次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係るスペーサが組み込まれたエンジンの概略斜視図、図2は、前記エンジンを構成するシリンダブロック及びスペーサの分解斜視図、図3(a)は、図1に示されるスペーサの斜視図、図3(b)は、図3(a)の矢印Z側からみた斜視図、図4は、図1に示されるシリンダブロックの平面図である。
図1に示されるように、本発明の実施形態に係るスペーサ10が組み込まれたエンジン(内燃機関)12は、気筒列方向(シリンダボア列方向、図1中の一点鎖線T1参照)に沿って4つの気筒(シリンダボア)が直線状に配置された直列4気筒エンジンからなり、図示しない車両のエンジンルーム内に設置される。このエンジン12は、例えば、アルミニウム合金製のシリンダブロック14と、前記シリンダブロック14の上側に組み付けられる、例えば、アルミニウム合金製のシリンダヘッド16と、前記シリンダヘッド16の上側に装着される図示しないヘッドカバーとによって構成される。
なお、本実施形態では、スペーサ10が組み込まれるエンジンとして、直列4気筒エンジンを例に挙げて以下説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、Vバンクに沿って複数の気筒が配置されたV型多気筒エンジンや水平対向エンジン等にも適用されると共に、単気筒や複数気筒等の気筒数も問わない。単気筒エンジンの場合、図1中の一点鎖線T1は、クランク軸と平行な方向を示している。
以下の説明において、上下方向とは、シリンダボアの軸線方向(図1中の一点鎖線T2参照)をいい、シリンダヘッド16側を上側として説明する。また、内側方向とは、シリンダボアの軸線方向を示す一点鎖線T2に接近する方向をいい、外側方向とは、前記一点鎖線T2から離間する方向をいう。さらに、周方向とは、前記一点鎖線T2又はシリンダボアを囲む方向をいう。さらにまた、気筒列方向(T1)とシリンダボアの軸線方向(T2)の両方に直交する方向を、ボア直交方向(図1中の一点鎖線T3参照)という。
シリンダブロック14及びシリンダヘッド16の内部には、冷却水が流通するウォータージャケット18(シリンダヘッド16側のウォータージャケットは図示を省略する)がそれぞれ設けられる。また、シリンダブロック14の気筒列方向に沿った一端側には、図示しないウォーターポンプを介して、図示しないラジエータから送給された冷却水をウォータージャケット18内へ供給する冷却水入口20aと、前記冷却水入口20aから導入された冷却水がウォータージャケット18に沿って複数の気筒を周回した後、シリンダヘッド16側の図示しないウォータージャケットへ冷却水を導出する複数の冷却水出口20bとが設けられる。なお、前記複数の冷却水出口20bは、後記するガスケット70に形成された孔部によって構成される(図2参照)。
シリンダブロック14のウォータージャケット18は、図4に示されるように(図2も併せて参照)、平面視して、気筒列方向に沿った4つのシリンダボアの略外周を囲繞するように連続し、且つ周回するように形成される。前記シリンダブロック14の上下方向において、前記ウォータージャケット18の上端部は、開口して形成されると共に、前記ウォータージャケット18の下端部(底壁)は、シリンダブロック14の内部で閉塞するように形成される。
図5は、図4のA−A線に沿った縦断面図である。この場合、図5に示されるように、ウォータージャケット18は、シリンダブロック14の上端面に開口部18aを有し、シリンダブロック14の内部で所定間隔離間し相互に対向して形成された内側側壁(シリンダボア側に位置する内壁)18b及び外側側壁(シリンダブロックの外壁側に位置する外壁)18cと、前記内側側壁18b及び前記外側側壁18cを下部側で連結する底壁18dとによって形成された空間部によって構成される。
また、ウォータージャケット18は、シリンダブロック14の上下方向に沿った縦断面において、シリンダブロック14の上端面から下端面(底面)に向かってシリンダブロック14の内側側壁18bと外側側壁18cとの離間間隔D(図5参照)が徐々に幅狭となって先細りするテーパ形状に形成されている。換言すると、ウォータージャケット18は、シリンダブロック14の開口部18aから深さ方向に向かう底壁18dまで徐々に先細りとなるように形成されている。
シリンダボアには、薄肉の円筒体からなるシリンダライナ22が装着されてボア壁を構成している。また、シリンダブロック14とシリンダヘッド16との間には、ガスケット70(図2参照)が介装され、前記ガスケット70によってシリンダブロック14の上端面がシールされる。
シリンダブロック14のウォータージャケット18内には、樹脂製のスペーサ10が挿入され、前記スペーサ10とウォータージャケット18の各壁面とガスケット70との間で、冷却水を流通させるための流路が形成される。この流路は、ウォータージャケット18において、多量の、または大部分の冷却水を流通させるための主流路として機能する上部側流路24a及び下部側流路24bと、前記上部側流路24aと前記下部側流路24bとの間に形成され副流路として機能する中間流路24cとから構成される(後記する図5、図10、図12及び図13参照)。なお、本実施形態では、後記する成形金型を用いて射出成形により製造された樹脂製のスペーサ10を例示しているが、例えば、鋳造成形やブロー成形等によって形成された金属製のスペーサを用いてもよい。
