JP2006090197A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スペーサ下部を通じて内側通路へ流入する外側通路の冷却水を抑えること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、シール部材１６によって、外側通路１３の冷却水が、スペーサ１０の下部とウォータジャケット７の底面７ａとの間を通じて、内側通路１２へ流れ込むのを規制するようにした。これにより、スペーサ１０下部を通じて内側通路１２へ流入する無用な冷却水を抑えられ、内側通路１２で行うシリンダライナ下部側（ピストン下死点側）における保温効果が高めることができる。
【選択図】 図４

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。

ところで、シリンダライナは、ピストンの往復動でもたらす燃焼サイクルにより、燃焼室に近いピストン上死点側は、燃焼行程の燃焼熱を直接的に受けるために温度上昇しやすい。反面、燃焼室から離れるピストン下死点側は、温度上昇しにくい。

そこで、内燃機関の機種毎、こうした要求に応えられるよう、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スペーサを挿入して、ウォータジャケット内を外側通路と内側通路とに区画したうえ、ウォータジャケットの上部から冷却水を流入させる構造を採用することが進められている（例えば特許文献１を参照）。この構造により、内燃機関の機種毎、シリンダライナと接する内側通路やスペーサで隔てた外側通路毎で冷却水の流量や流速を変えつつ、シリンダライナの冷却性が求められる内側通路のピストン上死点側で必要な冷却水の流量や流速を確保し、シリンダライナの保温効果が求められる内側通路のピストン下死点側で流量や流速を低下させるという、コントロールが可能となる。
特開２００３−２６２１５５号公報

ところで、スペーサは、単純にウォータジャケット内に挿入して組付けられる構造のため、スペーサの上下部には隙間が生じやすい。特にスペーサをウォータジャケット内に置く構造（フローティング）は、スペーサの下部とウォータジャケットの底面との間のクリアランスが大きくなりやすい傾向にある。

このため、外側通路の下部を流れる冷却水が、スペーサ下部とウォータジャケットの底面との間に生じる隙間を通じて、内側通路の下部へ流れ込み、この外側通路の冷却水流（内側通路の冷却水より温度が低）の影響で、シリンダライナの下部側（ピストン下死点側）における保温効果を低下させるという問題を生じていた。保温効果の低下は、ピストンとシリンダライナとの間で無用なフリクションを生じさせる要因ともなる（燃費：悪化）。

そこで、本発明の目的は、スペーサ下部を通じて内側通路へ流入する外側通路の冷却水を抑えること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、外側通路の冷却水が、スペーサの下部とウォータジャケットの底面との間を通じて、内側通路へ流れ込むのを規制する規制手段を設ける構成を採用した。

請求項２に記載の発明は、規制手段として、簡単な構造ですむよう、スペーサの下部全周に、ウォータジャケットの底部と嵌まり、スペーサ下部とウォータジャケット底面間をシールするシール部材を採用した。

請求項３に記載の発明は、熱がこもりやすいシリンダライナ間部分の冷却性の確保を考慮する場合の対応として、シール部材には、シリンダライナ間に相当する部分に形成された、外側通路の冷却水が内側通路へ流れ込むのを許す許容部と、残るスペーサ下部とウォータジャケット底面間の部分を遮る遮断部とを有した構成を採用することとした。

請求項１に記載の発明によれば、スペーサ下部を通じて外側通路から内側通路へ流入する冷却水を抑えることができる。

したがって、内側通路で行われるシリンダライナ下部側（ピストン下死点側）における保温効果を高めることができ、内燃機関のフリクションを低減させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、さらに上記効果に加え、簡単な構造で、内側通路への冷却水の流入を防ぐことができる。

請求項３に記載の発明によれば、さらに上記効果に加え、熱がこもりやすいシリンダライナ間部分の対策が必要な場合、シール部材を活用した簡単な構造で、同部分の冷却性が確保できる。

［第１の実施形態］
以下、本発明を図１〜図４に示す第１の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は各部の詳細を示していて、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、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４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４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および図３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。

また図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の下部には、シール部材１６（本願の規制手段に相当）が設けられている。具体的には、シール部材１６は、例えばゴム部材よりなる、円筒状部１１ａ〜１１ｄの全周形状にならう枠形の部品で形成される。このシール部材１６の上端部の厚み方向中央には、図４に示されるようにスペーサ形状にならって組付用の溝部１７が形成されている。そして、この溝部１７が各円筒状部１１ａ〜１１ｄの下端と嵌合して、ウォータジャケットスペーサ１０の下部にシール部材１６を組付けている。むろん、嵌合構造は、嵌合間を冷却水が流通するのを妨げる性能をもつ。またシール部材１６の下部には、全周に渡り、図４に示されるように各円筒状部１１ａ〜１１ｄの下部と、ウォータジャケット７の底面７ａ間に嵌まり込むリップ部１８が形成されている。リップ部１８は、図２および図３に示されるように同間の形状にならう外形形状に形成されている。そして、このリップ部１８の外面がウォータジャケット７の底面７ａと密着してシールしている。つまり、シール部材１６により、ウォータジェットスペーサ１０の下部全周とウォータジャケット７の底面全周との間はシールされる。このシールより、外側通路１３の冷却水が、ウォータジャケットスペーサ１０の下部を通じて、内側通路１２へ流入するのを規制している。

