JP2013136984A - シリンダブロックのウォータージャケット構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロック中での冷却水の流れを、燃焼室の中心部分となるシリンダヘッド側へできるだけ流れやすくするため、従来は、ウォータージャケットスリーブをウォータージャケットに充填していた。
【解決手段】シリンダ周りにウォータージャケットを備え、前記ウォータージャケットがシリンダヘッド側に開口し、シリンダブロック前後方向のいずれかの面に、ウォーターポンプからの冷却水取り入れ口が設けられたシリンダブロックのウォータージャケットの構造であって、前記冷却水取り入れ口は、前記シリンダブロック外側の開口部分において、上方の開口幅より下方の開口幅が狭くなることを特徴とするシリンダブロックのウォータージャケット構造を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関（以後「エンジン」という）を冷却するためのウォータージャケットに関するものであり、特にシリンダブロックのウォータージャケット構造に関する発明である。

エンジンは、シリンダ内部で燃料を爆発的に燃焼させることで、ピストンを動かし、ピストンの動きをクランク軸の回転に変換することで、駆動力を得る。従って、シリンダ内の燃焼室周辺は高温となるため、冷却構造が設けられる。水冷式の冷却構造では、主として熱の発生源となる、燃焼室周囲にウォータージャケットを設け、そこに冷却水を循環させる。

燃焼室は、シリンダヘッドおよびシリンダブロックで構成されるため、この両部材中にウォータージャケットが構成される。ウォータージャケットは、冷却水を循環させるための通路である。したがって、入口と出口を設ける必要がある。しかし、シリンダヘッド自体に外部と通じる冷却水の出入口を設けるのは、シリンダヘッドの大型化につながるため好ましくない。そこで、冷却水の出入口はシリンダブロック側に設け、シリンダヘッドへの冷却水は、シリンダブロック側から供給する方式が取られている。

一方、エンジンの軽量化のためにシリンダブロックはアルミ合金で製造されるようになった。アルミ合金でシリンダブロックを製造する場合は、ダイカスト鋳造によって製造される。ダイカスト鋳造では、成形後に金型を引き抜く必要がある。したがって、ダイカスト鋳造でシリンダブロックにウォータージャケットを形成すると、デッキ面にウォータージャケットが開口しているオープンデッキタイプのウォータージャケットになる。

このようなタイプのウォータージャケットは、シリンダの周囲に冷却水用の空間が形成されているだけで、特に流路が設けられているわけではない。したがって、単に冷却水の液圧だけでシリンダブロック中の冷却水の流れ、およびシリンダヘッドへの冷却水の供給を行うと、部分的な冷却水の滞留箇所が発生し、十分な冷却が行われないという課題がある。

また、冷却が必要とされるのは、燃焼室の周辺である。燃焼室は熱源の中心となるので、燃焼室からの距離による温度勾配は、燃焼室周辺であるシリンダ上部からシリンダ下部にかけて低くなる。すると、シリンダ上部は、熱による変形がシリンダ下部より大きくなり、シリンダ全体としてみると、上部が開いた口開き状態となる。

ピストンリングは、燃焼室に近い部分での気密性を高めるために熱変形した状態のシリンダ上部のサイズに合わせて設計される。そのためシリンダ下方部分では、ピストンとの摩擦が高くなり、メカロスが高くなる。シリンダ上部を下部より冷却してシリンダ全体として熱変形量を一定にしておけば、このようなメカロスは回避することができる。

一方、オイルの供給源は、クランク室側にある。従って、オイルはシリンダ下部から供給されることになる。しかし、シリンダ下部が過冷却になると、オイルが増粘し、潤滑が十分行われなくなり、やはりメカロスの発生の原因となる。

つまり、シリンダブロック中での冷却水の流れは、燃焼室の中心部分となるシリンダヘッド側へは、できるだけ流れやすく、また、シリンダの下方部分では過冷却とならないようにする必要がある。