前記スペーサ10は、図3又は図4に示されるように、平面視して4つの帯状円環が連続して一体的に結合された筒状体からなり、内方に向って相互に近接するようにくびれたくびれ形状部25を有するスペーサ本体10aと、気筒列方向に沿った前記スペーサ本体10aの両端部の長溝26(図2参照)に装着される一対の弾性体28とを備える。なお、スペーサ本体10aの厚さ寸法は、例えば、ウォータージャケット18の幅寸法(内側側壁18bと外側側壁18cの水平方向に沿った離間間隔D)よりも僅かに小さい略同一寸法に設定されているが、少なくともシリンダボア側の内側側壁18bに近接配置される厚さ寸法を有していればよい。
スペーサ本体10aの上面11であって気筒列方向に沿った一端部には、上方向に向かって延在する延出部30が設けられ、気筒列方向に沿った他端部には、前記延出部30と対向する第1引っ掛かり部32が上方向に向かって延在して設けられる。前記延出部30に近接するスペーサ本体10aの上面11には、上方向に向かって延在する第2引っ掛かり部34が設けられる。なお、前記延出部30、第1引っ掛かり部32及び第2引っ掛かり部34は、それぞれ同一の高さ寸法に設定される(図6参照)。
スペーサ本体10aの下面部には、前記延出部30及び第1引っ掛かり部32の下方側に向かってそれぞれ延在し気筒列方向で対向する一対の脚部36a、36bと、第2引っ掛かり部34の上下方向に沿った下方側に設けられ下方側に向かって延在する他の脚部36cを有する。一対の脚部36a、36bは、周方向に分岐して設けられ、分岐する一方の脚部と他方の脚部との間に上下方向に沿って矩形状に延在するスリット38が形成される。前記スリット38の上部には、横長矩形状の窓部40が貫通して形成され、前記窓部40には、後記する弾性体28の係止部28dが係止される。
くびれ形状部25に対応するスペーサ本体10aの内周であって上面11の近傍には、ウォータージャケット18の内側側壁18bに向かって突出し、図6に示されるように側面から透過視して略矩形状を呈する複数の突起42が、隣接するシリンダボア間の連結部位である気筒間部位で相互に対向して設けられる。
各突起42は、それぞれ同一形状からなり、図7(a)及び図11に示されるように、後記するゲート跡として突起42の略中央部に形成されたゲート残存部(材料導入部)42aと、前記ゲート残存部42aを間にして気筒列方向に沿った突起42の両側角部に設けられ、ウォータージャケット18の内側側壁18bと接触する張出部42b、42bと、気筒列方向に沿った一方側の張出部42bと他方側の張出部42bとの間に形成される対向面42cとから構成される。
前記張出部42b、42bは、図11(b)に示されるように、気筒列方向(T1)に沿った突起42の両側角部に設けられると共に、シリンダボアの軸線方向(T2)に沿って上下方向に延在するように設けられる。この張出部42b、42bは、図7(a)に示されるように平面視した場合、ウォータージャケット18の内側側壁18bと点接触すると共に、図12に示されるE−E断面において、張出部42b、42bがウォータージャケット18の内側側壁18b側に接近して接触した場合には、ウォータージャケット18の内側側壁18bと線接触するように設けられる。
このように、張出部42b、42bは、ウォータージャケット18の内側側壁18bと接触することにより、スペーサ10のボア直交方向(T3)におけるガタツキの抑制に加えて、スペーサ10の気筒列方向(T1)におけるガタツキを抑制することができる。図7(b)は、ゲート残存部42aに残存する凸部をウォータージャケット18の内側側壁18bに当接させた比較例に係るスペーサ200を示したものである。
ゲート残存部42aは、後記するように成形後に研磨・研削加工等によって除去されるものであるが、量産化したときに内側側壁18bへ突出する寸法精度をだす(突出寸法を一定とする)のが煩雑乃至困難である。従って、ゲート残存部42aにおける凸部をウォータージャケット18の内側側壁18bに当接させた比較例と比較して、本実施形態では、ゲート残存部42aを当接させることがなく、ゲート残存部42aの両側角部に設けられた張出部42b、42bをウォータージャケット18の内側側壁18bに当接させることによって高精度にスペーサ10を支持することができる。なお、張出部42b、42bは、後記するように、必ずしも内側側壁18bに接触しなくてもよく、張出部42b、42bと内側側壁18bとの離間間隔(クリアランスC)が狭まるように内側側壁18bに向って近接するように変位するだけでもよい。
また、ゲート残存部42aよりも先に張出部42b、42bがウォータージャケット18の内側側壁18bに当接するように設定されているため、仮に、ゲート残存部42aが僅かに突出してもその影響を低減乃至無視することができる。
さらに、張出部42b、42bは、ゲート残存部42aを間にした突起42の両側角部に気筒列方向に沿って複数(2つ)設けられると共に、複数個の突起42(本実施形態では、6個の突起を例示)を隣接するシリンダボア間の連結部位の両側に対向配置している。
