JP4051019B2 - シリンダブロックの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのシリンダブロックの冷却構造に関する。

従来、特開２００２−２６６６９５号公報は、シリンダブロックと別体で形成したスペーサ（「インサート」と言ってもよい）をウォータジャケットに配置してシリンダボア壁（ウォータジャケット内壁）の温度分布を均一化するシリンダブロックの冷却構造を開示している。

しかし、上記のシリンダブロックの冷却構造には、つぎの問題がある。
すなわち、ウォータジャケットのうちエンジン冷却水の流れを制限したい部分にスペーサを配置する場合、エンジン冷却水の流れを制限したい部分の全容積を占めるようなスペーサを配置していたので、スペーサの材料費が高くなり、かつ、重量アップを招く。
スペーサの材料費低減や軽量化のために、シリンダボア壁冷却に影響を与えにくいスペーサ外側壁面部分の肉抜きをすると、エンジン冷却水がスペーサの肉抜きした部分を流れて、最もエンジン冷却水を流す必要があるウォータジャケット上部やスペーサ内周側への冷却水の流れが低下して、その部位のエンジン冷却水の流速および流量が低下し、必要冷却能力が得られなくなる。
特開２００２−２６６６９５号公報

本発明が解決しようとする問題点は、ウォータジャケットにスペーサを配置したシリンダブロックの冷却構造における、スペーサの材料費低減や軽量化のためのスペーサの肉抜きと、ウォータジャケット上部やスペーサ内周側の必要冷却能力の維持とが、両立しないという問題である。

本発明の目的は、ウォータジャケットにスペーサを配置したシリンダブロックの冷却構造において、ウォータジャケット上部やスペーサ内周側の必要冷却能力を維持したまま、スペーサの材料費低減、軽量化をはかることができるシリンダブロックの冷却構造を提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） シリンダブロックのウォータジャケットにスペーサを配置したシリンダブロックの冷却構造であって、前記スペーサの外側壁面に、シリンダブロックのウォータジャケット外壁の内面とほぼ平行で、シリンダブロック長手方向のエンジン冷却水流れ方向に交差して上下方向に延び、シリンダブロック長手方向のエンジン冷却水流れに対して堰となる、リブを設け、該リブ以外の部位で、前記スペーサに該スペーサの外側壁面からの肉抜き部を設け、前記リブの外面とウォータジャケット外壁内面との隙間を、前記肉抜き部とウォータジャケット外壁内面との隙間より小さく設定したシリンダブロックの冷却構造。
（２） 前記スペーサは、ウォータジャケット上部よりも下部または中間部の空間を多く占めるように挿入される（１）記載のシリンダブロックの冷却構造。
（３） 前記リブの外面をウォータジャケット外壁内面に密着させた（１）または（２）記載のシリンダブロックの冷却構造。

上記（１）の本発明のシリンダブロックの冷却構造によれば、スペーサの外側壁面に、シリンダブロックのウォータジャケット外壁の内面とほぼ平行で、シリンダブロック長手方向のエンジン冷却水流れ方向に交差して上下方向に延び、シリンダブロック長手方向のエンジン冷却水流れに対して堰となる、リブを設け、該リブ以外の部位で、前記スペーサに該スペーサの外側壁面からの肉抜き部を設け、前記リブの外面とウォータジャケット外壁内面との隙間を、前記肉抜き部とウォータジャケット外壁内面との隙間より小さく設定したので、ウォータジャケット上部やスペーサ内周側のエンジン冷却水の流速および流量をほとんど変えずに、したがって、ウォータジャケット上部やスペーサ内周側の必要冷却能力を維持したまま、スペーサの材料費低減と軽量化をはかることができる。
上記（２）の本発明のシリンダブロックの冷却構造によれば、シリンダボア壁の温度分布が均一化される。
上記（３）の本発明のシリンダブロックの冷却構造によれば、ブロック壁の保温性が高まる。

本発明実施例のシリンダブロックの冷却構造を、図１〜図９を参照して、説明する。ただし、図８、図９は比較例で本発明に含まない。

本発明のシリンダブロックの冷却構造１は、内燃機関のシリンダブロック２に形成されたウォータジャケット１０内にスペーサ２０（挿入物という意味で、「インサート」といってもよい）を配置したシリンダブロックの冷却構造である。
ウォータジャケット１０にエンジン冷却水が流れ、シリンダボア壁４（ウォータジャケット内壁）を適正温度に冷却する。スペーサ２０は、ウォータジャケット１０に挿入されて、ウォータジャケット１０内のエンジン冷却水の流量分布を変え、シリンダボア壁４（ウォータジャケット内壁）の温度を各シリンダボア３の上下方向および気筒間で均一化させる。

