JP2011106392A - 内燃機関の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウオータジャケットの冷却水の流れに与える影響を最小限に抑えながら、スペーサをウオータジャケットの内部に確実に固定できるようにする。
【解決手段】 内燃機関のシリンダブロック１１のウオータジャケットの内部に上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄを区画するスペーサ１４の上縁１４ｐを、上部冷却水通路１３ｃの下流側が段差Ｇ分だけ高くなるように傾斜させたので、上部冷却水通路１３ｃを流れる冷却水によってスペーサ１４をウオータジャケットの底部側に荷重Ｆ３で付勢し、ウオータジャケット１３の内部でスペーサ１４が妄動するのを防止することができる。これにより、スペーサ１４をウオータジャケットの内部に圧入して固定する必要がなくなって装着が容易になるだけでなく、スペーサ１４の固定部材２２を簡略化したり廃止したりして冷却水の流れに対する影響を小さくすることができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関のシリンダブロックのシリンダボアの周囲を囲むように形成されたウオータジャケットの内部にスペーサを装着し、前記スペーサで前記ウオータジャケット内の冷却水の流れを規制して前記シリンダボアの冷却状態を調整する内燃機関の冷却構造に関する。

かかる内燃機関の冷却構造において、シリンダブロックのウオータジャケットの内部に配置されたスペーサの断面形状を冷却水の流れ方向に沿って変化させることで、スペーサの上方に区画されるメイン冷却水通路を流れる冷却水の流速が、冷却水の一部がメイン冷却水通路からガスケットの連通孔を介してシリンダヘッド側に抜けても、略一定に維持されるようにしたものが、下記特許文献１により公知である。

特許第４００７３００号公報

ところで、シリンダブロックのウオータジャケットの内部でスペーサが移動すると、冷却水通路の断面積が変化したり、シリンダヘッドとの間に挟持したガスケットが損傷したりする可能性があるため、スペーサを何らかの固定手段でウオータジャケットの内部に固定する必要がある。しかしながら、特別の固定部材を用いてスペーサをウオータジャケットの内部に固定しようとすると、固定部材の分だけ部品点数が増加したり、組付工数が増加したり、冷却水の流れに影響を与えたりする問題がある。従って、小型で簡素な固定部材を用いるだけで、あるいは固定部材を用いずにスペーサをウオータジャケットの内部に固定することが望ましい。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ウオータジャケットの冷却水の流れに与える影響を最小限に抑えながら、スペーサをウオータジャケットの内部に確実に固定できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、内燃機関のシリンダブロックのシリンダボアの周囲を囲むように形成されたウオータジャケットの内部にスペーサを装着し、前記スペーサで前記ウオータジャケット内の冷却水の流れを規制して前記シリンダボアの冷却状態を調整する内燃機関の冷却構造において、前記ウオータジャケットの内部に冷却水通路を区画する前記スペーサの上縁を、前記冷却水通路の下流側が高くなるように傾斜させたことを特徴とする内燃機関の冷却構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記スペーサの上縁の傾斜の勾配は一定であることを特徴とする内燃機関の冷却構造が提案される。

尚、実施の形態の上部冷却水通路１３ｃは本発明の冷却水通路に対応する。

請求項１の構成によれば、内燃機関のシリンダブロックのシリンダボアの周囲を囲むように形成されたウオータジャケットの内部にスペーサを装着したので、スペーサでウオータジャケット内の冷却水の流れを規制してシリンダボアを保温することで、シリンダボアを熱膨張させてピストンとの間のフリクションを低減することができる。ウオータジャケットの内部に冷却水通路を区画するスペーサの上縁を、冷却水通路の下流側が高くなるように傾斜させたので、冷却水通路を流れる冷却水によってスペーサをウオータジャケットの底部側に付勢し、ウオータジャケットの内部でスペーサが妄動するのを防止することができる。これにより、スペーサをウオータジャケットの内部に圧入して固定する必要がなくなって装着が容易になるだけでなく、スペーサの固定部材を簡略化したり廃止したりして冷却水の流れに対する影響を小さくすることができる。

また請求項２の構成によれば、スペーサの上縁の傾斜の勾配が一定であるので、スペーサの各部を均等な荷重で下向きに付勢し、その姿勢を安定させることができる。

直列４気筒内燃機関のシリンダブロックの斜視図。 スペーサの斜視図。 図１の３方向矢視図。 図３の４Ａ方向および４Ｂ方向矢視図。 図３の５−５線断面図。 図５の６部拡大図。 図３の７−７線断面図。 図３の８−８線断面図。 図３の９−９線断面図。 図３の１０−１０線断面図。 図３の１１−１１線断面図（図１１（Ａ））と、図１１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図（図１１（Ｂ））と、図１１（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図（図１１（Ｃ））。 図３の１２−１２線断面図（図１２（Ａ））と、図１２（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図（図１２（Ｂ））と、図１２（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図（図１２（Ｃ））。