この場合、複数の突起42(張出部42b、42b)は、必ずしも常時内側側壁18bに接触しているわけではなく、スペーサ10とウォータージャケット18の内側側壁18bとの間のクリアランス(間隙、離間間隔)Cを突起42で狭めることにより、スペーサ10の回動範囲を規制してピストン打音の伝達を防止している。すなわち、仮に、ウォータージャケット18内においてスペーサ10が自由に移動可能とすると、冷却水の流れによってスペーサ10がウォータージャケット18の内側側壁18bと外側側壁18cとの両方に接触してピストン打音(エンジン振動を含む)が伝達されるようになる。このため、本実施形態では、ウォータージャケット18の内側側壁18bとスペーサ10との間のクリアランスCをスペーサ本体10aの内側に設けられた突起42で狭めクリアランスCを極力小さくしてスペーサ10の移動範囲を規制することにより、スペーサ10が外側側壁18cと接触することを回避してピストン打音の伝達を防止している。
さらにまた、後記するように、溶融樹脂が注入される入口として機能するゲートを間に挟んで一対の張出部42b、42b同士が直線状に繋がる平坦面によって形成されている(図7(a)、図11(b)参照)。この結果、本実施形態では、前記一対の張出部42b、42間の面を、例えば、窪みを有する複雑な形状とした場合と比較して、ゲートから両方の張出部42a、42bへの溶融樹脂の流れを良好とすることができるため、張出部42b、42bを寸法精度良く形成することができ、ウォータージャケット18内におけるスペーサ10の規制精度を向上させることができる。
またさらに、一方側の張出部42bと他方側の張出部42bとの間に形成される対向面42cは、シリンダボア列方向と略平行な平坦面によって形成され、スペーサ製造時における材料導入部として機能するゲート残存部42aは、前記対向面42cから突出して設けられる。なお、図8の変形例に係るスペーサ10に示されるように、スペーサ本体10aの外周面のくびれ形状部25に対して、例えば、ゴム等の弾性部材44を貼着又は接着して複数の突起を形成し、前記弾性部材44がウォータージャケット18の外側側壁18cに当接するようにしてもよい。この場合、弾性部材44は、ピストン打音の伝達を阻害する部材によって構成されるとよい。また、図8中において、気筒列方向に沿った両端部に設けられる一対の弾性体28、28は、内側側壁18bと当接するように描出されているが、前記一対の弾性体28、28の突出する向きを反対にして、外側側壁18cと当接するように設けられるとよい。
スペーサ本体10aの気筒列方向に沿った両端部には、ウォータージャケット18の内側側壁18bに向かって膨出する膨出部45が形成される。以下、気筒列方向に沿った一方と他方とは同一形状からなるため、一方の形状のみを図9(b)、(c)に例示して他方の形状の説明を省略する。前記膨出部45には、図9(b)に示されるように、水平方向に沿った横断面が略T字状からなり上下方向に沿って延在する長溝26が形成される。この長溝26は、図9(c)に示される横断面において、ウォータージャケット18の内側側壁18bに向って開口する縦長開口部26aと、前記縦長開口部26aを間にして連続する一対の側方溝部26bとから構成される。
長溝26の下端部は、二股に分岐する脚部36b、36bの間に設けられたスリット38に連通し、長溝26の上端部は、スペーサ本体10aの上面11と略一致する部位で閉塞するように設けられる。この場合、図9(b)に示されるように、スリット38の幅方向の寸法(S1)は、後記する弾性体28の幅寸法(S2)よりも若干大きく形成されているため(S1>S2)、弾性体28をスリット38の下方側から上方側に向かって係合させることにより、スリット38に連通する長溝26に対して前記弾性体28を円滑に挿入することができる。この結果、組付性を向上させることができる。
弾性体28は、例えば、ゴム製材料で形成された矩形体からなり、図9(a)に示されるように、中心軸線Hの両側に前記中心軸線Hに沿って延在する薄肉状の薄肉側部28a、28aと、前記薄肉側部28a、28aの間に設けられ中心軸線Hに沿って延在する厚肉状の厚肉矩形部28bと、前記厚肉矩形部28bの下部側に突出して設けられる突起部(当接手段)28cと、前記突起部28cが設けられた側と反対側(背面側)に設けられ、中心軸線Hと直交する方向に延在する係止部28dとを有する。前記弾性体28の横断面形状は、図9(c)に示されるように、長溝26に合致する(長溝26の形状に対応する)略T字状に形成される。
弾性体28の突起部28cは、厚肉矩形部28bから外方に向って突出する頂部を有し、ウォータージャケット18の内側側壁18bに対して接触する直線状の稜線部28eが設けられる。なお、突起部28cの稜線部28eとウォータージャケット18の内側側壁18bとの接触具合(接触状態)については、後記する。この突起部28cは、三角柱状に形成され(図9(c)参照)、密着部として機能するものである。前記突起部28cの稜線部28eに沿った傾斜角度は、ウォータージャケット18の内側側壁18bの縦断面(シリンダボアの中心を通る縦断面)における傾斜角度と異なるように設定されている。換言すると、突起部28cの稜線部28eにおける稜線は、ウォータージャケット18の内側側壁18bの縦断面(シリンダボアの中心を通る縦断面)と非平行で交差状に設定されている。