内燃機関は、シリンダブロック２に１以上のシリンダボア３を有する。シリンダボア３まわりにウォータジャケット１０が形成される。図示例では、シリンダボア３が、複数、互いに並列に設けられている。複数のシリンダボア３の軸芯は、シリンダブロック長手方向に延びる直線上に位置している。図示例は、複数のシリンダボア３がシリンダブロック２に形成されている場合を示している。シリンダボア３の軸芯は、上下方向に延び、左右のバンクがＶ字状をなすＶ型エンジンでは、斜め上下方向に延びる。

シリンダボアの軸芯と直交する面内方向には、ウォータジャケット１０は、シリンダボア３まわりに、複数のシリンダボア３を外側から囲むように形成される。
シリンダボアの軸芯と直交する面内方向には、ウォータジャケット１０は、シリンダボア列の左右両側でシリンダブロック長手方向に延びる流路１４、１５と、シリンダブロック長手方向両端部で流路１４、１５が合流する合流部１６、１７を有している。ウォータジャケット１０は、シリンダブロック長手方向一端部１６にエンジン冷却水の入口を有し、シリンダブロック長手方向他端部１７にエンジン冷却水の出口を有する。
シリンダボアの軸芯と平行な方向には、ウォータジャケット１０は、ピストンの上面のストローク範囲の側方に形成され、ピストンの上面のストローク範囲とほぼ同じ深さ（高さ）を有する。

本発明では、ウォータジャケット１０はオープンデッキのウォータジャケットで、上方に開口している。スペーサ２０は、通常、上部の開口からウォータジャケット１０内に挿入され、固定される。
ウォータジャケット１０は、シリンダボア壁４を兼ねるウォータジャケット内壁４と、ウォータジャケット外壁５との間に形成された空間で、底壁６有りで上方がシリンダヘッドガスケットを介してシリンダヘッドで覆われた空間である。ウォータジャケット内壁４はサイアミーズ型で、各気筒のウォータジャケット内壁４が連結して形成されている。ウォータジャケット１０にはエンジン冷却水が流れ、シリンダボア３まわりを冷却し、燃焼室を外部から冷却する。

シリンダブロック１とシリンダヘッドとによって挟まれるシリンダヘッドガスケットには、ウォータジャケット１０の上方に、ところどころに、シリンダブロック内のウォータジャケット１０からシリンダヘッド内のウォータジャケットに水を流通させる水孔、および／または、エア抜き孔（エンジン冷却水交換時などにおいて、水中に混入するエアを上方へと抜く孔）が設けられている。エンジン冷却水がエンジン冷却水の入口からエンジン冷却水の出口へと流れていく間に、一部がシリンダブロック内のウォータジャケット１０から水孔を通ってシリンダヘッド内ウォータジャケットへ出ていく。

スペーサ２０は、たとえば、樹脂製である。スペーサ２０は、ウォータジャケット１０に挿入可能な形状と大きさを有する。スペーサ２０の形状は、シリンダボアの軸芯と直交する面内方向には、ウォータジャケット１０と同様に、シリンダボア３まわりに延びる形状を有し、シリンダボアの軸芯と平行な方向には、ウォータジャケット１０の深さより低い高さを有する。スペーサ２０は、ウォータジャケット１０に挿入可能なように、ウォータジャケット１０の幅より小さい厚さを有する。スペーサ２０をウォータジャケット１０に挿入した状態では、スペーサ２０の内面とウォータジャケット内壁４の外面との間、およびスペーサ２０の外面とウォータジャケット外壁５の内面との間には、通常、挿入を可能とするためのクリアランスが残っている。スペーサ２０の内面とウォータジャケット内壁４の外面との間は冷却通路１９を形成しているが、スペーサ２０の内面とウォータジャケット内壁４の外面が部分的に密着していてもよい。

