JP2007315195A - 内燃機関のシリンダブロックおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダボア間の冷却用連通路を流れる流量の増量に好適な内燃機関のシリンダブロックおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】一直線上に複数のシリンダボア２が並設されたシリンダブロック１に、並設方向の一端側から各シリンダボア２の左右両側に分かれ、他端側へと通過するよう形成された冷却水流路５Ａ、５Ｂと、前記左右に分かれた冷却水流路５Ａ、５Ｂを、各シリンダボア２間において連通させるか若しくは各シリンダボア２間においてトップデッキ上に連通させる冷却用連通路６とを備えたウォータジャケット５を形成し、前記冷却水流路５Ａ、５Ｂの前記冷却用連通路６が開口した部位若しくはその近傍に、シリンダ壁３若しくはシリンダブロック外壁４から冷却水流路５Ａ、５Ｂを横断する複数のブリッジ９を設けるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のシリンダブロックおよびその製造方法に関するものである。

従来から内燃機関のシリンダボア間に形成した冷却用連通路の冷却水通過流量を増量させるため、冷却用連通路のウォータジャケットへの開口部近傍に冷却水を案内する整流壁を設けることが提案されている（特許文献１、２参照）。

上記特許文献１では、ウォータジャケットを構成する冷却水通過流路と冷却用連通路との各分流部位に、水流に方向性を付与する整流壁を設けるようにしている。具体的には、前記整流壁は、吸気側冷却水通過流路では、前記分流部における分流点の下流に形成して水流を連通路側に向け、排気側の冷却水通過流路では、分流部における分流点の上流に形成して水流を下流側に向けるようにしている。

上記特許文献２では、ウォータジャケットの外壁に開口する、冷却用連通孔加工用のキリ孔をふさぐ盲プラグに、シリンダボア回りを流れる冷却水をボア間の冷却用連通孔へ向ける整流突起として、冷却水の流れ方向に略直交する起立板を設け、冷却用連通孔側の先端に冷却水を上向きに付勢する斜辺部を形成するようにしている。
特開平１０−１９６４４９号公報 実開平７−２２０５２号公報

しかしながら、上記従来例では、いずれも冷却用連通路のウォータジャケットへの開口部近傍に冷却水を案内する整流壁を設けて、前記開口部近傍でのウォータジャケット内の水流を部分的に制限するものであるため、該当部分を回避する流れを誘発し、結果的に該当部分への冷却水の流れが抑制されることとなり、シリンダボア間の冷却用連通路を流れる流量を増量できない不具合があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、シリンダボア間の冷却用連通路を流れる流量の増量に好適な内燃機関のシリンダブロックおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、一直線上に複数のシリンダボアが並設されたシリンダブロックに、並設方向の一端側から各シリンダボアの左右両側に分かれ、他端側へと通過するよう形成された冷却水流路と、前記左右に分かれた冷却水流路を、各シリンダボア間において連通させるか若しくは各シリンダボア間においてトップデッキ上に連通させる冷却用連通路とを備えたウォータジャケットを形成し、前記冷却水流路の前記冷却用連通路が開口した部位若しくはその近傍に、シリンダ壁若しくはシリンダブロック外壁から冷却水流路を横断する複数のブリッジを設けるようにした。

したがって、本発明では、内燃機関のシリンダブロックのウォータジャケットにおける左右に分かれた冷却水流路を、各シリンダボア間において連通させるか若しくは各シリンダボア間においてトップデッキ上に連通させる冷却用連通路が開口した部位若しくはその近傍に、シリンダ壁若しくはシリンダブロック外壁から冷却水流路を横断する複数のブリッジを設けたため、前記ブリッジを通過する冷却水を均一な流速分布とでき、冷却水がウォータジャケットの下部側に偏って流れることを抑制でき且つその圧力を上昇でき、シリンダボア間に配置した冷却用連通路内へ流入する冷却水量を増加させ、シリンダボア間の放熱性を向上させることができる。