この場合、弾性体28の突起部28cは、スペーサ本体10aの長溝26内に装着された際、縦長開口部26aを通じて内周側に露呈して、ウォータージャケット18を構成する内側側壁18bに対して接触するように設けられる。
また、突起部28cの稜線部28eにおける稜線を、ウォータージャケット18の内側側壁18bの縦断面と非平行で交差状に設定することにより、前記突起部28cのウォータージャケット18の内側側壁18bに対する密着度及び荷重がスペーサ10の挿入具合に応じて徐々に増加するようにしているため、挿入性を良好とすることができる共に、突起部28cを有する弾性体28の変形を極力阻止して弾性体28への影響を抑制することができる。
例えば、弾性体28が装着されたスペーサ10をウォータージャケット18内へ挿入する際、ウォータージャケット18の上部側の開口部18aの部位では、内側側壁18bと弾性体28の突起部28cとの当たり始めが点接触状態であるのに対し、スペーサ10をウォータージャケット18の下部側へ向って徐々に挿入するにつれて弾性体28の突起部28cが内側側壁18bに対して点接触状態から線接触状態に変化し、終局的には、弾性体28の突起部28cが弾性変形して内側側壁18bに対して面接触状態となる。このように、スペーサ10のウォータージャケット18内への挿入荷重が最初から大きくならず、ウォータージャケット18の奥部に向けてのスペーサ10の挿入具合に対応して接触荷重が徐々に増大するように設けられることにより、スペーサ10の挿入時における荷重(摺動抵抗)を低減して良好な挿入性を得ることができ、組付性を向上させることができる。
さらに、弾性体28において、ウォータージャケット18の内側側壁18bとの接触部位は、厚肉矩形部28bで支持された突起部28cに限定され、前記突起部28cの頂部に形成された稜線部28e乃至その近傍のみがウォータージャケット18の内側側壁18bと接触(点接触→線接触→面接触)するように設けられるため、弾性体28自体における変形量を小さく抑制して耐久性を向上させることができる。
さらにまた、スペーサ10は、シリンダ列方向に沿ったスペーサ本体10aの両端部にそれぞれ設けられた一対の弾性体28、28によって、ウォータージャケット18内の所定位置に保持固定される。例えば、冷却水の水圧やエンジン振動等によってスペーサ10が予め設置された所定位置からずれて、仮に、後記する延出部30、第1引っ掛かり部32及び第2引っ掛かり部34のいずれかがガスケット70の下面に当接する場合であっても、ウォータージャケット18の内側側壁18bと弾性体28、28との間で発生する摩擦抵抗によりガスケット70へ付与される当接荷重を好適に緩和することができる。
突起部28cの背面側に設けられた係止部28dは、弾性体28がスペーサ本体10aの長溝26内に組み付けられるときに弾性変形し、スペーサ本体10aに形成された窓部40(図2参照)に係止される。このようにスペーサ本体10aの窓部40に対して弾性体28の係止部28dが係止されることにより、組付時において長溝26内に挿入された弾性体28がスペーサ本体10aの所定位置に位置決めされる。
なお、弾性体28は、前記とは表裏を逆転させて外周側に突起部28cを露呈させ、ウォータージャケット18を構成する外側側壁18cに対して前記突起部28cが点接触又は線接触するようにしてもよい。この場合、係止部28dが係止される窓部40はスペーサ本体10aの内側に設けられる。
図3に戻って、第1引っ掛かり部32は、スペーサ本体10aの上面11から突出し気筒列方向に沿った他端側で弾性体28の上方に設けられる。この第1引っ掛かり部32は、前記上面11から延在し上方に向うにつれて幅寸法が徐々に減少するテーパ部32aと、前記テーパ部32aから延在し上方に向うにつれて幅寸法が拡大された頭部32bと、前記テーパ部32aと前記頭部32bとの間に設けられて幅狭に形成されたくびれ部32cとから構成される。この場合、第1引っ掛かり部32は、固定部として機能する弾性体28とシリンダボアの軸線方向(上下方向)に沿って延在するように設けられる。
図15に示されるように、例えば、くびれ部32cに工具(例えば、針金等で構成された円環部を有する部材)を係合させて頭部32bに前記円環部を引っ掛けることにより、ウォータージャケット18内からスペーサ10を容易に引き抜く(引き出す)ことができる。
この場合、第1引っ掛かり部32を工具等で係止してスペーサ10をウォータージャケット18の上方に向って引き出すとき、前記第1引っ掛かり部32が弾性体28(固定部)のシリンダボアの軸線方向に沿った位置に設けられているため、前記第1引っ掛かり部32を引き抜く力の延長線上に弾性体28が位置することとなり、スペーサ10の変形を回避して容易に引き出すことができる(図15(b)、(c)参照)。
