JP2008248738A - エンジンのウォータジャケット構造 - Google Patents

Abstract

【課題】パッキンあるいはガスケットなどを用いることなく冷却水をシールでき、しかも軽量化する。
【解決手段】樹脂製のカバー部材３の周縁部をシリンダブロック１に液密に接合することで、シリンダブロック１の外表面との間にウォータジャケットとなる間隙Ｈを形成した。
軽量化を達成できるとともに、パッキンあるいはガスケットが不要となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車エンジンを冷却するために設けられたウォータジャケットの構造に関する。

自動車エンジンのシリンダブロックには、冷却水が流通するウォータジャケットが形成されている。このウォータジャケットは、シリンダライナに沿うように上下方向の全域に亘って形成され、冷却水がこのウォータジャケットを通過する際に熱を奪うことでシリンダブロックの冷却が行われる。

ところで、シリンダ上部は燃焼室に近いため高温となりやすい。しかし燃焼室の温度が高すぎるとノックが発生し、しかも吸気の充填効率が低下して出力低下を招く。したがってシリンダ上部は、多量の冷却水を流通させて十分に冷却することが望ましい。

一方、シリンダ下部では、シリンダライナとピストンとの摺接、クランク軸の軸受け部の摺接などによって摩擦熱が発生するが、摩擦抵抗を低減して出力低下を抑制することが望ましい。摩擦抵抗は潤滑オイルの粘度に依存することから、高温に保つことが望ましいとされている。したがってシリンダ下部では、冷却水量を少なくしてあまり冷却されないようにすることが望ましい。

そこで実開昭62−190820号には、シリンダ上部にウォータジャケットを形成すると共に、オイルジャケットを形成することでシリンダ下部が比較的高温に保たれた状態で冷却できるエンジン冷却装置が提案されている。

また特開2004−340001号公報には、ウォータジャケットの底部に樹脂などを充填して浅底化することで、シリンダ上部を十分に冷却すると共にシリンダ下部の過冷却を防止したウォータジャケット構造が記載されている。
実開昭62−190820号 特開2004−340001号

ところが従来のウォータジャケット構造においては、ほぼ全体がシリンダブロックと同一のアルミニウム合金などから形成されているために、製造コストが高く重量も重いという問題があった。またウォータジャケットには水漏れを防止するためのパッキンあるいはガスケットなどが用いられているが、エンジンの熱や振動による劣化を考慮する必要があり、高価な材料を用いなければならないという問題もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、パッキンあるいはガスケットなどを用いることなく冷却水をシールでき、しかも軽量化することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する本発明のウォータジャケット構造の特徴は、シリンダブロックと、シリンダブロックの外表面に対向して配置され、周縁部がシリンダブロックに弾性シール部材を介在させることなく接合されるとともにシリンダブロックの外表面との間にウォータジャケットとなる間隙を形成する樹脂製のカバー部材と、からなることにある。

本発明のウォータジャケット構造によれば、樹脂製のカバー部材とシリンダブロックの外表面との間にウォータジャケットとなる間隙が形成されている。したがって従来のウォータジャケット構造に比べて格段に軽量化することができる。

そして樹脂製のカバー部材の周縁部がシリンダブロックに弾性シール部材を介在させることなく接合されているので、パッキンあるいはガスケットを不要として水漏れを確実に防止することができる。

したがって本発明のウォータジャケット構造によれば、エンジンのコストを大幅に低減することができ、軽量化によって燃費が大きく向上する。

さらにカバー部材は射出成形あるいはプレス成形などの型成形によって形成できるので、形状を自由に設計することができる。したがって間隙の断面積を調整することで冷却水の流量を部分的に変化させることができ、例えばシリンダ上部を十分に冷却するとともにシリンダ下部の過冷却を防止することが容易に達成できる。

本発明のウォータジャケット構造は、シリンダブロックとカバー部材とを含んでなる。シリンダブロックは従来と同様のものである。従来のエンジンでは、シリンダブロックの外周に間隔を隔てた外壁が一体形成され、外壁とシリンダブロックとの間にウォータジャケットが形成されていた。本発明では、この外壁を除いたシリンダブロックを用いることができ、したがって外壁の分の軽量化を達成することができる。

シリンダブロックの材質は、鋳鉄、アルミニウム合金など、従来用いられているものを用いることができる。

カバー部材は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）などから形成することができる。ガラス繊維などの補強材を含めることも可能である。またカバー部材の成形方法は、射出成形、ブロー成形、プレス成形など、公知の成形方法を用いることができる。

