくしたものである。

すなわち、シリンダブロック１の側壁５８に放熱室４４
を有する部材５９を別個に取りつけて、ウォータジャケ
ット４１、冷却水孔４３及び放熱室４４を連通して、蒸
発冷却方式の冷却系Ｓを構成する。そして、放熱室４４
の外側５３、フィン５４に、強制循環冷却方式の冷却水
路系Ｐの冷却水を導く。即ち、シリンダヘッド１をバイ
パスして、つＡ−タポンプ４の冷却水を水路６０により
直接導ぎ、それを冷却水路６を介してサーモスタット７
に戻すようにする。この結果、水路６０はシリンダヘッ
ドのウォータジャケット４５とは全く分離される。

なお、その他は前実施例ど同様であり、作用もほぼ同様
である。但し、この実施例はシリンダヘッドの構造が前
実施例より簡単であるため、製作が容易になる、熱変形
がすくないという効果がある。

なお、以上述べた冷却系の冷却媒体は水で説明したが、
水以外の不凍液その伯の液体でもよくまた、両冷却媒体
は同一のものでもにり、また異なるものでもよい。

［発明の効果］ 以上説明したきたように、この発明によれば、その構成
をシリンダヘッドは通常の強制循環冷却を行ない、シリ
ンダブロックは蒸発冷却を行ない、蒸発冷却の際の熱交
換は前記強制循環冷却水にて行なうよう構成し、更に、
シリンダヘッドの強制循環冷却水の設定温度は機関運転
条件に応じて変えるようにしたため、部分負荷時や無負
向時にはシリンダヘッドを高温に設定でき、かつ、シリ
ンダブロックもシリンダヘッドより略一定温度高温に設
定でき、これにより、燃費を良くすること及びｌ−Ｉ　
Ｃを減少することができ、また、高負荷時にはシリンダ
ヘッド及びシリンダブロック共に低温にでき、これによ
り、ノッキングを抑制すること及び充てん効率向上によ
る出力の向上を得ることができるという効果が得られる
。

また、シリンダ回りの冷却本場を減少できるため、暖機
時間を著しく短縮でき、更には、シリンダ回りに多量の
冷却水を循環させる必要がないため、リブなどのメンバ
ー追加によりシリンダ回りを補強でき、著しい騒音低減
ができるという効果が得られる。

なお、各実施例は、それぞれ上記共通の効果に加えて、
更に以下の様な効果がある。

第５図の例では、上死点部分のシリンダのみが比較的低
温に設定されうるので、リングの焼付防止やシリンダボ
アの摩耗防止が可能である。

第６図の例では、シリンダヘッドが単純化されその熱変
形が少いので、そのウォータジャケットなどの冷却系の
密封性が悪化することが防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すシステム図でシリン
ダヘッド冷却系の制御要部断面を含む図、第２図はシリ
ンダブロック冷却系を示す図で第３図の■−■線にＪ：
る縦断面図、第３図は第２図の■−■線による横断面図
、第４図は制御要部である４ノ−−モスタットの作動図
でＡは低回転域、Ｂは高回転域、Ｃは低負荷時、Ｄは高
負荷時のもの、第５図及び第６図はシリンダブロック冷
却系の他の実施例を示す縦断面図である。 図面に現わした符号の説明 １・・・シリンダヘッド　２・・・シリンダブロック３
・・・冷却水路　４・・・ウォータジャケット５・・・
ラジェータ　７・・・サーモスタット３９・・・バイパ
ス通路 ４１・・・シリンダブロックのウォータジャケット４２
・・・シリンダ　４３・・・冷却水孔４４・・・放熱室 ４５・・・シリンダヘッドのウォータジャケットＰ・・
・強制循環方式の冷却水路系 １９− 第２図 第３図 Ｐ” トの

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の冷却系を２系統設け、そのうちの１系統は主
   としてシリンダヘッドのウォータジャケット、サーモス
   タット、ラジェータ及びウォータポンプを連結してなる
   強制循環冷却方式に構成し、仙の１系統は主としてシリ
   ンダブロックのウォータジャケット及び放熱室を連結し
   てなる蒸発冷却方式に構成すると共に、前記蒸発冷却方
   式の放熱室外側に強制循環冷却方式の冷却水を導くよう
   に構成し、更に、前記強制循環冷却方式のサーモスタッ
   トを設定温度が機関の運転条件に応じて変化するように
   構成した内燃機関の冷却装置。