スペーサ10の上面11は、図6に示されるように、シリンダブロック14の冷却水入口20aに対向する箇所から冷却水出口20bに対向する箇所まで、換言すれば、ウォータージャケット18に沿って流れる冷却水の上流側から下流側に向けて徐々にシリンダブロック14のウォータージャケット18の開口部18aへ近づくように上方向に向かって一定の勾配で傾斜する傾斜面で形成される。スペーサ10の上面11をこのような上方向に向かう一定勾配の傾斜面とすることにより、ウォータージャケット18の上流から下流へ向う冷却水の流れによってスペーサ10を下方側へ向って押圧する力が作用し、前記スペーサ10を安定させることができる。これに対して、スペーサ10の下面13は、ウォータージャケット18に沿って流れる冷却水の上流側から下流側に向けて勾配零の水平面で形成される。なお、図6では、スペーサ10の上面11を、便宜上、シリンダブロック14の冷却水入口20aに対向する箇所から第1引っ掛かり部32までを「スペーサ10の上面11a」として示し、第1引っ掛かり部32から冷却水出口20bに対向する箇所までを「スペーサ10の上面11b」として示している。
スペーサ10に設けられる第1引っ掛かり部32は、シリンダボアの周方向に沿って形成されることにより、冷却水の流通方向と同一乃至略同一方向に延在して冷却水の流れを阻害しないように構成されている。すなわち、第1引っ掛かり部32を、例えば、第2引っ掛かり部34と同様に径方向(スペーサ10の厚み方向)に向って突出させて引っ掛かりを形成した場合、その径方向への突出部分が冷却水の流れを妨げるように作用する。このため、第1引っ掛かり部32の一方の頭部32bは、ウォータージャケット18の上流側に向けて延在し、第1引っ掛かり部32の他方の頭部32bは、ウォータージャケット18の下流側に向けて延在するように設けられ、冷却水の流れを極力妨げないシリンダボアの周方向に沿った形状に形成されている。
なお、第1引っ掛かり部32は、気筒列方向に沿った端部で冷却水の流速が比較的遅い、気筒列方向に沿った端部(後記する冷却水のUターン部位)に設けられているため(図1参照)、冷却水の流れを極力阻害しない部位に設けることができる。
さらに、ウォータージャケット18の開口部18a近傍まで延在する部位に第1引っ掛かり部32を設けているため(図6参照)、例えば、工具等をウォータージャケット18の奥部まで挿入することがなく、工具をくびれ部32c(頭部32b)に対して容易に引っ掛けることができる。
さらにまた、第1引っ掛かり部32は、スペーサ本体10aよりもウォータージャケット18の開口部18a側に設けられることにより(図1及び図6参照)、スペーサ本体10aが邪魔部材となることがなく、くびれ部32c(頭部32b)を容易に係止することができる。
スペーサ本体10aの上面11から上方に向けて突出し気筒列方向に沿った一端側に形成される延出部30は、略矩形状からなり、角部が面取りされて形成される。この延出部30を設けることにより、仮に、冷却水の水圧やエンジン振動等によってスペーサ10がウォータージャケット18内の所定位置からずれた場合であっても、前記延出部30がガスケット70に当接して、その位置ずれを規制することができる。
第2引っ掛かり部34は、スペーサ本体10aの上面11から突出し気筒列方向に沿った一端部に近接し、ウォータージャケット18の冷却水入口20aと冷却水出口20bを仕切るためにスペーサ本体10aと一体的に厚肉に形成された仕切り部46の上方に設けられる(図1〜図3参照)。この第2引っ掛かり部34には、縦断面が略L字状からなり、スペーサ本体10aの上端面から突出する胴部34aと、前記胴部34aの上端面から略水平方向に向かって所定長だけ突出する鉤部34bが設けられる。この第2引っ掛かり部34は、スペーサ本体10aにおいて、シリンダボアの周囲を囲繞する部位で比較的薄肉に形成された一般部位と比較して、厚肉に形成されて剛性を有する仕切り部46の上方に設けられる。
第2引っ掛かり部34は、一般部位と比較して厚肉に形成され剛性を有する仕切り部46のシリンダボアの軸線方向に沿った部位に設けられるため、工具等によってスペーサ10を引き出す際、スペーサ10の変形を抑制して容易に引き出すことができる。
この場合、前記鉤部34bに手や工具(例えば、針金等で構成された円環部を有する部材)を係合させて前記円環部を鉤部34bに引っ掛けることにより、ウォータージャケット18内からスペーサ10を容易に引き出すことができる(図15(a)参照)。第2引っ掛かり部34の鉤部34bの近傍は、ウォータージャケット18の冷却水入口20aに連通する連通孔48(図1参照)が開口して、手の指で前記鉤部34bを引き出すことが可能なスペースが設けられている。
なお、ウォータージャケット18内からのスペーサ10の引き出しは、第1引っ掛かり部32又は第2引っ掛かり部34のいずれか単独でスペーサ10を引き出すことも可能であるが、第1引っ掛かり部32と第2引っ掛かり部34とを略同時に引き出すことが好ましい。すなわち、スペーサ本体10aの上方に設けられた第1引っ掛かり部32及び第2引っ掛かり部34は、気筒列方向の一端側及び他端側にそれぞれ設けられ、略同時に引き出すことによりその引き出し荷重を気筒列方向の一端側と他端側とに略均等に分散させて付与することができるため、スペーサ10の長手方向の変形をより一層抑制することができる。
本実施形態に係るスペーサ10が組み込まれたエンジン12は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
先ず、スペーサ10の製造工程について説明する。図14は、成形金型のキャビティ内に注入された溶融樹脂材料が固化されてスペーサが製造される工程を示した説明図である。なお、図14中では、スペーサ10を便宜的に実線で示し、成形金型50のキャビティ内に溶融樹脂材料を注入するゲート及び湯道を破線で示している。
