JP4017584B2 - シリンダブロックの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのシリンダブロックの冷却構造に関する。

従来、特開２００２−２６６６９５号公報は、シリンダブロックと別体で形成したスペーサ（「インサート」と言ってもよい）をウォータジャケットに配置してシリンダボア壁の温度分布を均一化するシリンダブロックの冷却構造を開示している。

しかし、上記のシリンダブロックの冷却構造で用いられているスペーサは、図７に示すような、環状に連なった閉曲線形状のスペーサ２０Ｐである。閉曲線形状のスペーサでは、形状剛性が高いため、スペーサの内周長がシリンダボア壁４Ｐの外周長よりも短いと、スペーサをウォータジャケット１０Ｐに挿入、組み付けすることができなくなってしまう。そのため、スペーサの寸法精度とシリンダボア壁の寸法精度の最悪組み合わせでも組み付け可能なように、スペーサの内径はシリンダボア壁の外径よりも大きくする必要がある。その結果、スペーサとシリンダボア壁との間に隙間Ｃができ、そこにエンジン冷却水が多量に流れ、シリンダボア壁の冷却し過ぎとなり、シリンダボアを十分に保温できないという問題が生じる。
また、輸送、保管時にスペーサ２０Ｐが図８に示すような配置をとることになるので、スペース効率がよくない。
特開２００２−２６６６９５号公報

本発明が解決しようとする問題点は、ウォータジャケットにスペーサを配置したシリンダブロックの冷却構造における、スペーサのウォータジャケットへの組み付け性とシリンダボアの保温性とが両立しにくいという問題である。

本発明の目的は、ウォータジャケットにスペーサを配置したシリンダブロックの冷却構造において、スペーサのウォータジャケットへの組み付け性が良好であるとともに、シリンダボアの保温性も良好な、シリンダブロックの冷却構造を提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） シリンダブロックのウォータジャケットにスペーサを配置したシリンダブロックの冷却構造であって、前記スペーサを複数の分割体に分割し、各分割体のシリンダボア壁まわり弧状部分の内半径をシリンダボア壁弧状部分の外半径と同一の半径以下とし、前記スペーサの各分割体をシリンダボア壁側に寄せる寄せ手段を設けたシリンダブロックの冷却構造。
（２） シリンダブロックのウォータジャケットにスペーサを配置したシリンダブロックの冷却構造であって、前記スペーサを複数の分割体に分割し、各分割体のシリンダボア壁まわり弧状部分の内半径をシリンダボア壁弧状部分の外半径と同一の半径以下とし、前記スペーサの各分割体の外面形状を水流を外側に向けるテーパ形状にしたシリンダブロックの冷却構造。
（３） ウォータジャケットに配置されてシリンダボア壁の温度分布を均一化するスペーサを有し、該スペーサの厚さはウォータジャケットの幅より小さい（１）または（２）記載のシリンダブロックの冷却構造。

上記（１）、（２）の本発明のシリンダブロックの冷却構造によれば、スペーサを複数の分割体に分割し、各分割体のシリンダボア壁まわり弧状部分の内半径をシリンダボア壁弧状部分の外半径と同一の半径以下としたので、スペーサをウォータジャケットに容易に挿入し組み付けることができ（組み付け性を確保でき）、かつ、スペーサの各分割体の内周面とシリンダボア壁の外周面との間の隙間を小に管理でき（場合によっては密着させることができ）、シリンダボアを保温することができる。
上記（１）、（３）の本発明のシリンダブロックの冷却構造によれば、スペーサの各分割体をシリンダボア壁に寄せる寄せ手段を設けたので、スペーサをウォータジャケットに挿入後、寄せ手段によってスペーサの各分割体をシリンダボア壁側に寄せて、スペーサの各分割体の内周面とシリンダボア壁の外周面との間の隙間を小に管理し（場合によっては密着させ）、その状態を保つことができる。
上記（２）、（３）の本発明のシリンダブロックの冷却構造によれば、上記（１）の寄せ手段の代わりに、エンジン冷却水の水流によってスペーサの各分割体をシリンダボア壁側に寄せて、スペーサの各分割体の内周面とシリンダボア壁の外周面との間の隙間を小に管理する（場合によっては密着させる）ことができる。

