JP2010014067A - 内燃機関のシリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室に近いシリンダボア壁の上部の効果的な冷却が可能であり、しかも、低コストで信頼性の高い内燃機関のシリンダブロックを提供することを目的とする。
【解決手段】多気筒内燃機関のシリンダボア１１ａの周囲を囲むように形成されたウォータジャケット２０には、シリンダ列方向の一端側から冷却水が導入されるようになっている。ウォータジャケット２０には、シリンダ軸方向の上方へ向かう冷却水の流れを形成する整流部２２が複数設けられている。整流部２２は、シリンダブロック１０の成形時に同時にシリンダボア１１ａの外壁に一体形成される。整流部２２は、シリンダ軸方向に沿った深さが浅く形成された部分となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に使用されるシリンダブロックの構造に関する。

自動車用エンジン等の内燃機関に使用されるシリンダブロックには、ウォータポンプにより圧送される冷却水を流通させるウォータジャケット（冷却水通路）が設けられる。ウォータジャケットは、燃焼室からの熱により加熱されたシリンダボア壁（シリンダボアの外壁）を冷却するために、シリンダボア壁の周囲を囲むように形成される。

シリンダブロックにおいては、燃焼室に近いシリンダボア壁の上部の効果的な冷却を図ることが重要となる。従来では、ウォータジャケットにシリンダ軸方向の上方へ冷却水を導くための整流部材を設けた技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
実開昭６２−１３５８４２号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される従来例では、整流部材がシリンダボア壁とは別の部材により構成されるため、次のような点が懸念される。すなわち、整流部材をシリンダボア壁の所定位置に取り付ける作業が必要になるため、その分、シリンダブロックの製造コストが増加してしまう。また、シリンダボア壁に対する整流部材の位置が変動する可能性があり、冷却水の流れが変化して所望の冷却性能が得られなくなることが懸念される。

本発明は、そのような問題点を鑑みてなされたものであり、燃焼室に近いシリンダボア壁の上部の効果的な冷却が可能であり、しかも、低コストで信頼性の高い内燃機関のシリンダブロックを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、多気筒内燃機関のシリンダボアの周囲を囲むように形成された冷却水通路を備え、上記冷却水通路にシリンダ列方向の一端側から冷却水を導入するように構成された内燃機関のシリンダブロックにおいて、上記冷却水通路には、シリンダ軸方向の上方へ向かう冷却水の流れを形成する整流部が複数設けられ、上記整流部は、シリンダブロックの成形時に同時にシリンダボアの外壁に一体形成されることを特徴としている。

上記構成によれば、整流部によって冷却水通路に導入された冷却水がシリンダ軸方向の上方へ向けて案内されるため、燃焼室に近いシリンダボアの外壁の上部を効果的に冷却することができる。さらに、整流部が特別な機械加工を施さなくても形成されるので、整流部を別部材によって構成する上記従来例の場合に比べて、整流部を容易に製作することができ、シリンダブロックの製造コストの低減を図ることができる。しかも、整流部はシリンダブロックに一体形成されるので、シリンダボアの外壁に対する整流部材の位置が変動することはない。したがって、整流部による安定した整流作用が得られ、信頼性の高いシリンダブロックが得られる。

本発明において、シリンダブロックは、鋳造成形されるものであって、その鋳造時に上記整流部が同時に成形されることが好ましい。つまり、整流部は、鋳造後のそのままの状態（粗材の状態）で使用される。この構成では、整流部がシリンダブロックの鋳造時に同時に製作されるので、整流部を容易に製作することができ、シリンダブロックの製造コストの低減を図ることができる。

また、本発明において、上記整流部は、シリンダ軸方向に沿った深さが浅く形成された部分となっていることが好ましい。この構成によれば、整流部で冷却水の流路面積が絞られるため、冷却水が整流部を通過することで冷却水の流速が増加する。これにより、燃焼室に近いシリンダボアの外壁の上部をさらに効果的に冷却することができる。