アルミ合金を用いたシリンダブロックでは、成形後に金型を引き抜かなければならないのはすでに説明したが、これはウォータージャケット中に凸凹形状を形成するのが容易でないことも意味する。そこで、単なる空間として形成されるシリンダブロックのウォータージャケット中の冷却水の流れをどのように制御するかが問題となる。

この問題に対しては、例えば特許文献１が示すように、ウォータージャケット中にウォータージャケットスリーブと呼ばれる充填物を挿入する方法が開示されている。これは、シリンダブロックのウォータージャケットを構成する空間のクランク室側となる下方部分に、ナイロン６６といった水で膨潤する材料を充填するものである。このウォータージャケットスリーブによって、シリンダの下方側では冷却水の流れが悪くなり、専らシリンダヘッド側に冷却水が流れるようになる。

実開昭６０−１６４６４５号公報

しかしながら、ウォータージャケットスリーブは、エンジンにとっては別部材であり、部品点数の増加につながる。また組み付け工数が増加するため、コスト上昇の原因ともなる。また、シリンダブロックのウォータージャケットは、１つの空間であるため、冷却水導入口からの圧力差は発生しにくく、ウォータージャケットスリーブの設置で必ずしも効果的な冷却水の流れを形成できるとも限らない。

本発明は、上記の課題に鑑みて想到された発明である。より具体的には、本発明は、
シリンダ周りにウォータージャケットを備え、前記ウォータージャケットがシリンダヘッド側に開口し、シリンダブロック前後方向のいずれかの面に、ウォーターポンプからの冷却水取り入れ口が設けられたシリンダブロックのウォータージャケットの構造であって、
前記冷却水取り入れ口は、
前記シリンダブロック外側の開口部分において、上方の開口幅より下方の開口幅が狭くなることを特徴とするシリンダブロックのウォータージャケット構造である。

本発明のウォータージャケット構造では、シリンダブロック外側の開口部分の形状で、下方の開口幅を絞る形状にするため、冷却水が通過する際に、上方向へ向かう圧力差が生じ、冷却水が上方向に向かう。さらに、ウォータージャケット内部では下方に設けられた開口部分から冷却水が上向きの流れを持って導入されるので、シリンダヘッド側への流量を増加させることができる。また、同時にシリンダブロックのクランク室側の過冷却も回避することができるという効果を奏する。

また、ウォータージャケットスリーブを使用する必要がなくなり、部品点数、組み付け工数の減少によってコスト上昇も抑えられるという効果を奏する。

本発明のウォータージャケット構造を有するシリンダブロックの外観を示す図である。 図１の一部拡大図である。 冷却水の取り入れ口からウォータージャケット内部までの水路を示す図である。 図１の一部平面図と断面図を示す図である。 冷却水の流れを説明する図である。

以下、図面を参照しながら本発明を説明する。なお、以下の説明は本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、下記の実施形態を変形してもよい。

図１は、本発明のウォータージャケット構造１を有するシリンダブロック１０の外観を示す。図１では、３気筒の場合を示すが気筒数は特に限定されるものではない。矢印１１はクランク軸の方向を示す。このクランク軸方向１１をシリンダブロック１０の前後とする。また、シリンダ１２の開口部が形成されている方向を上方向、反対側を下方向とする。シリンダブロックの上側にはシリンダヘッドが搭載される。デッキ面１４はシリンダブロックとシリンダヘッドとの突き合わせ面となる。

シリンダ１２とシリンダブロック１０の間には隙間がある。ここがウォータージャケット１６部分である。すなわち、ウォータージャケット１６部分はシリンダヘッド側に開口している。シリンダ１２とシリンダブロック１０の隙間をウォータージャケット開口幅１６ｗと呼ぶ。本発明は主としてオープンデッキタイプのシリンダブロックに好適に利用することができる。

シリンダブロック１０の前後方向の一方端には、タイミングチェーンカバーが取り付けられる。タイミングチェーンカバーが取り付けられる側をシリンダブロックの前側１０ｆとする、反対側を後側１０ｂとする。本発明のウォータージャケット構造１では、シリンダブロック１０の前側１０ｆの面に冷却水の取り入れ口２０が形成される。前側１０ｆには、タイミングチェーンを駆動するためのギア等（図示せず）が載置されるため、ウォーターポンプ（図示せず）を配設しやすいからである。ただし、後側１０ｂに配置しても構わない。したがって、冷却水の取り入れ口２０は、前後方向のいずれかの面に設けられることになる。

