JP2013189872A

JP2013189872A - 多気筒内燃機関

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Publication number: JP2013189872A
Application number: JP2012054795A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Oe; 雅之大江; Hideo Yamaji; 日出夫山路
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2032-03-12
Also published as: JP5964092B2

Abstract

【課題】シリンダブロックのボア間部が的確に冷却される内燃機関を提供する。
【解決手段】シリンダブロック１には冷却水が通るウォータジャケット７が形成されており、ウォータジャケット７にはスペーサ１１が嵌め込み装着されている。スペーサ１１は、ある程度の深さＨ１だけ沈めた状態に配置しており、このため、ウォータジャケット７の上部が主たる冷却水通路になっている。隣り合ったシリンダボア２の間では、ウォータジャケット７は気筒列中心線９に近づく追い込み部１０になっている。追い込み部１０は深溝部１０ａと浅溝部１０ｂとで構成されている、スペーサ１１に深溝部１０ａの上部を塞ぐ規制部１２が突設されており、これにより、浅溝部１０ｂの箇所を冷却水通路と成している。これにより、ボア間部８の上部を的確に冷却できる。
【選択図】図３

Description

本願発明は、シリンダブロックを水等の冷却液で冷却する液冷式（典型的には水冷式）の多気筒内燃機関に関するものである。

水冷式の内燃機関では、シリンダブロックにシリンダボアを囲うウォータジャケットが形成されており、ウォータジャケットに冷却水を通すことでシリンダボアの周囲の気筒を冷却している。

この場合、気筒は均一に冷却するのが理想的であるが、複数のシリンダボアを有する多気筒内燃機関の場合、気筒間の間隔をできるだけ狭める必要性や冷却水に流れの方向性を付与する必要等から、一般に、各気筒の全周を囲うように冷却水ジャケットを形成することはしておらず、冷却水ジャケットは気筒の群を囲うループ状に形態になっており、ウォータジャケットのうち隣り合ったシリンダボアの間の部分は、各シリンダボアの中心を結ぶ気筒列中心線の側に入り込んだ追い込み部になっている。すなわち、ウォータジャケットは、シリンダブロックのうち隣り合ったシリンダボアの間のボア間部に入り込んだ状態になっている。

この場合、各気筒の周方向の冷却が過度に不均一になると、熱膨張によってシリンダボアの真円度が低下し、これが悪化すると、クランク室に漏洩するブローバイガスが増加したり、燃焼ガスがクランク室に大量に吹き抜ける現象が発生したりするおそれがある。また、シリンダボアが隣り合った部位で異常高温になることで、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に配置しているガスケットが隣り合ったシリンダボアの間において損傷して、燃焼ガスが隣のシリンダボアに吹き抜けたりするおそれもある。従って、ウォータジャケットの追い込み部は、シリンダブロックの強度を阻害しない範囲で、できるだけ気筒列中心線に近い奥部に入り込ませるのが好ましいと言える。

他方、ピストンが上死点付近に位置した状態で燃料が燃焼するため、気筒はシリンダヘッドに近い上部において強く受熱する。従って、気筒の上部は的確に冷却する必要があるが、各気筒を過度に冷却すると、燃料の燃焼性が悪化して燃費が低下するおそれがある。また、気筒の下部を過度に冷却すると、気筒の上部と下部との温度差によってシリンダボアの真円度や平行度が悪化するおそれがある。そこで、ウォータジャケットに流量調整用のスペーサを嵌め込み装着して、主としてウォータジャケットの上部に冷却水を通して、気筒の上部を集中的に冷却することが提案されている（特許文献１）。

特開２００２−３０９８９号公報

上記のとおり、多気筒内燃機関において各気筒の周囲をできるだけ均等に冷却するには、ウォータジャケットの追い込み部を気筒列中心線にできるだけ近づけるのが好ましいが、追い込み部の深さを他の部位と同じにして全体的に気筒列中心線に近付けると、シリンダブロックの強度が低下したり、気筒の下部が過度に冷却されて真円度・平行度が悪化したりするおそれがある。

そこで、ウォータジャケットの追い込み部のうち気筒列中心線に近い奥部のみの深さを浅くすることが行われているが、このように追い込み部の奥部を浅く形成したウォータジャケットにスペーサを嵌め込む場合、従来は、単にスペーサの上下幅寸法をウォータジャケットの深さ寸法より短い寸法に設定して、主としてウォータジャケットの上部に冷却水が通るように設定しているに過ぎないため、ウォータジャケットのうち追い込み部の箇所では冷却水の流路の幅が広がっている。

