JP4279713B2 - シリンダブロックの冷却構造 - Google Patents

Description

この発明は、シリンダブロックの冷却構造に関し、特に、シリンダブロックを均一に冷却することが可能な、シリンダブロックの冷却構造に関するものである。

従来、シリンダブロックの冷却構造は、たとえば特開２００２−３０９８９号公報（特許文献１）に開示されている。
特開２００２−３０９８９号公報

上述の従来のシリンダブロックの冷却構造では、シリンダブロックのウォータジャケット内に、シリンダブロックとは別体のウォータジャケットスペーサを挿入し、ボアの周方向のボア壁温度の均一化を図る技術が開示されている。

しかしながら、従来の技術では、隣り合うボア領域の境界近傍に位置するボア間領域が十分に冷却されないという問題があった。その理由として、冷却水は流れの慣性を有するため、ボア間の切込みの深い部分には十分な流量が供給されず、ボア間領域で冷却水の澱みが生じるためと考えられる。また、ボア間領域では通路の断面積が大きいため、流速が低下し、十分な冷却が行なわれないという問題があった。すなわち、ボア間に設けられた切込み部分では十分な流量が供給されないため、冷却不足となるという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、均一な冷却が可能な、シリンダブロックの冷却構造を提供することを目的とする。

この発明に従ったシリンダブロックの冷却構造は、複数のボア領域を取囲むボア壁周囲にウォータジャケット部が連続して設けられたシリンダブロックと、ボア壁との間に隙間が設けられるようにウォータジャケット部に挿入されるウォータジャケットスペーサとを備え、ウォータジャケット部に冷却媒体を供給し、ボア壁温度を均一化するシリンダブロックの冷却構造であって、シリンダブロックには、隣り合うボア領域の境界近傍に位置するボア間領域と、ボア間領域以外の領域とが設けられる。ボア間領域でのボア壁と冷却媒体の主流との接触面積が、ボア間領域以外でのボア壁と冷却媒体の主流との接触面積よりも大きくなるようにボア壁とウォータジャケットスペーサとの隙間が形成されている。

このように構成されたシリンダブロックの冷却構造では、ボア間領域においてボア壁と冷却媒体の主流との接触面積が、ボア間領域以外の領域におけるボア壁と冷却媒体の主流との接触面積よりも大きくなるため、ボア間領域では、伝熱面積が大きくなる。一般的に、熱の移動量は、伝熱面積に比例し、伝熱面積が大きくなるほど大きい熱量が移動し、ボア間領域において十分な冷却が可能となる。その結果、均一な冷却が可能なシリンダブロックの冷却構造を提供することができる。

この発明に従えば、シリンダブロックを均一に冷却することができる、シリンダブロックの冷却構造を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従ったシリンダブロックの冷却構造の平面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従ったシリンダブロックの冷却構造１は、複数のボア領域１１１，１１２，１１３を取囲むボア壁１１ｂ周囲にウォータジャケット部１２が連続して設けられたシリンダブロック１０と、ボア壁１１ｂとの間に隙間が設けられるようにウォータジャケット部１２に挿入されるウォータジャケットスペーサ２０とを備える。ウォータジャケット部１２に冷却媒体としての冷却水を供給し、ボア壁１１ｂ温度を均一化する。シリンダブロック１０には、隣り合うボア領域の境界近傍に位置するボア間領域１０ｂと、ボア間領域以外の領域１０ａとが設けられ、ボア間領域１０ｂでのボア壁１１ｂとウォータジャケットスペーサ２０との間の隙間の面積は、ボア間領域以外の領域１０ａでのボア壁１１ｂとウォータジャケットスペーサ２０との隙間の面積よりも小さい。

シリンダブロックの冷却構造１では、シリンダブロック１０が冷却媒体としての冷却水により冷却される。シリンダブロック１０はシリンダライナ集合体１１、シリンダライナ集合体１１を取囲む溝形状のウォータジャケット部１２およびウォータジャケット部１２を取囲むシリンダブロックベース部１３を有する。