以下、図１〜図１２に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、直列４気筒内燃機関のシリンダブロック１１にはシリンダ列線Ｌ１に沿って４個のシリンダスリーブ１２…が埋設されており、それらのシリンダスリーブ１２…の外周面を囲むようにウオータジャケット１３が形成される。本実施の形態のシリンダブロック１１はサイアミーズ型であって隣接するシリンダスリーブ１２…間にはウオータジャケット１３が形成されておらず、これにより内燃機関のシリンダ列線Ｌ１方向の寸法の短縮が図られる。シリンダブロック１１のデッキ面１１ａに開口するウオータジャケット１３は、そこからクランクケース側に向けて一定の深さで下向きに延びており、そのウオータジャケット１３の内側壁面１３ａおよび外側壁面１３ｂ間にシリンダブロック１１のデッキ面１１ａの開口側から挿入された合成樹脂製のスペーサ１４が配置される。

尚、本明細書において「上下方向」とは、シリンダ軸線Ｌ２方向のシリンダヘッド側が「上」と定義され、シリンダ軸線Ｌ２方向のクランクケース側が「下」と定義される。

図１〜図５から明らかなように、スペーサ１４はスペーサ本体部１４ａ、冷却水入口部１４ｂおよび冷却水出口部１４ｃを備えており、それらによってシリンダブロック１１の４個のシリンダボア１２ａ…の周囲を全周に亙って取り囲んでいる。冷却水入口部１４ｂはシリンダ列線Ｌ１方向一端側（タイミングトレーン側）に位置する１個のシリンダボア１２ａの吸気側を囲んでおり、冷却水出口部１４ｃは前記シリンダボア１２ａシリンダ列線Ｌ１方向一端側および排気側を囲んでいる。スペーサ１４のシリンダ列線Ｌ１方向一端側から吸気側に僅かにずれた位置であって冷却水入口部１４ｂおよび冷却水出口部１４ｃに挟まれた位置に、スペーサ本体部１４ａよりも厚く形成され、かつ冷却水入口部１４ｂおよび冷却水出口部１４ｃの上縁１４ｐおよび下縁から上下に突出する仕切壁１４ｄが一体に設けられる。

ウオータジャケット１３の内部には、スペーサ本体部１４ａの上縁１４ｐとシリンダヘッド１５の下面との間に、４個のシリンダボア１２ａ…の周囲を取り囲む上部冷却水通路１３ｃが形成されるとともに、スペーサ本体部１４ａの下縁とウオータジャケット１３の底部との間に、４個のシリンダボア１２ａ…の周囲を取り囲む下部冷却水通路１３ｄが形成される。

シリンダ列線Ｌ１が一端側において冷却水出口部１４ｃと交差する位置から、上部支持脚１４ｅおよび下部支持脚１４ｆがそれぞれ上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄ内に突出するとともに、シリンダ列線Ｌ１が他端側（トランスミッション側）においてスペーサ本体部１４ａと交差する位置から、上部支持脚１４ｇおよび下部支持脚１４ｈがそれぞれ上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄ内に突出する。従って、スペーサ１４をウオータジャケット１３の内部に装着すると、スペーサ１４のシリンダ列線Ｌ１方向の両端部において、一対の下部支持脚１４ｆ，１４ｈの下端がウオータジャケット１３の底部に接触し、一対の上部支持脚１４ｅ，１４ｇの上端がシリンダヘッド１５との間に挟持されたガスケット１６の下面に接触することで、スペーサ１４が上下方向に位置決めされる。

各シリンダボア１２ａにはクランクシャフト１７に連結されたピストン１８が摺動自在に嵌合しており、ピストン１８の頂部１８ａ側にはトップリング１９、セカンドリング２０およびオイルリング２１が装着される。

以下、スペーサ１４の細部の構造を順次説明する。

図４から明らかなように、スペーサ１４のスペーサ本体部１４ａ、冷却水入口部１４ｂおよび冷却水出口部１４ｃのシリンダ軸線Ｌ２方向の高さＨは冷却水の流れ方向に沿って次第に変化する。即ち、スペーサ本体部１４ａの下縁は一定の高さであるが、スペーサ１４の上縁１４ｐは冷却水入口部１４ｂのａ点からトランスミッション側の端部のｂ点を経て冷却水出口部１４ｃのｃ点へと連なる上部冷却水通路１３ｃに沿って一定の上り勾配で傾斜しており、仕切壁１４ｄの両側で冷却水入口部１４ｂに対して冷却水出口部１４ｃが段差Ｇ（例えば、４ｍｍ）だけ高くなっている。

図２および図４から明らかなように、トランスミッション側の上部支持脚１４ｇの外周面には、冷却水の流れ方向下流側が上向きに傾斜する１本のリブ状の傾斜部１４ｒが、ウオータジャケット１３の外側壁面１３ｂに向かって径方向外向きに突設される。

