JP4578415B2 - Ｖ型内燃機関の熱交換器配置構造 - Google Patents

Description

本発明は、複数のシリンダが互いにＶ字形に傾いて配置されたＶ型内燃機関における熱交換器の配置構造に関する。

Ｖ型内燃機関において、Ｖバンク内空間（互いにＶ字形に傾いたシリンダ間の谷空間）はデッドスペースであり、長手方向に長尺であるので、このＶバンク内空間にオイルクーラを配置して内燃機関の小型化を図ることは、従来から提案されている（特許文献１参照）。

特開平１１−２７０３３８号公報

同特許文献１に開示された実施の形態のＶ型内燃機関の正面から見た概念図を図８に図示する。
「……Ｖ形エンジンの頂部のＶ形状の谷間となる空間には水平な仕切り板６が設けてシリンダブロック２の長手方向に伸びる上下２層構造の上部水路７と下部水路８とが形成してある。上部水路７の一方の端部には冷却水供給口７ａが設けてあり、他方の端部は下部水路８に連通している。」（段落［００１２］）、「シリンダブロック２には、……シリンダ１及び水室３が形成してあり、各水室は供給口３ａを介して下部水路８に連通している。したがって、上部水路７から下部水路８に至った冷却水は各供給口３ａを介して各シリンダライナの水室３内に流入するとともに、……。」（段落［００１３］）、「オイルクーラ５ａ，５ｂは２分割するとともに、それぞれ長手方向が冷却水の流れ方向と平行になるようにして上部水路７に配設してある。……（段落［００１４］）」と記載がある。

このように、Ｖバンク間に形成された上部水路７から下部水路８を経て水室３に至る冷却水の流れの中で上部水路７内にオイルクーラ５ａ，５ｂが配設されている。
ウォータポンプの所在は、特許文献１の公報では記載がなく不明であり、少なくとも上部水路７から水室３に至るまでの間にはウォータポンプはない。

したがって、上部水路７内の冷却水は、ウォータポンプに吸引されて流れるのではないので、流速が遅く安定していないため、該上部水路７内に配置されたオイルクーラ５ａ，５ｂを流れるオイルとの効率の良い熱交換が期待できない。

さらに、上部水路７と下部水路８は、Ｖ形エンジンの頂部のＶ形状の谷間となる空間に仕切り板６が設けて上下２層構造に一体に形成したものであるので、シリンダの熱を直接受けており、上部水路７内のオイルクーラ５ａ，５ｂの冷却が必ずしも容易ではない。
また、エンジン自体が特別仕様のもので、このオイルクーラの冷却構造を一般的なＶ形エンジンに適用することはできず汎用性に乏しい。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、潤滑オイルを冷却するときでも昇温するときでも効率良く熱交換を行うことができ、汎用性に優れたＶ型内燃機関の熱交換器配置構造を供する点にある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、複数のシリンダが互いにＶ字形に傾いて配置されたＶ型内燃機関において、冷却水通路のウォータポンプとサーモスタットを連通するコネクティングパイプが該Ｖ型内燃機関のＶバンク内空間に配設され、自動変速機を循環する潤滑オイルとの間で熱交換を行う内燃機関側水冷式熱交換器が前記コネクティングパイプに内装され、オイル通路に関して前記内燃機関側水冷式熱交換器と並列に接続されたラジエータ側水冷式熱交換器がラジエータのロアタンクに内装され、前記ラジエータ側水冷式熱交換器へのオイル通路に内燃機関の高負荷運転時に開く開閉弁が設けられるＶ型内燃機関の熱交換器配置構造とした。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のＶ型内燃機関の熱交換器配置構造において、前記内燃機関側水冷式熱交換器は、内管とその外側の中管とその外側の外管からなる三重管構造をしており、内管の内側の内管路および中管と外管との間の外管路を冷却水が通り、内管と中管との間の中管路をオイルが通る構成により前記コネクティングパイプに内装されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載のＶ型内燃機関の熱交換器配置構造において、前記Ｖ型内燃機関は、クランク軸を車体の左右方向に指向させて横置きに車両に搭載されることを特徴とする。

請求項１記載のＶ型内燃機関の熱交換器配置構造によれば、内燃機関側水冷式熱交換器がＶ型内燃機関のＶバンク内空間に配設されるコネクティングパイプに内装される。

したがって、内燃機関側水冷式熱交換器はＶバンク内空間にあって外気の影響を受け難く所要の熱交換が期待できるとともに、ウォータポンプとサーモスタットを連通するコネクティングパイプは、常に冷却水の全量が流れるパイプであって、ウォータポンプに吸引される冷却水の流れは流速が速く安定しているので、かかるコネクティングパイプに内装される内燃機関側水冷式熱交換器は、潤滑オイルを冷却するときでも加熱するときでも効率良く熱交換を行うことができ、オイル温度を最適化して燃費およびエミッション性能の向上を図ることができる。

