JP2006090192A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ウォータジャケットの幅寸法が縮小方向にばらついても、重要度が高い内側通路における所期性能の確保が可能な内燃機関の冷却装置を提供する。
【解決手段】本発明は、スペーサ１０の内面に、内側通路１２の通路幅を所定量に維持する凸部１６を形成した。これにより、たとえウォータジャケット７を形成する工程でウォータジャケット７の幅寸法が縮小しても、内側通路１２においては，凸部１６で通路幅が維持されるから、所望のシリンダライナ２ａ〜２ｄの温度分布をもたらす必要な所期の性能が、そのまま確保される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内部がスペーサで区画されるウォータジャケットを用いてシリンダライナの冷却を行なう内燃機関の冷却装置に関する。

水冷のレシプロ式内燃機関の多くは、シリンダライナ（シリンダボアを形成するもの）が組み込まれたシリンダブロックに、シリンダライナを取り囲むようにウォータジャケットを形成しておき、このウォータジャケットの一端側に形成された冷却水入口部から冷却水をウォータジャケットへ流通させる冷却構造が採用されている。

こうした冷却構造では、近時、容易にシリンダライナの温度分布が変更できるよう、ウォータジャケットは変更せずに、該ウォータジャケット内に、シリンダライナを取り囲むようにスペーサを設けてウォータジャケットを内側通路と外側通路とに区画するという手法で、ウォータジャケットを、求めるシリンダライナの温度分布をもたらす冷却水の流量や流速のコントロールを可能にした形状にすることが行われている（例えば特許文献１を参照）。
特開２００３−２６２１５５号公報

ところで、ウォータジャケットの幅寸法は、大きくばらつくことがある。

これは、ウォータジャケットは、シリンダブロックを鋳造で成形する際、一緒に成形されることによる。すなわち、鋳造工程では、ウォータジャケット形状にならう型部分を突出させた型部分を用い、この型部分の周囲に溶融金属を充填させる手法が用いられる。しかし、ウォータジャケットを成形する型部分の表面は、シリンダヘッドが大量に生産され続けるに伴い摩耗が生ずる。このため、ウォータジャケットの幅寸法は、この摩耗を受けて、定められた範囲よりも、縮小するといった挙動が見られる。

ところで、スペーサで区画される内側通路や外側通路は、設定された幅寸法が確保されることによって、始めて、所望のシリンダライナの温度分布を得るに必要な流量や流速をもたらす。特に内側通路の幅寸法は、シリンダライナと接する冷却水を流通させるために（シリンダライナの温度分布を左右するため）、外側通路よりも、かなり要求度は高い。例えば内側通路では、規定値より０．５〜１．０mm程度縮小するだけでも、シリンダライナの温度に大きな影響を与える。

このため、金型の摩耗が進んで、ウォータジャケットの幅寸法が、内側通路の幅寸法の許容量（公差）を超えて縮小するようなことが生じると、求められる冷却水の流量や流速が内側通路で確保されなくなり、所望のシリンダライナの温度分布が確保できなくなる問題がある。

そこで、本発明の目的は、ウォータジャケットの幅寸法が縮小方向にばらついても、内側通路における所期性能の確保が可能な内燃機関の冷却装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、スペーサで形成される内側通路の通路幅を所定量に維持する維持手段を設ける構成を採用した。

請求項２に記載の発明は、維持手段として、スペーサの内面から必要な通路幅を確保する突出寸法で内側通路へ突出させてシリンダライナに当接する凸部を採用した。

請求項３に記載の発明は、さらに凸部がスペーサの下部に配置される構成を採用した。

請求項１に記載の発明によれば、たとえウォータジャケットを形成する工程でウォータジャケットの幅寸法が縮小することがあっても、内側通路の通路幅は、凸部先端とシリンダライナの外周面との当接、同当接に伴うスペーサの変形などがもたらす維持機能により、確保できる。