シリンダライナ集合体１１は３つのボア領域１１１，１１２，１１３を有し、それぞれのボア領域１１１，１１２，１１３を取囲む鉄合金を、アルミニウム合金で取囲んだ構造とされる。シリンダライナ集合体１１は冷却媒体を流すためのウォータジャケット部１２により取囲まれる。ウォータジャケット部１２は溝形状であり、シリンダライナ集合体１１に沿った形状である。シリンダブロックベース部１３はエンジンブロック本体であり、アルミニウム合金により構成される。それぞれのボア領域１１１，１１２，１１３は円筒形状の中空領域であり、この中にピストンが配置され、そのピストンが往復運動する。したがって、ボア領域１１１，１１２，１１３の円筒の延びる方向（軸芯方向）は、互いに平行となる。

シリンダブロックベース部１３の一部分には、冷却媒体の入口（図示せず）が設けられ、この入口から導入された冷却水は矢印１０１で示すようにウォータジャケット部１２内を流れ、ボア壁１１ｂの熱を奪い去る。熱を奪い去った冷却媒体はガスケット孔からエンジンヘッド側へ送られる。エンジンヘッドにおいても、冷却水はエンジンヘッドを構成するさまざまな構成要素を冷却する。ボア間領域１０ｂは複数のボア領域１１１，１１２，１１３の境界近傍であり、特に熱が溜まりやすい領域をいう。

図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図２および図３を参照して、シリンダブロック１０は、内部に位置するシリンダライナ集合体１１と、シリンダライナ集合体１１を取囲むように配置される、冷却媒体通路としてのウォータジャケット部１２と、ウォータジャケット部１２を取囲み、かつシリンダライナ集合体１１に向かい合うシリンダブロックベース部１３とを有する。

シリンダライナ集合体１１はピストン５０が挿入されるボア領域１１２を有し、ボア領域１１２はほぼ円筒中空の領域である。複数のボア領域が一方向に並ぶように配置されている。

なお、この実施の形態では、ボア領域の数は３つとしているが、これに限定されるものではなく、さまざまな数のボア領域を設けてもよい。シリンダライナ集合体１１はボア壁１１ｂを有し、ボア壁１１ｂは、冷却水１００Ｗにより冷却される領域であり、ボア領域１１２で発生した熱はボア壁１１ｂから冷却水１００Ｗへ放散される。

ウォータジャケット部１２はＶ字状であり、ウォータジャケットスペーサ２０が挿入されるのに十分な深さおよび幅を有する。この実施の形態では、シリンダブロック１０はオープンデッキ型であり、デッキ面１０ｄにウォータジャケット部１２が露出する。ウォータジャケット部１２は、シリンダライナ集合体１１とシリンダブロックベース部１３との間に設けられ、ウォータジャケットスペーサ２０が挿入される領域である。ウォータジャケット部１２は底部を有し、この底部においてシリンダライナ集合体１１とシリンダブロックベース部１３とは接続されている。ウォータジャケット部１２を構成する壁面はほぼテーパ形状とされる。

シリンダブロックベース部１３はアルミニウム合金製であり、ダイキャストなどの方法で構成される。なお、シリンダライナ集合体１１およびシリンダブロックベース部１３の材質としては特に限定されるものではなく、アルミニウム合金だけでなく、鋳鉄により構成してもよい。シリンダブロックベース部１３はエンジンブロックとなり、エンジンに設けられるさまざまな補機類が取付けられる。