カバー部材は周縁部がシリンダブロックに液密に接合されるとともに、カバー部材とシリンダブロックの外表面との間に、ウォータジャケットとなる間隙が形成されている。カバー部材の周縁部をシリンダブロックに液密に接合するには、溶着する方法、接着剤で接着する方法、あるいはＮＭＴ法で接合する方法などがある。

溶着法としては、熱板溶着、振動溶着、超音波溶着、通電加熱、レーザー溶着などを用いることができる。レーザー溶着する場合は、例えば出力30〜 250Ｗの半導体レーザーを用いて行うことができる。

接着剤で接着する場合には、カバー部材の材質に応じて種々の接着剤が選択できるが、接着性及び耐熱性に優れたエポキシ系接着剤を用いることが望ましい。

ＮＭＴ法とは、大成プラス（株）で開発された方法であり、その内容は特開2005−119237により公知である。このＮＭＴ法を用い、表面処理したシリンダブロックを成形型内に配置し、その処理された表面に射出成形によってカバー部材を一体成形すれば、カバー部材の周縁部をシリンダブロックに液密に接合することができる。

大成プラス（株）のＮＭＴ法に関する資料によれば、エッチングによってアルミニウム合金の表面に微細な凹部が形成され、その後、アンモニア、ヒドラジン、水溶性アミン化合物の水溶液で処理した後にアルミニウム合金を金型内に配置して処理表面に樹脂を射出成形することで、細孔に溶融樹脂が進入して固化することで、アンカー効果によって高い接合強度が発現される。したがってＮＭＴ法を用いてカバー部材を形成すれば、シリンダブロックの表面に形成された微細凹部に周縁部の一部が進入して固化することで、カバー部材は周縁部が液密に接合され、シリンダブロックの外表面との間にウォータジャケットとなる間隙を形成することができる。

ＮＭＴ法を用いる場合、使用できる樹脂種が限られるので、カバー部材としての特性が満足されない場合がある。その場合には、カバー部材の周縁部を構成する枠体をＮＭＴ法で使用できる樹脂種から形成し、先ずその枠体をＮＭＴ法を用いてシリンダブロックに液密に接合する。次いで枠体と溶着又は接着可能でカバー部材としての特性を満足する樹脂からカバー部材を形成し、枠体に液密に接合することで間隙を形成すればよい。

シリンダブロックとカバー部材との間に形成された間隙は、断面積がシリンダブロックの上下方向で変化されていることが好ましい。例えばシリンダ上部では断面積が大きく、シリンダ下部では断面積が小さくなるようにする。これは、カバー部材の形状を調整することで容易に行うことができる。このようにすることで、シリンダ上部では大量の冷却水が流通するため効率よく冷却することができ、シリンダ下部では冷却水の流量が少量となるので過冷却を防止することができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

（実施例１）
図１〜４に、本実施例に係るエンジンのウォータジャケット構造を示す。この構造は、シリンダブロック１と、シリンダブロック１の一部に形成された樹脂層２と、樹脂層２に接合された一対のカバー部材３とから構成されている。

直列４気筒エンジンのシリンダブロック１は、４個のシリンダボア10が連結されてなる。シリンダボア10の内周表面にはライナ11が被覆されている。シリンダボア10の外側表面の周縁部には、外周表面から突出する段部12が無端の枠状に形成されている。そして段部12の表面には、無端の枠状の樹脂層２が接合されている。

この樹脂層２はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）から形成され、ＮＭＴ法によってシリンダボア10の段部12の表面に強固に接合されている。すなわち段部12の表面に対して、先ず酸性水溶液及び塩基性水溶液に浸漬してエッチングを行う。次いで水溶性アミン化合物で処理した後、シリンダボア10を成形型内に配置し、段部12の表面にポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を射出して、枠状の樹脂層２を成形する。得られた樹脂層２をもつ段部12は、図４に示すように処理表面に細孔13を有し、樹脂層２の樹脂が細孔13内を充填することで、樹脂層２は高い接合強度で段部12に接合されている。樹脂層２は、図２及び図３に示すように、上下に形成され横方向へ段部12の表面形状に沿って延びる一対の横枠部20と、左右に形成され横枠部20の端部どうしを連結する一対の縦枠部21とからなる。