それ故、最も重要とされる内側通路での所期の性能は、ウォータジャケットのばらつきに左右されずに確保でき、所望のシリンダライナの温度分布が確保できる。

請求項２に記載の発明によれば、さらに上記効果に加え、凸部を用いた簡単な構造で、重要度の高い内側通路の通路幅の確保ができ、シリンダライナに凸部を当接させることで、スペーサの位置決めが行える。

請求項３に記載の発明によれば、さらに上記効果に加え、凸部が、シリンダライナのピストン下死点側で求められる保温効果を助長する機能、すなわち内側通路のピストン下死点側における冷却水を阻害したり、凸部がシリンダライナの外周面と接触して冷却水による冷却を妨げたりするなど、熱伝達率を下げる機能を合わせもつようになり、その分、シリンダライナの温度分布のコントロールが容易に行える。

［一実施形態］
以下、本発明を図１〜図４に示す一実施形態にもとづいて説明する。

図１は、水冷のレシプロ式多気筒内燃機関、例えば４気筒のレシプロエンジンの一部を示し、図２はそのエンジンの一部を分解した斜視図、図３および図４は各部の断面図をそれぞれ示していて、同図中１は同エンジンのシリンダブロックを示している。このシリンダブロック１には、例えば４つのシリンダライナ２ａ〜２ｄを連続して並べて構成されるサイヤミーズタイプが用いられている。この各シリンダライナ２ａ〜２ｄにより、シリンダブロック１の頭部に、直列に並ぶシリンダボア３ａ〜３ｄを形成している。これら各シリンダボア３ａ〜３ｄ内には、それぞれピストン４（図３のみに二点鎖線で図示）が往復動可能に収められる。またシリンダブロック１の上部には、例えばシリンダボア３ａ〜３ｄ毎、燃焼室５ａ（図３のみに図示）、吸気・排気ポート、吸気・排気側の動弁機構、点火プラグ、インジェクタ（いずれも図示せず）などが組付いたシリンダヘッド５（図１、図３および図４中に二点鎖線で図示）が搭載されている。そして、往復動するピストン４により、クランクシャフト（図示しない）から軸出力が出力されるようにしている。なお、６は、シリンダブロック１の頭部とシリンダヘッド５との間に介在されるガスケットを示す（図３および図４のみに二点鎖線で図示）。

図１および図２に示されるようにシリンダブロック１には、エンジンの冷却装置を構成するウォータジャケット７が形成されている。ウォータジャケット７は、各シリンダライナ２ａ〜２ｄを取り囲む所定幅の溝部から形成されている。この溝部は、例えば図２に示されるようにシリンダライナ２ａ〜２ｄの長さのほぼ中間地点までの深さをもつ。このウォータジャケット７の一端側の最上段の壁面には、例えば角形の切欠き部よりなる冷却水入口部８が形成されている。この冷却水入口部８は、シリンダヘッド５の前部で縦方向に延びている冷却水供給通路９と連通している。またこの冷却水供給通路９は、シリンダヘッド５のウォータジャケット（図示しない）の一端側にも連通していて、ウォータポンプ（図示しない）からの冷却水が、冷却水供給通路９を通じて、シリンダブロック１のウォータジャケット７、シリンダヘッド５のウォータジャケット（図示しない）との双方へ流入される構造にしている。なお、ウォータジャケット７の他端部は、例えばシリンダヘッド５のウォータジャケット（図示しない）の他端部を通じて、同シリンダヘッド５の後部に形成されている冷却水出口部（図示しない）から流出される構造となっている。