ウォータジャケットスペーサ２０において、ボア壁１１ｂに面するように切欠２０ｋが設けられる。切欠２０ｋは矩形状であるが、これが矩形でなく、断面が円形状、楕円形状などであってもよい。切欠２０ｋを設けることで、この領域における冷却水１００Ｗの流量が大きくなる。すなわち、図１で示すように、冷却水は矢印１０１で示す方向に流れるが、この冷却水は、シリンダブロックベース部１３とウォータジャケットスペーサ２０との間、およびウォータジャケットスペーサ２０とシリンダライナ集合体１１（ボア壁１１ｂ）との間を流れる２つの流れにより構成される。ウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂとの間の流れが冷却を支配し、この流れが大きくなることによりボア壁１１ｂの温度が低下する。

図２および図３で示すように、この発明の実施の形態では、ウォータジャケットスペーサ２０において、デッキ面１０ｄ近傍に切欠２０ｋを設けている。これにより、この部分での冷却水１００Ｗの流量を確保し、熱の放散を十分に行なうことを可能としている。さらに、図２および図３で示すように、図２のボア間領域１０ｂでは、斜線で示す冷却水の通路の断面積が小さい。これに対して、その他の領域１０ａでは、図３で示すように斜線の冷却水の通路の断面積が大きい。この断面積は、冷却水の流れに対して垂直な方向の断面である。このためウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂとの間の領域において冷却水の流量を一定とすると、ボア間領域１０ｂでは図２で示すように通路の面積が小さいため流速が速くなり、その他の領域１０ａでは図３で示すように通路の面積が大きくなるため流速が小さくなる。

一般に、伝熱量（単位時間当たりの熱の移動量）は、温度差、伝熱面積、流速により支配され、流速が大きくなればなるほど伝熱量も大きくなる。これは、伝熱面に冷たい冷却水が頻繁に接触し、界面が更新されるためであると考えられる。図２で示すように、この発明ではボア間領域１０ｂにおいて冷却水の通路を狭くしているため流速を向上させることができ、積極的にボア間領域１０ｂにおいて冷却を実施することが可能となる。すなわち、図３で示す一般領域での冷却水の通路の断面積が図２で示すボア間領域での冷却水の通路の断面積よりも大きくすることで、ボア間領域１０ｂでの流速が上昇する。これに伴い、ボア間領域での冷却が促進される。なお、図２および図３では切欠２０ｋを構成する例を示したが、これに限られるものではなく、ボア壁１１ｂ側の形状を変更することで、ボア間領域１０ｂでの流速を大きくし、それ以外の領域での流速を小さくしてもよい。

また、切欠２０ｋをデッキ面１０ｄ近傍に設けたが、これに限られるものではなく、他の部分に切欠２０ｋを設けてもよい。たとえば、ウォータジャケット部１２の底近傍において、ウォータジャケットスペーサ２０に切欠を設けてもよい。

以上、この発明の実施の形態１に従ったシリンダブロックの冷却構造１では、図２および図３で示すように、ボア間領域１０ｂにおける冷却水の通路の断面積を小さくしているためこの領域で流速が向上し、ボア間領域１０ｂの冷却を促進することができる。この結果、熱が溜まりやすいボア間領域１０ｂを積極的に冷却することで、均一な冷却が可能なシリンダブロックの冷却構造を提供することができる。

（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２に従ったシリンダブロックの冷却構造の平面図である。図５は、図４中のＶで示す部分を拡大して示す平面図である。図４および図５を参照して、この発明の実施の形態２に従ったシリンダブロックの冷却構造１では、ボア間領域１０ｂにおいて、ウォータジャケットスペーサ２０にフィン２０ｆが設けられている点で、実施の形態１に従ったシリンダブロックの冷却構造１と異なる。フィン２０ｆは、ボア壁１１ｂに向かい合うように設けられ、かつボア壁１１ｂとの間に一定の隙間を有するように配置される。フィン２０ｆはウォータジャケットスペーサ２０と一体に設けられるが、別体で設けてもよい。すなわち、ウォータジャケットスペーサ２０は、たとえば樹脂により構成されるが、この樹脂と一体的にフィン２０ｆを形成してもよい。また、樹脂製のウォータジャケットスペーサ２０に金属製のフィン２０ｆを後の工程で取付けてもよい。