内燃機関側水冷式熱交換器がＶバンク内空間に配設されるコネクティングパイプに内装されるので、一般的なＶ型内燃機関に簡単に適用することができ、汎用性に優れている。
また、デッドスペースを有効に利用して内燃機関側水冷式熱交換器が配設され内燃機関の小型化に寄与する。
そして、特に登坂時のように内燃機関が高負荷運転するときには、開閉弁を開きラジエータ側水冷式熱交換器へもオイルが流れるようにして、２つの水冷式熱交換器によりオイルを強力に冷却するようにする。
こうして高負荷運転時にもオイル温度を最適化して、ファンモータの作動頻度の減少により一層燃費の向上を図ることができる。

請求項２記載のＶ型内燃機関の熱交換器配置構造によれば、内燃機関側水冷式熱交換器が、内管、中管、外管からなる三重管構造をしており、内管の内側の内管路および中管と外管との間の外管路を冷却水が通り、内管と中管との間の中管路をオイルが通る構成であるので、オイルの流れが冷却水の流れに挟まれて熱交換効率が極めて高い。

請求項３記載のＶ型内燃機関の熱交換器配置構造によれば、Ｖ型内燃機関がクランク軸を車体の左右方向に指向させて横置きに車両に搭載されるので、Ｖバンク間に配設されるコネクティングパイプに内装される内燃機関側水冷式熱交換器は走行風の影響を受けず、所要の熱交換が期待できる。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図７に基づいて説明する。
本実施の形態に係るＶ型内燃機関１は、クランク軸を車体の左右方向に指向させて横置きに車両に搭載され、６本のシリンダが３本ずつ列をなした前シリンダ列２Ｆと後シリンダ列２Ｒが互いに前後に傾いてＶ字形をなす６気筒Ｖ型内燃機関である。

前シリンダ列２Ｆと後シリンダ列２Ｒは、互いにＶ字状をなすように傾けてクランクケース上に設けられ、前シリンダ列２Ｆと後シリンダ列２Ｒの上には、それぞれ前シリンダヘッド３Ｆと後シリンダヘッド３Ｒが重ね合わされ、さらに前シリンダヘッド３Ｆと後シリンダヘッド３Ｒの上にシリンダヘッドカバーがそれぞれ重ね合わされ一体に締結される。

図１および図２には、前シリンダ列２Ｆと後シリンダ列２Ｒの上に前シリンダヘッド３Ｆと後シリンダヘッド３Ｒが重ね合わされた状態が示されている。

前シリンダ列２Ｆと後シリンダ列２Ｒとの間のＶバンク内空間Ｓの左右（車両前進方向に向いて左方を左、右方を右とする）端には、シリンダブロック２の右側面に沿ってウォータポンプ10が配設され、左側面に沿ってウォータパッセージ11とともにサーモスタット12が配設されている。

このウォータポンプ10とウォータパッセージ11を介するサーモスタット12とを、Ｖバンク内空間Ｓを左右に通るコネクティングパイプ20が連結している。
ウォータポンプ10の駆動により冷却水が吸引され、コネクティングパイプ20をサーモスタット12側からウォータポンプ10側に、すなわち右方向に冷却水は流れる。

このコネクティングパイプ20に、自動変速機の潤滑オイルとの間で熱交換を行うオイルクーラ兼オイルウォーマである水冷式熱交換器30が内装されている。
したがって、水冷式熱交換器30はコネクティングパイプ20とともにＶバンク内空間Ｓにある。

この水冷式熱交換器30の構造を図３ないし図６に基づき説明する。
水冷式熱交換器30は、コネクティングパイプ20の若干拡径した直線部分に構成されており、内管31とその外側の中管32とその外側の外管33からなる同軸で直線的に延びる三重管構造をしている。
外管33がコネクティングパイプ20の管が拡径したものである。

したがって、水冷式熱交換器30には、内管31の内側の内管路Ｐｉ、内管31と中管32との間の中管路Ｐｍ、中管32と外管33との間の外管路Ｐｏの以上３本の管路Ｐｉ，Ｐｍ，Ｐｏが同軸に形成されている。

内管31と中管32との間の中管路Ｐｍの両端の環状の開口は、環状の閉塞部材35，36により水密に塞がれている。
また、中管路Ｐｍ内には、熱伝導性に優れた金属フィン37が装填されている。