このウォータジャケット７の内部には、図１、図３および図４に示されるようにシリンダライナライナ２ａ〜２ｄを取り囲むようにウォータジャケットスペーサ１０（本願のスペーサに相当）が収められている。このウォータジャケットスペーサ１０には、例えば図１および図２に示されるようなウォータジャケット７の溝部の厚み方向中間部を占める外形をもつ合成樹脂製の枠形部品が用いられる。具体的にはウォータジャケットスペーサ１０は、例えば図２に示されるようにウォータジャケット７の深さと同等の長さ寸法をもつ４つの薄肉の円筒状部１１ａ〜１１ｄを前後に連続的に連結させて、ウォータジャケット７の幅方向中間を占める外形とした筒形部品が用いられる。このウォータジャケット７内での区画（幅方向）により、シリンダライナ２ａ〜２ｄの外周面とウォータジャケットスペーサ１０の内周面との間には内側通路１２を形成し、反対側のウォータジャケットスペーサ１０の外周面とウォータジャケット７の外側の壁面との間には外側通路１３を形成している。

こうしたウォータジャケットスペーサ１０の上部外縁のうち、円筒状部１１ａ〜１１ｄ間の窪んだ部分１１ｘには、それぞれ図２および図４に示されるように台部１４が設けられている。これら台部１４は、いずれも窪んだ部分の外縁から開口を覆いながら外側へ張り出す横壁状のリブで形成される。またウォータジャケット７のライナ間の内方へ突き出た部分７ａの上面には、上記台座１４が嵌まる段差部１５が形成されている。この台部１４の段差部１５に対する嵌合により、ウォータジャケット７に挿入されたウォータジャケットスペーサ１０の姿勢を規制して、ウォータジェットスペーサ１０が前後左右方向に移動しないように位置決めている。

一方、図２および図３に示されるようにウォータジャケットスペーサ１０の内面、例えばピストン下死点の近傍となる最下部の地点には、凸部１６（本願の維持手段に相当）が点在している。具体的には、凸部１６は、各円筒状部１１ａ〜１１ｄのうち、エンジンの吸気側（吸気ポート、吸気弁が配置される側）と排気側（排気ポート、排気弁が配置される側）に配置される各壁部分中央の内面の下部にそれぞれ対をなして設けられている。これら凸部１６は、いずれも例えば図２および図３に示されるようにウォータジャケットスペーサ１０の下部端から上側へ直線状に延びる短い全長の突条から形成されている。また各凸部１６は、所定の突出量、すなわち所望とするシリンダライナ２ａ〜２ｄの温度分布を得る冷却水の流量や流速を確保するのに適した幅寸法δ（図２に図示）で、ウォータジャケットスペーサ１０の内面から内側通路１２へ突き出ている。また各凸部１６の先端は、ここではシリンダライナ２ａ〜２ｄの外周面と接触している。ウォータジャケットスペーサ１０は、この凸部１６により、シリンダライナ２ａ〜２ｄから離れた地点に規制され、金型の摩耗による縮小の影響が最も大きな部位、すなわち各シリンダライナ２ａ〜２ｄの底部側（厚み方向外側が傾斜していることによる）とウォータジャケットスペーサ１０の下部との間で、ライナ温度分布の維持に必要な冷却水の流量や流速をもたらす流通空間が確保されるようにしている。また凸部１０は、保温効果が求められるシリンダライナ２ａ〜２ｄの下部、すなわちピストン下死点側に配置されることによって、同ピストン下死点側での保温効果を高める部品も兼ねている。すなわち、凸部１６が、水流に対する障害物となることを用いて、内側通路１２の底側を流れる冷却水をよどませ、シリンダライナ２ａ〜２ｄとの熱伝達率を低下させる機能をもたらせている。さらに凸部１６がシリンダライナ２ａ〜２ｄに当接することにより、ウォータジャケットスペーサ１０の位置決めを行える。

このように構成されたエンジンによると、冷却水入口部８からシリンダブロック１へ流入された冷却水うち、多くの流量は、ウォータジャケット７の一端側から、外側通路１３へ流入される。そして、ピストン上死点側では、冷却水が速い流れで、またピストン下死点側冷却水では緩慢な流れで、ウォータジャケット７の他端側（出口側）へ向って流れる。また残る流量の冷却水は、ウォータジャケットスペーサ１０の周囲の隙間、主に上部の隙間を通じて、内側通路１２へ流入される。そして、ピストン上死点側では、冷却水が、冷却に必要な流量、流速で流れ、シリンダライナ２ａ〜２ｄのピストン上死点側を適切に冷却する。またピストン下死点側では緩慢な流れで流れる。

