JP6098561B2 - エンジンの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの冷却構造に関し、特に、シリンダブロックのウォータジャケット内に冷却水の流路を形成するウォータジャケットスペーサが配設されたものに関する。

従来、エンジンを構成するシリンダブロックに冷却水が流通するウォータジャケットが形成され、該ウォータジャケットに冷却水の流路を形成するウォータジャケットスペーサが配設されたエンジンの冷却構造がある。その一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１には、ウォータジャケット内にシリンダライナの外周の略全周を覆うウォータジャケットスペーサが配設され、該ウォータジャケットスペーサの上部には、シリンダライナの外周部における冷却水の流量を増加させるための空間部を形成する切り欠きが設けられ、ウォータジャケットスペーサの内側及び外側に冷却水を流通させるエンジンの冷却構造が開示されている。

特開第４２７９７１３号公報

しかしながら、特許文献１に開示のエンジンの冷却構造では、ウォータジャケット内の冷却水がウォータジャケットスペーサの外側を流れるため、シリンダライナの熱が冷却水を介してウォータジャケットの外周を形成するシリンダブロック外周壁に放熱される。その結果、シリンダライナの昇温効果が低下し、シリンダライナ全体が安定した略均一の温度分布になるまでに時間を要する。そのため、シリンダライナの内側を摺動するピストンの摺動抵抗が低減し難く、また、暖機促進効果も低下する。その上、燃焼室近傍のシリンダライナ上部の効果的な冷却も不十分となる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリンダブロック外周壁への放熱を抑制しつつ、シリンダライナの早期の昇温及び早期の温度均一化を達成し、かつシリンダライナ上部の冷却性を確保することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、ウォータジャケットスペーサの上部をシリンダブロック外周壁に近接させると共に、ウォータジャケットスペーサの上部とシリンダライナの上部外周りとの間に冷却液経路を形成したものである。

具体的には、本発明は、エンジンを構成するシリンダブロックのシリンダライナ周りにウォータジャケットが形成され、該ウォータジャケットの外周りを形成するシリンダブロック外周壁に該ウォータジャケットにウォータポンプから送給される冷却液を導入する冷却液導入路が形成されると共に、上記ウォータジャケットにウォータジャケットスペーサが配設されたエンジンの冷却構造を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、上記ウォータジャケットスペーサは、上記シリンダライナの略全周を囲むように配置され、下部と、該下部の上端から上記シリンダブロック外周壁に向かって外側に張り出す鍔部と、該鍔部の外周端から上方に延びる上部とを有し、上記ウォータジャケットスペーサの上記冷却液導入路に対応する部位には、該冷却液導入路から導入された冷却液を上記ウォータジャケットスペーサの内周面側に導入する開口部が形成され、上記ウォータジャケットスペーサの上部は、上記シリンダブロック外周壁に近接すると共に、上記シリンダライナの上部外周りとの間に上記開口部から導入された冷却液を上記シリンダライナの上部外周りに循環させる冷却液経路が形成されている一方、上記ウォータジャケットスペーサの下部は、気筒の外周面に近接し、 上記冷却液経路は、上記ウォータジャケットスペーサの上部を上記シリンダライナの上部外周りから離間させて形成され、上記開口部は、上記ウォータジャケットスペーサの上部に貫通形成され、上記鍔部及び上記ウォータジャケットスペーサの上部における上記冷却液導入路に対応する部位が上記冷却液導入路内に突出し、該突出部には上記開口部が形成されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、ウォータジャケットスペーサの上部とシリンダライナの上部外周りとの間に冷却液経路が形成されているので、冷却液経路を流れる冷却液がシリンダブロック外周壁に接触せず、また、ウォータジャケットスペーサの上部がシリンダブロック外周壁に近接しているので、冷却液経路を流れる冷却液がこのウォータジャケットスペーサによって断熱される。そのため、冷却液経路を流れる冷却液を介してシリンダライナの熱がシリンダブロック外周壁に放熱されるのを抑制することができる。また、ウォータジャケットスペーサの下部が気筒の外周面に近接しており、シリンダライナの下部がウォータジャケットスペーサによって断熱されるので、シリンダライナの下部が冷却されるのを抑制することができる。以上により、シリンダライナが早期に昇温し、かつ均一な温度分布を達成することができる。その結果、ピストンの摺動抵抗を低減することができて、燃費向上を図ることができる。また、シリンダライナの上部における冷却性も確保することができる。さらには、冷却液がウォータジャケットの略上部だけを流れるため、冷却液流量を抑えることが可能となり、ウォータジャケットに冷却液を送出するウォータポンプの負荷を低減することができる。その結果、エンジンの暖気を促進することができる。

また、第１の発明によれば、冷却液経路がウォータジャケットの上部をシリンダライナの上部外周りから離間させて形成されているので、シリンダライナの上部外周りの形状を変更することなく、冷却液経路を形成することができる。