そして、水冷式熱交換器30の両端近傍からオイル接続管38，39が突出している。
このオイル接続管38，39は中管路Ｐｍの両端部に外部から外管路Ｐｏを貫通して連結されている。

すなわち、図４および図５に示すように、オイル接続管38が取り付けられる外管33の側壁部分は、平坦に変形されて円孔が形成された環状平坦部33ａが形成されており、同環状平坦部33ａの円孔に嵌入したオイル接続管38の端部のフランジ38ａが環状平坦部33ａの内面に接し、環状平坦部33ａの外面には環状シール部材40を当てがい締結具41で締め付けることで、外管33の環状平坦部33ａをフランジ38ａと環状シール部材40が挟みつけるようにしてオイル接続管38の端部が外管33に取付けられる。

このオイル接続管38の端部に対向する中管32の側壁部分は、膨出して先端が円筒部32ａを形成して開口し、この円筒部32ａがオイル接続管38の端部開口に嵌入して周囲を液密に接着して外管路Ｐｏから仕切ってオイル接続管38の内部と中管路Ｐｍとを連通している。
もう一方のオイル接続管39も同様の構造で外管路Ｐｏを貫通して中管路Ｐｍに連結している。

したがって、水冷式熱交換器30におけるオイルの流れについては、自動変速機５を循環したオイルがオイル接続管38から水冷式熱交換器30の中管路Ｐｍに流入し、中管路Ｐｍを流れてオイル接続管39から流出して自動変速機５に戻る（図４および図７の破線矢印参照）。

一方、水冷式熱交換器30における冷却水の流れについては、サーモスタット12側から流入した冷却水が中管路Ｐｍを内外から挟む内管路Ｐｉと外管路Ｐｏに分かれて流れ、下流端で再び合流してウォータポンプ10に吸入される（図４および図７の実線矢印参照）。
水冷式熱交換器30において冷却水の流れに対してオイルの流れが同じ方向となっているが、互いに逆方向となってもよい。

冷却水の循環経路の概略説明図を図７に示す。
水冷式熱交換器30が内装されたコネクティングパイプ20は、Ｖ型内燃機関１のＶバンク内空間Ｓに配設され、コネクティングパイプ20の右側にウォータポンプ10、左側にサーモスタット12が設けられている。

図７の実線矢印を参照して、ウォータポンプ10から吐出した冷却水は、吐出路21を通ってシリンダ２Ｆ，２Ｒおよびシリンダヘッド３Ｆ，３Ｒのウォータジャケットを循環し、送水路22に出てサーモスタット12に至る。

サーモスタット12からは送水パイプ23がラジエータ13に連結されて冷却水がラジエータ13に送られ、ラジエータ13からは給水パイプ24がコネクティングパイプ20に連結されてラジエータ13を経由した冷却水が給水パイプ24およびコネクティングパイプ20を通ってウォータポンプ10に吸引される。

サーモスタット12とコネクティングパイプ20の上流側との間をバイパス水路25が連結しており、サーモスタット12の弁切換えによって送水パイプ23からラジエータ13への送水かラジエータ13を経由せずバイパス水路25から直接コネクティングパイプ20、ウォータポンプ10を経てＶ型内燃機関１への給水かいずれかが選択される。

コネクティングパイプ20に内装される水冷式熱交換器30のオイル接続管38，39に自動変速機５から延出するオイルパイプ42，43が接続され、自動変速機５を循環したオイルはオイルパイプ42を通って水冷式熱交換器30の中管路Ｐｍに入り、冷却水により冷却または加熱されてオイルパイプ43を通って自動変速機５に戻される（図７の破線矢印参照）。
なお、このオイルの循環は、図示されないオイルポンプにより行われる。

内燃機関１の始動直後の暖気運転時には、サーモスタット12が送水パイプ23への弁を閉じて内燃機関１からの冷却水は、ラジエータ13を経由することなくバイパス水路25を通って直接コネクティングパイプ20を流れるので、内燃機関１の運転に伴い温度上昇した冷却水によりコネクティングパイプ20に内装された水冷式熱交換器30においてオイルが暖められる。

また、走行時には、サーモスタット12が送水パイプ23への弁を開き、内燃機関１からサーモスタット12に流出した冷却水は、ラジエータ13を経由してコネクティングパイプ20を流れるので、ラジエータ13で温度降下した冷却水により水冷式熱交換器30においてオイルが冷却される。