以下、本発明の内燃機関のシリンダブロックおよびその製造方法を各実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明を適用した内燃機関のシリンダブロックの第１実施形態を示す断面図、図２はシリンダブロックの一方のバンクの平面図、図３は前記一方のバンクの断面図である。

図１〜図３は、夫々の片側に３気筒のシリンダボアを備えるＶ型６気筒内燃機関のシリンダブロック１を示し、夫々のバンクには３つのシリンダボア２を備えており、夫々のバンクの各シリンダボア２は夫々のシリンダ壁３を連ねて一直線上に並設され、その周りをブロック外壁４で囲んでウォータジャケット５が形成されている。図１に示すシリンダブロック１は、図中の右半分がシリンダボア２の中心を含む断面図であり、図中の左半分がシリンダボア２間の断面図である。

前記ウォータジャケット５は、各シリンダボア２の吸気側（両バンクの内側であり、図２、３では下側）と排気側（両バンクの外側であり、図２、３では上側）にあたる左右両側に分かれ、互いに対称形となる波形に形成され、一端側（図２、３では左側）から他端側（図２、３では右側）へと通過する冷却水流路５Ａ、５Ｂと、各シリンダボア２間のシリンダ壁３を貫通させて前記吸気側冷却水流路５Ａをトップデッキ上（図示しない、シリンダヘッド側）に連通させる冷却用連通路６とを備える。前記冷却用連通路６は、図１に示すように、前記吸気側冷却水流路５Ａ側において二又に分岐させており、冷却水が前記吸気側冷却水流路５Ａ側の二箇所の流入口から冷却用連通路６に流入し、分岐部で合流してトップデッキ上に流出されるよう構成している。

前記シリンダ壁３同士が連結されている部位に対応する前記ブロック外壁４には、図示しないシリンダヘッドを固定するためのボルト孔８が形成され、このボルト孔８を囲んでボス肉部分８Ａをブロック外壁４に形成している。このボス肉部分８Ａは、各シリンダボア２間の内方に窪んでいるシリンダ壁面３にウォータジャケット５の空間を介在させて対面している。

前記ウォータジャケット５は、シリンダボア２の並設方向に対して一端（図２、３においては左手前）側に図示しない入水口を備える。Ｖ型内燃機関においては、エンジン前方側の両バンク間に前記入水口が配置されている。そして、その入水口から供給された冷却水は、ウォータジャケット５の各シリンダボア２の吸気側と排気側にあたる左右両側に分かれて、各波形の冷却水流路５Ａ、５Ｂを通り抜け、他端側に配置されている図示しない出水口およびトップデッキに設けた連通孔７を介して図示しないシリンダヘッドに形成されたウォータジャケットへと送り出されるようになっている。また、冷却水流路５Ａ、５Ｂを流れる冷却水の一部は、各シリンダボア２間の冷却用連通路６を経由して、図示しないシリンダヘッドに形成されたウォータジャケットへと送り出されるようになっている。

前記ウォータジャケット５を構成するシリンダブロック１の外壁４の内面とシリンダ壁３とは、各シリンダボア２間の近傍において、シリンダブロック１と一体に形成された複数のブリッジ９により連結されている。前記複数のブリッジ９は、シリンダブロック１のヘッドボルト孔８を取囲むボス肉部分８Ａとシリンダボア２間のシリンダ壁面３とを連結する、ボア軸方向に配列された比較的断面積の大きい複数の中央ブリッジ９Ａと、中央ブリッジ９Ａを挟んでシリンダ列方向に夫々配列され、ヘッドボルト孔８を取囲むボス肉部分８Ａとシリンダ壁面３とを連結する、ボア軸方向に配列された比較的断面積の小さい複数の左右ブリッジ９Ｂとで構成され、中央ブリッジ９Ａと左右ブリッジ９Ｂとはシリンダブロック１の側面から見て、図４に示すように、千鳥状に交互に配列されている。