すると、ウォータジャケットのうち追い込み部の箇所で冷却水の流速が低下して、シリンダブロックのうちボア間部の箇所の冷却が不十分になる問題や、冷却水の流れが直進性を有することから、冷却水が追い込み部の奥部に入り込まずに淀みができて、これまたシリンダブロックのうちボア間の冷却が不十分になる問題が生じるおそれがあった。そして、追い込み部を形成しているにもかかわらず、ボア間部の冷却が不十分になるため、不均一な熱変形に起因してシリンダボアの真円度が悪化するおそれがあり、ブローバイガスが増加したり、場合によっては燃焼ガスの吹き抜け現象が生じたりするおそれがある。

本願発明はこのような現状に鑑みなされたものであり、シリンダブロックのボア間部を的確に冷却できるようにすることを目的とするものである。

本願発明の内燃機関は、シリンダヘッドが重ね配置されたシリンダブロックに、クランク軸の軸線方向に並ぶ複数のシリンダボアが形成されていると共に、前記シリンダヘッドに向いて開口した冷却液ジャケットが前記シリンダボアの群を囲うように形成されており、前記冷却液ジャケットのうち隣り合ったシリンダボアの間に位置した部位は、各シリンダボアの中心を結ぶ気筒列中心線の側に入り込んだ追い込み部になっており、前記追い込み部は、前記気筒列中心線から遠い側に位置して他の部位と略同じ深さの深溝部と、前記気筒列中心線に近い側に位置して深さが浅い浅溝部より成っている。

そして、前記冷却液ジャケットの追い込み部に、冷却液が主として前記浅溝部を通るように前記深溝部を塞ぐ規制部を設けており、前記規制部は、前記冷却液ジャケットに嵌め込み装着したスペーサに形成しているか、又は、シリンダブロックに一体形成している。本願発明は様々に展開できるが、その好適な一例として、追い込み部の箇所の流路の断面積を他の部位と略の断面積と略同じに設定することができる。

本願発明では、追い込み部に浅溝部を設けたことにより、シリンダブロックのボア間部のうちその上部に冷却液を接触させることができるが、追い込み部では、規制部の存在により、冷却液は主として浅溝部を通るため、シリンダブロックのボア間部を的確に冷却することができる。その結果、ボア間部が高温になることに起因して燃料の異常着火が発生することを防止して燃焼を安定化させることができると共に、シリンダボアの真円度が悪化することを的確に阻止して、ブローバトイガスの増加や燃焼ガスの吹き抜け現象を的確に阻止できる。これにより、燃費の悪化も防止できる。

更に、シリンダボアの真円度を向上できることにより、潤滑油の消費量を抑制できる利点や、ピストンリングがシリンダボアに強く当たることを防止して摺動抵抗を低減し、延いては燃費を向上し得る利点や、ピストンリングがシリンダボアに片当たりすることを防止して耐久性を向上できるといった利点もある。

本願発明において、規制部をスペーサに設ける構成を採用すると、コストを抑制できる利点や、既存の構成の内燃機関にも簡単に適用できる利点がある。また、上記したように追い込み部の箇所の流路の断面積を他の部位と略の断面積と略同じに設定すると、冷却液ジャケットの各部位において流速を均一化できるため、シリンダボアの真円度をより的確に確保し燃費向上に貢献し得る利点がある。

実施形態に係るシリンダブロックの平面図である。（Ａ）は図１の部分拡大図、（Ｂ）はシリンダブロックとスペーサとの部分的な分離平面図である。（Ａ）は図１（Ａ）のIIIA- IIIA視断面図、（Ｂ）は図１（Ａ）の IIIB- IIIB 視断面図である。他の実施形態の要部断面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

(1).第１実施形態
まず、図１〜図３に示す第１実施形態を説明する。本実施形態は３気筒内燃機関に適用しており、従って、図１に示すように、シリンダブロック１には、３つのシリンダボア２がクランク軸（図示せず）の軸線方向に沿って直列に並んだ状態に形成されており、各シリンダボア２によって気筒３が構成されている。本願発明では、シリンダブロック１のうちシリンダボア３の周囲の部分を気筒３と呼んでいる。