また、本発明において、上記整流部は、シリンダ列方向の最も一端側に配置される気筒を除く各気筒に設けられ、冷却水の流れ方向の上流側から下流側へ向かうほど、シリンダ軸方向に沿った深さが浅くなるように形成されていることが好ましい。冷却水の流れ方向の上流側に設けられる整流部のシリンダ軸方向に沿った深さを浅くし過ぎると、圧損が増大するため、下流側では冷却水の流速が低下してしまう。この構成によれば、冷却水の流れ方向の上流側から下流側にかけて、冷却水の流路面積が徐々に絞られるので、圧損の増大を回避でき、下流側において所望の流速を確保することが可能となる。

また、本発明において、上記整流部は、シリンダ列方向において互いに隣り合うヘッドボルト孔同士の中間位置に形成されていることが好ましい。つまり、整流部は、シリンダ列方向においてシリンダボアの中心に対応する位置に設けられている。ヘッドボルトの締め付け軸力は、冷却水通路の底部を介してシリンダボアの外壁に伝えられる。この場合、冷却水通路の深さが浅いほど、ヘッドボルトの締め付け軸力がシリンダボアの外壁に伝わりやすくなり、その結果、シリンダボアの変形が大きくなる。この構成によれば、冷却水通路の深さが浅い整流部がヘッドボルト孔から比較的遠く離れた箇所に設けられるので、冷却水通路の浅低化にともなうヘッドボルトの締め付け軸力によるシリンダボアの変形を抑制することができる。

また、本発明において、上記整流部の冷却水の流れ方向の上流側の案内面は、上方に向かうほど上記流れ方向の下流側に傾くように形成されていることが好ましい。この構成によれば、整流部の案内面により冷却水がシリンダ軸方向の上方へ導かれやすくなるため、整流部による整流作用を向上させることができる。これにより、燃焼室に近いシリンダボアの外壁の上部をより効果的に冷却することができる。

本発明によれば、整流部によって冷却水通路に導入された冷却水がシリンダ軸方向の上方へ向けて案内されるため、燃焼室に近いシリンダボアの外壁の上部を効果的に冷却することができる。さらに、整流部が特別な機械加工を施さなくても形成されるので、シリンダブロックの製造コストの低減を図ることができる。しかも、整流部はシリンダブロックに一体形成されるので、シリンダボアの外壁に対する整流部材の位置が変動することはない。したがって、整流部による安定した整流作用が得られ、信頼性の高いシリンダブロックが得られる。

本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。

以下の実施形態では、自動車用直列４気筒ガソリンエンジンに使用されるシリンダブロックに本発明を適用した例について説明する。

図１は、実施形態に係る直列４気筒エンジンの各シリンダボア１１ａ，１１ａ，…、および、その周辺部を示すシリンダブロック１０の平面図であって、シリンダ列、ウォータジャケット（冷却水通路）２０の配置状態を示している（シリンダブロック１０の外縁形状については省略している）。図１において、左端に位置する気筒を第１番気筒♯１、その右側に位置する気筒を第２番気筒♯２、そのさらに右側に位置する気筒を第３番気筒♯３、そして、右端に位置する気筒を第４番気筒♯４とする。また、図１において、下側を排気側とし、上側を吸気側とする。ただし、気筒番号や吸排気の形態は一例であって、これに限るものではない。

シリンダブロック１０は、例えばアルミニウム合金製であって、図１に示すように、直列状態で配置された４つのシリンダバレル１１，１１，…が一体成形されて成るサイアミーズシリンダバレル１２を備えている。このシリンダブロック１０の頂面には、図示しないシリンダヘッドがシリンダヘッドガスケットを介して締結される。

サイアミーズシリンダバレル１２は、各気筒のシリンダバレル１１となる４つの円筒体を連続して直列に繋げた形状に形成されている。各シリンダバレル１１は、ピストンが摺動するシリンダボア１１ａの外壁部分となっている。各シリンダバレル１１には、シリンダボア１１ａの内面を構成する鋳鉄製のシリンダライナ１１ｂが一体的に鋳込まれており、ピストンが摺接するシリンダボア１１ａの内面の機械的強度、耐摩耗性、耐熱性等が確保されるようになっている。