前記複数のブリッジ９は、前記ウォータジャケット５を構成する前記一対の冷却水流路５Ａ、５Ｂを、各シリンダボア２間の近傍部分において、複数の流路に分割する。即ち、前記中央ブリッジ９Ａは、図５に示すように、冷却水流路５Ａ、５Ｂを分割（図５では、吸気側（右側）冷却水流路５Ａおよび排気側（左側）冷却水流路５Ｂを６分割）している。また、千鳥配置された左右ブリッジ９Ｂは、中央ブリッジ９Ａで分割した各冷却水流路５Ａ、５Ｂの手前側と前方側のボア軸方向中央を横切るように配置されている。

前記ウォータジャケット５を、各シリンダボア２間の近傍において横切る複数の中央ブリッジ９Ａおよび左右ブリッジ９Ｂは、シリンダ壁３およびシリンダブロック壁面４と一体に、鋳造により形成される。図６は、鋳造時に前記ウォータジャケット５を構成する中子１０の斜視図である。図示された中子１０には、ウォータジャケット５を構成する本体部分１０Ａと、本体部分１０Ａに一体に連結した冷却水の流入口部分１０Ｂと、が形成されている。中子１０に形成された上方への複数の突起１０Ｃは、シリンダブロック１のトップデッキを貫通させてシリンダヘッドの冷却ジャケットへの連通路を構成する部分である。

前記中央ブリッジ９Ａおよび左右ブリッジ９Ｂは、ウォータジャケット５を構成する中子１０の本体部分１０Ａに、内外面間を貫通させて複数の穴１１を設けることにより形成されている。シリンダボア２間の冷却用連通路６は、図示されるように、中子１０と一体に形成してもよいが、鋳造されたシリンダブロック１にドリル加工を施して形成してもよい。

鋳造時おいては、鋳込まれる溶湯が前記中子１０を取囲み充填されることにより、ウォータジャケット５の空間を形成し、溶湯が中子１０の内外面間を貫通させた複数の穴１１に流入・充填されることによりウォータジャケット５の空間を横切る複数のブリッジ９が形成される。そして、鋳造後に中子１０を鋳物から取除くことにより、中央ブリッジ９Ａおよび左右ブリッジ９Ｂが一体形成されたシリンダブロック１を得ることができる。

以上の構成の内燃機関のシリンダブロック１によれば、入水口から流入した冷却水は、吸気側の冷却水流路５Ａと排気側の冷却水流路５Ｂとに分かれ、図７、８に示すように、吸気側の冷却水流路５Ａに流れ込んだ冷却水は、先ず、手前側の複数の左右ブリッジ９Ｂを廻り込むよう流れが曲げられ、次いで、中央ブリッジ９Ａを廻り込むように流れが曲げられ、さらに、奥側の左右ブリッジ９Ｂを廻り込むよう流れが曲げられて流れる。このように流れが曲げられると、流れが曲げられる手前側の範囲から圧力（動圧）が上昇される反面その流速が低下され、ブリッジ９間においては流路が狭められることにより流速が低下され、圧力が上昇される。図９は中央ブリッジ９Ａを通過している冷却水の流速分布を示したものであり、図１０は比較のためにブリッジを備えていないものにおける冷却水の流速分布を示したものである。

前記ブリッジを備えない比較例においては、図１０に示すように、流路抵抗となる部材が存在しないため、冷却水流路５Ａにおける流速が０．６〜１．３［ｍ／ｓｅｃ］と比較的速く且つ冷却水流路５Ｂの中央側において比較的高い流速（１．３［ｍ／ｓｅｃ］）を示すものの、冷却水流路５Ａの上方の周辺領域に開口させてシリンダボア２間に配置した冷却用連通路６内における冷却水の流速はその最大値が１．９［ｍ／ｓｅｃ］と比較的低いものとなっている。