冷却水の取り入れ口２０が設けられた部分ではウォータージャケット開口幅１６ｗが広く設けられている。この部分のウォータージャケットの部分を拡大ウォータージャケット１７、この部分のウォータージャケット開口幅を符号１７ｗとする。

冷却水の取り入れ口２０は、逆三角形状に形成されている。これは下方向の開口幅が狭くなる形状であれば、特に逆三角形でなくてもよく、たとえば、上辺が下辺より長い台形やその他の多角形であってもよい。また、角の部分を曲線で処理した形状であってもよい。取り入れ口２０の上方２か所および下方１か所には近接してボルト締結孔１８ａ、１８ｂ、１８ｃが形成されている。

図２には、図１の冷却水の取り入れ口２０周辺の拡大図を示す。本明細書では取り入れ口２０の形状は逆三角形をしている。取り入れ口２０は、シリンダブロック前側１０ｆのチェーンカバーとの取付面１０ｍと面一に形成されている。また、取り入れ口２０の下端２０ｃは、上端２０ａよりもシリンダブロック１０の中央側に寄り、拡大ウォータージャケット１７の内面１７ｉよりも中央側に形成されている。なお、他の上端２０ｂは、上端２０ａよりも下方に位置する例を示すが、特に限定されるわけではない。

ここで、図３を参照する。図３には、冷却水の取り入れ口２０から奥の水路２１だけを示す。図３（ａ）は、取り入れ口２０側から見た図である。図３（ｂ）は、シリンダブロック１０の側面（図１の符号１０ｓ方向）から見た図である。チェーンカバーとの取付面１０ｍは矢印で示した面となる。

図３（ｃ）は、シリンダブロック１０の上方から見た図である。図３（ｂ）を参照して、冷却水の取り入れ口２０は、全体として、三角柱の一方の底面の一辺２３から対向する稜２４に向けて切断面２５を形成している。ここで、取り入れ口２０は他方の底面２６であり、切断面２５を設けた底面側は、取り入れ口２０側からみると奥にあたる。

図３（ａ）を参照して、取り入れ口２０の下端２０ｃは、拡大ウォータージャケット１７の内面１７ｉよりもシリンダブロック１０の中央側に寄せて形成されている。つまり、取り入れ口２０の上端２０ａから下端２０ｃにかけて、傾斜面２７が形成されている。ここで、上端２０ａの稜２８（図３（ｃ）参照）が拡大ウォータージャケット１７の内面１７ｉ（図１参照）に沿って形成されているとすると、水路２１の奥側では、拡大ウォータージャケット１７内と連通する出水口２９が形成される。

再び、図２を参照する。取り入れ口２０は図３で説明したように、上端２０ａから下端２０ｃにかけて、シリンダブロック１０の中央側に向けて傾斜面２７が形成されている。そこで、図３で示した水路２１の抜型分だけ、拡大ウォータージャケット１７部分の内部に突起を形成しておく。これは、シリンダブロック１０の金型から見ると、先端が細く、根元側が太くなるため、金型の抜きに関しては支障なく引き抜くことができる。そして、金型および抜型を引き抜いた後、デッキ面のＡに沿って垂直下方に向けて切削加工することで、出水口２９を形成することができる。

図４（ａ）には、シリンダブロック１０を上方視した平面図および、図４（ｂ）は、Ｂ−Ｂでの切断面を示す。取り入れ口２０を形成した周辺の拡大ウォータージャケット開口幅１７ｗは、他の部分のウォータージャケット開口幅１６ｗより広く形成してある。また、斜面３０は図３の斜面３０である。縦面に見える面３１は、図３（ｂ）の切断面２５の一部を切断した面を見ている。出水口２９は、拡大ウォータージャケット１７内部に向けて、上方向に角度を有して開口している（図２も参照）。