本発明実施例のシリンダブロックの冷却構造を、図１〜図６を参照して、説明する。

本発明のシリンダブロックの冷却構造１は、内燃機関のシリンダブロック２に形成されたウォータジャケット１０内にスペーサ２０（挿入物という意味で、「インサート」といってもよい）を配置したシリンダブロックの冷却構造である。
ウォータジャケット１０にエンジン冷却水が流れ、シリンダボア壁４を適正温度に冷却する。スペーサ２０は、ウォータジャケット１０に挿入されて、ウォータジャケット１０内のエンジン冷却水の流量分布を変え、シリンダボア壁４の温度を各シリンダボア３の上下方向および気筒間で均一化させる。

内燃機関は、シリンダブロック２に１以上のシリンダボア３を有する。シリンダボア３まわりにウォータジャケット１０が形成される。図示例では、シリンダボア３が、複数、互いに並列に設けられている。複数のシリンダボア３の軸芯は、シリンダブロック長手方向に延びる直線上に位置している。図示例は、複数のシリンダボア３がシリンダブロック２に形成されている場合を示している。シリンダボア３の軸芯は、上下方向に延び、左右のバンクがＶ字状をなすＶ型エンジンでは、斜め上下方向に延びる。

シリンダボアの軸芯と直交する面内方向には、ウォータジャケット１０は、シリンダボア３まわりに、複数のシリンダボア３を外側から囲むように形成される。図示例では、シリンダボア壁４はサイアミーズ型で、各気筒のシリンダボア壁４が連結して形成されている。ウォータジャケット１０にはエンジン冷却水が流れ、シリンダボア３まわりを冷却し、燃焼室を外部から冷却する。

シリンダボアの軸芯と直交する面内方向には、ウォータジャケット１０は、シリンダボア列の左右両側でシリンダブロック長手方向に延びる流路１４、１５と、シリンダブロック長手方向両端部で流路１４、１５が合流する合流部１６、１７を有している。ウォータジャケット１０は、シリンダブロック長手方向一端部１６にエンジン冷却水の入口を有し、シリンダブロック長手方向他端部１７にエンジン冷却水の出口を有する。
シリンダボアの軸芯と平行な方向には、ウォータジャケット１０は、ピストンの上面のストローク範囲の側方に形成され、ピストンの上面のストローク範囲とほぼ同じ深さ（高さ）を有する。

ウォータジャケット１０はオープンデッキのウォータジャケットで、上方に開口している。スペーサ２０は、通常、上部の開口からウォータジャケット１０内に挿入され、固定される。
ウォータジャケット１０は、シリンダボア壁４と、ウォータジャケット外壁５との間に形成された空間で、底壁６有りで上方がシリンダヘッドガスケットを介してシリンダヘッドで覆われた空間である。

シリンダブロック１とシリンダヘッドとによって挟まれるシリンダヘッドガスケットには、ウォータジャケット１０の上方に、ところどころに、シリンダブロック内のウォータジャケット１０からシリンダヘッド内のウォータジャケットに水を流通させる水孔、および／または、エア抜き孔（エンジン冷却水交換時などにおいて、水中に混入するエアを上方へと抜く孔）が設けられている。エンジン冷却水がエンジン冷却水の入口からエンジン冷却水の出口へと流れていく間に、一部がシリンダブロック内のウォータジャケット１０から水孔を通ってシリンダヘッド内ウォータジャケットへ出ていく。

スペーサ２０は、たとえば、樹脂製である。
スペーサ２０は、ウォータジャケット１０に挿入可能な形状と大きさを有する。スペーサ２０は、シリンダボアの軸芯と直交する面内方向には、シリンダボア３まわりに延びている。スペーサ２０は、シリンダボアの軸芯と平行な方向には、ウォータジャケット１０の深さより低い高さを有する。スペーサ２０は、ウォータジャケット１０の幅より小さい厚さを有する。

シリンダボア壁４は、上部がエンジンの爆発、燃焼行程の熱を受けるため、上部を下部よりも強く冷却する必要がある。このため、ウォータジャケット１０内では、エンジン冷却水を、ウォータジャケット上部１１に多く流し、ウォータジャケット下部１２、ウォータジャケット中間部１３（高さ方向中間部）にはウォータジャケット上部１１より少なく流す必要がある。このため、スペーサ２０は、ウォータジャケット上部１１の空間より、ウォータジャケット下部１２、ウォータジャケット中間部１３の空間を、より多く占めるように、挿入される。これによって、シリンダボア壁４の温度が上下方向に均一化される。ウォータジャケット上部１１はメインの冷却通路１８を形成している。
シリンダボア壁４を保温したい場合（冷却し過ぎを抑制したい場合）は、スペーサ２０の内面をシリンダボア壁４の外面に密着させるか、スペーサ２０の内面とシリンダボア壁４の外面との間の隙間１９（冷却通路）を小さくする必要がある。