サイアミーズシリンダバレル１２の外周側には、ブロック外壁部１３が配置されている。ブロック外壁部１３は、サイアミーズシリンダバレル１２と所定の間隔をあけて対向するように形成されている。そして、サイアミーズシリンダバレル１２の外壁面と、ブロック外壁部１３の内壁面とによって、ウォータジャケット２０が形成されている。

ウォータジャケット２０は、サイアミーズシリンダバレル１２（４つのシリンダバレル１１，１１，…）の周囲を囲むように設けられている。ウォータジャケット２０は、シリンダヘッドの組み付け面（ヘッド載置面）となるデッキ面に開放されている。つまり、シリンダブロック１０は、オープンデッキタイプに構成されている。そして、ウォータジャケット２０の複数箇所には、シリンダ軸方向に沿った深さＤ（頂面から底面までの距離）が浅くなっている整流部２２，２２，…が設けられている。ウォータジャケット２０の整流部２２の詳細については後述する。

ブロック外壁部１３のシリンダ列方向の一端側（図１における左端側）、つまり、第１番気筒♯１の近傍には、図示しないウォータポンプからの冷却水をウォータジャケット２０に導入するための冷却水入口１６が形成されている。この実施形態では、冷却水入口１６は、ブロック外壁部１３の下部に設けられている（図２参照）。また、冷却水入口１６は、ブロック外壁部１３の排気側寄りの部分に設けられている。

図１では、上方から見たときのウォータジャケット２０における冷却水の主な流れ（水平な方向への流れ）を矢印で示している。具体的に、冷却水入口１６から流入された冷却水は、この冷却水入口１６の近傍に設けられるウォータジャケット２０の冷却水導入部２１に供給される。冷却水導入部２１は、ウォータジャケット２０の一端側で排気側の部分を外側へ拡げた形状となっている。

ウォータジャケット２０の冷却水導入部２１に導入された冷却水は、各シリンダバレル１１の配列方向に沿ってサイアミーズシリンダバレル１２の片側（図１における下側である排気側）を第１番気筒♯１から第４番気筒♯４に向かって流れる。次に、冷却水は、第４番気筒♯４の外周囲に沿って流れ方向が反転した後、再び、各シリンダバレル１１の配列方向に沿ってサイアミーズシリンダバレル１２の他方の片側（図１における上側である吸気側）を第１番気筒♯１に向かって流れるようになっている。第１番気筒♯１の周囲に戻った冷却水は、その後、この第１番気筒♯１の近傍に配置される冷却水出口１８からシリンダヘッドに向かって流出されるようになっている。冷却水出口１８は、シリンダヘッドガスケットとシリンダヘッドとにそれぞれ形成されており、シリンダブロック１０からシリンダヘッドへの冷却水の流通が可能となっている。

また、ブロック外壁部１３の複数箇所には、シリンダヘッドを一体的に組み付けるためのヘッドボルトが締め付けられるヘッドボルト孔１７，１７，…が形成されている。ヘッドボルト孔１７は、各シリンダバレル１１（各シリンダボア１１ａ）の周囲に４つずつ配置されている。４つのシリンダボア１１ａ，１１ａ，…に対して、合計１０のヘッドボルト孔１７，１７，…が設けられている。この場合、ヘッドボルト孔１７は、吸気側と排気側とでほぼ対称な位置に配置されている。そして、ヘッドボルト孔１７は、シリンダ列方向の両端部に２つずつ配置され、また、隣り合うシリンダボア１１ａ，１１ａ間（ボア間）に２つずつ配置されている。このように、ヘッドボルト孔１７は、シリンダ列方向において、シリンダボア１１ａの端部に対応する位置には設けられているが、シリンダボア１１ａの中心（ボア中心）に対応する位置には設けられていない。