図２および図３から明らかなように、スペーサ本体部１４ａの厚さＴ１は基本的に一定であるが、冷却水入口部１４ｂの厚さＴ２はスペーサ本体部１４ａの厚さＴ１よりも薄く、冷却水出口部１４ｃの厚さＴ３はスペーサ本体部１４ａの厚さＴ１よりも薄くなっており、また仕切壁１４ｄの厚さＴ４はスペーサ本体部１４ａの厚さＴ１よりも厚くなっている。冷却水入口部１４ｂの内周面はスペーサ本体部１４ａの内周面と面一であり、冷却水入口部１４ｂの外周面はスペーサ本体部１４ａの外周面に対して段差を介して径方向内側に偏倚している。また冷却水出口部１４ｃの外周面はスペーサ本体部１４ａの外周面と面一であり、冷却水出口部１４ｃの内周面はスペーサ本体部１４ａの内周面に対して段差を介して径方向外側に偏倚している。

図５から明らかなように、クランクシャフト１７の回転に伴ってピストン１８がシリンダボア１２ａ内を上下動するとき、ピストン１８およびシリンダボア１２ａ間に作用するサイドスラストは周期的に変化し、実線で示す膨張行程におけるピストン１８の位置（例えば、圧縮上死点後のクランクアングル１５°の位置）でサイドスラストが最大になる。このサイドスラストが最大になる位置で、ピストン１８のトップリング１９、セカンドリング２０およびオイルリング２１がスペーサ１４の上縁１４ｐよりも上方に位置し、かつピストン１８のスカート部１８ｂがスペーサ１４の上縁１４ｐよりも下方に位置するように、ウオータジャケット１３の内部におけるスペーサ１４の上下位置が設定される。また鎖線で示すピストン１８の下死点位置において、ピストン１８のトップリング１９、セカンドリング２０およびオイルリング２１がスペーサ１４の下縁よりも下方に位置するように、ウオータジャケット１３の内部におけるスペーサ１４の上下位置が設定される。

図６から明らかなように、スペーサ本体部１４ａの厚さＴ１は、それが嵌合するウオータジャケット１３の幅Ｗよりも若干小さく設定される。その理由は、鋳放しのウオータジャケット１３の内側壁面１３ａおよび外側壁面１３ｂの寸法精度は高くないため、スペーサ１４がウオータジャケット１３の内側壁面１３ａおよび外側壁面１３ｂに擦れて組付性が低下するのを防止するためである。よって、スペーサ１４をウオータジャケット１３の内部に組み付けたとき、スペーサ本体部１４ａの内周面とウオータジャケット１３の内側壁面１３ａとの間に隙間αが形成され、スペーサ本体部１４ａの外周面とウオータジャケット１３の外側壁面１３ｂとの間に隙間βが形成されるが、隙間αは隙間βよりも小さくなるように、つまりスペーサ本体部１４ａはウオータジャケット１３の外側壁面１３ｂよりも内側壁面１３ａに接近するように配置される。

図３および図７から明らかなように、二つのシリンダスリーブ１２，１２が接近する位置であるシリンダブロック１１のボア間では、各々のシリンダスリーブ１２，１２の周囲を囲むウオータジャケット１３が相互に鋭角で交差するため、シリンダ列線Ｌ１に直交する方向のウオータジャケット１３の幅Ｗ′はその他の部分のウオータジャケット１３の幅Ｗよりも広くなっている。一方、ボア間におけるスペーサ本体部１４ａの厚さは、その他の部分のスペーサ本体部１４ａの厚さと同じＴ１であるため、ボア間におけるスペーサ本体部１４ａの内周面とウオータジャケット１３の内側壁面１３ａとの間の隙間α′は、その他の部分における隙間αよりも例外的に大きくなっている。

但し、二つのシリンダスリーブ１２，１２が接近するボア間では、スペーサ本体部１４ａの上端に径方向内向きの凸部１４ｉ…が形成されており、これらの凸部１４ｉ…の先端部分では、ウオータジャケット１３の内側壁面１３ａとの間の隙間α″が前記隙間αよりも小さくなるように設定される。

図１〜図３、図８および図９から明らかなように、シリンダブロック１１のタイミングトレーン側の端面からトランスミッション側に向けて冷却水供給通路１１ｂが延びており、この冷却水供給通路１１ｂの下流端に連なる冷却水供給チャンバ１１ｃがウオータジャケット１３に収納されたスペーサ１４の冷却水入口部１４ｂに臨んでいる。

図１〜図３および図９から明らかなように、シリンダヘッド１５に形成されたウオータジャケット（図示せず）の下面に開口する４個の連通孔１５ａ…が、ウオータジャケット１３に収納されたスペーサ１４の冷却水出口部１４ｃの上方に臨んでいる。冷却水出口部１４ｃの位置は、スペーサ本体部１４ａを冷却水出口部１４ｃの位置へと延長した場合に、その延長したスペーサ本体部１４ａに概ね重なっている。

