JP2014088808A

JP2014088808A - 内燃機関のウォータジャケット用スペーサ

Info

Publication number: JP2014088808A
Application number: JP2012238788A
Authority: JP
Inventors: Shogo Maeda; 彰吾前田
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2014-05-15

Abstract

【課題】早期暖気に貢献できるウォータジャケット用スペーサを提供する。
【解決手段】スペーサ７は樹脂製であり、内壁８と外壁９とを有する中空構造になっている。長手一端部には冷却水の周回を阻止する隔壁１３を設けており、隔壁１３を挟んだ両側に上向き開口の入口穴１４と出口穴１５とを形成している。冷却水は内壁８と外壁９とを介してシリンダブロック１と熱交換するが、スペーサ７は樹脂製であるため、暖気運転時に冷却水の熱がシリンダブロック１に奪われることを抑制でき、その結果、早期暖気を実現できる。
【選択図】図１

Description

本願発明は、内燃機関（特に車両用内燃機関）のシリンダブロックに設けたウォータジャケットに嵌め入れるスペーサに関するものである。

シリンダブロックの冷却機能を制御するため、ウォータジャケットにスペーサを嵌め入れることは広く行われている。このスペーサは板材をウォータジャケットと相似形に曲げた形態のものが多いが、特許文献１には、スペーサのうち冷却媒体の入り口穴の近傍に互いに別方向に延びる２つの中空部を設けて、一方の中空部はシリンダヘッドのジャケットに連通させ、他方の中空部はウォータジャケットに開口させるようにした構成が開示されている。

特許文献１は、冷たい冷却媒体が入り口付近においてシリンダブロックに集中的に当たることを防止してウォータジャケットの全周を均一に冷却しようとするものであり、目的には合理性があると言える。

特開２００５−２５６６６０号公報

さて、冷却水はシリンダブロックを冷却するために不可欠の要素であり、機関の始動と共にウォータポンプを駆動して冷却水を流すことが一般的であるが、外気温が低い環境下では、暖気運転時に冷却水がシリンダブロックを流れることで冷却水の熱がシリンダブロックに奪われる現象が生じて、暖気運転に時間がかかる場合があった。

そこでスペーサと暖気運転との関係について見ると、従来のスペーサは流量の調整はできても冷却水はシリンダブロックに触れているため、冷却水からシリンダブロックへの熱交換そのものは抑制できず、このため、スペーサは早期暖気には貢献していないといえる。また、特許文献１のものも、シリンダブロックのうち入口穴の近傍部の過冷却は防止できても、冷却水は一方の中空部から吐出されたウォータジャケットを巡るため、冷却水からシリンダブロックへの熱交換を抑制することできないのであり、従って、これも早期暖気には特段の効果を発揮していないいと云える。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、早期暖気を実現できるスペーサを提供するものである。

本願発明は、シリンダヘッドが重ね固定されたシリンダブロックにおけるシリンダボアの外側に設けたウォータジャケットに嵌め入れるスペーサであり、樹脂製である。そして、本願発明のスペーサは、前記ウォータジャケットの内周面に密着又は近接する内壁と前記ウォータジャケットの外周面に密着又は密接する外壁とが全長にわたって形成されていて、前記内壁と外壁との間の空間が通水空間になっており、かつ、適宜部位に、前記通水空間に冷却水を流入させるため入口穴と前記シリンダヘッドに向いて開口した出口穴とを設けている。

本願発明は様々に具体化できる。例えば、多気筒内燃機関用のスペーサの場合は気筒列の方向に長い形状になっているが、長手一端部に通水空間を遮断する隔壁を設けて、隔壁を挟んだ一方の側に冷却水の入口穴を設けて他方の側には出口穴を設けることが可能である。この場合、出口穴はその機能からしてシリンダヘッドに向いて開口するが、入口穴の開口方向は機関のタイプによって選択したら良く、例えば、出口穴と同様にシリンダヘッドに向けて開口させることもできるし、例えば入口穴をスペーサの下部に設けてシリンダブロックに設けたポートからスペーサに冷却水を流入させることもできる。

また、本願発明で云う中空構造は内燃機関に組み込んだ状態で中空になることを意味しており、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介在しているガスケットと協同して中空構造を構成することも可能である。また、冷却水は純然たる水に限らず、各種の成分が混入された「冷却液」も含んでいる。

本願発明では、シリンダブロックと冷却水との間ではスペーサを介して熱交換されるが、樹脂は金属に比べて熱伝導率が低いため、暖気運転に際して冷却水の熱がシリンダブロックに奪われることを著しく抑制でき、その結果、早期暖気を実現して燃費の向上にも貢献できる。また、冷却水が入口穴の近傍でシリンダブロックに直接に衝突することはないため、シリンダブロックを均等に冷却する機能も発揮できる。この点も、本願発明の利点の一つである。また、冷却水がウォータジャケットの内面に触れないため、ウォータジャケットに異物があってもこれがウォータポンプに運ばれて不具合が生じるようなこともない。