次に、この実施形態の特徴であるウォータジャケット２０の整流部２２について詳しく説明する。

図２は、図１におけるＸ２方向から見たシリンダブロック１０の内部を示す図であり、ウォータジャケット２０の形状を示している（ウォータジャケット２０の手前側に配置されるブロック外壁部１３については省略している）。図３は、図１におけるＸ３−Ｘ３線に沿った断面図、図４は、図１におけるＸ４−Ｘ４線に沿った断面図、図５は、図１におけるＸ５−Ｘ５線に沿った断面図、図６は、図１におけるＸ６−Ｘ６線に沿った断面図である。

図１〜図６に示すように、ウォータジャケット２０には、シリンダ軸方向の上方へ向かう冷却水の流れを形成するための整流部２２が複数（この実施形態では３つ）形成されている。具体的には、整流部２２は、ウォータジャケット２０の深さＤが整流部２２以外の底部（図３）に比べて浅くなっている部分となっている。言い換えれば、複数の突起がウォータジャケット２０の底部から頂面側へ向けて延びており、突起によって冷却水の流路面積が絞られている。

この実施形態では、ウォータジャケット２０の排気側の部分に整流部２２が設けられている。上述したように、ウォータジャケット２０の排気側の部分→吸気側の部分の順で冷却水が流れるため、整流部２２は、ウォータジャケット２０の比較的上流側の部分に設けられることになる。

整流部２２は、シリンダ列方向の最も一端側に位置する第１番気筒＃１を除く各気筒に設けられている。この場合、整流部２２は、第２，第３，第４番気筒♯２，♯３，♯４の周囲に１つずつ設けられている。

また、整流部２２は、シリンダ列方向においてシリンダボア１１ａの中心に対応する位置に設けられている。言い換えれば、整流部２２は、ヘッドボルト孔１７から比較的遠く離れた箇所、より具体的には、シリンダ列方向において互いに隣り合うヘッドボルト孔１７，１７の中間の位置に設けられている。

さらに、３つの整流部２２，２２，…におけるウォータジャケット２０の深さＤは、それぞれ異なっている。具体的には、ウォータジャケット２０の深さＤは、第２番気筒♯２の周囲の整流部２２の深さＤ２（図４）→第３番気筒♯３の周囲の整流部２２の深さＤ３（図５）→第４番気筒♯４の周囲の整流部２２の深さＤ４（図６）の順で浅くなっている（Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４）。このように、整流部２２におけるウォータジャケット２０の深さＤは、ウォータジャケット２０の冷却水の流れ方向の上流側から下流側に向かうほど漸次浅くなっている。

整流部２２は、シリンダブロック１０の製造過程において、次のようにして製作される。鋳造成形によりシリンダブロック１０を製造する際、ウォータジャケット２０は成形型により製作される。この場合、ウォータジャケット２０の成形型は、シリンダ軸方向に沿って上方（図２等の上方）に向けて抜かれるため、鋳造に先立って、成形型の下部に整流部２２と同じ形状の切欠きを予め形成しておけばよい。こうすれば、鋳造時、成形型の型抜きと同時にウォータジャケット２０が成形され、また同時に整流部２２が成形される。そして、このようにして製作された整流部２２はそのままの状態（粗材の状態）で使用される。

この実施形態によれば、ウォータジャケット２０に上述のような整流部２２が設けられているので、シリンダブロック１０において次のような作用効果が得られる。

整流部２２が設けられるウォータジャケット２０の排気側の部分では、冷却水入口１６から導入された冷却水が整流部２２によって案内され、例えば図２に矢印で示すようなシリンダ軸方向の上方へ向かう冷却水の流れが形成される。また、整流部２２で冷却水の流路面積が絞られるため、整流部２２を通過することで冷却水の流速が増加する。これにより、燃焼室に近いシリンダバレル１１（シリンダボア１１ａの外壁）の上部を効果的に冷却することができる。