図１〜図３および図１０から明らかなように、スペーサ１４の冷却水入口部１４ｂおよび冷却水出口部１４ｃに挟まれた仕切壁１４ｄは、ウオータジャケット１３の内側壁面１３ａおよび外側壁面１３ｂとの間に、スペーサ１４の組み付けを可能にする最小限の微小な隙間γ（図１０参照）を有する。仕切壁１４ｄの下端部とウオータジャケット１３の外側壁面１３ｂとの間には、冷却水が通過可能な微小な隙間δが形成される。仕切壁１４ｄの上端部および下端部は、前記上部支持脚１４ｅ，１４ｇおよび前記下部支持脚１４ｆ，１４ｈと同様に、ウオータジャケット１３の内部でスペーサ１４を上下方向に位置決めする機能を有する。

図２および図１１から明らかなように、スペーサ１４のタイミングトレーン側の端部（冷却水出口部１４ｃの部分）における上部支持脚１４ｅおよび下部支持脚１４ｆに挟まれた部分は、スペーサ本体部１４ａと同じ厚さの厚肉部１４ｍになっている。下部支持脚１４ｆの下端から厚肉部１４ｍの上端にかけて上下方向に延びるスリット１４ｎが形成されており、このスリット１４ｎに水平断面がＨ形のゴムよりなる固定部材２２のスリット２２ａが嵌合して装着される。固定部材２２はスペーサ本体部１４ａの上下方向高さの範囲内に装着されており、その外周面はスペーサ１４の外周面に露出しないが、その内周面がスペーサ１４の内周面に露出してウオータジャケット１３の内側壁面１３ａに弾発的に当接する。スリット１４ｎのうちの下部支持脚１４ｆに露出する一部は、固定部材２２の圧入抵抗を減少させて組付性を高めるためのものである。

図２および図１２から明らかなように、スペーサ本体部１４ａのトランスミッション側の端部において、下部支持脚１４ｈの下端から上部支持脚１４ｇの下端までの間に上下方向に延びるスリット１４ｏが形成されており、このスリット１４ｏに水平断面がＨ形のゴムよりなる固定部材２２が装着される。固定部材２２はスペーサ本体部１４ａの上下方向高さの範囲内に装着されており、その外周面はスペーサ１４の外周面に露出しないが、その内周面がウオータジャケット１３はスペーサ１４の内周面に露出してウオータジャケット１３の内側壁面１３ａに弾発的に当接する。スリット１４ｎのうちの下部支持脚１４ｏに露出する一部は、固定部材２２の圧入抵抗を減少させて組付性を高めるためのものである。

二つの固定部材２２，２２は共にシリンダ列線Ｌ１上に配置されており、従って二つの固定部材２２，２２を結ぶ線（つまりシリンダ列線Ｌ１）に関して、スペーサ１４の吸気側部分と排気側部分とは基本的に対称な形状となる。

前記スリット１４ｎ，１４ｏは下向きに開口しており、そこに固定部材２２，２２が上向きに嵌合するため、固定部材２２，２２を取り付けたスペーサ１４をウオータジャケット１３の内部に挿入するとき、ウオータジャケット１３の内側壁面１３ａとの間に作用する摩擦力で固定部材２２，２２が上向きに押されても、固定部材２２，２２がスリット１４ｎ，１４ｏから脱落する虞はない。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

シリンダブロック１１のデッキ面１１ａにシリンダヘッド１５を組み付ける前の状態では、デッキ面１１ａに露出する４個のシリンダスリーブ１２…のシリンダボア１２ａ…の外周を囲むようにウオータジャケット１３が開口しており、その開口からウオータジャケット１３の内部にスペーサ１４が挿入される。その後に、シリンダブロック１１のデッキ面１１ａにガスケット１６を重ね合わせた状態でシリンダヘッド１５が締結される。

このスペーサ１４の組付状態において、下部支持脚１４ｆ，１４ｈの下端と仕切壁１４ｄの下部突起１４ｋの下端とがウオータジャケット１３の底部に接触し、上部支持脚１４ｅ，１４ｇの上端と仕切壁１４ｄの上部突起１４ｊの上端とがガスケット１６の下面に接触することで、スペーサ１４がシリンダ軸線Ｌ２方向に位置決めされる。このとき、スペーサ１４のスペーサ本体部１４ａの内周面はウオータジャケット１３の内側壁面１３ａに近接するように配置されるが、鋳放しのウオータジャケット１３の内側壁面１３ａの寸法精度は高くないため、スペーサ１４がウオータジャケット１３の内側壁面１３ａに擦れて組付性が低下するのを防止すべく、スペーサ本体部１４ａの内周面とウオータジャケット１３の内側壁面１３ａとの間には若干の隙間α（図６参照）が形成される。

内燃機関の運転時の振動等によりウオータジャケット１３の内部でスペーサ１４が上下方向に移動すると、上部支持脚１４ｅ，１４ｇや仕切壁１４ｄの上部突起１４ｊの上端がガスケット１６の下面を傷付ける虞があるが、シリンダ列線Ｌ１方向両端に設けられた２個の固定部材２２，２２がスペーサ１４をウオータジャケット１３に対して移動不能に固定することで、スペーサ１４の妄動によるガスケット１６の損傷を防止することができる。