シリンダブロック１の上面にはシリンダヘッド（図３参照）４がガスケット５を介して重なっている。敢えて述べるまでもないが、シリンダヘッド４はボルト（図示せず）でシリンダブロック１に固定されている。各シリンダボア２（気筒３）には、ピストンリング６ａを備えたピストン６が摺動自在に嵌まっている。図３では、ピストン６は下死点付近に位置している。

シリンダブロック１には、冷却液ジャケットの一例として、シリンダボア２の群を囲うウォータジャケット７が上面に開口した状態に形成されている。ウォータジャケット７はループ形態になっており、基本的にはシリンダボア２の軸心から均等に延びるように形成されているが、気筒３の全周を囲うことはできないため、隣り合ったシリンダボア２の間の部位、すなわち、シリンダブロック１のボア間部８においては、ウォータジャケット７は、各シリンダボア２の中心を結ぶ気筒列中心線９の側に入り込んだ追い込み部１０になっている。

シリンダブロック１のウォータジャケット７とシリンダヘッド４に設けたウォータジャケット（図示せず）とは連通しており、冷却水はシリンダブロック１からシリンダヘッド４に、又は、シリンダヘッド４からシリンダブロック１に流れる。シリンダブロック１においては、冷却水は、図１に白抜き矢印Ａに示すように、気筒の並び方向に向かって一端部から左右に分かれて流れて他端部で集合する態様と、図１に黒抜き矢印Ａ′に示すように、シリンダブロック１の一端部から気筒列を周回するように流れて再びシリンダブロック１の他端部に戻る態様とのいずれも選択できる。勿論、他の流れ態様も採用できる。

ウォータジャケット７には、ループ形態のスペーサ１１が嵌め込み装着されている。スペーサ１１の素材に限定はないが、例えば樹脂の成形品を採用できる。なお、ウォータジャケット７の追い込み部１０は、くびれ部又は進入部と呼ぶことも可能である。

図３に示すように、ウォータジャケット７は、基本的にはピストン６の下死点付近まで入り込む深さであるが、追い込み部１０の箇所では、他の部位と同じ深さの深溝部１０ａと、気筒列中心線９に近づくように入り込んだ浅溝部１０ｂとで構成されており、浅溝部１０ｂを設けることにより、シリンダブロック１のボア間部８の上部が集中的に冷却されるように配慮されている。従って、追い込み部１０の箇所の溝幅寸法Ｗ２は、他の部位の幅寸法Ｗ１よりも幅広になっている。

スペーサ１１は、ウォータジャケット７の追い込み部１０を除いた部位では、ウォータジャケット７の上端よりもある程度の深さＨ１だけ沈めた状態に配置することにより、各気筒３の上部を集中的に冷却するように設定している。換言すると、ウォータジャケット７のうちその上部を主たる流路７ａ（図３（Ａ）参照）としている。

他方、スペーサ１１のうち追い込み部１０の箇所には、深溝部１０ａの略上端まで延びる平面視山形の規制部１２を上向き突設しており、これにより、冷却水が主として浅溝部１０ｂを通るように設定している。浅溝部１０ｂの深さＨ２は、追い込み部１０を除いた他の部位の主たる通路７ａの深さＨ１と略同じ程度に設定している。図１及び図２（Ａ）に示すように、ウォータジャケット７の主たる流路７ａは浅溝部１０ｂに滑らかに連続している。

本実施形態では、浅溝部１０ｂの箇所の通路断面積を他の部位の上部の通路断面積と略同じに設定している。従って、冷却水はウォータジャケット７の各部位において略同じ速度で流れる。また、本実施形態では、規制部１２は浅溝部１０ｂに部分的に入り込むように設定している。このため、浅溝部１０ｂの箇所の流路断面積を他の部位と略同じに設定しつつ、浅溝部１０ｂをできるだけ気筒列中心線９に近付けることができる。

スペーサ１１はウォータジャケット７に嵌め込まれているが、各部位とも、スペーサ１１の内側と外側との両方においてウォータジャケット７の壁面との間に若干の隙間を設けており、従って、冷却水は、スペーサ１１の内側と外側との両方において若干は流れている。もとより、スペーサ１１をウォータジャケット７の外壁面又は内壁面若しくは両壁面に密着させることも可能である。

なお、スペーサ１１とウォータジャケット７の壁面との間に流路を構成する場合、その幅寸法（間隔寸法）は必要に応じて任意に設定できる。スペーサ１１とウォータジャケット７の壁面との間に空間（流路）を設ける場合、スペーサ１１の保持手段としては、その外周又は内周に、ウォータジャケット７の壁面に当接する突起やリブを設けたらよい。