第２の発明は、上記ウォータジャケットスペーサは、上記シリンダライナの略全周を囲むように配置され、上記ウォータジャケットスペーサの上記冷却液導入部に対応する部位には、該冷却液導入部から導入された冷却液を上記ウォータジャケットスペーサの内周面側に導入する開口部が形成され、上記ウォータジャケットスペーサの上部は、上記シリンダブロック外周壁に近接すると共に、上記シリンダライナの上部外周りとの間に上記開口部から導入された冷却液を上記シリンダライナの上部外周りに循環させる冷却液経路が形成されている一方、上記ウォータジャケットスペーサの下部は、気筒の外周面に近接し、上記開口部は、上記ウォータジャケットスペーサの気筒列方向一端部に形成され、上記冷却液経路は、上記開口部から導入された冷却液を該冷却液経路の排気側部分から吸気側部分に循環させるように形成され、上記シリンダブロックと共に上記エンジンを構成するシリンダヘッドには、該シリンダブロックのウォータジャケットからの冷却液が流れるシリンダヘッドウォータジャケットが形成され、上記シリンダヘッドウォータジャケットは、上記気筒の燃焼室の周囲に形成されたジャケット本体を有し、上記シリンダヘッドの下面には、上記ジャケット本体を覆うようにガスケットが配設され、上記ガスケットのシリンダボア間に対応する部分には、上記シリンダブロックのウォータジャケットと上記ジャケット本体とを連通する連通孔が貫通形成され、上記ウォータジャケットスペーサの上部の排気側部分は、気筒列方向他端側に向かって高さ寸法が小さくなり、上記ウォータジャケットスペーサの上部の吸気側部分は、気筒列方向一端側に向かって高さ寸法が小さくなることを特徴とする。

第２の発明によれば、ウォータジャケットスペーサの上部とシリンダライナの上部外周りとの間に冷却液経路が形成されているので、冷却液経路を流れる冷却液がシリンダブロック外周壁に接触せず、また、ウォータジャケットスペーサの上部がシリンダライナの上部外周壁に近接しているので、冷却液経路を流れる冷却液がこのウォータジャケットスペーサによって断熱される。そのため、冷却液経路を流れる冷却液を介してシリンダライナの熱がシリンダブロック外周壁に放熱されるのを抑制することができる。また、ウォータジャケットスペーサの下部が気筒の外周面に近接しており、シリンダライナの下部がウォータジャケットスペーサによって断熱されるので、シリンダライナの下部が冷却されるのを抑制することができる。以上により、シリンダライナが早期に昇温し、かつ均一な温度分布を達成することができる。その結果、ピストンの摺動抵抗を低減することができて、燃費向上を図ることができる。また、シリンダライナの上部における冷却性も確保することができる。さらには、冷却液がウォータジャケットの略上部だけを流れるため、冷却液流量を抑えることが可能となり、ウォータジャケットに冷却液を送出するウォータポンプの負荷を低減することができる。その結果、エンジンの暖気を促進することができる。

また、第２の発明によれば、冷却液を比較的高温の排気側から循環させるため、各気筒のシリンダライナを適正に冷却することができる。

第３の発明は、第２の発明において、上記冷却液経路は、上記ウォータジャケットスペーサの上部を上記シリンダライナの上部外周りから離間させて形成されていることを特徴とする。

第３の発明によれば、冷却液経路がウォータジャケットの上部をシリンダライナの上部外周りから離間させて形成されているので、シリンダライナの上部外周りの形状を変更することなく、冷却液経路を形成することができる。

第４の発明は、第１の発明において、上記開口部は、上記ウォータジャケットスペーサの気筒列方向一端部に形成され、上記冷却液経路は、上記開口部から導入された冷却液を該冷却液経路の排気側部分から吸気側部分に循環させるように形成されていることを特徴とする。

第４の発明によれば、冷却液を比較的高温の排気側から循環させるため、各気筒のシリンダライナを適正に冷却することができる。

第５の発明は、第４の発明において、上記シリンダブロックと共に上記エンジンを構成するシリンダヘッドには、該シリンダブロックのウォータジャケットからの冷却液が流れるシリンダヘッドウォータジャケットが形成され、上記シリンダヘッドウォータジャケットは、気筒の燃焼室の周囲に形成されたジャケット本体を有し、上記シリンダヘッドの下面には、上記ジャケット本体を覆うようにガスケットが配設され、上記ガスケットのシリンダボア間に対応する部分には、上記シリンダブロックのウォータジャケットと上記ジャケット本体とを連通する連通孔が貫通形成され、上記ウォータジャケットスペーサの上部の排気側部分は、気筒列方向他端側に向かって高さ寸法が小さくなり、上記ウォータジャケットスペーサの上部の吸気側部分は、気筒列方向一端側に向かって高さ寸法が小さくなることを特徴とする。

第６の発明は、第４又は第５の発明において、上記シリンダブロックと共に上記エンジンを構成するシリンダヘッドには、該シリンダブロックのウォータジャケットからの冷却液が流れるシリンダヘッドウォータジャケットが形成されており、上記ウォータジャケットスペーサの気筒列方向一端部には、上記冷却液経路を循環した冷却液を上記シリンダヘッドウォータジャケットに導出する冷却液導出部が形成され、上記ウォータジャケットスペーサにおける上記冷却液導出部と上記開口部との間には、該開口部から導入された冷却液の流れを制限する冷却液制限部が形成されていることを特徴とする。

第６の発明によれば、冷却液導入部から導入された冷却液は、開口部から冷却液経路に流入し、冷却液経路の排気側及び吸気側に流れる。このうち、吸気側に流れる冷却液は、冷却液制限部によって上記開口部からシリンダヘッドウォータジャケットへ流れる冷却液導出部への流れが制限されている。したがって、開口部から冷却液経路に流入した冷却液の大部分を冷却液経路の排気側に流れて当該冷却液経路を確実に循環させ、シリンダヘッドウォータジャケットに流すことができる。