このとき、固定部材２２，２２は剛性が高いスペーサ１４のシリンダ列線Ｌ１方向両端部に設けられているため、スペーサ１４をウオータジャケット１３の内部に強固に固定することができるだけでなく、シリンダブロック１１のシリンダ列線Ｌ１方向両端部は吸気側および排気側の側面に比べて温度が低いため、そこに装着されたゴム製の固定部材２２，２２への熱の影響を最小限に抑えることができる。

また固定部材２２，２２はスペーサ１４のシリンダ軸線Ｌ２方向中間部、つまりスペーサ本体部１４ａの高さの範囲内に設けられているので、固定部材２２，２２が上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄの冷却水の流れを阻害するのを防止することができる。しかもスペーサ１４のタイミングトレーン側の固定部材２２は冷却水出口部１４ｃに設けられているので、その固定部材２２が上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄにおける冷却水の流れに影響を及ぼすことがない。またウオータジャケット１３のトランスミッション側の端部では冷却水がＵターンすることで流速が低下するため、そこにトランスミッション側の固定部材２２を設けることで、その固定部材２２をウオータジャケット１３の吸気側および排気側の側面に設ける場合に比べて、冷却水の流れに及ぼす影響を小さくすることができる。

スペーサ１４のタイミングトレーン側の上部支持脚１４ｅおよび下部支持脚１４ｆはスペーサ本体部１４ａの厚さＴ１よりも径方向に薄く形成されており、かつ上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄの内部でウオータジャケット１３の外側壁面１３ｂ側に偏倚して配置される。またスペーサ１４のトランスミッション側の上部支持脚１４ｇおよび下部支持脚１４ｈはスペーサ本体部１４ａの厚さＴ１よりも径方向に薄く形成されており、かつ上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄの内部でウオータジャケット１３の内側壁面１３ａ側に偏倚して配置される。これにより、上部支持脚１４ｅ，１４ｇおよび下部支持脚１４ｆ，１４ｈが上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄの冷却水の流れに与える影響を最小限に抑えることができ、しかも上部支持脚１４ｅ，１４ｇおよび下部支持脚１４ｆ，１４ｈはウオータジャケット１３の内側壁面１３ａおよび外側壁面１３ｂの形状に倣うように円弧状に湾曲しているので、冷却水の流れに与える影響を更に小さくすることができる。

また４個のシリンダボア１２ａ…のうちシリンダ列線Ｌ１方向の最も外側に位置する部分は、他のシリンダボア１２ａ…からの熱を受け難いため、その部分の温度は比較的に低くなる。一方、４個のシリンダボア１２ａ…のうちシリンダ列線Ｌ１の吸気側および排気側に位置する部分は、隣接するシリンダボア１２ａ…からの熱を受け易いため、その部分の温度は比較的に高くなる。本実施の形態では、上部支持脚１４ｅ，１４ｇおよび下部支持脚１４ｆ，１４ｈを、シリンダボア１２ａ…の温度が比較的に低くなるシリンダ列線Ｌ１方向の最も外側位置に設けたので．上部支持脚１４ｅ，１４ｇおよび下部支持脚１４ｆ，１４ｈによってウオータジャケット１３の冷却水の流れが多少阻害されても、その影響を最小限に抑えて各シリンダボア１２ａ…の温度を均一化することができる。

特に、トランスミッション側の上部支持脚１４ｇおよび下部支持脚１４ｈは、トランスミッション側のシリンダボア１２ａの低温部に臨むウオータジャケット１３の内側壁面１３ａに沿うように配置されるため、上部支持脚１４ｇおよび下部支持脚１４ｈで冷却水がウオータジャケット１３の内側壁面１３ａに接触し難くし、上記比較的に低温のシリンダボア１２ａを保温することができ、これにより各シリンダボア１２ａ…の温度をより一層均一化することができる。

固定部材２２，２２はゴムで構成されており、スペーサ１４のスリット１４ｎ，１４ｏに嵌合して固定されるので、ボルトのような特別の部材を必要とせずにスペーサ１４に固定することができる。また固定部材２２，２２が設けられる位置が下部支持脚１４ｆ，１４ｈの直上方であるため、固定部材２２，２２をウオータジャケット１３の内側壁面１３ａに圧接しながらスペーサ１４をウオータジャケット１３内に下向きに押し込み、下部支持脚１４ｆ，１４ｈの下端がウオータジャケット１３の底部に当接して上向きの反力を受けたとき、スペーサ１４が捩じれるように変形するのを防止することができる。

内燃機関の運転時には、シリンダブロック１１に設けられた図示せぬウォータポンプから供給された冷却水が、シリンダブロック１１のタイミングトレーン側の端部に設けられた冷却水供給通路１１ｂから冷却水供給チャンバ１１ｃを経てウオータジャケット１３に流入する。ウオータジャケット１３の内部にはスペーサ１４が配置されており、冷却水供給チャンバ１１ｃに臨むスペーサ１４の冷却水入口部１４ｂの厚さＴ２はスペーサ本体部１４ａの厚さＴ１に比べて薄く、かつ径方向内側に偏倚しているため、冷却水は冷却水入口部１４ｂの径方向外側表面に沿って上下に分流してウオータジャケット１３の上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄにスムーズに流入する。