図14に示されるように、成形金型50のキャビティ内に対して溶融樹脂材料を複数のゲートから注入し、前記キャビティ内に充填された溶融樹脂材料を固化させることによって、スペーサ10が製造される。成形金型50には、必要に応じて適宜中子が用いられる。なお、樹脂成形後におけるスペーサ本体10aの突起42には、溶融樹脂が注入されるゲート跡としてバリ等を含んで突出した状態で残存するゲート残存部42aが設けられるが、前記ゲート残存部42aは、例えば、仕上げ加工工程で図示しない研磨機構や切削機構を用いて適宜除去される。
この場合、スペーサ本体10の突起42に設けられた一組の張出部42b、42bがウォータージャケット18の内側側壁18bに接触するように設けられるため、バリ等を含むゲート残存部42aは、ウォータージャケット18の内側側壁18bに接触しないように所定の突出量以下であればよく、ゲート残存部42aにおける寸法精度をラフに設定することができる。
また、成形金型50のキャビティ内に溶融樹脂を注入するための複数のゲートが成形後におけるスペーサ本体10aの内周側上縁近傍に設けられているため、注入される溶融樹脂をキャビティの最下部側の脚部36a〜36c等の隅々まで行渡るように充填することができる。すなわち、二股に分岐して形成された脚部36a、36bの長溝26まわりや最下端部位にも溶融樹脂を円滑に流入させることができ、スペーサ本体10aの下部側に延在する脚部36a〜36cの寸法精度(形状精度)を向上させることができる。
さらに、スペーサ本体10aの内周側上縁近傍に設けられる複数の突起42は、スペーサ10を製造するときに溶融樹脂材料を成形金型50のキャビティ内に注入する入口であるゲート位置に設けられる。本実施形態では、ゲート位置に設けられる複数の突起42を、ウォータージャケット18の内側側壁18bに当接する当接手段として利用することにより(但し、内側側壁18bに当接するのは突起42の両側に設けられた張出部42b、42bで、突起42の中央部のゲート残存部42aは当接しない)、不必要な突起を設けることがなく、ウォータージャケット18内の冷却水の流れを円滑にコントロールすることができる。
バリ等を含む前記ゲート残存部42aは、後工程である仕上げ工程で削除されるが、必ずしもゲート残存部42aの全体が除去されても平坦面になるとは限らない。そこで、本実施形態では、ゲート残存部42aが除去された除去面を基準面として寸法精度をだすことがなく、ゲート残存部42aの両側角部に設けられた張出部42b、42bをウォータージャケット18の内側側壁18bに当接させることにより、スペーサ10を所定位置で高精度に位置決めした状態で保持することができる(図7(a)と図7(b)とを比較参照)。
次に、このようにして製造されたスペーサ10を内燃機関の冷却構造として組み付ける組付工程について説明する。なお、弾性体28は、例えば、合成ゴム又は天然ゴム等のゴム製材料によって、図9(a)に示される所定形状に予め製造されているものとする。
成形金型50によって樹脂成形されたスペーサ10の気筒列方向に沿った両端部には、それぞれ、上下方向に沿った長溝26が形成されている。そこで、図9(b)に示されるように、弾性体28の突起部28cを下方側で且つスペーサ本体10aの内周側に向けた状態でスリット38に沿ってスライドさせ、前記スリット38に連通する長溝26内に弾性体28を挿入する。この場合、長溝26の縦長開口部26aに対して弾性体28の厚肉矩形部28bが係合し、長溝26の側方溝部26bに対して弾性体28の薄肉側部28aが係合する。
このようにして弾性体28を長溝26に沿って上方にスライドさせ、弾性体28の背面に形成された係止部28dがスペーサ本体10aに形成された窓部40内に係止されることにより、弾性体28が所定位置で位置決めされた状態でスペーサ本体10aに装着される。
弾性体28がスペーサ本体10aに装着されてスペーサ10が完成した後、この完成したスペーサ10をシリンダブロック14のウォータージャケット18内に挿入する。スペーサ10のウォータージャケット18内への挿入は、例えば、直交するXYZ軸等を含む複数軸に沿って変位可能な図示しないロボットハンドを用いてウォータージャケット18内へ押圧してもよいし、又は、例えば、手作業でスペーサ10をウォータージャケット18の上面開口部18aに挿入した後、図示しない治具を用いてスペーサ10をウォータージャケット18の奥部まで押圧するようにしてもよい。
スペーサ10のウォータージャケット18内への挿入は、例えば、スペーサ10の下部に設けられた脚部36b、36b及び他の脚部36cがウォータージャケット18の底壁18dに当接することによって規制される。その際、スペーサ本体10aは、ウォータージャケット18の底壁18dに当接することがなく、スペーサ10の内周側に設けられた複数の突起42がウォータージャケット18の内側側壁18bに当接すると共に、気筒列方向に沿った両端部に設けられた弾性体28の突起部28c(稜線部28e)がウォータージャケット18の内側側壁18bに当接することによって、ウォータージャケット18の深さ方向中間位置に固定される。