さて、現在の内燃機関の冷却システムは、冷却水はウォータポンプからまずシリンダブロックのウォータジャケットに流入して、次いでシリンダヘッドのウォータジャケットに流入してウォータポンプに戻るのが一般的であるが、シリンダブロックの冷却とシリンダヘッドの冷却とを別系統にして、暖気時にはシリンダヘッドのみを冷却して暖気終了後はシリンダブロックも冷却するという２系統冷却システムを採用すると、理想的な冷却システムを実現できると云える。

そして、２系統冷却システムでは、ウォータポンプからの吐出管をシリンダヘッドのみに接続するとそれだけ構造が簡単になるが、上記したように本願発明のスペーサに入口穴と出口穴とをシリンダヘッドに向けて対向するように設けると、冷却水をシリンダヘッドからスペーサに流入させて再びシリンダヘッドに戻すことが簡単にできるため、２系統冷却システムに使用するのに好適である。

（Ａ）は第１実施形態をシリンダブロックに組み込んだ状態での平面図、（Ｂ）はスペーサのみの平面図、（Ｃ）は（Ａ）の部分拡大図である。図１のII-II 視断面図である。第１実施形態のスペーサ７の適用例を示す概念図である。更に他の実施形態を示す図である。

(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１，２に示す第１実施形態を説明する。図１のとおり本実施形態は３気筒の内燃機関に適用しており、シリンダブロック１にはピストン２が摺動自在に嵌まって３つのシリンダボア３が空いていて、シリンダブロック１には、シリンダボア３の群を囲う上向き開口のウォータジャケット４が形成されている。

シリンダブロック１はアルミ鋳造品であり、シリンダボア３の内面は鋼製のライナー３ａで構成されている。また、シリンダブロック１の上面にはガスケット５を介してシリンダヘッド６が重ね固定されている。

ウォータジャケット４には、ポリプロピレンやポリカーボネート等の樹脂より成るスペーサ７が嵌め入れられている。このスペーサ７は、ウォータジャケット４の内周面に重なる内壁８と、ウォータジャケット４の外周面に重なる外壁９と、内壁８と外壁９との上端を繋ぐ上板（天板）１０と、内壁８と外壁９との下端を繋ぐ底板１１とを有しており、このため全体として中空構造になっている。従って、内部が通水空間１２になっている。底板１１はウォータジャケット４の下面に当たって、上板１０はガスケット６５に当たるように設定しているが、上下方向や幅方向に多少の隙間があってもよい。なお、スペーサ７はブロー成形によって中空に製造できる。

内壁８と外壁９とは平面視（正確には、シリンダボア３の軸心方向から見た状態）で概ね相似形になっており、従って、内壁８と外壁９との間の溝幅は概ね等しい間隔になっているが、隣り合ったシリンダボア３の間の入り込み部では、溝幅は他の部位よりもやや広がっている。他方、図１（Ｂ）の一点鎖線９′で示すように、外壁９′を平面視で直線状に形成して、溝幅を大きく異ならせることも可能である。この場合は、平行に延びる外壁９の両方を直接状に形成してもよいし、温度が高くなり易い排気側のみを直線状に形成することも可能である。

スペーサ７はシリンダボア３の列方向に長い形状であり、その長手一端部に通水空間１２を遮断する隔壁１３を形成しており、上板１１を隔壁１３の両側においてある程度の範囲だけ切除することで、冷却水の入口穴１４と出口穴１５とを形成している。従って、冷却水は、入口穴１４からスペーサ７に入って一周して、それから出口穴１５よりシリンダヘッド６に出て行く。

なお、図１（Ｂ）に一点差線で示すように、入口穴１４と出口穴１５とを外側に張り出した状態に形成することも可能である。この場合、スペーサ７の上部のみを張り出ししてこれに入口穴１４と出口穴１５とを形成してもよいし、スペーサ７の全高にわたって張り出してもよい。

本実施形態においては、冷却水はスペーサ７の内部の通水空間１２のみを流れてウォータジャケット４の内面に直接触れないが、スペーサ７を構成する樹脂はシリンダブロック１の素材であるアルミに比べて熱伝動率が低いため、冷却水の温度がシリンダブロック１の温度より低い暖気運転時に冷却水の熱がシリンダブロック１に奪われることを著しく抑制できる。このため、早期暖気を実現して燃料消費量を抑制できる。また、ウォータジャケット４の内部に仮に鋳砂等の微細な異物が残っていても、この異物が冷却水に混入してウォータポンプに悪影響を与えるようなこともない。

図３では、スペーサ７を使用した内燃機関の冷却システムの一例を示している。この例では、シリンダブロック１とシリンダヘッド６とは別々の冷却システムになっている。すなわち、ウォータポンプ１７から吐出された冷却水は往路管１８からシリンダヘッドジャッケット１９に入り、実線矢印で示すように、シリンダヘッドジャケット１９を周回した冷却水は復路管２０からウォータポンプ１７に戻るようになっていると共に、シリンダヘッドジャケット１９の始端部からスペーサ７の入口穴１４に連通する第１枝通路２１とスペーサ７の出口穴１５に連通した第２枝通路２２とが分岐しており、第２枝通路２２に、水温がある程度以上になると開くサーモスタット弁２３を介在させている。