ウオータジャケット１３の上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄに流入した冷却水は左右方向に分岐しようとするが、冷却水入口部１４ｂの左側に存在する仕切壁１４ｄによって流れを阻止されるため、右側に向きを変えて上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄの略全長を反時計方向に流れ、冷却水入口部１４ｂから見て仕切壁１４ｄの反対側に位置する冷却水出口部１４ｃからシリンダヘッド１５の連通孔１５ａ…に排出される。冷却水がウオータジャケット１３を流れるとき、上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄはウオータジャケット１３の幅Ｗよりも僅かに薄い厚さＴ１のスペーサ本体部１４ａによって上下に仕切られているため、上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄを流れる冷却水は殆ど混合することはない。

ウオータジャケット１３を流れる冷却水がシリンダヘッド１５の下面に開口する連通孔１５ａ…を介してシリンダヘッド１５のウオータジャケット（図示せず）に排出されるとき、下部冷却水通路１３ｄを流れる冷却水はスペーサ１４の冷却水出口部１４ｃを下から上に通過して上部冷却水通路１３ｃを流れる冷却水に合流した後、シリンダヘッド１５の連通孔１５ａ…に流入する。

このとき、冷却水出口部１４ｃの厚さＴ３はスペーサ本体部１４ａの厚さＴ１よりも小さく、かつ冷却水出口部１４ｃの外周面はスペーサ本体部１４ａの外周面と面一になってウオータジャケット１３の外側壁面１３ｂに沿うように偏倚しているので、冷却水出口部１４ｃを上向きに通過する冷却水の圧損を最小限に抑えることができるだけでなく、冷却水の流速が低下して冷却効果が減少する冷却水出口部１４ｃの近傍であっても、冷却水出口部１４ｃとウオータジャケット１３の内側壁面１３ａとの間にできるだけ多くの冷却水を介在させて冷却効果を確保することができる。

また下部冷却水通路１３ｄの下流端を出て上向きに流れの方向を変えた冷却水に、上部冷却水通路１３ｃの下流端を出た冷却水が合流するので、上部冷却水通路１３ｃからの冷却水を下部冷却水通路１３ｄからの冷却水で上方に偏向させ、連通孔１５ａ…にスムーズに流入させることができる。

上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄを流れた冷却水が冷却水出口部１４ｃで上向きに方向を変えて連通孔１５ａ…から排出されるとき、渦が発生してスムーズな方向転換ができなくなる可能性があるが、冷却水入口部１４ｂ側の冷却水の一部が仕切壁１４ｄの下端部の隙間δ（図１０参照）を通過して冷却水出口部１４ｃ側に流入することで、前記渦の発生を防止して冷却水の連通孔１５ａ…へのスムーズな流入を可能にすることができる。

ウオータジャケット１３のシリンダ軸線Ｌ２方向の中間部の内側壁面１３ａにはスペーサ１４のスペーサ本体部１４ａの内周面が近接しているため、その内側壁面１３ａに冷却水が接触し難くなって冷却が抑制される。その結果、スペーサ本体部１４ａに対向するシリンダボア１２ａのシリンダ軸線Ｌ２方向の中間部が他の部分よりも高温になり、熱膨張してピストン１８との間のクリアランスが増加する。その結果、特に圧縮行程や膨張行程でピストン１８に大きなサイドスラスト加わるときに、ピストン１８およびシリンダボア１２ａ間のフリクションを低減して内燃機関の燃費向上に寄与することができる。またシリンダボア１２ａのシリンダ軸線Ｌ２方向中間部が他の部分よりも高温になることで、その部分を潤滑するオイルが温度上昇して粘性が低下するため、フリクションの低減効果が更に高められる。

一方、シリンダボア１２ａのシリンダ軸線Ｌ２方向上部および下部は、スペーサ１４の上下の上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄを流れる冷却水によって充分に冷却されるため、シリンダボア１２ａに摺動自在に嵌合するピストン１８の高温になり易い頂部１８ａおよびスカート部１８ｂの冷却性能を確保して過熱を防止することができる。またシリンダボア１２ａの上部は、燃焼室の熱を直接受けるだけでなく、移動方向が変化するために上死点付近に留まる時間が長くなる高温のピストン１８からトップリング１９、セカンドリング２０およびオイルリング２１を介して熱が伝達されて高温になり易いが、そのシリンダボア１２ａの上部にスペーサ１４を臨ませないことで冷却性能を確保することができる。更に、ピストン１８のスカート部１８ｂはシリンダボア１２ａに最も強く摺接してフリクションを発生する場所であるが、そのスカート部１８ｂが摺接するシリンダボア１２ａをスペーサ１４で覆って熱膨張により拡径することで、フリクションを低減することができる。