第７の発明は、第２又は第３の発明において、上記ウォータジャケットスペーサの気筒列方向一端部には、上記冷却液経路を循環した冷却液を上記シリンダヘッドウォータジャケットに導出する冷却液導出部が形成され、上記ウォータジャケットスペーサにおける上記冷却液導出部と上記開口部との間には、該開口部から導入された冷却液の流れを制限する冷却液制限部が形成されていることを特徴とする。

第７の発明によれば、冷却液導入部から導入された冷却液は、開口部から冷却液経路に流入し、冷却液経路の排気側及び吸気側に流れる。このうち、吸気側に流れる冷却液は、冷却液制限部によって上記開口部からシリンダヘッドウォータジャケットへ流れる冷却液導出部への流れが制限されている。したがって、開口部から冷却液経路に流入した冷却液の大部分を冷却液経路の排気側に流れて当該冷却液経路を確実に循環させ、シリンダヘッドウォータジャケットに流すことができる。

第８の発明は、第１乃至第７のいずれか１つの発明において、上記エンジンは多気筒エンジンであり、上記ウォータジャケットは、各気筒に設けられた上記シリンダライナ周りに形成され、上記ウォータジャケットスペーサは、樹脂製であって、複数の上記シリンダライナ周りを囲むように配置され、上記シリンダブロックのシリンダボア間と上記ウォータジャケットスペーサの該シリンダボア間に対応する部位との間には、シール部材が設けられていることを特徴とする。

第８の発明によれば、樹脂製のウォータジャケットスペーサは、製造誤差や組付性を考慮して、各ボア間との隙間が大きくなるように成形されているが、この隙間にシール部材が設けられているので、冷却液経路を流れる冷却液が当該隙間を通って冷却液経路の外部に流出するのを抑制することができる。

以上、本発明によれば、シリンダブロック外周壁への放熱を抑制しつつ、シリンダライナの早期の昇温及び早期の温度均一化を達成し、かつシリンダライナ上部の冷却性を確保することができる。

シリンダブロックの上面図である。 エンジンの図１のII-II線断面相当図である。 エンジンの図１のIII-III線断面相当図である。 ウォータジャケットスペーサを排気側から見た斜視図である。 ウォータジャケットスペーサを吸気側から見た斜視図である。 ウォータジャケットスペーサを示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は排気側から見た側面図であり、（ｃ）は吸気側から見た側面図である。 ウォータジャケットスペーサを取り付けた状態における図１の一部拡大図であって、（ａ）はVIIa部を示す図であり、（ｂ）はVIIb部を示す図であり、（ｃ）はVIIc部を示す図である。 図３のVIII-VIII線断面図である。 シリンダライナの温度分布を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係るエンジンの冷却構造を備えた多気筒エンジン１（以下、エンジン１という）を構成するシリンダブロック３の上面図である。また、図２及び図３は、それぞれ上記エンジン１を図１におけるII-II線及びIII-III線で切断した場合の断面図である。

上記エンジン１は、直列に並ぶ４つのサイアミーズタイプの気筒５，５，…がクランク軸（図示省略）の軸方向に沿って直列に並ぶ直列４気筒エンジンである。このエンジン１は、アルミニウム合金製の上記シリンダブロック３と該シリンダブロック３の上側に組み付けられる同じくアルミニウム合金製のシリンダヘッド７とによって構成され、これらシリンダブロック３とシリンダヘッド７とによって形成される上記気筒５，５，…内でピストン（図示省略）が上下動するように構成されている。

上記エンジン１は、車両前部に設けられたエンジンルーム内に、クランク軸が車幅方向に延びるように横置き搭載されるものである。より具体的には、上記エンジン１は、上記各気筒５の中心線が鉛直方向に対して所定角度で傾斜するようにスラント状態で配設されている。該エンジン１の左側（図１において上側）には、各気筒５内に吸気を導入するための吸気マニホールド（図示省略）が配設されている一方、上記エンジン１の右側（図２において下側）には、排気系（排気マニホールド等、図示省略）が設けられている。このシリンダブロック３において、その長手方向（気筒列方向であり、以下、エンジン前後方向ともいう）両端部及びシリンダボア間９，９，…のそれぞれの吸気側及び排気側には、上記シリンダヘッド７とボルト締結するためのボルトが螺合されるボルト穴１１，１１，…が形成されている。

また、上記エンジン１には、後述するように、上記シリンダブロック３及びシリンダヘッド７にそれぞれ形成されたウォータジャケット１３，１５内に冷却水を送出するためのウォータポンプ（図示省略）が配設されている。該ウォータポンプは、上記シリンダブロック３に設けられたクランクプーリ（図示省略）を介してクランク軸によって駆動される。

上記シリンダブロック３は、概略直方体形状のブロック材の上面に、上記エンジン１の複数の上記気筒５，５，…の一部を構成するシリンダボア１７，１７，…が直列に並んで開口するように形成されている。そして、上記シリンダブロック３には、上記各気筒５の内周面上（シリンダボア１７の内周面上）に配設されるシリンダライナ１９（図３参照）周りを冷却するように、上記シリンダボア１７，１７，…の吸気側及び排気側に冷却水の流通路としてのシリンダブロックウォータジャケット１３（ウォータジャケット）が形成されている。