これに対し、本実施形態における流速分布は、図９に示すように、中央ブリッジ９Ａ間を通過中の冷却水の平均流速が０．４〜０．６［ｍ／ｓｅｃ］と比較的低い値となっているものの、冷却水流路５Ａの全領域において一様な流速分布が得られており、これがため、通過中の冷却水圧力が上昇されて、冷却水流路５Ａの上方の周辺領域に開口させてシリンダボア２間に配置した冷却用連通路６内における冷却水の流速が２．１〜３．８［ｍ／ｓｅｃ］と比較的高い値が得られている。

即ち、本実施形態では、中央ブリッジ９Ａおよび左右ブリッジ９Ｂがボア２軸方向に千鳥状に配置されていることにより、中央ブリッジ９Ａ間の通路の先には左右ブリッジ９Ｂが配列されているため、中央ブリッジ９Ａ間の通路を通過する際の動圧が上昇される。このため、ウォータジャケット５の前記一対の冷却水流路５Ａ、５Ｂを流れる冷却水の流速は、各シリンダボア２間の近傍に配置した各ブリッジ９間を通過する際に、その流速が低下されるものの均一な流速分布とされ、冷却水がウォータジャケット５の下部側に偏って流れることを抑制できる一方、その圧力が上昇される。前記圧力上昇は、冷却水流路５Ａ、５Ｂの上方の周辺領域に開口させてシリンダボア２間に配置した冷却用連通路内６へ流入する冷却水量を増加させ、シリンダボア２間の放熱性を向上させることができる。

また、前記中央ブリッジ９Ａおよび左右ブリッジ９Ｂは、吸気側（右側）冷却水流路５Ａおよび排気側（左側）冷却水流路５Ｂのいずれの側においても、シリンダボア２を形成しているシリンダ壁３と一体となっていることにより、それ自身がシリンダ壁３の放熱面積を拡大させて冷却水流路５Ａ、５Ｂを流れる冷却水との間で積極的に熱交換が行われてボア表面からの放熱性を向上させる。しかも、これらのブリッジ９はブロック外壁４とも一体となっているため、シリンダ壁３の熱をブロック外壁４にも伝達させてブロック外壁４からも冷却水流路５Ａ、５Ｂを流れる冷却水との間で熱交換することにより放熱させるようにも機能する。これらの機能により、シリンダボア２同士の間の壁面からの放熱性を格段に向上させることができる。

本出願人の実験によれば、以上のように、各シリンダボア２間の近傍部分にシリンダ壁３面とブロック外壁４とを一体に連結する中央ブリッジ９Ａおよび左右ブリッジ９Ｂを配置することにより、シリンダボア２間の温度は、約３〜５［％］低減させることができ、シリンダボア２間以外のシリンダボア２の温度も、約２〜３［％］低減させることができた。

また、各シリンダボア２間の近傍部分にシリンダ壁面３とブロック外壁４（ヘッドボルト用のボルト穴８のボス肉部分８Ａ）とを一体に連結する中央ブリッジ９Ａおよび左右ブリッジ９Ｂを配置することにより、ブロック外壁４のボス肉部分８Ａのボルト横方向（シリンダ列と直交する方向）の剛性を向上させることができ、シリンダヘッドをヘッドボルトによりシリンダブロック１に締付けて組立てた際におけるシリンダボア２の変形を抑制することができる。

図１１は本実施形態におけるトップデッキから８０ｍｍ離れた部位におけるシリンダボア２の変形状態を、真円度（Ａ）および４次変形（Ｂ）により示したものであり、図１２は比較のために、前記ブリッジを備えないシリンダブロックにおける同様部位のシリンダボア２の変形状態を、真円度（Ａ）および４次変形（Ｂ）により示したものである。

図１１〜図１２に示すように、ヘッドボルト締付による影響により変形の大きいヘッドボルト付近に、ウォータジャケット５を橋渡しする形状で複数のブリッジ９を一体に設けることで、シリンダボア２の真円度が向上されている。シリンダボア２の真円度の向上代は、比較例に対して約５〜１５［％］改善されていた。また、シリンダボア２の４次変形においては、図１１、１２に示すように向上されており、シリンダボア２の４次変形の向上代は、比較例に対して約７〜２３［％］改善されていた。