図４に示すように、冷却水がウオータジャケット１３の上部冷却水通路１３ｃを冷却水入口部１４ｂから冷却水出口部１４ｃに向かって流れるとき、スペーサ本体部１４ａの上縁１４ｐは上部冷却水通路１３ｃに沿って一定の上り勾配で傾斜しているため、スペーサ１４は冷却水によって下向きの荷重Ｆ３を受けて下部支持脚１４ｆ，１４ｈがウオータジャケット１３の底部に押し付けられ、これによりウオータジャケット１３の内部にスペーサ１４を安定した姿勢で固定することができる。その結果、スペーサ１４をウオータジャケット１３の内部に圧入して固定する必要がなくなって装着が容易になるだけでなく、スペーサ１４を固定するための固定部材２２，２２を小型化したり簡略化したりして冷却水の流れに対する影響を小さくすることができる。特に、スペーサ本体部１４ａの上縁１４ｐの傾斜の勾配が一定であるので、スペーサ１４の各部を均等な荷重Ｆ３で下向きに付勢して姿勢を安定させることができる。

またスペーサ本体部１４ａの上縁１４ｐの上り傾斜はトランスミッション側の上部支持脚１４ｇの付け根部分でも同じ勾配で連続しているが、その部分は上部支持脚１４ｇが存在することで冷却水から下向きの荷重を受け難くなる。しかしながら、トランスミッション側の上部支持脚１４ｅの外周面に冷却水の流れ方向下流側が高くなるように傾斜した傾斜部１４ｒを突設したので、その傾斜部１４ｒが冷却水から受ける下向きの荷重でスペーサ１４をウオータジャケット１３に固定することができる。

図５に実線で示すように、膨張行程においてピストン１８のサイドスラストが最大になるとき、つまりピストン１８およびシリンダボア１２ａ間のフリクションが最大になるとき、トップリング１９、セカンドリング２０およびオイルリング２１がスペーサ本体部１４ａの上縁１４ｐよりも上方に位置するようにスペーサ１４の上下位置が設定されるので、スペーサ１４によってシリンダボア１２ａの内径を増加させて前記フリクションを減少させながら、高温になるピストン１８の頂部１８ａの熱を伝熱性の高いトップリング１９、セカンドリング２０およびオイルリング２１からシリンダボア１２ａを介してウオータジャケット１３の上部冷却水通路１３ｃに逃がし、ピストン１８の冷却性能を確保することができる。

このとき、スペーサ１４のスペーサ本体部１４ａはウオータジャケット１３の内側壁面１３ａとの間に最小限の隙間αを介して接近しているので、スペーサ本体部１４ａとウオータジャケット１３の内側壁面１３ａとの間に介在する冷却水の量を最小限に抑え、シリンダボア１２ａの上下方向中間部を効果的に保温して拡径することができる。

また図５に鎖線で示す下死点位置ではピストン１８の移動速度が低くなるため、ピストン１８からトップリング１９、セカンドリング２０およびオイルリング２１を介してシリンダボア１２ａに伝わる熱量が大きくなるが、下死点位置においてトップリング１９、セカンドリング２０およびオイルリング２１がスペーサ本体部１４ａの下縁よりも下方に位置するので、ピストン１８の熱をスペーサ１４に遮られずにシリンダボア１２ａに逃がすことが可能になり、ピストン１８の冷却性能を確保することができる。

またスペーサ１４をウオータジャケット１３の内部に組み付けたとき、スペーサ本体部１４ａの内周面とウオータジャケット１３の内側壁面１３ａとの間の隙間αは、スペーサ本体部１４ａの外周面とウオータジャケット１３の外側壁面１３ｂとの間の隙間βよりも小さく設定されている。従って、スペーサ１４が組付誤差や変形によって径方向に偏倚し、スペーサ本体部１４ａの内周面がウオータジャケット１３の内側壁面１３ａに接触しても、スペーサ本体部１４ａの外周面はウオータジャケット１３の外側壁面１３ｂに接触しないようになっている。

このように、スペーサ本体部１４ａの外周面とウオータジャケット１３の外側壁面１３ｂとの間に必ず隙間を確保することで、以下のような作用効果が発揮される。即ち、仮に本実施の形態とは逆にスペーサ本体部１４ａの外周面がウオータジャケット１３の外側壁面１３ｂに接触する場合には、スペーサ１４の下部支持脚１４ｆ，１４ｈがウオータジャケット１３の底部に接触しているため、ピストン１８の打音はシリンダボア１２ａ→ウオータジャケット１３の底部→スペーサ１４の下部支持脚１４ｆ，１４ｈ→スペーサ本体部１４ａ→ウオータジャケット１３の外側壁面１３ｂの経路で伝播し、騒音の原因となってしまう。一方、本実施の形態によれば、ピストン１８の打音はシリンダボア１２ａからスペーサ本体部１４ａに伝播するが、スペーサ本体部１４ａはウオータジャケット１３の外側壁面１３ｂに当接することがないため、そこで打音が遮断されて騒音が低減する。