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、冷却水が滞留する挙動を伴いながら流れる。

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が抑えられる。これにより、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。

このとき、ウォータジャケットスペーサ１０の下部とウォータジャケット７の底面との間は、シール部材１６により、内外方向に冷却水が流れないよう遮られているから、外側通路１３の冷却水が、ウォータジャケットスペーサ１０の下部を通じて、無用に内側通路１２への流れ込むのが抑制される。これにより、シリンダライナ２ａ〜２ｄの保温効果が、外側通路１３から流入する冷却水によって妨げられるのを防ぐことができる。

それ故、シリンダライナ下部の保温効果を高めることができ、それにより内燃機関のフリクションの低減を図ることができる。特に内側通路１２への冷却水の流入を規制する構造は、ウォータジャケットスペーサ１０の下部全周に、ウォータジャケット７の底面に嵌まる形状のシール部材１６を設けるだけなので、簡単であり、またコスト的な負担も少ない。

［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態を示す。

本実施形態は、熱のこもりやすいシリンダライナ２ａ〜２ｄ間（気筒間）の冷却性を確保する場合のシール部材１６を示す。

このときのシール部材１６には、シリンダライナ間に相当する円筒状部１１ａ〜１１ｄ間のくびれた連結部２０ａ〜２０ｃに、それぞれ冷却水の流れ込みを許す許容部２１を形成し、残るウォータジャケットスペーサ下部とウォータジャケット底面との間の部分を遮る遮断部２２を形成した構造を用いる。すなわち、本実施形態は、例えば第１の実施形態のシール部材１６を、複数に分割、具体的には例えば許容部２１を除いた４つのシール部材片１６ａ〜１６ｄに分割した構造が用いてある。つまり、シール部材１６は、ウォータジャケットスペーサ１０の下部に、これらシール部材片１６ａ〜１６ｄが、連結部２０ａ〜２０ｄに相当する部分で所定の大きさの空き部分が形成されるよう組付くことによって、シール部材片１６ａ〜１６ｄが有る部分を遮断部２２とし、シール部材片１６ａ〜１６ｄの無い空き部分を許容部２１としている。これにより、シリンダライナ２ａ〜２ｄ間に相当する部分を除くウォータジャケットスペーサ下部とウォータジャケット底面との間を遮るようにして、熱がこもりやすい部位からだけ、外側通路１３から内側通路１２へ冷却水が流入させるようにしている。

これにより、シール部材１６を活用して、熱がこもりやすい部位の対処と、シリンダライナ下部側における保温効果とを両立させることができる。

なお、本実施形態では、シール部材を複数に分割した構造で許容部を構成したが、これに限らず、例えばシール部材のシリンダライナ間に相当するリップ部分の外面から内面に、同区間を連続する通路（溝や孔などによる）を形成し、外側通路の冷却水を該通路を通じて内側通路へ局所的に流れ込むようにした構造を採用してもよく、その構造には限定されるものではない。

但し、図５において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。

なお、本発明は上述した各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。

本発明の第１の実施形態の要部となるシリンダブロックを示す斜視図。 シート部材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。 スペーサからシール部材を状態を示す部分斜視図。 図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図。 本発明の第２の実施形態の要部を示す分解斜視図。

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、８…冷却水入口部（入口部）、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…シール部材、１８…リップ部、２１…許容部、２２…遮断部。

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有し、
   前記ウォータジャケットの一端側から冷却水が流入可能な内燃機関の冷却装置において、
   前記外側通路の冷却水が、前記スペーサの下部と前記ウォータジャケットの底面との間を通じて、前記内側通路へ流れ込むのを規制する規制手段を有する
   ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 前記規制手段は、前記スペーサの下部全周に設けられ、前記ウォータジャケットの底部と嵌まり、スペーサ下部とウォータジャケット底面間をシールするシール部材から構成され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. 前記ウォータジャケットは、並設した複数のシリンダライナを取り囲むように形成され、前記スペーサは、このウォータジャケット内に複数のシリンダライナを取り囲むように収められて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し、
   前記シール部材は、前記シリンダライナ間に相当する部分に形成され前記外側通路の冷却水が前記内側通路へ流れ込むのを許す許容部と、残る前記スペーサ下部と前記ウォータジャケット底面間の部分を遮る遮断部とを有して構成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。

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