図７に示すような、従来の、環状に連なった閉曲線形状のスペーサ２０Ｐでは、スペーサの寸法精度とシリンダボア壁の寸法精度の最悪組み合わせでもスペーサ２０Ｐをウォータジャケット１０Ｐに挿入、組み付け可能なように、スペーサの内径をシリンダボア壁の外径よりも大きくしていたため、スペーサ２０Ｐとシリンダボア壁との間に隙間Ｃができ、シリンダボアを十分に保温できないという問題が生じる。

その問題を解消するために、本発明のシリンダブロックの冷却構造１では、シリンダブロック２のウォータジャケット１０に配置したスペーサ２０が、シリンダボア周り方向に（シリンダボア軸方向と直交する面内方向に、また、ウォータジャケットのシリンダボアまわり伸長方向に）分割され、複数の分割体２０ａに分割されている。各分割体２０ａのシリンダボア壁まわり弧状部分の内半径は、シリンダボア壁４のシリンダボア壁まわり弧状部分の外半径と設計的に同一の半径以下（同一の半径かそれより小）とされている。

図１、図３、図４の例では、スペーサ２０がシリンダブロック長手方向中心線を挟んで左右に２分割されており、各分割体２０ａは、シリンダボア数と同じ数（図示例では３つ）の弧状部分を有し、各弧状部分で、分割体２０ａの弧の内半径がそれに対応するシリンダボアのシリンダボア壁４の弧の外半径以下とされている。

本発明のシリンダブロックの冷却構造１では、スペーサ２０の各分割体２０ａをシリンダボア壁４側に寄せる寄せ手段２０ｂが、スペーサ２０にさらに、設けられている。寄せ手段２０ｂが設けられる場合は、スペーサ２０は、複数の分割体２０ａと、寄せ手段２０ｂからなる。
寄せ手段２０ｂは、たとえば引っ張りばねからなる。この引っ張りばね２０ｂは、隣り合う２つの分割体２０ａのそれぞれの上端部と下端部に連結されていて、隣り合う２つの分割体２０ａを、２つの分割体２０ａの間の間隔が小となるように、互いに引き寄せる。スペーサ２０をウォータジャケット１０に挿入する時は、引っ張りばね２０ｂを引っ張って隣り合う２つの分割体２０ａの間隔を広げた状態で挿入する。挿入後、引っ張りばね２０ｂの引っ張り状態を解除し、隣り合う２つの分割体２０ａの間隔が縮まり、各分割体２０ａがシリンダボア壁４側に寄せられ、分割体２０ａの内周面とシリンダボア壁４の外周面との間の間隔が小になるか、または分割体２０ａの内周面がシリンダボア壁４の外周面に密着する。
寄せ手段２０ｂは、分割体２０ａとウォータジャケット外壁５との間に設けられた弾性体からなり分割体２０ａをシリンダボア壁４側に押す押し手段であってもよい。分割体２０ａをウォータジャケット１０に挿入する時に押し手段が弾性変形するので、挿入性は確保される。

寄せ手段２０ｂを設ける代わりに、図５に示すように、スペーサ２０の各分割体２０ａがエンジン冷却水の水流の圧力を受けてシリンダボア壁４側に寄せられるようなウォータジャケット部分に、スペーサの分割体２０ａを配置してもよい。たとえば、スペーサの分割体２０ａが、ウォータジャケット１０への冷却水入口に対向して設けられる。この配置により、分割体２０ａが冷却水入口からの流れの圧力を受けてシリンダボア壁４側に寄せられ、分割体２０ａの内周面とシリンダボア壁４の外周面との間の間隔が小になるか、または分割体２０ａの内周面がシリンダボア壁４の外周面に密着する。また、図５の中央シリンダボアの外側に配置した分割体２０ａに示したように、分割体外面形状を、流れを外側に向けるようなテーパ形状としてもよい。これによって、流れが外面側を多く通って分割体２０ａを内周側に押し、分割体２０ａの内周面とシリンダボア壁４の外周面との間の間隔が小になるか、または分割体２０ａの内周面がシリンダボア壁４の外周面に密着する。