カバー部材３は、周縁部が樹脂層２の表面形状に沿う形状に形成され、表裏を貫通する一対の筒部30が形成されている。またその表裏面は、シリンダボア10の外側表面の形状に沿うように形成されている。

このカバー部材３はＰＰＳから形成され、樹脂層２の表面にエポキシ系接着剤によって接合されている。

図２及び図３に断面図を示すように、樹脂層２の内周側でカバー部材３の内側表面とシリンダボア10の外側表面との間には間隙Ｈが形成されている。この間隙Ｈは、カバー部材３と樹脂層２との接合によって周縁部が密閉されている。そして間隙Ｈは、シリンダボア10の上部で厚く、シリンダボア10の下部で薄く形成され、一対の筒部30を介して外部と連通している。

すなわち一対の筒部30の一方を入水管として、他方を出水管として用いることで、間隙Ｈに水を循環させることが可能となり、間隙Ｈをウォータジャケットとして用いることができる。さらに間隙Ｈは上部が厚いので大量の冷却水を流すことができ、下部は薄いので冷却水流量が少ない。したがってシリンダボア10の上部を十分に冷却するとともに、シリンダボア10の下部の過冷却を防止することができる。

そして本実施例のジャケット構造によれば、樹脂製のカバー部材３を用いているので、従来のウォータジャケット構造に比べて格段に軽量化することができる。またパッキンあるいはガスケットを不要として、水漏れを確実に防止することができるので、部品点数を低減することができコストダウンが達成できる。

（実施例２）
本実施例のエンジンのウォータジャケット構造は、樹脂層２とカバー部材３の形状が若干異なること以外は実施例１と同様である。

図５に示すように、樹脂層２は梯子状に形成され、横枠部20と縦枠部21に加えて、一対の縦枠部21の間で横枠部20を連結する梯子部22を備えている。この梯子部22は、それぞれ隣接するシリンダボア10どうしの間に位置し、間隙Ｈは梯子部22によって各シリンダボア10の外側表面に対向する４つの間隙Ｈ₁ 〜Ｈ₄ に分断されている。

そしてカバー部材３は、横枠部20、縦枠部21及び梯子部22にそれぞれ接合され、上記した４つの空間と外部とをそれぞれ連通する複数の筒部30が形成されている。

本実施例のジャケット構造によれば、間隙Ｈが複数の間隙Ｈ₁ 〜Ｈ₄ に分断されることで、それぞれのシリンダボア10を独立して冷却することができる。またカバー部材３は、実施例１に比べて樹脂部２との接合箇所が多いので、剛性が高まり振動によるビビリ音の発生などを防止することができる。

本発明の一実施例に係るエンジンのウォータジャケット構造の分解斜視図である。 本発明の一実施例に係るエンジンのウォータジャケット構造の縦断面図である。 本発明の一実施例に係るエンジンのウォータジャケット構造の横断面図である。 本発明の一実施例に係るエンジンのウォータジャケット構造の要部拡大断面図である。 本発明の第２の実施例に係るエンジンのウォータジャケット構造の横断面図である。

符号の説明

１：シリンダブロック ２：樹脂層 ３：カバー部材
10：シリンダボア 11：ライナ 12：段部
20：横枠部 21：縦枠部 22：梯子部
30：筒部

Claims (5)

1. シリンダブロックと、
   該シリンダブロックの外表面に対向して配置され、周縁部が該シリンダブロックに弾性シール部材を介在させることなく接合されるとともに該シリンダブロックの外表面との間にウォータジャケットとなる間隙を形成する樹脂製のカバー部材と、からなることを特徴とするエンジンのウォータジャケット構造。
2. 前記カバー部材の周縁部と前記シリンダブロックの外表面とは、前記シリンダブロックの表面に形成された微細凹部に前記周縁部の一部が進入して固化することで接合されている請求項１に記載のエンジンのウォータジャケット構造。
3. 前記シリンダブロックには樹脂製の枠体が液密に接合され、前記カバー部材は該枠体に溶着することによって接合されている請求項１に記載のエンジンのウォータジャケット構造。
4. 前記枠体と前記シリンダブロックの外表面とは、前記シリンダブロックの表面に形成された微細凹部に前記枠体の一部が進入して固化することで接合されている請求項１に記載のエンジンのウォータジャケット構造。
5. 前記カバー部材の形状を変化させることで前記間隙の断面積が前記シリンダブロックの上下方向で変化されている請求項１に記載のエンジンのウォータジャケット構造。

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