JP3941979B2 - 内燃機関の冷却回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却水ジャケットを有する鋳造されたシリンダブロックと、冷却水通路を有するシリンダヘッドと、シリンダヘッドとシリンダブロックの間の共通のフランジ面と、シリンダブロック内の冷却水ガイドとを備え、この冷却水ガイドが供給通路または戻し通路として形成され、この冷却水ガイドの少なくとも一つの冷却水ガイドがフランジ面に開口している、内燃機関の冷却回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の内燃機関がドイツ連邦共和国特許出願公開第４３２２０３０号公報に記載されている。この内燃機関の冷却回路の場合、シリンダブロックの冷却水ジャケットとシリンダヘッドの冷却水通路が冷却水ガイドを介して冷却水ポンプに接続されている。冷却水ガイドは内燃機関のシリンダブロック内に設けられ、供給通路または戻り通路として形成されている。その際、冷却水ガイドが一部がシリンダブロック内の穴として形成されている。この穴は冷却水ガイドの主通路に開口している。この穴はシリンダヘッド内の冷却水通路に冷却水を供給する働きをする。このような冷却回路の場合には、穴を介して主通路にシリンダヘッド内の冷却ジャケットを接続することに問題がある。主通路が冷却水ガイドの一部としてシリンダヘッドに統合され、鋳造によって形成されるので、その位置に関して大きな誤差が生じる。この誤差は鋳造工程で鋳型の個々の部分の間の位置のずれによって生じる。製作誤差変動幅内で生じる、冷却水ガイドの鋳造部分の位置のずれにより、冷却水ガイド内の開口領域に穴が常に正確に付設されるとは限らない。その際、大量生産のための充分なプロセス信頼性が常に得られるとは限らない。更に、鋳造されたシリンダブロック内に穴を製作するためには、付加的な時間とコストがかかる。
【０００３】
更に、米国特許第４，５３０，３１５号明細書により、２つのシリンダ列が互いにＶ字状に配置されたシリンダブロックが知られている。シリンダブロック内での冷却水ジャケットに対する冷却水案内は、Ｖ字状に配置されたシリンダの隅部に形成された縦方向通路を介して行われる。シリンダブロックに対する縦方向通路の接続は、比較的に幅の広い鋳込まれた凹部を介して直接行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これに対して、本発明の根底をなす課題は、シリンダブロック内の冷却水ジャケットと冷却水ガイドとの間の接続を簡単にかつプロセス的に確実に製作することができ、大量生産に適するように、冒頭に述べた内燃機関の冷却回路を改良することである。その際特に、流れ技術的に重要な範囲（絞り個所、移行部）は、その位置と、冷却回路の個々の区間に対する付設の観点から、高い精度で製作可能であるべきである。更に、冷却回路内の流量の調和ができるだけ簡単にできるようにすべきである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明に従い、冷却水ジャケットと少なくとも一つの冷却水ガイドとの間に、フランジ面から出発してシリンダブロックに鋳込まれたスリットの形をした接続部が設けられていることによって解決される。供給通路または戻り通路として形成された冷却水ガイドの区間に対する、シリンダブロック内の冷却水ジャケットの接続部が、フランジ面から出発してシリンダブロックに鋳込まれたスリットの形をしていると、この接続部は簡単に製作可能であり、プロセス的に信頼性がある。このスリットはその鋳造技術的な製作に基づいて、鋳型を適切に形成することにより、確かな位置にひいてはプロセス的に確実に配置または位置決めされる。鋳造された冷却水ガイドの位置のずれは、金型によって接続部を一緒に形成することにより、影響を受けない。更に、接続部の鋳造技術的な製作は付加的な加工ステップが不要である。そうでない場合、この加工ステップは穴を形成するために必要である。更に、冷却水ジャケットと冷却水ガイドとの間の接続部が鋳造技術的に形成される場合には、鋳込まれたスリットの形状を適合させることによって冷却水流の調和が達成されるという利点がある。
【０００６】
冷却水流の調和の際の高い精度は、冷却水ジャケットと冷却水ガイドを接続するためのスリットの深さがその幅よりも大きいことによって有利に達成される。シリンダブロックの鋳物ブランクの製作後、次の加工ステップで、フランジ面が加工されて材料除去される。製作誤差に基づいて、フランジ面の除去厚さは部品毎に異なる。接続するスリットを製作する際に、スリットの深さがその幅よりも大きいと、除去率が異なる場合でも、フランジ面に対して垂直なスリットの横断面に対する影響が、幅が比較的に広いスリットの場合よりも小さい。スリットの幅Ｂガプロセス的に確実に製作できる程度に低減されると、スリットの横断面に対する鋳物ブランクの後加工の影響が最小となる。従って、所定の横断面を得るために、それぞれのスリットの深さが比較的に大きいので、フランジ面の後加工時の除去率の影響は最小となる。