なお、気筒列方向でスペーサ10の下部に設けられた脚部36a、36aは、気筒列方向で対向する脚部36b、36b及び他の脚部36cと比較して上下方向の長さが若干短く設定されているため、ウォータージャケット18の底壁18dに当接することがなく、浮いた状態でウォータージャケット18内に挿入される(図6参照)。この場合、スペーサ10は、下部に設けられた脚部36b、36b及び他の脚部36cからなる3点で支持されることにより(3点支持構造)、仮に、製造誤差(寸法誤差)等があっても安定して支持することができ、スペーサ10の挙動安定性に寄与することができる。
スペーサ10をウォータージャケット18内に挿入する際、スペーサ10の気筒列方向に沿った両端部にそれぞれ弾性体28が配置され、この弾性体28の突起部28cがウォータージャケット18の内側側壁18bに密着してスペーサ10を気筒列方向の外径側に向かって押圧する力が作用する。このため、スペーサ10の気筒列方向の端部を除いた中間部分が内側に向って変形しようとする力が働き、スペーサ本体10aの内側に設けられた複数の突起42がウォータージャケット18の内側側壁18bに向って近接し、ウォータージャケット18の内側側壁18bと突起42との離間間隔(クリアランスC)が狭まる。
前記離間間隔が零となって突起42が内側側壁18bに当接(接触)する場合、ウォータージャケット18の内側側壁18bに対する、スペーサ10の気筒列方向の両端部に配設された弾性体28の変形代(変形量)を調整することにより、スペーサ本体10aの内側に設けられた複数の突起42がウォータージャケット18の内側側壁18bへ当接する力を増大させ、ウォータージャケット18の全周にわたってスペーサ10を均一に保持することができる。
また、ウォータージャケット18の上下方向に沿った縦断面が上面11の開口部18a側から底壁18dに向かって徐々に幅狭となる先細り形状に形成されているため、ウォータージャケット18の下部側流路24bにおける離間間隔Dと比較してウォータージャケット18の上部側流路24aにおける離間間隔Dが大きくなり、前記上部側流路24aにおける離間間隔Dの設定を容易に行うことができる。
この場合、シリンダボアの軸線方向に沿った上側に設けられ、隣接するシリンダボア間の連結部位(気筒間部位)に対向して配置された複数の突起42がウォータージャケット18の内側側壁18bに当接すると共に、シリンダボアの軸線方向に沿った下側に設けられ、シリンダボア列方向の両端部に対向して配置された一対の弾性体28の突起部28cがウォータージャケット18の内側側壁18bに当接することによって、流路24を流通する冷却水やエンジン12の振動等に起因してスペーサ10が回動(揺動)することを好適に回避することができる。
従って、シリンダボアの軸線方向に沿って上部側に配置された突起42及びシリンダボアの軸線方向に沿って下部側に配置された突起部28cをウォータージャケット18の内側側壁18b又は外側側壁18cに当接させてスペーサ10を保持することにより、スペーサ10の挙動を安定させることができる。
この結果、スペーサ10自体が内側側壁18b又は外側側壁18cに当接することによる打音の発生を抑制し、エンジン12が車両に搭載されたときにおける車室内の静粛性を高めることができる。なお、本実施形態では、スペーサ本体10aからウォータージャケット18の壁面に向けて突出する突起42及び突起部28cを突出部として機能させることにより、例えば、ウォータージャケット18の壁面が複雑な形状で形成された場合であっても、前記突出部を当接させてスペーサ10を好適に保持固定することができる。
次に、スペーサ10がシリンダブロック14のウォータージャケット18内に挿入された状態における冷却水の流通経路(冷却通路構造)について説明する。
図示しないウォーターポンプを介してシリンダブロック14の冷却水入口20aへ供給された冷却水は、一方の気筒列方向(図1中における手前側)に沿ってウォータージャケット18内を流通し、冷却水入口20aから遠い気筒列方向の端部でUターンした後、他方の気筒列方向(図1中における奥側)に沿ってウォータージャケット18内を流通し、冷却水出口20bからシリンダヘッド16側の図示しないウォータージャケットへ導出される。このようにウォータージャケット18に沿って冷却水が流通することにより、シリンダボアまわりのボア壁が冷却され、図示しない燃焼室を外部から好適に冷却することができる。
なお、冷却水の流通経路は、上記に限定されるものではなく、例えば、シリンダボア列方向に沿ったシリンダブロック14の一端部から導入され、複数のシリンダボアを間にしてシリンダボア列方向に沿ったウォータージャケット18の両側(両脇)を並行に流通した後、シリンダボア列方向に沿ったシリンダブロック14の他端部から導出するようにしてもよい。
次に、スペーサ10が挿入されたウォータージャケット18内の所定部位における冷却水の流通状態について以下説明する。
図10は、図4のB−B線に沿った、隣接する気筒間(シリンダボア間)部位における縦断面図である。なお、図5は、前記気筒間部位を除いた一般部位であって、図4のA−A線に沿ったシリンダブロックのシリンダボアの縦断面図である。