そして、整流部２２におけるウォータジャケット２０の深さＤが冷却水の流れ方向の上流側から下流側に向かうほど浅くなるため、圧損を抑制しつつ、シリンダ軸方向の上方へ向かう冷却水の流れを確保することが可能となる。すなわち、冷却水の流れ方向の上流側に設けられる整流部２２のシリンダ軸方向に沿った深さを浅くし過ぎると、流通抵抗が増大し、圧損が増大する結果、下流側では冷却水の流速が低下してしまう。この実施形態では、冷却水の流れ方向の上流側から下流側にかけて、冷却水の流路面積が徐々に絞られるので、圧損の増大を回避でき、下流側において所望の流速を確保することが可能となる。この場合、整流部２２によりウォータジャケット２０の上部における流速が速められた冷却水は、整流部２２の設けられていないウォータジャケット２０の吸気側の部分においても引き続きその流速を維持しながら流れる。このため、この実施形態では、ウォータジャケット２０の比較的下流側の部分（この実施形態では吸気側の部分）には整流部２２を設けないようにしている。

さらに、整流部２２が特別な機械加工を施さなくても形成されるので、整流部を別部材（整流部材）によって構成する上記従来例の場合に比べて、整流部２２を容易に製作することができ、シリンダブロック１０の製造コストの低減を図ることができる。加えて、上記従来例の場合、シリンダバレル１１に対し整流部を構成する別部材の位置が変動する可能性があり、冷却水の流れが変化して所望の冷却性能が得られなくなることが懸念される。これに対し、この実施形態では、整流部２２がシリンダブロック１０に一体形成されるので、シリンダバレル１１に対する整流部２２の位置が変動することは一切ない。したがって、整流部２２による安定した整流作用が得られ、信頼性の高いシリンダブロック１０が得られる。

また、整流部２２は、ヘッドボルト孔１７から比較的遠く離れた箇所に設けられるので、シリンダヘッドの組み付け時にヘッドボルトの締め付け軸力によるシリンダボア１１ａの変形を抑制することができる。詳細には、ヘッドボルトの締め付け軸力は、ウォータジャケット２０の底部を介してシリンダボア１１ａの外壁となるシリンダバレル１１に伝えられる。この場合、ウォータジャケット２０の深さＤが浅いほど、ヘッドボルトの締め付け軸力がシリンダバレル１１に伝わりやすくなり、シリンダボア１１ａの変形量が増大することになる。この実施形態では、整流部２２をシリンダ列方向で隣り合うヘッドボルト孔１７，１７の中間位置に設けることで、整流部２２をヘッドボルト孔１７，１７から遠ざけるようにしている。これにより、整流部２２を介してシリンダバレル１１に伝わるヘッドボルトの締め付け軸力が抑制されるため、ウォータジャケット２０の浅低化にともなうシリンダボア１１ａの変形を抑制することができる。

−他の実施形態−
以上、本発明の実施形態について説明したが、ここに示した実施形態は一例であり、さまざまに変形することが可能である。

整流部２２の冷却水の流れ方向の上流側の案内面２２ａを次のような形状とすることで、整流部２２による整流作用を向上させることができる。すなわち、整流部２２の案内面２２ａを、図７に示すように、シリンダ軸方向の上方に向かうほど冷却水の流れ方向の下流側に傾くような形状とすることが好ましい。具体的には、図７に示す整流部２２は、シリンダ軸方向の上方に向かうほど先細りするような形状となっており、案内面２２ａがシリンダ軸方向と平行ではなく、シリンダ軸方向に対し斜めに傾いている。この場合、案内面２２ａの傾斜角度を、複数の整流部２２，２２，…に対し同じ角度に設定してもよいし、異なる角度に設定してもよい。

このような案内面２２ａを設けることで、冷却水がシリンダ軸方向の上方へ導かれやすくなるため、整流部２２による整流作用を向上させることができる。これにより、燃焼室に近いシリンダバレル１１の上部をより効果的に冷却することができる。上記のような案内面２２ａを有する整流部２２を製作するには、ウォータジャケット２０の成形型の下部に整流部２２に対応する切欠きを形成する際、案内面２２ａと同じ傾きの斜面を予め設けておけばよい。