【０００７】
冷却水ジャケットが入口側と出口側でそれぞれ少なくとも一つのスリットを介して冷却水ガイド（供給通路と戻り通路）に接続されていると、内燃機関の冷却回路の形成とシリンダブロックの製作はきわめて簡単であり、かつ低コストである。
冷却水ジャケットに接続されたスリットが隣接するシリンダに対してほぼ半径方向に延びていると、シリンダ周りの均一な流れが有利に得られる。
【０００８】
更に、各々のシリンダに、入口側のスリットと出口側のスリットが設けられていると、冷却水ジャケットの貫流が非常に均一になる。それによって、シリンダブロック内の横流冷却をきわめて簡単に行うことができる。この横流冷却は、入口側と出口側のスリットが直径方向に配置されていることにより、非常に均一である。
【０００９】
特に、多気筒型内燃機関の場合には、冷却水ジャケットと冷却水ガイドを接続するスリットが幾何学的に調和され、その横断面と特にその深さが圧力降下（冷却水ポンプからの離隔距離）に依存して採寸されていると、冷却水貫流の調和がきわめて有利に達成可能である。すべてのスリットの幾何学形状を調和させることにより、個々のシリンダにおいて均一な冷却水流が生じる。
【００１０】
冷却水ジャケットと冷却水ガイドを接続するための鋳込まれたスリットをシリンダブロック内に備えたこのような冷却水ガイドは、オープンデッキ構造のシリンダブロックに特に適している。
本発明の他の効果と有利な実施形は従属請求項および以下の記載から明らかである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図に基づいて詳しく説明する。
この実施の形態で示した内燃機関は、１８０°のＶ角度の二つのシリンダ列を有し、分離平面Ｅ−Ｅに沿って垂直方向に分離されたクランクケースを備えている。このクランクケースは二つの半部１，２を有する。この半部はシリンダブロック３，４を含んでいる。同時に図示していないクランク軸の回転軸線である縦方向軸線Ａがこの分離平面Ｅ−Ｅ内を延びている。クランク軸は連接棒５を介してピストン６に連結されている。ピストンは水平な平面Ｈ−Ｈ内で動く。各々のシリンダ列にはシリンダヘッド７が付設されている。このシリンダヘッドは分離平面Ｔ−Ｔ内でクランクケース半部１，２またはそれぞれのシリンダブロック３，４に載っている。シリンダヘッド７は図示していないガス交換弁を備えた吸気通路８と排気通路９を備えている。各々のシリンダ列のシリンダブロックは冷却水ジャケット１０を備え、シリンダヘッド７は冷却水通路１１を備えている。
【００１２】
図示していない冷却水ポンプを収容するための凹部１３がシリンダブロック３の端面１２に設けられている。この冷却水ポンプは二つの流出口１４を経てシリンダ列１，２に冷却水を供給する。この流出口１４の一方は、シリンダ列１に付設された主供給通路１６への入口１５として形成されている。他方の流出口は下向きの流出フランジ１７に形成されている。第２の主供給通路２０は冷却水ポンプから離れているシリンダ列２に付設され、接続通路２１によって流出通路１７に接続されている。両主供給通路はそれぞれ分離面Ｔ−Ｔに隣接して長手軸線Ａの下方においてこの長手軸線に対して平行にそれぞれのシリンダブロック３，４の下側の壁１８，１９内で延びている。通路２１の区間２２は熱交換管２３として形成され、図示していない冷却リブをその外周壁に備え、内燃機関のオイルパン２４内で延びている。熱交換管２３は分離面Ｅ−Ｅを架橋し、下側の壁１９内に形成された接続通路２１の他の区間２５に接続している。
【００１３】
クランクケース半部１，２またはシリンダブロック３，４の上側の壁２６，２７内で、主戻り通路２８，２９が長手軸線Ａに対して平行に延びている。この主戻り通路は次に説明するように、シリンダブロック３，４の冷却水ジャケット１０と、シリンダヘッド７の冷却水通路１１に接続している。横方向通路３１として形成された捕集通路が端面１２の範囲において壁２６，２７内に設けられている。この捕集通路は流出管３２を介して図示していない水／空気−熱交換器に接続している。
【００１４】
主供給通路１６，２０と、主戻り通路２８，２９と、横方向通路３１と、接続通路２１の区間２５は、壁１８，１９，２６，２７内に鋳込まれている。