この水冷式熱交換器30は、Ｖ型内燃機関１のＶバンク内空間Ｓにあるので、走行風の影響を受け難く所要の熱交換が期待できる。
また、サーモスタット12と連通するウォータポンプ10の直上流側のコネクティングパイプ20は、常に冷却水の全量が流れるパイプであって、ウォータポンプ10に吸引される冷却水の流れは流速が速く安定しているので、かかるコネクティングパイプ20に内装される水冷式熱交換器30は、オイルを冷却するときでも加熱するときでも効率良く熱交換を行うことができる。

水冷式熱交換器30は、三重管構造をしており、オイルの流れる中管路Ｐｍを内外から挟む内管路Ｐｉと外管路Ｐｏを冷却水が流れるので、オイルの流れが冷却水の流れに挟まれて熱交換効率が極めて優れている。

したがって、内燃機関１のいかなる運転状態にあってもオイル温度を速やかに最適化して燃費およびエミッション性能の向上を図ることができる。

水冷式熱交換器30がＶバンク間の空間Ｓに配設されるコネクティングパイプ20に内装されるので、一般的なＶ型内燃機関に簡単に適用することができ、汎用性に優れている。
また、デッドスペースであるＶバンク内空間Ｓを有効に利用して水冷式熱交換器が配設され内燃機関の小型化に寄与する。

自動変速機５を循環するオイルの水冷式熱交換器を、Ｖ型内燃機関１のＶバンク内空間Ｓに配設される本水冷式熱交換器30とは別に、ラジエータ13のロアタンク等に別途熱交換器を内装し、内燃機関側水冷式熱交換器30とラジエータ側熱交換器とが並列になるようにオイル通路を接続し、ラジエータ側水冷式熱交換器へのオイル通路に開閉弁を設けて制御する。

通常は、開閉弁を閉じラジエータ側水冷式熱交換器へのオイル通路を閉塞し、内燃機関側水冷式熱交換器30を用いて、前記したように暖機運転時にはオイルを暖め、走行時にはオイルを冷却する。

そして、特に登坂時のように内燃機関１が高負荷運転するときには、開閉弁を開きラジエータ側水冷式熱交換器へもオイルが流れるようにして、２つの水冷式熱交換器によりオイルを強力に冷却するようにする。
こうして高負荷運転時にもオイル温度を最適化して、ファンモータの作動頻度の減少により一層燃費の向上を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係るＶ型内燃機関の部分省略した斜視図である。 同平面図である。 本水冷式熱交換器の後面図である。 図２におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図３におけるＶ−Ｖ線断面図である。 図３におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。 冷却水循環経路の概略説明図である。 従来のＶ型内燃機関の正面から見た概念図である。

符号の説明

１…Ｖ型内燃機関、２…シリンダブロック、２Ｆ…前シリンダ列、２Ｒ…後シリンダ列、３Ｆ…前シリンダヘッド、３Ｒ…後シリンダヘッド、５…自動変速機、
10…ウォータポンプ、11…ウォータパッセージ、12…サーモスタット、13…ラジエータ、
20…コネクティングパイプ、21…吐出路、22…送水路、23…送水パイプ、24…給水パイプ、25…バイパス水路、
30…水冷式熱交換器、31…内管、32…中管、33…外管、35，36…閉塞部材、37…金属フィン、38，39…オイル接続管、40…環状シール部材、41…締結具、42，43…オイルパイプ、Ｐｉ…内管路、Ｐｍ…中管路、Ｐｏ…外管路。

Claims (3)

1. 複数のシリンダが互いにＶ字形に傾いて配置されたＶ型内燃機関において、
   冷却水通路のウォータポンプとサーモスタットを連通するコネクティングパイプが該Ｖ型内燃機関のＶバンク内空間に配設され、
   自動変速機を循環する潤滑オイルとの間で熱交換を行う内燃機関側水冷式熱交換器が前記コネクティングパイプに内装され、
   オイル通路に関して前記内燃機関側水冷式熱交換器と並列に接続されたラジエータ側水冷式熱交換器がラジエータのロアタンクに内装され、
   前記ラジエータ側水冷式熱交換器へのオイル通路に内燃機関の高負荷運転時に開く開閉弁が設けられることを特徴とするＶ型内燃機関の熱交換器配置構造。
2. 前記内燃機関側水冷式熱交換器は、
   内管とその外側の中管とその外側の外管からなる三重管構造をしており、
   内管の内側の内管路および中管と外管との間の外管路を冷却水が通り、内管と中管との間の中管路をオイルが通る構成により前記コネクティングパイプに内装されることを特徴とする請求項１記載のＶ型内燃機関の熱交換器配置構造。
3. 前記Ｖ型内燃機関は、
   クランク軸を車体の左右方向に指向させて横置きに車両に搭載されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＶ型内燃機関の熱交換器配置構造。

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