以上のように、各シリンダボア２間の近傍部分にシリンダ壁面３とブロック外壁４（ヘッドボルト用のボルト穴８のボス肉部分８Ａ）とを一体に連結する中央ブリッジ９Ａおよび左右ブリッジ９Ｂを配置することにより、ウォータジャケット５周りの剛性が向上され、ヘッドボルトからの引張及び曲げモーメントを抑制でき、シリンダボア２の真円度、４次変形ともに改善されると共に、シリンダボア２の径縮小量も低減することができる。

なお、上記実施形態において、冷却用連通路６として、いずれか一方の冷却水流路５Ａ、５Ｂをシリンダボア２間においてトップデッキ上に連通させるものについて説明したが、図示はしないが、左右に分かれた冷却水流路５Ａ、５Ｂを、各シリンダボア２間において連通させる冷却用連通路であってもよい。

また、上記実施形態において、シリンダ壁３とシリンダブロック外壁４とを連結する複数のブリッジ９として、これらが一体に鋳造されるものについて説明したが、図示はしないが、シリンダ壁３若しくはシリンダブロック外壁４から冷却水流路５Ａ、５Ｂを横断するようシリンダボア２軸方向に配列した複数のブリッジで構成してもよく、同様の効果を発揮させることができる。

また、上記実施形態において、シリンダ壁３とシリンダブロック外壁４とを連結する複数のブリッジ９として、これらが一体に鋳造されるものについて説明したが、図示はしないが、一対の縦材同士を複数の横材を構成するブリッジで連結した梯子状部材をシリンダブロックと別体に形成し、この梯子状部材を冷却水流路５Ａ、５Ｂの前記連通路６が開口した部位若しくはその近傍にトップデッキ側から冷却水流路５Ａ、５Ｂ内に挿入・固定するものであってもよく、同様の効果を発揮させることができる。この場合には、オープンデッキタイプのシリンダブロック１に適用するに最適とできる。

また、上記実施形態において、シリンダ壁３とシリンダブロック外壁４とを連結する複数のブリッジ９として、中央に配列したブリッジ９Ａとその上流および下流に配列した左右ブリッジ９Ｂとの３列に形成したものについて説明したが、図示はしないが、複数のブリッジを１列に配列するものであってもよく、また複数のブリッジを２列にシリンダボア軸方向の位置をずらせて配列するものであってもよい。また、その配列位置として、前記連通路６が開口した部位若しくはその近傍において、ウォータジャケット５の冷却水流路５Ａ、５Ｂを縦方向に分断若しくは横断するものであればよい。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）一直線上に複数のシリンダボア２が並設されたシリンダブロック１に、並設方向の一端側から各シリンダボア２の左右両側に分かれ、他端側へと通過するよう形成された冷却水流路５Ａ、５Ｂと、前記左右に分かれた冷却水流路５Ａ、５Ｂを、各シリンダボア２間において連通させるか若しくは各シリンダボア２間においてトップデッキ上に連通させる冷却用連通路６とを備えたウォータジャケット５を形成し、前記冷却水流路５Ａ、５Ｂの前記冷却用連通路６が開口した部位若しくはその近傍に、シリンダ壁３若しくはシリンダブロック外壁４から冷却水流路５Ａ、５Ｂを横断する複数のブリッジ９を設けるようにした。このため、前記ブリッジ９を通過する冷却水を均一な流速分布とでき、冷却水がウォータジャケット５の下部側に偏って流れることを抑制でき且つその圧力を上昇でき、シリンダボア２間に配置した冷却用連通路６内へ流入する冷却水量を増加させ、シリンダボア２間の放熱性を向上させることができる。

（イ）複数のブリッジ９を、シリンダ壁３に一体に形成されてシリンダブロック外壁４側に向かって突出して冷却水流路５Ａ、５Ｂを横断するよう構成することにより、シリンダ壁面３とウォータジャケット５の冷却水流路５Ａ、５Ｂを流れる冷却水との間の熱交換の表面積を増加でき、シリンダ壁面３からの放熱性を向上させることができる。