図5に示されるように、一般部位では、シリンダボアの軸線方向に沿った上死点近傍部位(ピストン60の上死点位置を実線で図示)と下死点近傍部位(ピストン60の下死点位置を2点鎖線で図示)との間の中間部位にスペーサ10(スペーサ本体10a)が配置され、前記上死点近傍部位及び下死点近傍部位ではスペーサ10(スペーサ本体10a)が何ら設けられていない空間部となっている。従って、ウォータージャケット18において、前記空間部で形成されたスペーサ本体10aの上部側及び下部側に冷却水が流通する主流路(上部側流路24a及び下部側流路24b)がそれぞれ形成される。換言すると、シリンダボア内を摺動変位するピストン60の上死点位置及び下死点位置に対応して、上部側流路24a及び下部側流路24bがそれぞれ形成される。同様に、図10に示される気筒間部位においても、ピストン60の上死点位置及び下死点位置に対応して、上部側流路24a及び下部側流路24bがそれぞれ形成される。
この場合、スペーサ本体10aの上部側流路24a及び下部側流路24bで冷却水の流通量が大きく設定され、スペーサ本体10aが配置された上死点近傍部位と下死点近傍部位との間の中間部位(中央部位)に設けられた中間流路24cでは、冷却水の流通量が小さく設定されている。
この結果、冷却水の流通量が小さく設定された中間部位(中央部位)では、上死点及び下死点と比較してピストン摺動速度が高い範囲におけるボア壁がスペーサ10(スペーサ本体10a)で囲繞されて暖められる(保温される)ことにより、シリンダボア内を摺動変位するピストン60とボア壁との間のクリアランスが拡大され、ピストン60及びボア壁間に発生するフリクション(摩擦抵抗)を低減させることができる。また、中間部位(中央部位)では、上死点及び下死点と比較してピストン摺動速度が高い範囲におけるボア壁がスペーサ10で暖められる(保温される)ことにより、ピストン60とボア壁との間の潤滑油の粘性(粘度)を低下させ摺動抵抗を低減することができる。なお、本実施形態のように、ウォータージャケット18内にスペーサ10を挿入した場合には、スペーサ10を挿入しない場合と比較して、冷却水全体の容量を低減させることができ、エンジン12の始動時における早期の暖機を遂行することができる。
図10に示されるように、気筒間部位には、ウォータージャケット18の内側側壁18bの上部近傍部位に、縦断面略ハの字状に傾斜する一対の傾斜面からなるテーパ面62が形成されている。このテーパ面62は、前記テーパ面62の下部とスペーサ18の上面11とが水平方向で略一致又は近接する位置に設定され、冷却水がウォータージャケット18の上部側流路24aに沿って流通する際、冷却水がテーパ面62(傾斜面)に沿って上部側流路24aの内側を迂回し大きくカーブするように流通することにより冷却水の流通量(流路面積)を増大させ(図16参照)、隣接するシリンダボア間で特に高温となる部位(上死点近傍部位)を好適に冷却することができる。
本実施形態によれば、スペーサ10におけるゲート残存部42a(材料導入部)のシリンダボア列方向の両側に、ウォータージャケット18の内側側壁18b(シリンダボア側の内壁)に向けて突出する張出部42b、42bを設け、この張出部42b、42bが内側側壁18bに当接してスペーサ10を2点で支持することにより、スペーサ10のガタツキを抑制することができる。この結果、本実施形態では、ウォータージャケット18内に挿入されたスペーサ10の挙動を安定させることができる。また、材料導入部として機能するゲート残存部42aは、内側側壁18bへ向かう突出寸法を一定にすることが困難であり、ゲート残存部42aをウォータージャケット18の内側側壁18bに当接させた場合と比較して、シリンダボア側の内側側壁18bに対して張出部42b、42bを当接させることにより、スペーサ10を所定位置に精度良く支持することができる。
また、本実施形態によれば、張出部42b、42bがゲート残存部42a(材料導入部)よりもウォータージャケット18のシリンダボア側の内側側壁18bに近接して設けられることにより、ゲート残存部42b(材料導入部)よりも先に張出部42b、42bをシリンダボア側の内側側壁18bに当接させることができるため、ゲート残存部42b(材料導入部)がある程度突出してもその影響を低減することができる。
さらに、本発明によれば、張出部42b、42bの間にシリンダボア列方向と略平行に延在して気筒間部位(連結部位)で対向する対向面42cを形成し、ゲート残存部42a(材料導入部)を前記対向面42cに突設させることにより、シリンダボア列方向両側に配置された張出部42b、42bを均等にシリンダボア側の内側側壁18bに当接させて、スペーサ10の傾きやガタツキを好適に抑制することができる。
さらにまた、本実施形態では、溶融樹脂が注入される入口として機能するゲートを間に挟んで一対の張出部42b、42b同士が直線状に繋がる平坦面によって形成される(図7(a)、図11(b)参照)。従って、本実施形態では、成形金型50を用いた射出成形によるスペーサ10の製造時において、前記一対の張出部42b、42間の面を、例えば、窪みを有する複雑な形状とした場合と比較して、ゲートから両方の張出部42a、42bへの溶融樹脂の流れを良好とすることができるため、張出部42b、42bを寸法精度良く形成することができ、ウォータージャケット18内におけるスペーサ10の規制精度を向上させることができる。この結果、本実施形態では、張出部42b、42bの形状を精度良く形成してスペーサ10をより一層安定支持することができる。