スペーサ１４が冷却水との接触による膨潤や熱膨張で変形すると、その内周面がウオータジャケット１３の内側壁面１３ａに締まり嵌めしてしまう可能性があるが、スペーサ本体部１４ａの内周面に設けた凸部１４ｉ…をウオータジャケット１３の内側壁面１３ａに当接可能に対向させたので、スペーサ本体部１４ａの内周面とウオータジャケット１３の内側壁面１３ａとが全面に亙って密着してしまうのを防止することができる。尚、凸部１４ｉ…がウオータジャケット１３の内側壁面１３ａに当接すると、その凸部１４ｉ…を介して打音が伝播する可能性があるが、そもそも打音はシリンダ列線Ｌ１から遠く離れたピストン１８の吸気側および排気側の外周面で大きく発生するもので、前記凸部１４ｉ…が設けられたシリンダ列線Ｌ１に近い部分では殆ど発生しないため、凸部１４ｉ…を介して打音の伝播は実質的に問題になることはない。

また図２に示すように、スペーサ１４のシリンダ列線Ｌ１方向両端部に設けられた固定部材２２，２２はウオータジャケット１３の内側壁面１３ａに弾性的に接触するので、その反力Ｆ１，Ｆ１によってスペーサ１４はシリンダ列線Ｌ１方向に引き伸ばされる。その結果、スペーサ本体部１４ａの吸気側および排気側の側面は相互に接近する方向の荷重Ｆ２，Ｆ２を受けて変形することで、スペーサ本体部１４ａの内周面がウオータジャケット１３の内側壁面１３ａに接近し、スペーサ本体部１４ａの内周面およびウオータジャケット１３の内側壁面１３ａ間の隙間αが減少する。これにより、スペーサ本体部１４ａとウオータジャケット１３の内側壁面１３ａとの間に介在する冷却水の量を更に減少させ、シリンダボア１２ａの上下方向中間部を一層効果的に保温して拡径することができる。

このとき、二つの固定部材２２，２２は共にシリンダ列線Ｌ１上に配置されており、かつスペーサ１４の吸気側部分と排気側部分とはシリンダ列線Ｌ１に関して基本的に対称な形状であるため、スペーサ本体部１４ａの吸気側および排気側の側面を相互に接近させる前記荷重Ｆ２，Ｆ２を等しくし、スペーサ１４の吸気側部分および排気側部分の変形量を均一化することができる。

しかも固定部材２２，２２は上部冷却水通路１３ｃおよび下部冷却水通路１３ｄにかからないようにスペーサ本体部１４ａに取り付けられるので、冷却水の流れを妨げることがなく、しかもスペーサ１４の上部支持脚１４ｅ，１４ｇおよび下部支持脚１４ｆ，１４ｈにかからないようにスペーサ本体部１４ａに取り付けられるので、固定部材２２，２２の弾発力でスペーサ本体部１４ａを効率よく変形させることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では直列４気筒内燃機関を例示したが、本発明は任意の気筒数の任意の形式の内燃機関に対して適用することができる。

また本発明はシリンダ列線Ｌ１の一端側から供給した冷却水を吸気側側面および排気側側面に二股に分岐させ、シリンダ列線Ｌ１の他端側で集合させて排出する内燃機関に対しても適用することができる。この場合、スペーサ本体部１４ａの上縁１４ｐはシリンダブロック１１の吸気側および排気側の側面で同じ方向に傾斜することになる。

また実施の形態ではスペーサ本体部１４ａの上縁１４ｐが冷却水入口部１４ｂから冷却水出口部１４ｃまで単調に上り傾斜しているが、冷却水入口部１４ｂからシリンダブロック１１のトランスミッション側の端部まで上り傾斜し、そこで所定の段差を介して冷却水入口部１４ｂと同じ高さまで下がった後、そこから冷却水出口部１４ｃまで上り傾斜しても良い。このようにすれば、冷却水入口部１４ｂおよび冷却水出口部１４ｃにおけるスペーサ本体部１４ａの上縁１４ｐの段差Ｇを小さくし、上部冷却水通路１３ｃの通路断面積を一定に維持することができる。

１１ シリンダブロック
１２ａ シリンダボア
１３ ウオータジャケット
１３ｃ 上部冷却水通路（冷却水通路）
１４ スペーサ
１４ｐ 上縁

Claims (2)

1. 内燃機関のシリンダブロック（１１）のシリンダボア（１２ａ）の周囲を囲むように形成されたウオータジャケット（１３）の内部にスペーサ（１４）を装着し、前記スペーサ（１４）で前記ウオータジャケット（１３）内の冷却水の流れを規制して前記シリンダボア（１２ａ）の冷却状態を調整する内燃機関の冷却構造において、
   前記ウオータジャケット（１３）の内部に冷却水通路（１３ｃ）を区画する前記スペーサ（１４）の上縁（１４ｐ）を、前記冷却水通路（１３ｃ）の下流側が高くなるように傾斜させたことを特徴とする内燃機関の冷却構造。
2. 前記スペーサ（１４）の上縁（１４ｐ）の傾斜の勾配は一定であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の冷却構造。

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