つぎに、本発明のシリンダブロックの冷却構造１の作用、効果を説明する。
まず、スペーサ２０を複数の分割体２０ａに分割し、スペーサ２０の各分割体２０ａの内半径をシリンダボア壁４の外半径と設計的に同一の半径以下としたので、スペーサ２０をウォータジャケットに容易に挿入し組み付けることができ、組み付け性を確保することができ、かつ、スペーサ２０の各分割体２０ａの内周面とシリンダボア壁の外周面との間の隙間を小に管理でき、あるいは、密着させることができ、各分割体２０ａの内周面とシリンダボア壁４の外周面との間の隙間１９（冷却通路）を通過するエンジン冷却水量を小として、シリンダボアを保温することができる、あるいは冷却し過ぎを抑制することができる。

また、スペーサ２０を分割体２０ａにしたので、スペーサ２０の輸送、保管において、従来は図８のような配置をとらざるを得なかったが、本発明では図６に示すような重ねの配置をとることができ、スペースを大幅に減少できる。その結果、スペーサ２０の輸送、保管に有利となる。

また、スペーサ２０の各分割体２０ａをシリンダボア壁に寄せる寄せ手段２０ｂを設けたので、スペーサ２０をウォータジャケット１０に挿入後、寄せ手段２０ｂによってスペーサの各分割体２０ａをシリンダボア壁４側に寄せて、スペーサの各分割体２０ａの内周面とシリンダボア壁４の外周面との間の隙間を小に管理し、場合によっては密着させ、その状態を保つことができる。

また、寄せ手段２０ｂの代わりに、エンジン冷却水の水流によってスペーサの各分割体２０ａをシリンダボア壁４側に寄せても、スペーサの各分割体２０ａの内周面とシリンダボア壁４の外周面との間の隙間を小に管理し、場合によっては密着させることができる。

本発明のシリンダブロックの冷却構造の断面図である。 本発明のシリンダブロックの冷却構造の、スペーサの複数の分割体の平面図である。 本発明のシリンダブロックの冷却構造の、ウォータジャケットにスペーサを挿入した状態での、平面図である。 本発明のシリンダブロックの冷却構造の、スペーサの分割体を寄せ手段でシリンダボア壁に寄せた状態での、平面図である。 本発明のシリンダブロックの冷却構造の一部の、スペーサの分割体を水流でシリンダボア壁に寄せた状態での、平面図である。 本発明のシリンダブロックの冷却構造の、スペーサの分割体の輸送時の輸送ボックス内の配置例を示す平面図である。 従来のシリンダブロックの冷却構造の、ウォータジャケットにスペーサを挿入した状態での、平面図である。 従来のシリンダブロックの冷却構造の、スペーサの輸送時の輸送ボックス内の配置例を示す平面図である。

符号の説明

１ シリンダブロックの冷却構造
２ シリンダブロック
３ シリンダボア
４ シリンダボア壁
５ ウォータジャケット外壁
６ ウォータジャケット底壁
１０ ウォータジャケット
１１ （ウォータジャケットの）上部
１２ （ウォータジャケットの）下部
１３ （ウォータジャケットの）中間部
１４、１５ 流路
１６、１７ 合流部
１８ 上部の冷却通路
１９ スペーサとウォータジャケット内外壁間の隙間（冷却通路）
２０ スペーサ
２０ａ （スペーサの）分割体
２０ｂ 寄せ手段

Claims (3)

1. シリンダブロックのウォータジャケットにスペーサを配置したシリンダブロックの冷却構造であって、前記スペーサを複数の分割体に分割し、各分割体のシリンダボア壁まわり弧状部分の内半径をシリンダボア壁弧状部分の外半径と同一の半径以下とし、前記スペーサの各分割体をシリンダボア壁側に寄せる寄せ手段を設けたシリンダブロックの冷却構造。
2. シリンダブロックのウォータジャケットにスペーサを配置したシリンダブロックの冷却構造であって、前記スペーサを複数の分割体に分割し、各分割体のシリンダボア壁まわり弧状部分の内半径をシリンダボア壁弧状部分の外半径と同一の半径以下とし、前記スペーサの各分割体の外面形状を水流を外側に向けるテーパ形状にしたシリンダブロックの冷却構造。
3. ウォータジャケットに配置されてシリンダボア壁の温度分布を均一化するスペーサを有し、該スペーサの厚さはウォータジャケットの幅より小さい請求項１または請求項２記載のシリンダブロックの冷却構造。

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