JP4279759B2

JP4279759B2 - 内燃機関の冷却装置

Info

Publication number: JP4279759B2
Application number: JP2004275903A
Authority: JP
Inventors: 雅彦久保; 真羽田野
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: JP2006090194A

Description

本発明は、複数のシリンダボアを形成するシリンダライナを取り囲むウォータジャケットを用いて内燃機関の冷却を行なう内燃機関の冷却装置に関する

レシプロ式多気筒の内燃機関の多くは、シリンダブロックに前後方向に並ぶ複数のシリンダボアを形成するシリンダライナを取り囲むようにウォータジャケットを形成し、このウォータジャケットの一端側から他端側へ冷却水を流通させることにより、シリンダライナを冷却する冷却構造が採用されている。

こうした冷却構造では、近時、内燃機関の機種毎、容易にウォータジャケットを流れる冷却水の流量や流速のコントロールが行なえるよう、ウォータジャケットは変更せずに、該ウォータジャケット内に、ウォータジャケットの幅方向を区画するスペーサを設けて、ウォータジャケットを内側の通路（以下、内側通路という）と外側の通路（以下、外側の通路という）とに区画することが行われている。

ところで、シリンダブロックは、構造上、シリンダボア間に熱がこもりやすい。特に隣り合うシリンダボア同士が連なるサイヤミーズタイプのシリンダブロックはシリンダボア間のシリンダライナ部分が他の部分より高温になりやすい。

そこで、ウォータジャケットのシリンダボア間に位置する部分をシリンダヘッド側の冷却水路に連通させ同部分の流通を確保することで、シリンダボア間の温度上昇を抑えることが行われている。

ところが、スペーサで区画したウォータジャケットでは、その影響で、内側通路の下流側を流れる冷却水の流量や流速が低下して、下流側のシリンダライナの冷却性能が不足する傾向にある。これは燃焼室に近いシリンダライナの上部では著しい。

そこで、冷却性能を補うために、スペーサで区画するシリンダブロックに関しては、スペーサの上側のスペーサ部分のほぼ全域に複数の通孔を設けて、外側通路の上方を流れる冷却水がそのまま内側通路にも導入されるようにした技術が提案されている（特許文献１を参照）。
特開２００３−２６２１５５号公報

特許文献１に開示された技術によると、確かに内側通路を流れる冷却水の流量や流速は増す。しかしながら、特許文献１は、単に外側通路から内側通路へ冷却水を導入させる構造なので、シリンダボアの発熱量が多い上部を通過する冷却水が、そのまま下流側のシリンダボアの上部へ供給される傾向が強く、下流側のシリンダライナには冷却作用が十分に発揮されにくい。このため、下流側のシリンダライナを上流側のシリンダライナと同等に冷却するのが難しく、前後の各シリンダライナの上部分を均一に冷却することができない。

そこで、本発明の目的は、スペーサでウォータジャケットを区画する構造において、下流側のシリンダライナの上部分を上流側のシリンダライナと同等に冷却することができる内燃機関の冷却装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、複数のシリンダボアを形成するシリンダライナを取り囲むウォータジャケット内を内側通路と外側通路とに区画するスペーサのうち、冷却水が流通する方向の途中となるスペーサ部分に、外側通路を流れる冷却水の一部を上方へ向わせながらスペーサ部分の上部から内側通路へ導入させる導入手段を設けた構成とした。前記導入手段は、前記スペーサの上端部を切り欠くことで少なくとも一部が前記シリンダライナの上端部の側方に位置する開口部を有し、当該導入手段は、前記外側通路を流れる冷却水の一部を上方へ向わせるとともに、その上方に向かう流れのなかで前記シリンダライナの上端部の側方に達した冷却水を、前記開口部を通じて前記シリンダライナの上端部に向けて側方から供給する。

請求項２に記載の発明は、導入手段として、スペーサの上端面から冷却水の流通方向上流側の方向へ向って斜め下側に切り欠いたスリット状の開口部といった簡単な構造を採用した。

請求項３に記載の発明は、導入手段として、外側通路に臨むスペーサの側面に形成された冷却水の流通方向上流側から下流側へ向うにしたがい斜め上側に延びて外側通路を流れる冷却水を上方へ向わせる傾斜台部と、この傾斜台部の末端と連なりながらスペーサの上部に形成され、上方へ向う冷却水を内側通路へ導入させる開口部とを有して構成される簡単な構造を採用した。

請求項４に記載の発明は、傾斜台部の上側に位置するスペーサの上端部に、外側通路の冷却水が内側通路へ進入するのを抑える突出部を形成して、上方へ向う冷却水が、開口部へ至る前において無用に内側通路へ進入しない構成とした。

請求項１に記載の発明によれば、外側通路の冷却水の一部、特に下側を通過する比較的に水温が低い冷却水が、外側通路を流れる途中から上方へ向いながら内側通路へ導入される。これにより、内側通路の途中、すなわち流量や流速の低下が生じる下流側の地点から、冷却水の流量や流速を補うことができるうえ、上方へ向かう流れにより、比較的水温が低い冷却水で下流側のシリンダライナの上部分が冷却できる。

それ故、下流側のシリンダライナの上部は上流側のシリンダライナと同等に冷却され、上流側から下流側までの各シリンダライナの上部分を均一に冷却することができる。

請求項２および請求項３に記載の発明によれば、さらに上記効果に加え、簡単な構造で、上向きの流れによる冷却水の導入ができる。

請求項４に記載の発明によれば、さらに上記効果に加え、突出部により、傾斜台部を流れる上向きの冷却水の流れは、集中、さらには増速しながら、内側通路に導入されるようになり、燃焼室に近いシリンダライナの上部分を効果的に冷却させることができる。