シリンダボア壁、すなわち、ウォータジャケット内壁４は、上部がエンジンの爆発、燃焼行程の熱を受けるため、上部を下部よりも強く冷却する必要がある。このため、ウォータジャケット１０内では、エンジン冷却水を、ウォータジャケット上部１１に多く流し、ウォータジャケット下部１２、ウォータジャケット中間部１３（高さ方向中間部）にはウォータジャケット上部１１より少なく流す必要がある。このため、スペーサ２０は、ウォータジャケット上部１１の空間より、ウォータジャケット下部１２、ウォータジャケット中間部１３の空間を、より多く占めるように、挿入される。これによって、シリンダボア壁４の温度が上下方向に均一化される。
ウォータジャケット上部１１はメインの冷却通路１８を形成している。シリンダボア壁を冷却するために、スペーサ２０の内面とウォータジャケット内壁４の外面との間は、冷却通路１９を形成している。スペーサ２０の外面とウォータジャケット外壁５の内面との間には、冷却通路１９が形成されてもよいし、あるいは、スペーサ２０の外面とウォータジャケット外壁５の内面とが密着することにより、形成されなくてもよい。

従来は、図８の比較例に示すように、ウォータジャケットのうちエンジン冷却水の流れを制限したい部分にスペーサを配置する場合、エンジン冷却水の流れを制限したい部分の全容積を占めるようなスペーサ２０Ｐを配置していた。しかし、これではスペーサの材料が多く必要になるし、また、重量も大となるので、スペーサ材料の節約および重量低減をはかるために、スペーサ２０Ｐの厚さを低減したい。ただし、シリンダボア壁４の冷却とそのシリンダボア壁温の均一化は維持しなければならない。その場合、シリンダボア壁４の冷却に影響を与えにくいスペーサ２０Ｐの外側壁面部を、図９の比較例に示すように、肉抜きすることが考えられる。
しかし、スペーサ２０Ｐの外側壁面部を肉抜きすると、スペーサ２０の外面とウォータジャケット外壁５の内面との間に流れるエンジン冷却水が増えて、冷却の必要な、ウォータジャケット上部１１はメインの冷却通路１８と、スペーサ２０の内面とウォータジャケット内壁４の外面との間の冷却通路１９を流れるエンジン冷却水量が低減し、シリンダボア壁４の冷却と温度の均一化に支障が出るおそれがある。

それを防止するために、本発明の、シリンダブロック２のウォータジャケット１０にスペーサ２０を配置したシリンダブロックの冷却構造１では、スペーサ２０の外側壁面に、シリンダブロック２のウォータジャケット外壁５とほぼ平行な、シリンダブロック長手方向のエンジン冷却水流れに対して堰となる、リブ２６が設けられており、該リブ２６以外の部位で、スペーサ２０に外側壁面からの肉抜き（肉抜き部２８）が設けられている。
図３は、リブ２６が、スペーサ２０の、各シリンダボア中心を通る、エンジン長手方向と直交する直線上に配置された場合を示している。

リブ２６は、シリンダブロック長手方向に対して交差する方向、たとえば上下方向や斜め上下方向に延びるリブ（以下、「縦リブ」ともいう）である。スペーサ２０の外側壁面に、シリンダブロック長手方向に延びるリブ２７（以下、「横リブ」ともいう）が設けられてもよい。横リブ２７も設けられている場合は、肉抜き部２８は縦リブ２６と横リブ２７以外の部位に設けられる。
リブ２６の外形を含むスペーサ２０の断面外形は、従来の肉抜きのない、図８のスペーサ２０Ｐの外形と同じか、またはほぼ同じである。
縦リブ２６は堰として働く他、スペーサ２０の補強リブとして働く。横リブ２７はスペーサ２０の補強リブとして働く。
リブ２６の外面とウォータジャケット外壁５との間には、隙間（冷却通路となる）があってもよいし、または隙間がなくてリブ２６の外面がウォータジャケット外壁５内面に密着してもよい。

リブ２６、２７は、図１〜図５に示すように、スペーサ２０に一体に形成されるか、または、図６、図７に示すように、スペーサ２０と別体に形成されて、スペーサ２０とシリンダブロックのウォータジャケット外壁５との間に設けられてもよい。この場合、スペーサ２０外壁に溝２９（凸部を設けてそこに溝をもうけてもよい）を設け、その溝にリブ２６をはめ込むようにすると、リブ２６の挿入と溝２９によるリブ２６の保持が容易である。リブ２６をスペーサ２０と別体に形成して保持する場合は、図７に示すように、リブ２６の外面をウォータジャケット外壁５内面に密着させるとリブ２６を保持するのが容易となる。また、リブ２６とシリンダブロック２を密着させると、リブ２６とシリンダブロック２との隙間（冷却通路）を流れる冷却水の流速が無くなるか、低下し、熱伝達が低下し、ブロック壁の保温性が高まる。
リブ２６、２７がスペーサ２０に一体に形成される場合は、リブ２６、２７の材質はスペーサ２０の材質と同じ（たとえば、樹脂）であるが、リブ２６、２７がスペーサ２０と別体に形成される場合は、リブ２６、２７の材質をスペーサ２０の材質と異ならせてもよい。
また、図４、図５において、縦リブ２６とスペーサ２０との下端部を下方にいくほど幅が狭くなるテーパ状に形成することによりスペーサ２０のウォータジャケット１０への挿入し損なうことがない。