該シリンダブロックウォータジャケット１３は、上記シリンダボア間９，９，…に対応する箇所がくびれている。また、上記シリンダブロックウォータジャケット１３の外周りを形成するシリンダブロック外周壁２１の排気側エンジン前端部には、上記ウォータポンプから送給される冷却水を上記シリンダブロックウォータジャケット１３に導入する冷却水導入路２３（冷却液導入部）が形成されている。該冷却水導入路２３は、上記シリンダブロック外周壁２１のシリンダブロックウォータジャケット１３中央部下側に対応する箇所に形成され、最もエンジン前側の気筒５に近づくに従ってエンジン後側に傾斜している。そのため、上記冷却水導入路２３からシリンダブロックウォータジャケット１３に導入された冷却水は、エンジン前側及び後側に分岐し、大部分がエンジン後側に流れ、その他がエンジン前側に流れる。

上記シリンダブロックウォータジャケット１３には、該シリンダブロックウォータジャケット１３を流れる冷却水の水路を形成するウォータジャケットスペーサ２５が４つの上記シリンダライナ１９，１９，…の略全周を囲むように配設されている。図４及び図５は、ウォータジャケットスペーサ２５の全体斜視図であって、それぞれ排気側及び吸気側から見たものである。さらに、図６はウォータジャケットスペーサ２５を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は排気側から見た側面図、（ｃ）は吸気側から見た側面図である。

上記ウォータジャケットスペーサ２５は、耐熱性の合成樹脂からなる。該ウォータジャケットスペーサ２５は、上記各シリンダライナ１９の上下方向中央部を囲むジャケットスペーサ下部２７と、該ジャケットスペーサ下部２７の上端から上記シリンダブロック外周壁２１に向かって外側に張り出す鍔部２９と、該鍔部２９の外周端から上方に延びて上記各シリンダライナ１９の上端部を囲むジャケットスペーサ上部３１と、を有している。

上記ジャケットスペーサ下部２７は、エンジン前後方向に細長い略円筒状をなし、上記シリンダボア間９，９，…に対応する部位がこれらシリンダボア間９，９，…の形状に沿ってくびれている。

図６（ｂ）に示すように、上記ジャケットスペーサ下部２７の排気側部分における最もエンジン前側の上記気筒５に対応する部分の上端は、一定の高さを保持し、当該部分からエンジン後側に向かって上方に傾斜している。そして、図６（ｃ）に示すように、上記ジャケットスペーサ下部２７の吸気側部分の上端は、排気側部分の上端よりも緩やかな勾配でエンジン前側に向かって上方に傾斜している。

また、上記ジャケットスペーサ下部２７の外周面には、図４乃至図６に示すように、軽量化の観点から、肉抜き部３３が周方向に等間隔で形成されている。

さらに、上記ジャケットスペーサ下部２７は、上記各シリンダライナ１９の上下方向中央部に近接しており、該各シリンダライナ１９外側の上記気筒５の外周面とほぼ接触している。ただし、上記ジャケットスペーサ下部２７の上記シリンダボア間９，９，…に対応する部位は、上記シリンダブロックウォータジャケット１３の該シリンダボア間９，９，…に対応する箇所が比較的狭いため、該シリンダボア間９，９，…からやや外側に位置している。そのため、図２に示すように、上記ジャケットスペーサ下部２７の上記シリンダボア間９，９，…に対応する部位と該シリンダボア間９，９，…との間には、比較的大きな隙間が形成されている。また、上記エンジン１の製造時に上記ウォータジャケットスペーサ２５を上記シリンダブロックウォータジャケット１３に取り付けやすくするために、上記ウォータジャケットスペーサ２５は、最もエンジン前側の上記気筒５の外周面と最もエンジン後側の上記気筒５との外周面との間に比較的大きな隙間が形成されるように設計されている。しかしながら、これら比較的大きな隙間が形成されていると、上記ジャケットスペーサ上部３１の内側に形成された後述する冷却水経路４５を流れる冷却水が上記ジャケットスペーサ下部２７の内側に漏れ出るおそれがある。そこで、上記の比較的大きな隙間には、ウレタンゴム製のシール部材３５，３７，３９が配設されている。

図７は、ウォータジャケットスペーサ２５を取り付けた状態における図１の一部拡大図であって、（ａ）はVIIa部を示す図であり、（ｂ）はVIIb部を示す図であり、（ｃ）はVIIc部を示す図である。上記シリンダボア間９，９，…に対応する隙間には、図７（ａ）に示すように、シール部材３５が取り付けられ、当該隙間を閉塞している。また、エンジン前後方向両側の上記気筒５に対応する隙間には、図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、円弧状のシール部材３７，３９が取り付けられ、当該隙間を閉塞している。なお、図２では、上記シール部材３５を省略している。

上記鍔部２９は、図４、図５及び図６（ａ）に示すように、上記ジャケットスペーサ下部２７の上端全周に亘って形成されている。該鍔部２９及びジャケットスペーサ上部３１の上記冷却水導入路２３に対応する部位は、該冷却水導入路２３の形状に沿って外側に突出している。

また、上記鍔部２９の上記シリンダボア間９，９，…に対応する部位の外周端は、上記ジャケットスペーサ下部２７の該シリンダボア間９，９，…に対応する部位よりも緩やかに湾曲している。