冷却回路の他の構造は簡単化するために、図１において右側に示したシリンダ列だけを例にして説明する。左側のシリンダ列１に形成された冷却回路の部分は右側のシリンダ列と同じように形成されている。シリンダ列のシリンダ毎に、フランジ面３３（分離面Ｔ−Ｔ）から出発する通路３４ａ〜３４ｃは主供給通路２０に開口している。この通路３４ａ〜３４ｃは鋳造技術的に製作され、本実施の形態では円筒形に形成され、主供給通路２０をシリンダヘッド７の冷却水通路１１に接続する働きをする。そのために、シリンダヘッドの冷却水通路１１はシリンダ毎に、鋳込まれた入口区間３５を備えている。この入口区間はフランジ面３３の範囲において図示していないシリンダヘッドガスケットを介して、付設されたそれぞれの通路３４ａ〜３４ｃに接続されている。主戻り通路２９には、フランジ面３３から出発して鋳込まれた３つの通路３６ａ〜３６ｃが開口している。この通路はシリンダヘッド７内の戻り区間３７を介して冷却水通路１１に接続されている。通路３４ａ〜３４ｃと３６ａ〜３６ｃは冷却水ジャケット１０に対して間隔をおいて延びている。すなわち、通路は冷却水ジャケット１０の隣接区間よりも、シリンダ軸線３８から大きな半径方向距離を有する。冷却水ジャケット１０はシリンダ毎に、スリット３９ａ〜３９ｃを介してそれぞれの通路３４ａ〜３４ｃに接続されている。冷却水ジャケット１０は反対側でそれぞれ、スリット４０ａ〜４０ｃを介して通路３６ａ〜３６ｃの一つに接続されている。スリット３９ａ〜３９ｃはフランジ面３３から出発し、シリンダ軸線３８の方向に延び、そして通路３４ａ〜３４ｃまたは３６ａ〜３６ｃと同様に同じ鋳造工程で製作されている。冷却水ジャケット１０は各々のシリンダの範囲においてスリット３９ａ〜３９ｃと通路３４ａ〜３４ｃを介して冷却回路の主供給通路２０に接続している。冷却水ジャケット１０は反対側においてシリンダ毎に、スリット４０ａ〜４０ｃと通路３６ａ〜３６ｃを介して主戻り通路２９に接続されている。従って、内燃機関の運転中に、シリンダブロックの範囲に横方向流れが生じる。
【００１５】
絞り損失と乱流を回避するために、スリット３９ａ〜３９ｃの入口範囲（通路３４ａ〜３４ｃ寄りのその側）は丸められている。すなわち、入口半径を有する。冷却水ジャケット内でシリンダ周りの流れを均一に分配するために、入口側のスリット３９ａ〜３９ｃはシリンダ軸線に対して半径方向に延びている。更に、シリンダ周りの流れを一層均一にするために、出口側のスリット４０ａ〜４０ｃは入口側のスリットに対して直径方向に配置され、同様にシリンダ軸線に対して半径方向に延びている。各々のシリンダの入口側と出口側のスリットは均一な横流冷却を達成するために、シリンダ中心（シリンダブロックの長手方向のシリンダ中心）で対向するように、すなわち図示していないその接続線がシリンダブロックの長手方向に対して直角に延びるように配置されている。
【００１６】
内燃機関の運転中、図示していない冷却水ポンプは図１に記入した方向矢印に沿って入口１５または接続通路２１を経て主供給通路１６，２０内に冷却水流を供給する。そして、冷却水流は端面１２から軸線Ａに沿って両シリンダ列に分配される。入口側の通路３４ａ〜３４ｃと出口側の通路３６ａ〜３６ｃを経て、冷却水流はシリンダヘッド７の冷却水通路１１を通過する。これらの通路の横断面寸法により、冷却水流を調和させることができる。その際特に、冷却水ポンプからのそれぞれのシリンダの離隔距離を考慮すべきである。冷却水流の調和は流入側または流出側で単一的に行うと効果的である。その際、個々の通路の横断面はそれぞれのシリンダに割り当てられた部分流の割合を決定する。各シリンダの部分流の均一な分配は、それぞれの圧力損失に適合した通路の横断面寸法によって行うことができる。各シリンダの部分流の調和を入口側で行うと有利である。なぜなら、誤差に起因する、個々の圧力損失の偏差がこの場所で比較的に小さいからである。絞り損失を避けるために、出口側の通路の寸法を大きくすると有利である。
【００１７】
冷却水回路の各々の部分流からスリット３９ａ〜３９ｃを経て他の部分流が分岐される。この部分流は冷却水ジャケット１０のそれぞれの区間に供される。それによって、各々のスリットの流路横断面は、シリンダヘッドとシリンダブロックへの冷却水部分流のシリンダ毎の分配を決定する。一方、各々の通路の流路横断面はシリンダ毎の全体の部分流（シリンダヘッド＋シリンダブロック）を決定する。各々のスリットの流路横断面を適切に調和させることにより、各シリンダの部分流がシリンダヘッドとシリンダブロックに定めて分配される。この分配も入口側で流路横断面を調和させることによって、すなわちスリット３９ａ〜３９ｃの調和した採寸によって効果的に行われる。出口側のスリット４０ａ〜４０ｃの流路横断面は、できるだけ絞りのない還流を可能にするために大きく形成される。
【００１８】
スリット３９ａ〜３９ｃと４０ａ〜４０ｃの流路横断面を採寸する際に製作誤差をできるだけ小さくするために、スリットは、その深さがその幅Ｂよりも大きくなるように形成されている。それによって、フランジ面３３の加工時の除去率の影響が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】端面の範囲の内燃機関の概略横断面図である。