つぎに、本発明のシリンダブロックの冷却構造１の作用、効果を説明する。
まず、スペーサ２０の外側壁面に、シリンダブロックのウォータジャケット外壁５とほぼ平行な、シリンダブロック長手方向のエンジン冷却水流れに対して堰となる、リブ２６を設け、リブ２６以外の部位で（横リブ２７も設けられる場合は、縦リブ２６と横リブ２７以外の部位で）、スペーサ２０に外側壁面からの肉抜き２８を設けたので、ウォータジャケット上部１１を流れるエンジン冷却水がスペーサ１０の外側壁面からの肉抜き部２８を通ってエンジン長手方向に流れることが阻止される。その結果、ウォータジャケット上部１１の冷却水通路１８、およびスペーサ２０とウォータジャケット内外壁間の隙間（冷却通路）１９のエンジン冷却水の流速および流量をほとんど変えずに、したがって、ウォータジャケット上部１１やスペーサ内周側の必要冷却能力を維持したまま、スペーサ２０の材料費低減と軽量化をはかることができる。

ウォータジャケット上部１１の冷却水通路１８、およびスペーサ２０とウォータジャケット内外壁間の隙間（冷却通路）１９のエンジン冷却水の流速が低下すると、シリンダボア壁４からエンジン冷却水への熱伝達率が低下し、ウォータジャケット上部１１やスペーサ内周側の冷却能力が低下するが、本発明では、ウォータジャケット上部１１の冷却水通路１８、およびスペーサ２０とウォータジャケット内外壁間の隙間１９のエンジン冷却水の流速が低下しないか、ほとんど低下しないので、ウォータジャケット上部１１やスペーサ内周側の必要冷却能力を維持することができる。

本発明のシリンダブロックの冷却構造における、リブがスペーサに一体に形成されている場合の、スペーサの一例の斜視図である。 図１のスペーサの拡大側面図である。 本発明のシリンダブロックの冷却構造におけるウォータジャケットの平面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 本発明のシリンダブロックの冷却構造における、スペーサと別体のリブとスペーサの、斜視図である。 図６のスペーサがリブに装着された時のウォータジャケットの断面図である。 比較例（本発明に含まず）のシリンダブロックの冷却構造におけるウォータジャケットの断面図である。 図８（比較例）のシリンダブロックの冷却構造においてスペーサ外側壁面に肉抜きを設けた場合のウォータジャケットの断面図である。

符号の説明

１ シリンダブロックの冷却構造
２ シリンダブロック
３ シリンダボア
４ ウォータジャケット内壁（シリンダボア壁）
５ ウォータジャケット外壁
６ ウォータジャケット底壁
１０ ウォータジャケット
１１ （ウォータジャケットの）上部
１２ （ウォータジャケットの）下部
１３ （ウォータジャケットの）中間部
１４、１５ 流路
１６、１７ 合流部
１８ 上部の冷却通路
１９ スペーサとウォータジャケット内外壁間の隙間（冷却通路）
２０ スペーサ
２６ リブ（縦リブ）
２７ リブ（横リブ）
２８ 肉抜き部
２９ 溝

Claims (3)

1. シリンダブロックのウォータジャケットにスペーサを配置したシリンダブロックの冷却構造であって、前記スペーサの外側壁面に、シリンダブロックのウォータジャケット外壁の内面とほぼ平行で、シリンダブロック長手方向のエンジン冷却水流れ方向に交差して上下方向に延び、シリンダブロック長手方向のエンジン冷却水流れに対して堰となる、リブを設け、該リブ以外の部位で、前記スペーサに該スペーサの外側壁面からの肉抜き部を設け、前記リブの外面とウォータジャケット外壁内面との隙間を、前記肉抜き部とウォータジャケット外壁内面との隙間より小さく設定したシリンダブロックの冷却構造。
2. 前記スペーサは、ウォータジャケット上部よりも下部または中間部の空間を多く占めるように挿入される請求項１記載のシリンダブロックの冷却構造。
3. 前記リブの外面をウォータジャケット外壁内面に密着させた請求項１または請求項２記載のシリンダブロックの冷却構造。

Images