フィン２０ｆとボア壁１１ｂとの間には、図５の矢印１０２で示す方向の流れが生じる。フィン２０ｆが存在することでボア壁１１ｂとウォータジャケットスペーサ２０の一部としてのフィン２０ｆとの間の面積が小さくなる。

なお、フィン２０ｆは図４および図５では出っ張り形状とされているが、これに限られるものではなく、ウォータジャケットスペーサ２０のくびれた部分に別の円筒形状を付加したような形状であってもよい。フィン２０ｆはボア間領域１０ｂにおいて冷却水の流れの方向を強制する働きを有する。すなわち、冷却水は慣性を有するため、ボア間領域１０ｂの深い部分である境界１１ｋには入り込まず、ボア間領域１０ｂの境界１１ｋでは澱みが発生しがちである。しかしながら、フィン２０ｆを設けることで、この澱み部分に積極的に冷却水を供給し、澱み部分の界面を更新することができる。このため、澱み部分が発生することなく、ボア間領域１０ｂの温度を低下させることができる。

すなわち、実施の形態２では、ウォータジャケットスペーサ２０のボア間領域１０ｂの上流側に、ボア間領域１０ｂに流れを導くためのフィン２０ｆを設けている。これによっても、実質的に流通通路の面積が小さくなり、冷却効果を向上させることができる。

（実施の形態３）
図６は、この発明の実施の形態３に従ったシリンダブロックの冷却構造の平面図である。図７は、図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。図８は、図６中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。図６から図８を参照して、この発明の実施の形態３に従ったシリンダブロックの冷却構造１では、図７および図８で示すように、ボア間領域１０ｂにおける冷却水１００Ｗとボア壁１１ｂとの接触面積を、他の部分よりも大きくする。

上述のように、ボア壁１１ｂにおける伝熱量は、伝熱面積により決定される。すなわち、伝熱面積（冷却水の主流との接触面積）が大きくなれば伝熱量は大きくなり、十分にボア壁１１ｂを冷却することができる。図７および図８で示すように、この発明の実施の形態では、ウォータジャケットスペーサ２０に切欠２０ｋを設けている。この切欠２０ｋの長さＬ１，Ｌ２を比較すると、ボア間領域１０ｂにおいて切欠２０ｋの長さＬ１が長く、その他の領域１０ａにおいて切欠２０ｋの長さＬ２が短い。図７および図８中の斜線部は、ボア壁１１ｂとウォータジャケットスペーサ２０との間において冷却水の主流が流れる領域であり、この領域とボア壁１１ｂとの接触面積でボア壁１１ｂからの熱の放散量が決定される。図７では切欠２０ｋの深さが大きいため、接触長さＬ１も大きくなる。図８で示すように、ボア間領域以外の領域１０ａでは、切欠２０ｋの深さが浅いため、接触長さＬ２も小さくなる。紙面に対して垂直な方向の長さは図７および図８で一定であるため、冷却水とボア壁１１ｂとの接触面積は、図７で示すボア間領域のほうが図８で示すその他の領域１０ａよりも大きくなる。

すなわち、実施の形態３に従ったシリンダブロックの冷却構造１は、複数のボア領域１１１，１１２，１１３を取囲むボア壁１１ｂ周囲にウォータジャケット部１２が連続して設けられたシリンダブロック１０と、ボア壁１１ｂとの間に隙間が設けられるようにウォータジャケット部１２に挿入されるウォータジャケットスペーサ２０とを備える。ウォータジャケット部１２に冷却媒体としての冷却水１００Ｗを供給し、ボア壁１１ｂ温度を均一化する。シリンダブロック１０には、隣り合うボア領域１１１，１１２，１１３の境界近傍に位置するボア間領域１０ｂと、ボア間領域１０ｂ以外の領域１０ａが設けられ、ボア間領域１０ｂでのボア壁１１ｂと冷却媒体の主流との接触面積が、ボア間領域１０ｂ以外の領域１０ａでのボア壁１１ｂと冷却水１００Ｗの主流との接触面積よりも大きくなるように、ボア壁１１ｂとウォータジャケットスペーサ２０との間の隙間が形成されている。