【図２】シリンダヘッド寄りのシリンダブロックのフランジ面の平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
３，４ シリンダブロック
７ シリンダヘッド
１０ 冷却水ジャケット
１１ 冷却水通路
１６，２０ 主供給通路
２８，２９ 主戻り通路
３３ フランジ面
３４ａ〜３４ｃ 通路
３６ａ〜３６ｃ 通路
３９ａ〜３９ｃ スリット
４０ａ〜４０ｃ スリット

Claims (12)

1. 冷却水ジャケット（１０）を有する鋳造されたシリンダブロック（３，４）と、冷却水通路（１１）を有するシリンダヘッド（７）と、シリンダヘッドとシリンダブロックの間の共通のフランジ面（３３）と、シリンダブロック内の冷却水ガイド（１６，２０，２８，２９，３４ａ〜３４ｃ，３６ａ〜３６ｃ）とを備え、この冷却水ガイドが供給通路または戻し通路として形成され、この冷却水ガイドの少なくとも一つの冷却水ガイド（３４ａ〜３４ｃ，３６ａ〜３６ｃ）がフランジ面に開口している、内燃機関の冷却回路において、冷却水ジャケットと少なくとも一つの冷却水ガイドとの間に、フランジ面から出発してシリンダブロックに鋳込まれたスリット（３９ａ〜３９ｃ，４０ａ〜４０ｃ）の形をした接続部が設けられていることを特徴とする内燃機関の冷却回路。
2. スリット（３９ａ〜３９ｃ，４０ａ〜４０ｃ）の深さがその幅よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の冷却回路。
3. 冷却水ジャケット（１０）が少なくとも一つの入口側のスリット（３９ａ〜３９ｃ）を介して供給通路（１６，２０，３４ａ〜３４ｃ）に接続され、かつ少なくとも一つの出口側のスリット（４０ａ〜４０ｃ）を介して戻り通路（２８，２９，３６ａ〜３６ｃ）に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の冷却回路。
4. スリット（３９ａ〜３９ｃ，４０ａ〜４０ｃ）がシリンダに対してほぼ半径方向に延びていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関の冷却回路。
5. 各々のシリンダに、入口側のスリット（３９ａ〜３９ｃ）と出口側のスリット（４０ａ〜４０ｃ）が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の内燃機関の冷却回路。
6. 入口側のスリット（３９ａ〜３９ｃ）と出口側のスリット（４０ａ〜４０ｃ）がシリンダに関して直径方向に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の内燃機関の冷却回路。
7. 各シリンダの入口側のスリット（３９ａ〜３９ｃ）と出口側のスリット（４０ａ〜４０ｃ）の接続線が、シリンダブロックの長手方向に対してほぼ直角に延びていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の内燃機関の冷却回路。
8. 内燃機関が列をなして配置された少なくとも２つのシリンダを備え、各々のシリンダに入口側のスリット（３９ａ〜３９ｃ）が設けられ、冷却水流を調和させるためにスリットの深さ（Ｔ）が異なっていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の内燃機関の冷却回路。
9. 内燃機関が列をなして配置された少なくとも２つのシリンダを備え、各々のシリンダに出口側のスリット（４０ａ〜４０ｃ）が設けられ、冷却水流を調和させるためにスリットの深さ（Ｔ）が異なっていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の内燃機関の冷却回路。
10. シリンダブロック（３，４）の片側に配置されたスリット（３９ａ〜３９ｃ，４０ａ〜４０ｃ）がそれぞれ、シリンダブロックの長手方向に延びる主通路（１６，２０，２８，２９）に接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の内燃機関の冷却回路。
11. 入口側のスリット（３９ａ〜３９ｃ）が冷却水ジャケット（１０）と反対のその側に、少なくとも一つの流入半径を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の内燃機関の冷却回路。
12. シリンダブロック（３，４）がオープンデッキ構造で形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の内燃機関の冷却回路。

Images