次に上記のように構成したウォータージャケット構造１の作用について説明する。図５は、図３と同じ図である。図５（ａ）を参照して、取り入れ口２０は、下方の開口幅３２が上方の開口幅３３より狭く形成されている。したがって、取り入れ口２０に流入した冷却水は、下方側では圧力を受けて、上方に向かって流れが生じる。この流れは、斜面３０を駆け上がる。言い換えると、上方に向かって流れる。図５（ｂ）には、この様子を矢印３４で示した。

この流れ３４は、切断面２５で方向が変えられる。この際に、切断面２５には下方から上方に向けて冷却水は衝突するので、流れ３４は、さらに上方に向けて流れる。そして、出水口２９から拡大ウォータージャケット１７内部に放出される。また、出水口２９は、下方より上方が先に解放されているので（図５（ａ）、（ｃ）参照）、出水口２９から放出される冷却水は、拡大ウォータージャケット１７内部の上方（シリンダヘッド側）に向けた流れを持って放出される。

また、出水口２９が形成された拡大ウォータージャケット１７内部は拡大ウォータージャケット開口幅１７ｗが広く形成されているので、冷却水の上向きの流れはシリンダ１２の外壁面で乱されることがない。従って、この拡大ウォータージャケット開口幅１７ｗにシリンダヘッドへの冷却水入口を形成することで、シリンダヘッドへの冷却水の流れを良好にすることができる。

また、拡大ウォータージャケット開口幅１７ｗからシリンダブロック１０の他のウォータージャケット１６の部分への冷却水の供給のためには、水路が狭く形成される通路（図１のＣ及びＤ参照）を通過しなければならない。すなわち、本発明の冷却水の取り入れ口２０の構造に加えて、拡大ウォータージャケット１７内の広い空間に冷却水を放出し、その部分の上方に配置さるシリンダヘッドに冷却水の入口を形成することで、よりシリンダヘッド側へ冷却水を供給しやすくなる。

また、上記の方法は、ウォータージャケットスリーブといった別部材を用いることなく、実施することができるため、部品点数および組み付け工数の観点からも好適である。

本発明のシリンダブロックのウォータージャケット構造は、オープンデッキタイプのシリンダブロックに好適に利用することができる。

１ ウォータージャケット構造
１０ シリンダブロック
１０ｂ （シリンダブロックの）後側
１０ｆ （シリンダブロックの）前側
１０ｍ （シリンダブロックとチェーンカバーの）取付面
１０ｓ （シリンダブロックの）側面
１１ クランク軸方向
１２ シリンダ
１４ デッキ面
１６ ウォータージャケット
１６ｗ ウォータージャケット開口幅
１７ 拡大ウォータージャケット
１７ｗ 拡大ウォータージャケット開口幅
１７ｉ （拡大ウォータージャケットの）内面
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ ボルト締結孔
２０ 取り入れ口
２０ａ （取り入れ口の）上端
２０ｂ （取り入れ口の）他の上端
２０ｃ （取り入れ口の）下端
２１ （取り入れ口からの）水路
２３ （三角柱の一方の底面の）一辺
２４ （２３の一辺に対向する）稜
２５ 切断面
２６ 他方の底面（取り入れ口）
２７ 傾斜面
２８ （上端の）稜
２９ 出水口
３０ 斜面
３１ 面
３２ 下方の開口幅
３３ 上方の開口幅
３４ 斜面３０を上方向に向かって流れる水流

Claims (1)

1. シリンダ周りにウォータージャケットを備え、前記ウォータージャケットがシリンダヘッド側に開口し、シリンダブロック前後方向のいずれかの面に、ウォーターポンプからの冷却水取り入れ口が設けられたシリンダブロックのウォータージャケットの構造であって、
   前記冷却水取り入れ口は、
   前記シリンダブロック外側の開口部分において、上方の開口幅より下方の開口幅が狭くなることを特徴とするシリンダブロックのウォータージャケット構造。