このときの内側通路１２のピストン下部側における冷却水の挙動（水量、流速：低下）により、シリンダライナ２ａ〜２ｄの下部における熱伝達率は抑えられる。すると、シリンダライナ２ａ〜２ｄの下部の壁面温度、すなわちピストン下部側の壁面温度は上昇し、同部分を保温するような保温効果をもたらす。

これにより、シリンダライナ２ａ〜２ｄは、ピストン上死点側が十分に冷却され（高い熱伝達率による）、反対にピストン下死点側がライナ温度の上昇を伴う（低い熱伝達率による）といった、所望の温度分布が得られる。

ここで、鋳造でシリンダブロック１を大量生産するとき、金型の摩耗によりウォータジャケット７の幅寸法が、図３中の二点鎖線に示されるように規定値よりも縮小されていたとする。

このときには、凸部１６は、シリンダライナ２ａ〜２ｄの外周面と当接した状態のまま、すなわち所定の幅寸法δを維持したまま、外側通路１３側へ変位する。この変位が、円筒状部１１ａ〜１１ｄで生ずる変形により許容される。これにより、内側通路１２では、求める必要最小限の通路幅が確保できる。

このことは、たとえ成形工程のばらつき（金型の摩耗による）でウォータジャケット７の幅寸法が縮小（例えば０．５mm〜１．０mm程度）することがあっても、内側通路１２の通路幅は、ウォータジャケット７の全域（高さ方向、シリンダライナが並ぶ方向）で確保できる。

それ故、内側通路１２での所期の性能は、ウォータジャケット７のばらつきに左右されずに確保でき、所望のシリンダライナ７の温度分布が得られる。しかも、通路幅の維持は、ウォータジャケット７の内面に凸部７を設けただけでよいから、簡単である。そのうえ、凸部１６をウォータジャケット７の下部に設ける構造は、凸部１６が、上記した通路幅を維持する機能だけでなく、シリンダライナ２ａ〜２ｄのピストン下死点側で求められる保温効果を助長する機能、すなわち内側通路１２のピストン下死点側を流れる冷却水を阻害したり、凸部１６がシリンダライナ２ａ〜１ｄの外周面と接触して冷却水による冷却を妨げたりするなど、熱伝達率を下げる機能を合わせもつようになるから、容易にシリンダライナ２ａ〜２ｄの温度分布のコントロールができる利点もある。

なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば一実施形態では、突条で形成される凸部を用いて、内側通路の通路幅を維持する構造を挙げたが、これに限らず、他の形状や構造の凸部を用いもよい。

本発明の一実施形態の要部となるシリンダブロックを示す斜視図。 凸部が付いたスペーサを、シリンダヘッドから外した状態と共に示す分解斜視図。 図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図。 図１中のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

符号の説明

１…シリンダブロック、２ａ〜２ｄ…シリンダライナ、３ａ〜３ｄ…シリンダボア、４ピストン、７…ウォータジャケット、１０…ウォータジャケットスペーサ（スペーサ）、１１…内側通路、１２…外側通路、１６…凸部。

Claims (3)

1. シリンダボアを構成するシリンダライナと、
   前記シリンダライナを取り囲むように形成されたウォータジャケットと、
   前記ウォータジャケット内に前記シリンダライナを取り囲むように収められ、前記ウォータジャケット内を内側通路と外側通路とに区画するスペーサとを有する内燃機関の冷却装置において、
   前記内側通路の通路幅を所定量に維持するための維持手段を有する
   ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 前記維持手段は、前記スペーサの内面から必要な通路幅を確保する突出寸法で前記内側通路へ突出させた凸部で形成されるとともに前記シリンダライナに当接することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
3. 前記凸部は、前記スペーサの下部に配置されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。

Images