そして、機関の運転によって冷却水は第１枝通路２１からスペーサ７に流入するが、冷却水の温度が設定値より低い暖気運転状態では、サーモスタット弁２３が閉じているためスペーサ７に流入した冷却水はシリンダヘッドジャケット１９には流れずに滞留したままになっている。従って、暖気状態では冷却水はシリンダヘッドジャケット１９とウォータポンプ１７との間を循環し、シリンダブロック１の積極的な冷却は行われない。

暖気状態を脱して冷却水がある程度に昇温するとサーモスタット弁２３が開いて、点線矢印で示すように、冷却水がシリンダブロック１のウォータジャケット４からシリンダヘッドジャケット１９に流れる冷却態様に移行する。このように暖気運転式にシリンダブロック１の積極的な冷却を行わないことにより、シリンダブロック１を早期に温めて燃料消費量を抑制することができる。

そして、スペーサ７には入口穴１４と出口穴１５とが上向きに開口しているため、シリンダヘッド６に設けた第１枝通路２１から冷却水を取り込むことが特別の配管を設けることなく簡単に実現することができる。従って、本実施形態のスペーサ７は２系統冷却システムに使用するのに好適である。なお、冷却系はラジェータやヒータ、インタークーラの冷却部等を備えており、シリンダヘッドジャケット１９から出た冷却水は、ヒータに送られると共にサーモスタット弁によってラジェータへの通水が制御されているが、図３ではラジェータ等の機器は捨象している。

なお、従来の内燃機関では、ガスケット５のうちシリンダブロック１のウォータジャケット４と重なった部位に通水穴が飛び飛びで形成されており、シリンダブロック１のウォータジャケット４から通水穴を介して冷却水がシリンダヘッドジャケット１９に流入するようになっているが、２系統冷却システムではガスケット５の通水穴は必要ないので、スペーサ７を設けない場合は、ガスケット５は通水穴が空いていないものを製造しなければならない。

この点、本実施形態のように上板１０を有するスペーサ７を使用すると、ガスケット５に通水穴が空いていても当該通水穴はスペーサ７の上板１０で塞がれるため、従来のガスケット５をそのまま使用することが可能になる。従って、ガスケット５を新たに作ることによるコストアップを防止できる。

(2).他の実施形態
次に、図４に示す他の実施形態を説明する。図４のうち（Ａ）に示す例では、スペーサ７の外壁９の厚さを内壁８の厚さよりも厚くしている。シリンダブロック１はウォータジャケット４を挟んで外側が低温になっているが、（Ａ）の例では、外壁９の伝熱性が悪くなっているため、冷却水からシリンダブロック１への熱の放散をより効果的に抑制できる。

（Ｂ）に示す例では、内壁８に多数の伝熱穴２４を設けることで、特に暖気運転後の冷却性向上を図っている。（Ｃ）に示す例では、ガスケット５をスペーサ７の上蓋として利用している。ガスケット５は樹脂と同様に伝熱性が悪いので、上板１０を設けた場合と同様の利点を享受できる。

（Ｄ）に示す例では、スペーサ７を下向き開口の上部分７ａと上向き開口のした部分７ｂとの２パーツ構造として、これらを嵌め合わせることで中空構造にしている。この例では両部分７ａ，７ｂを射出成形で高精度に製造できる利点がある。両部分７ａ，７ｂの重合部は薄肉化して重なり合うように設定しているが、単に端面同士を突き合わせて溶着又は接着することも可能である。

（Ｅ）に示す例では、スペーサ７を上向き開口の本体部７ｃとこれに被さった蓋７ｄとで構成している。蓋７ｄは嵌め込んだだけでもよいし、溶着等で固着してもよい。（Ｆ）に示す冷却水では、隔壁１３を挟んだ両側に入口穴１４と出口穴１５とを形成するにおいて、入口穴１４を横向き開口した状態で下部に設けている。本願発明は、このような態様も採用可能である。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は更に様々に具体化できる。例えばスペーサ７を複数パーツ方式として、内面にリブ等の流量制御手段を設けることも可能である。

本願発明は実際に内燃機関のスペーサとして具体化・製造できる。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
４シリンダブロックのウォータジャケット
５ガスケット
６シリンダヘッド
７スペーサ
８内壁
９外壁
１０上板
１１底板
１２通水空間
１３隔壁
１４入口穴
１５出口穴
１７ウォータポンプ
１９シリンダヘッドジャケット

Claims

シリンダヘッドが重ね固定されたシリンダブロックにおけるシリンダボアの外側に設けたウォータジャケットに嵌め入れる樹脂製のスペーサであって、
前記ウォータジャケットの内周面に密着又は近接する内壁と前記ウォータジャケットの外周面に密着又は密接する外壁とが全長にわたって形成されていて、前記内壁と外壁との間の空間が通水空間になっており、かつ、適宜部位に、前記通水空間に冷却水を流入させるため入口穴と前記シリンダヘッドに向いて開口した出口穴とを設けている、
内燃機関のウォータジャケット用スペーサ。