（ウ）複数のブリッジ９を、シリンダ壁３とシリンダブロック外壁４とを連結する一体構造に形成することにより、ウォ一夕ジャケット５の内外面が複数箇所で橋渡しされ、ヘッドボルト横の剛性が向上し、ヘッド締付によるシリンダボア２の変形を抑制することができる。

（エ）複数のブリッジ９を、冷却水流路５Ａ、５Ｂに複数列がシリンダボア２軸方向の位置を異ならせて配列されることにより、放熱性および剛性が向上され、前記（ア）〜（ウ）の効果を一層向上できる。

本発明の一実施形態を示す内燃機関のシリンダブロックの断面図。 同じくシリンダブロックの一方のバンクの平面図。 一方のバンクのトップデッキから所定距離隔たった部位の断面図。 冷却水流路中のブリッジの配列を示す説明図。 中央ブリッジを含む冷却水流路を示す断面図。 ウォータジャケットを形成する中子の斜視図。 冷却水流路における冷却水の流れ方向を示す説明図。 冷却水流路における冷却水の流れ状態を示す説明図。 中央ブリッジを含む面内での冷却水の流速分布状態を示す説明図。 比較例における冷却水の流速分布状態を示す説明図。 シリンダボアの変形状態を、真円度（Ａ）および４次変形（Ｂ）状態を示す変形状態図。 比較例におけるシリンダボアの変形状態を、真円度（Ａ）および４次変形（Ｂ）状態を示す変形状態図。

符号の説明

１ シリンダブロック
２ シリンダボア
３ シリンダ壁、シリンダ壁面
４ ブロック外壁
５ ウォータジャケット
５Ａ、５Ｂ 冷却水流路
６ 冷却用連通路
７ 連通路
８ ボルト穴
８Ａ ボス肉部分
９、９Ａ、９Ｂ ブリッジ
１０ 中子

Claims (5)

1. 一直線上に複数のシリンダボアが並設されたシリンダブロックに、並設方向の一端側から各シリンダボアの左右両側に分かれ、他端側へと通過するよう形成された冷却水流路と、前記左右に分かれた冷却水流路を、各シリンダボア間において連通させるか若しくは各シリンダボア間においてトップデッキ上に連通させる冷却用連通路とを備えたウォータジャケットを形成し、
   前記冷却水流路の前記冷却用連通路が開口した部位若しくはその近傍に、シリンダ壁若しくはシリンダブロック外壁から冷却水流路を横断する複数のブリッジを設けたことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
2. 前記複数のブリッジは、シリンダ壁に一体に形成されてシリンダブロック外壁側に向かって突出して冷却水流路を横断するものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダブロック。
3. 前記複数のブリッジは、シリンダ壁とシリンダブロック外壁とを連結する一体構造に形成されて冷却水流路を横断するものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダブロック。
4. 前記複数のブリッジは、冷却水流路にシリンダボア軸方向に配列され且つ複数列がシリンダボア軸方向の位置を異ならせて配列されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の内燃機関のシリンダブロック。
5. 内燃機関のシリンダブロック鋳造時に、一直線上に複数のシリンダ壁が並設された外面形状を形成する内面とシリンダブロック外壁の内面形状を形成する外面とを備えて、並設方向の一端側から各シリンダボアの左右両側に分かれ、他端側へと通過するよう形成された冷却水流路からなるウォータジャケットを形成する中子のシリンダボア間若しくはその近傍に位置する部位に、中子の内外面を連通させる複数の貫通穴をシリンダボア軸方向に配列して設け、
   前記により得られた中子をシリンダブロックの鋳造型に設置して溶湯を鋳造型に充填することによりシリンダブロックを鋳造し、
   前記冷却水流路のシリンダボア間若しくはその近傍に、シリンダ壁とシリンダブロック外壁とを連結する複数のブリッジをシリンダボア軸方向に配列して形成することを特徴とする内燃機関のシリンダブロックの製造方法。