さらに、上記鍔部２９は、上記シリンダブロックウォータジャケット１３の全周に亘って該シリンダブロックウォータジャケット１３の幅と略同じ幅を有している。ただし、上記鍔部２９の最もエンジン前側の上記気筒５のエンジン前側に位置する部位は、上記シリンダヘッド７の内部に形成された後述するジャケット本体５５（シリンダヘッドウォータジャケット）に冷却水を導出する冷却水導出部４１を構成し、図６（ａ）に示すように、上記鍔部２９における該冷却水導出部４１と上記冷却水導入路２３対応部位との中間の部位（以下、中間部位という）は、他の部位よりも幅狭となっている。

上記ジャケットスペーサ上部３１は、上記鍔部２９の外周端に沿って形成されており、上記ジャケットスペーサ下部２７と同様に、エンジン前後方向に細長い略円筒状をなし、上記シリンダボア間９，９，…に対応する箇所がこれらシリンダボア間９，９，…の形状に沿ってくびれている。

上記ジャケットスペーサ上部３１の排気側部分における上記冷却水導入路２３に対応する部位（突出部）には、図４及び図６（ｂ）に示すように、矩形状の開口部４３が貫通形成されている。該開口部４３は、上記冷却水導入路２３から導入された冷却水を上記ジャケットスペーサ上部３１の内周面側に導入する。

上記ジャケットスペーサ上部３１は、図２及び図３に示すように、上記各気筒５の外周面から離間し、上記シリンダブロック外周壁２１に近接している。したがって、該ジャケットスペーサ上部３１と上記気筒５，５，…との間には、幅広の空間が形成されており、この空間を上記開口部４３から導入された冷却水が循環する。つまり、この空間は、上記開口部４３から導入された冷却水を上記シリンダライナ１９，１９，…の上部外周りに排気側から吸気側に循環させる冷却水経路４５（冷却液経路）を構成している。

上記ジャケットスペーサ上部３１の上端は、一定の高さを有しており、図６（ｂ）に示すように、上記ジャケットスペーサ上部３１の排気側部分における最もエンジン前側の上記気筒５に対応する部分は、一定の高さ寸法を有し、当該部分からエンジン後側に向かって高さ寸法が小さくなっている。そして、図６（ｃ）に示すように、上記ジャケットスペーサ上部３１の吸気側部分は、エンジン前側に向かって高さ寸法が小さくなっている。

また、上記ジャケットスペーサ上部３１における上記鍔部２９の上記中間部位対応箇所は、最もエンジン前側の上記気筒５の外周面に近接している。したがって、上記冷却水経路４５の上記中間部位対応箇所は、該冷却水経路４５の他の箇所よりも狭くなっているため、冷却水の流れが制限される冷却水制限部４７を構成している。よって、上記開口部４３から上記冷却水経路４５に流入した冷却水は、エンジン前側及び後側に分岐するが、エンジン前側に流れる冷却水は、上記冷却水制限部４７によって制限されるため、上記冷却水経路４５に流入した冷却水の大半はエンジン後側に流れる。

上記シリンダヘッド７は、概略直方体形状のブロック材で構成され、その下面の上記各シリンダボア１７対応箇所が燃焼室４９の天井面を構成している。図８は、図３のVIII-VIII線断面図である。各天井面の吸気側には、一対の吸気ポート５１，５１がエンジン前後方向に間隔をあけて形成され、また、排気側には、一対の排気ポート５３，５３がエンジン前後方向に間隔をあけて形成されている。そして、これら吸気ポート５１，５１と排気ポート５３，５３との間には、プラグホール５２が形成され、該プラグホール５２の吸気側には、インジェクタホール５４が形成されている。

上記シリンダヘッドウォータジャケット１５は、図２及び図３に示すように、上記各気筒５の燃焼室４９の周囲に形成されたジャケット本体５５と、上記各気筒５の排気ポート５３の反燃焼室４９側に形成された排気側ジャケット５７と、を有している。

上記ジャケット本体５５は、各気筒５の燃焼室４９の周囲近傍において各気筒５の吸排気ポート５１，５３やプラグホール５２の外周を包み込むようにして上記シリンダヘッド７のエンジン前後方向全体に亘って形成されている。また、上記ジャケット本体５５は、エンジン前後方向両端部に形成された孔部を介して、上記排気側ジャケット５７のエンジン前後方向両端部にも連通している。これにより、上記ジャケット本体５５を流れる冷却水は、順次、上記排気側ジャケット５７に流通するようになっている。

上記シリンダヘッド７の下面には、図２及び図３に示すように、上記ジャケット本体５５を覆うようにガスケット５９が配設されている。当該下面には、上記シリンダブロック３に形成されたボルト穴１１，１１，…に対応する部分にボルト挿通孔６１，６１，…が形成されている。

上記ガスケット５９の上記シリンダボア間９，９，…に対応する部分には、図２に示すように、上記シリンダブロックウォータジャケット１３と上記ジャケット本体５５とを連通する連通孔６３，６３，…が貫通形成されている一方、上記シリンダブロックウォータジャケット１３のエンジン前後方向前端に対応する部分には、該シリンダブロックウォータジャケット１３と上記ジャケット本体５５とを連通する連通路（図示省略）が形成されている。

次に、ウォータポンプから送給された冷却水の流れを具体的に説明する。ウォータポンプから送給された冷却水は、冷却水導入路２３に流れ、該冷却水導入路２３からウォータジャケットスペーサ２５に形成された開口部４３を通って冷却水経路４５に導入される。