以上の構成において、ウォータジャケット７の追い込み部１０はその上部が気筒列中心線９に向かって深く入り込んでいるが、スペーサ１１に規制部１２を設けたことにより、冷却水は大きく蛇行して浅溝部１０ｂの箇所を流れるため、従来に比べて冷却水がボア間部８に接触する流速を速くすることができると共に、よどみの発生を防止してボア間部８から冷却水に的確に熱交換できる。

従って、シリンダブロック１のボア間部８のうちその上部を的確に冷却できる。これにより、気筒３の熱膨張が周方向に不均一になってブローバイガスの量が増えたり燃焼ガスがクランク室に大量に吹き抜けたり、ガスケット５がボア間部８で損傷して燃焼ガスが隣あのシリンダボア２に吹き抜けたりすることを防止して、燃費の悪化を防止できる。また、シリンダボア２を高い真円度に維持できることにより、ピストンリング（オイルリング）６ａがその全周にわたってシリンダボア２に密着した状態を維持することができるため、潤滑油が燃焼室に残ったり燃焼ガスでクランク室に吹き飛ばされたりすることを防止又は著しく抑制して、潤滑油の消費量を抑制できる。同様に、シリンダボア２を高い真円度に維持できることにより、ピストンリング６ａの片当たりを防止できるため、摺動抵抗抑制によって燃費向上に貢献できると共に、ピストンリング６ａの耐久性も向上できる。

本実施形態のように、ウォータジャケット７のうち追い込み部１０の箇所の流路断面積を他の部位と同じ程度に設定しておくと、各部位で流速を均一化できるため、気筒をその周囲の各部位において均等に冷却する機能を従来よりも一層向上できるが、追い込み部１０の箇所の流路断面積を他の部位より小さい面積とすることにより、追い込み部１０での冷却水の流速を速くして、ボア間部８の冷却機能をより一層向上させることも可能である。

(2).他の実施形態・その他
図４では他の実施形態を示している。このうち図４（Ａ）に示す第２実施形態では、ウォータジャケット７のうち追い込み部１０の箇所を全幅にわたって深い深さに形成し、スペーサ１１に、追い込み部１０の奥部のうちその上部を除いた部分を塞ぐ内向き突部１１ａを設けることにより、追い込み部１０の奥部の上部のみを冷却水通路と成す浅溝部１０ｂを形成している。ボア間部８に関して強度的な問題がない場合は、このような構造も採用可能である。

図４（Ｂ）に示す第３実施形態では、スペーサ１１は使用せずに、規制部１２をシリンダブロック１に一体に成形している。ウォータジャケット７のうち追い込み部１０を除いた部分では、上部は大きく開口している。

本願発明は上記の各実施形態の他にも様々に具体化できる。例えばスペーサを使用する場合、スペーサは必ずしもループ状である必要はない。スペーサは、板金製とすることも可能である。また、追い込み部が気筒列中心線に向けて入り込んでいる寸法は、ボア間部の幅寸法等に応じて任意に設定できる。

本願発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関に実際に適用できる。従って、産業上利用できる。

１シリンダブロック
２シリンダボア
３気筒
４シリンダヘッド
７冷却液ジャケットの一例としてのウォータジャケット
８ボア間部
９気筒列中心線
１０追い込み部
１１スペーサ
１２規制部

Claims

シリンダヘッドが重ね配置されたシリンダブロックに、クランク軸の軸線方向に並ぶ複数のシリンダボアが形成されていると共に、前記シリンダヘッドに向いて開口した冷却液ジャケットが前記シリンダボアの群を囲うように形成されており、
前記冷却液ジャケットのうち隣り合ったシリンダボアの間に位置した部位は、各シリンダボアの中心を結ぶ気筒列中心線の側に入り込んだ追い込み部になっており、前記追い込み部は、前記気筒列中心線から遠い側に位置して他の部位と略同じ深さの深溝部と、前記気筒列中心線に近い側に位置して深さが浅い浅溝部より成っている構成であって、
前記冷却液ジャケットの追い込み部に、冷却液が主として前記浅溝部を通るように前記深溝部を塞ぐ規制部を設けており、前記規制部は、前記冷却液ジャケットに嵌め込み装着したスペーサに形成しているか、又は、シリンダブロックに一体形成している、
多気筒内燃機関。