整流部２２をウォータジャケット２０の比較的下流側となる吸気側の部分にも設ける構成としてもよい。上記実施形態では、ウォータジャケット２０の吸気側の部分において、ウォータジャケット２０の上部における冷却水の流速が維持されるとして、吸気側の部分には整流部２２を設けなかった。しかし、ウォータジャケット２０の吸気側の部分において、ウォータジャケット２０の上部における冷却水の流速低下を未然に防ぐ観点から、整流部２２をウォータジャケット２０の吸気側の部分にも併せて設けることが好ましい。この場合、吸気側の整流部２２は、ウォータジャケット２０の深さが上記実施形態の第４番気筒♯４の排気側の整流部２２と同じか、あるいはそれよりも浅くなるように形成することが可能である。また、吸気側の整流部２２を各気筒に設けることが可能である。

上記実施形態で挙げたウォータジャケット２０における冷却水の流れや、冷却水入口１６の位置は一例であって、それ以外であってもよい。例えば、ウォータジャケット２０における冷却水の流れは、吸気側の部分→排気側の部分の順で冷却水が流れるような形態であってもよい。この場合、整流部２２をウォータジャケット２０の比較的上流側となる吸気側の部分に設けることが好ましい。また、ウォータジャケット２０における冷却水の流れは、シリンダ列方向の一端側から導入された冷却水がウォータジャケットの吸気側の部分と排気側の部分とに分かれて流れるような形態であってもよい。この場合、整流部２２をウォータジャケット２０の吸気側の部分および排気側の部分にそれぞれ設けることが好ましい。

上記実施形態で挙げた自動車用直列４気筒ガソリンエンジンは一例であって、それ以外の多気筒内燃機関にも本発明は適用可能である。例えば、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンに対しても本発明は適用可能である。ディーゼルエンジンにも本発明は適用可能である。また、気筒数や、エンジン形式（直列型、Ｖ型、水平対向型等の別）についても特に限定されるものではない。さらに、サイアミーズ構造ではないシリンダブロックに対しても本発明は適用可能である。また、クローズドデッキ構造のシリンダブロックに対しても本発明は適用可能である。

実施形態に係るシリンダブロックを示す平面図である。 図１におけるＸ２方向から見たシリンダブロックの内部を示す図である。 図１におけるＸ３−Ｘ３線に沿った断面図である。 図１におけるＸ４−Ｘ４線に沿った断面図である。 図１におけるＸ５−Ｘ５線に沿った断面図である。 図１におけるＸ６−Ｘ６線に沿った断面図である。 他の実施形態で、図２に対応する図である。

符号の説明

１０ シリンダブロック
１１ シリンダバレル
１１ａ シリンダボア
１６ 冷却水入口
１７ ヘッドボルト孔
２０ ウォータジャケット
２２ 整流部

Claims (6)

1. 多気筒内燃機関のシリンダボアの周囲を囲むように形成された冷却水通路を備え、
   上記冷却水通路にシリンダ列方向の一端側から冷却水を導入するように構成された内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   上記冷却水通路には、シリンダ軸方向の上方へ向かう冷却水の流れを形成する整流部が複数設けられ、
   上記整流部は、当該シリンダブロックの成形時に同時にシリンダボアの外壁に一体形成されることを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
2. 請求項１に記載の内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   当該シリンダブロックは、鋳造成形されるものであって、その鋳造時に上記整流部が同時に成形されることを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
3. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   上記整流部は、シリンダ軸方向に沿った深さが浅く形成された部分となっていることを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
4. 請求項３に記載の内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   上記整流部は、シリンダ列方向の最も一端側に配置される気筒を除く各気筒に設けられ、冷却水の流れ方向の上流側から下流側へ向かうほど、シリンダ軸方向に沿った深さが浅くなるように形成されていることを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
5. 請求項３または請求項４に記載の内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   上記整流部は、シリンダ列方向において互いに隣り合うヘッドボルト孔同士の中間位置に形成されていることを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   上記整流部の冷却水の流れ方向の上流側の案内面は、上方に向かうほど上記流れ方向の下流側に傾くように形成されていることを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。

Images