冷却水経路４５に導入された冷却水は、最もエンジン前側の気筒５の外周面に当たり、エンジン前側と後側に分岐する。冷却水導入路２３は上述の如く上記気筒５に近づくに従ってエンジン後側に傾斜しているため、冷却水導入路２３から導入された冷却水の流れは、エンジン後側に向かって方向付けられている。したがって、冷却水経路４５の排気側部分に導入された冷却水は、エンジン後側に向かって流れ、その他が前側に向かって流れる。

エンジン前側に向かって流れる冷却水は、冷却水制限部４７によってその流通が制限されるため、エンジン後側に向かって流れる冷却水よりも流量が小さい。そして、この冷却水制限部４７を通過した冷却水は、冷却水導出部４１に至り、ガスケット５９に形成された連通路を通ってシリンダヘッド７のジャケット本体５５に流入する。なお、このとき、ウォータジャケットスペーサ２５の冷却水導出部４１対応箇所と最もエンジン前側の気筒５との間の隙間にシール部材３９が圧入されているので、冷却水がこの隙間から漏れ出ることがない。

一方、エンジン後側に向かって流れる冷却水は、冷却水導入路２３の排気側部分を循環する。この循環途中で、冷却水経路４５の上下幅が次第に小さくなっており、流路断面積が徐々に小さくなっている。そのため、冷却水の流速が所定速度に維持される。また、この循環途中で、冷却水の一部はシリンダボア間９，９，…を通るが、このとき、ウォータジャケットスペーサ２５とシリンダボア間９，９，…との間の隙間にシール部材３５が圧入されているので、冷却水がこの隙間から漏れ出ることがない。

冷却水経路４５の排気側部分を流れた冷却水は、最もエンジン後側の気筒５の外周りを回り込む。このとき、ウォータジャケットスペーサ２５と当該気筒５との間の隙間にシール部材３７が圧入されているので、冷却水がこの隙間から漏れ出ることがない。

最もエンジン後側の気筒の外周りを回り込んだ冷却水は、冷却水経路４５の吸気側部分をエンジン前側に向かって流れる。このとき、冷却水導入路２３からの距離が遠ざかり、冷却水の勢いが低下するものの、冷却水経路４５の上下幅がエンジン前側に向かって次第に小さくなっており、流路断面積が徐々に小さくなっているため、冷却水の流速が所定速度に維持される。

そして、冷却水経路４５の吸気側部分を流れた冷却水は、最もエンジン前側の気筒５周りを回り込み、冷却水導出部４１に至り、第２連通路を通ってシリンダヘッド７のジャケット本体５５に流入する。なお、冷却水は、冷却水経路４５を循環する途中で、ガスケット５９の連通孔６３，６３，…を経由してシリンダヘッド７のジャケット本体５５に流入する。

（シリンダライナの壁温の測定）
本発明者らは、シリンダライナ１９の高さ方向の壁温を測定した。この測定は、ウォータポンプからシリンダブロックウォータジャケット１３に冷却水を送出し、エンジン１を駆動した状態で、シリンダライナ１９，１９，…のうち一つのシリンダライナ１９の高さ方向の壁温を測定した。測定条件は、（ａ）シリンダブロックウォータジャケット１３に本実施形態に係るウォータジャケットスペーサ２５を配設した場合、（ｂ）シリンダブロックウォータジャケット１３にウォータジャケットスペーサを配設しない場合、及び、（ｃ）シリンダブロックウォータジャケット１３に従来のウォータジャケットスペーサを配設した場合の３通りであった。なお、従来のウォータジャケットスペーサとは、その全体がシリンダライナ１９，１９，…に近接し、シリンダブロック外周壁２１から離間しているものであった。

図９は、上記測定の結果を示す図であって、縦軸及び横軸はそれぞれシリンダライナ１９の高さ及び壁温を示し、さらに、実線が上記測定条件（ａ）における結果を示し、破線が上記測定条件（ｂ）における結果を示し、一点鎖線が上記測定条件（ｃ）における結果を示している。

図９から分かるように、ウォータジャケットスペーサを配設しない上記測定条件（ｂ）では、シリンダライナ１９の上端の壁温が約１３０℃に達している一方、下端部の壁温が約１１２℃であり、その温度差は約１８℃であった。また、従来のウォータジャケットスペーサを配設した上記測定条件（ｃ）では、全体として壁温が高温領域にシフトしており、シリンダライナ１９の上端の壁温が約１３５℃に達している一方、下端部の壁温が約１２２℃であり、その温度差は約１３℃であった。

これらに対し、本実施形態に係るウォータジャケットスペーサ２５を配設した上記測定条件（ａ）では、シリンダライナ１９の上端の壁温が約１３０℃であり、従来のものよりも約５℃も低く、中央部から下端部にかけて約１１５℃であり、その温度差は約１５℃であった。つまり、本実施形態に係るウォータジャケットスペーサ２５では、シリンダライナ１９全体の温度を低く保持し、かつその高さ方向の温度差を抑制可能であることが分かった。