すなわち、この発明では、ボア間領域１０ｂにおいてウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂとの間を流れる冷却水１００Ｗの主流と、ボア壁１１ｂとの接触面積を増加させることで、ボア壁１１ｂにおける熱の移動を促進している。

実施の形態１および２では、通路面積を縮小することで流速を増加させたが、実施の形態３では、通路面積が一定であっても、ボア間領域１０ｂにおいて冷却水１００Ｗがジャケット内壁となるボア壁１１ｂと接触する面積（冷却面積）を拡大している。これによっても、均一な冷却が可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、図１で示すように、冷却水の流れの方向として、Ｕ字状に冷却水の流れが反転する方式を示したが、これに限定されるものではなく、シリンダブロック１０の長手方向に沿って、一方向にのみ冷却水を流してもよい。この場合、シリンダブロック１０の長手方向の一方端部からウォータジャケット部１２に導入された冷却水は二手に分かれて長手方向の右側と左側のそれぞれのボア壁１１ｂを冷却した後に、長手方向の他方端から排出され、他の機器を冷却するか、またはラジエータに送られる。

また、ウォータジャケットスペーサ２０の材質としては、樹脂だけでなく、金属、非金属などのさまざまな材質で構成することが可能である。

さらに、冷却媒体として冷却水１００Ｗを用いる例を示したが、これに限られるものではなく、ロングライフクーラント、油（潤滑油または冷却油）などの液体、または高圧気体を用いることも可能である。

この発明が適用されるエンジンとしては、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンがあり、エンジンの気筒数としては、複数の気筒数があればよい。すなわち、２気筒以上のエンジンに本発明を適用することが可能である。また、エンジンの型式として、直列型、Ｖ型、Ｗ型、水平対向型などのさまざまなエンジンに本発明を適用することが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、内燃機関のシリンダブロックの冷却構造の分野で適用することが可能である。

この発明の実施の形態１に従ったシリンダブロックの冷却構造の平面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 この発明の実施の形態２に従ったシリンダブロックの冷却構造の平面図である。 図４中のＶで示す部分を拡大して示す平面図である。 この発明の実施の形態３に従ったシリンダブロックの冷却構造の平面図である。 図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。 図６中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。

符号の説明

１ シリンダブロックの冷却構造、１０ シリンダブロック、１０ａ 領域、１０ｂ ボア間領域、１１ シリンダライナ集合体、１１ｂ ボア壁、１２ ウォータジャケット部、１３ シリンダブロックベース部、２０ ウォータジャケットスペーサ、２０ｋ 切欠、１００Ｗ 冷却水、１１１，１１２，１１３ ボア領域。

Claims (1)

1. 複数のボア領域を取囲むボア壁周囲にウォータジャケット部が連続して設けられたシリンダブロックと、
   前記ボア壁との間に隙間が設けられるように前記ウォータジャケット部に挿入されるウォータジャケットスペーサとを備え、
   前記ウォータジャケット部に冷却媒体を供給し、前記ボア壁温度を均一化するシリンダブロックの冷却構造であって、
   前記シリンダブロックには、前記隣り合うボア領域の境界近傍に位置するボア間領域と、前記ボア間領域以外の領域が設けられ、
   前記ボア間領域での前記ボア壁と前記冷却媒体の主流との接触面積が、前記ボア間領域以外での前記ボア壁と前記冷却媒体の主流との接触面積よりも大きくなるように前記ボア壁と前記ウォータジャケットスペーサとの隙間が形成されている、シリンダブロックの冷却構造。

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