−発明の実施形態の効果−
上記実施形態によれば、ジャケットスペーサ上部３１とシリンダライナ１９，１９，…の上部外周りとの間に冷却水経路４５が形成されているので、冷却水経路４５を流れる冷却水がシリンダブロック外周壁２１に接触せず、また、ジャケットスペーサ上部３１がシリンダブロック外周壁２１に近接しているので、冷却水経路４５を流れる冷却水がこのウォータジャケットスペーサ２５によって断熱される。そのため、冷却水経路４５を流れる冷却水を介してシリンダライナ１９，１９，…の熱がシリンダブロック外周壁２１に放熱されるのを抑制することができる。また、ジャケットスペーサ下部２７が気筒５の外周面に近接しており、シリンダライナ１９の中央部がウォータジャケットスペーサ２５によって断熱されるので、シリンダライナ１９の中央部が冷却されるのを抑制することができる。以上により、シリンダライナ１９が早期に昇温し、かつ均一な温度分布を達成することができる。その結果、ピストンの摺動抵抗を低減することができ、かつ燃費向上を図ることができる。また、シリンダライナ１９の上部における冷却性も確保することができる。さらには、冷却水がシリンダブロックウォータジャケット１３の上部だけを流れるため、冷却水流量を抑えることが可能となり、シリンダブロックウォータジャケット１３に冷却水を送出するウォータポンプの負荷を低減することができる。その結果、エンジン１の暖気を促進することができる。

また、上記実施形態によれば、冷却水経路４５がジャケットスペーサ上部３１をシリンダライナ１９，１９，…の上部外周りから離間させて形成されているので、シリンダライナ１９の上部外周りの形状を変更することなく、冷却水経路４５を形成することができる。

また、上記実施形態によれば、樹脂製のウォータジャケットスペーサ２５は、製造誤差や組付性を考慮して、各シリンダボア間９，９，…との隙間が大きくなるように成形されているが、この隙間を閉塞するようにシール部材３５が設けられているので、冷却水経路４５を流れる冷却水が隙間を通って冷却水経路４５の外部に流出するのを抑制することができる。

さらに、上記実施形態によれば、冷却水を比較的高温の排気側から循環させるため、各気筒５のシリンダライナ１９を適正に冷却することができる。

さらにまた、上記実施形態によれば、冷却水導入路２３から導入された冷却水は、ウォータジャケットスペーサ２５の開口部４３から冷却水経路４５に流入し、エンジン前側及び後側に流れる。このうち、エンジン前側に流れる冷却水は、冷却水制限部４７によって上記開口部４３からシリンダヘッドウォータジャケット１５へ流れる冷却水導出部４１への流れが制限されている。したがって、開口部４３から冷却水経路４５に流入した冷却水の大部分は冷却水経路４５の排気側に流れて当該冷却水経路４５を確実に循環し、シリンダヘッドウォータジャケット１５へ流れることができる。

以上説明したように、本発明に係るエンジンの冷却構造は、シリンダブロック外周壁への放熱を抑制しつつ、シリンダライナの早期の昇温及び早期の温度均一化を達成し、かつシリンダライナ上部の冷却性を確保する用途に適用することができる。

１ エンジン
３ シリンダブロック
５ 気筒
７ シリンダヘッド
９ シリンダボア間
１９ シリンダライナ
１３ シリンダブロックウォータジャケット（ウォータジャケット）
１５ シリンダヘッドウォータジャケット
２１ シリンダブロック外周壁
２３ 冷却水導入路（冷却液導入部）
２５ ウォータジャケットスペーサ
２７ ジャケットスペーサ下部（ウォータジャケットスペーサの下部）
３１ ジャケットスペーサ上部（ウォータジャケットスペーサの上部）
３５ シール部材
４１ 冷却水導出部（冷却液導出部）
４３ 開口部
４５ 冷却水経路（冷却液経路）
４７ 冷却水制限部（冷却液制限部）

Claims (8)

1. エンジンを構成するシリンダブロックのシリンダライナ周りにウォータジャケットが形成され、該ウォータジャケットの外周りを形成するシリンダブロック外周壁に該ウォータジャケットにウォータポンプから送給される冷却液を導入する冷却液導入路が形成されると共に、上記ウォータジャケットにウォータジャケットスペーサが配設されたエンジンの冷却構造であって、
   上記ウォータジャケットスペーサは、上記シリンダライナの略全周を囲むように配置され、下部と、該下部の上端から上記シリンダブロック外周壁に向かって外側に張り出す鍔部と、該鍔部の外周端から上方に延びる上部とを有し、
   上記ウォータジャケットスペーサの上記冷却液導入路に対応する部位には、該冷却液導入路から導入された冷却液を上記ウォータジャケットスペーサの内周面側に導入する開口部が形成され、
   上記ウォータジャケットスペーサの上部は、上記シリンダブロック外周壁に近接すると共に、上記シリンダライナの上部外周りとの間に上記開口部から導入された冷却液を上記シリンダライナの上部外周りに循環させる冷却液経路が形成されている一方、
   上記ウォータジャケットスペーサの下部は、気筒の外周面に近接し、
   上記冷却液経路は、上記ウォータジャケットスペーサの上部を上記シリンダライナの上部外周りから離間させて形成され、
   上記開口部は、上記ウォータジャケットスペーサの上部に貫通形成され、
   上記鍔部及び上記ウォータジャケットスペーサの上部における上記冷却液導入路に対応する部位が上記冷却液導入路内に突出し、該突出部には上記開口部が形成されていることを特徴とするエンジンの冷却構造。
2. エンジンを構成するシリンダブロックのシリンダライナ周りにウォータジャケットが形成され、該ウォータジャケットの外周りを形成するシリンダブロック外周壁に該ウォータジャケットに冷却液を導入する冷却液導入部が形成されると共に、上記ウォータジャケットにウォータジャケットスペーサが配設されたエンジンの冷却構造であって、
   上記ウォータジャケットスペーサは、上記シリンダライナの略全周を囲むように配置され、
   上記ウォータジャケットスペーサの上記冷却液導入部に対応する部位には、該冷却液導入部から導入された冷却液を上記ウォータジャケットスペーサの内周面側に導入する開口部が形成され、
   上記ウォータジャケットスペーサの上部は、上記シリンダブロック外周壁に近接すると共に、上記シリンダライナの上部外周りとの間に上記開口部から導入された冷却液を上記シリンダライナの上部外周りに循環させる冷却液経路が形成されている一方、
   上記ウォータジャケットスペーサの下部は、気筒の外周面に近接し、
   上記開口部は、上記ウォータジャケットスペーサの気筒列方向一端部に形成され、
   上記冷却液経路は、上記開口部から導入された冷却液を該冷却液経路の排気側部分から吸気側部分に循環させるように形成され、
   上記シリンダブロックと共に上記エンジンを構成するシリンダヘッドには、該シリンダブロックのウォータジャケットからの冷却液が流れるシリンダヘッドウォータジャケットが形成され、
   上記シリンダヘッドウォータジャケットは、上記気筒の燃焼室の周囲に形成されたジャケット本体を有し、
   上記シリンダヘッドの下面には、上記ジャケット本体を覆うようにガスケットが配設され、
   上記ガスケットのシリンダボア間に対応する部分には、上記シリンダブロックのウォータジャケットと上記ジャケット本体とを連通する連通孔が貫通形成され、
   上記ウォータジャケットスペーサの上部の排気側部分は、気筒列方向他端側に向かって高さ寸法が小さくなり、上記ウォータジャケットスペーサの上部の吸気側部分は、気筒列方向一端側に向かって高さ寸法が小さくなることを特徴とするエンジンの冷却構造。
3. 請求項２に記載のエンジンの冷却構造において、
   上記冷却液経路は、上記ウォータジャケットスペーサの上部を上記シリンダライナの上部外周りから離間させて形成されていることを特徴とするエンジンの冷却構造。
4. 請求項１に記載のエンジンの冷却構造において、
   上記開口部は、上記ウォータジャケットスペーサの気筒列方向一端部に形成され、
   上記冷却液経路は、上記開口部から導入された冷却液を該冷却液経路の排気側部分から吸気側部分に循環させるように形成されていることを特徴とするエンジンの冷却構造。
5. 請求項４に記載のエンジンの冷却構造において、
   上記シリンダブロックと共に上記エンジンを構成するシリンダヘッドには、該シリンダブロックのウォータジャケットからの冷却液が流れるシリンダヘッドウォータジャケットが形成され、
   上記シリンダヘッドウォータジャケットは、気筒の燃焼室の周囲に形成されたジャケット本体を有し、
   上記シリンダヘッドの下面には、上記ジャケット本体を覆うようにガスケットが配設され、
   上記ガスケットのシリンダボア間に対応する部分には、上記シリンダブロックのウォータジャケットと上記ジャケット本体とを連通する連通孔が貫通形成され、
   上記ウォータジャケットスペーサの上部の排気側部分は、気筒列方向他端側に向かって高さ寸法が小さくなり、上記ウォータジャケットスペーサの上部の吸気側部分は、気筒列方向一端側に向かって高さ寸法が小さくなることを特徴とするエンジンの冷却構造。
6. 請求項４又は５に記載のエンジンの冷却構造において、
   上記シリンダブロックと共に上記エンジンを構成するシリンダヘッドには、該シリンダブロックのウォータジャケットからの冷却液が流れるシリンダヘッドウォータジャケットが形成されており、
   上記ウォータジャケットスペーサの気筒列方向一端部には、上記冷却液経路を循環した冷却液を上記シリンダヘッドウォータジャケットに導出する冷却液導出部が形成され、
   上記ウォータジャケットスペーサにおける上記冷却液導出部と上記開口部との間には、該開口部から導入された冷却液の流れを制限する冷却液制限部が形成されていることを特徴とするエンジンの冷却構造。
7. 請求項２又は３に記載のエンジンの冷却構造において、
   上記ウォータジャケットスペーサの気筒列方向一端部には、上記冷却液経路を循環した冷却液を上記シリンダヘッドウォータジャケットに導出する冷却液導出部が形成され、
   上記ウォータジャケットスペーサにおける上記冷却液導出部と上記開口部との間には、該開口部から導入された冷却液の流れを制限する冷却液制限部が形成されていることを特徴とするエンジンの冷却構造。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のエンジンの冷却構造において、
   上記エンジンは多気筒エンジンであり、
   上記ウォータジャケットは、各気筒に設けられた上記シリンダライナ周りに形成され、
   上記ウォータジャケットスペーサは、樹脂製であって、複数の上記シリンダライナ周りを囲むように配置され、
   上記シリンダブロックのシリンダボア間と上記ウォータジャケットスペーサの該シリンダボア間に対応する部位との間には、シール部材が設けられていることを特徴とするエンジンの冷却構造。

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