［第１の実施形態］
以下、本発明を図１〜図５に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。

図１は、多シリンダボアの水冷式内燃機関、例えば４シリンダボアのレシプロ式内燃機関の一部を示し、図２は同内燃機関の一部断面（図１中のＡ−Ａ線に沿う断面）を示していて、同図中１はシリンダブロックである。シリンダブロック１には、例えば４つのシリンダライナ２ａ〜２ｄを前後に連続させて並べて構成されるサイヤミーズタイプが用いられている。この前後に隣接する各シリンダライナ２ａ〜２ｄから、シリンダブロック１の頭部に、前後に並ぶ４つのシリンダボア３ａ〜３ｄを形成している。これら各シリンダボア３ａ〜３ｄ内には、ピストン（図示しない）が往復動可能に収められる。またシリンダブロック１の上部には、例えばシリンダボア３ａ〜３ｄ毎に燃焼室、動弁機構、点火プラグ、インジェクタなどが組付いたシリンダヘッド５（図１，２中の一部に二点鎖線で図示）が搭載され、各シリンダボア３ａ〜３ｄ内を往復動するピストンにより、クランクシャフト（図示しない）から軸出力が出力される構造としている。なお、シリンダブロック１の頭部とシリンダヘッド５との間にはガスケット６（図２に二点鎖線で図示）が介在される。

シリンダブロック１には、冷却装置を構成するウォータジャケット７が形成されている。ウォータジャケット７は、図２および図３に示されるような各シリンダボア３ａ〜３ｄを取り囲む所定幅の溝部から形成されている。この溝部は、例えばシリンダボア３ａ〜３ｄの長さのほぼ中間地点までの深さをもつ。このウォータジャケット７の一端部が、例えばシリンダブロック１の前部に形成されている冷却水入口８と連通している。冷却水入口８は、シリンダヘッド５に形成されているウォータジャケット９（図２中の一部に二点鎖線で図示）の一端部にも連通していて、冷却水がシリンダブロック１のウォータジャケット７、シリンダヘッド５のウォータジャケット９との双方へ流入される構造としている。ウォータジャケット７の他端部は、例えばシリンダヘッド５のウォータジャケット９の他端部を通じて、同シリンダヘッド５の後部に形成されている冷却水出口（図示しない）から流出される構造にしてある。

ウォータジャケット７内には、ウォータジャケットスペーサ１０（以下、単にスペーサ１０という；本願のスペーサに相当）が収容されている。

このスペーサ１０には、例えば図２に示されるようにウォータジャケット７の溝部の厚み方向中間の略全域を占める外形を有した部品が用いられている。具体的には、スペーサ１０は、例えば図３に示されるようにウォータジャケット７の深さ寸法より若干、短い４つの薄肉の円筒部４ａ〜４ｄを前後（径方向）に連続的に並べて、ウォータジャケット７の幅方向中間を占める外形にした部品が用いられている。このスペーサ１０が、図２に示されるようにウォータジャケット７の底部とガスケット６との間に収容され、ウォータジャケット７内の幅方向を区画している。この区画により、シリンダライナ２ａ〜２ｄとスペーサ１０との間に内側通路１１を形成し、反対側のスペーサ１０とウォータジャケット７の外側の壁面との間に外側通路１２を形成している。これにより、冷却水入口８からの冷却水は、大部分が外側通路１２へ流れ込み、一部が、スペーサ１０の周りに存在する隙間を通じて内側通路１１に流れ込む構造にしている。同構造により、ウォータジャケット７は変更せずに、スペーサ１０の変更だけで、内燃機関の機種毎、ウォータジャケット７を流れる冷却水の流量や流速のコントロールを可能にしている。また内側通路１１のうち、シリンダライナ２ａ〜２ｄ間の窪み部分に配置される通路部分は、図１および図２中の二点鎖線で示されるようにガスケット６に形成した水抜き孔１３（通孔）を通じて、シリンダヘッド５のウォータジャケット９と連通していて、熱がこもりやすいとされるシリンダボア間の部位へ冷却水が通水されるようにしてある。

また図１、図３〜図５に示されるようにスペーサ１０のうち、例えば特に冷却負荷が大きい側、具体的には排気側のスペーサ部分には、水抜き孔１３からの冷却水の流出を補う上向き導入構造（本願の導入手段に相当）が設けられている。同構造には、例えばスリット１５（本願のスリット状の開口部に相当）が用いられている。具体的には、スリット１５は、ウォータジャケット７を流れる冷却水の流量や流速の低下が見られる部位、例えば前部側のシリンダボア３ａ，３ｂ間の水抜き孔１３と、中央のシリンダボア３ｂ、３ｃ間の水抜き孔１３との間に所在する円筒部４ｂの周壁部分に設けられている。このスリット１５には、例えば図４に拡大されているように円筒部４ｂの周壁部分の上端面から、ウォータジャケット７の流通方向上流側へ向って斜め下側に細長く切り欠いた構造が用いられている。スリット１５の下端は、低い水温の冷却水が流れる領域、例えば円筒部４ｂの周壁部分の高さ寸法の中央付近まで延びている。この斜めのスリット１５により、同スリット１５の壁面をガイドとして、外側通路１２を流れる冷却水の一部を、上方へ向う流れに変更させながら、スリット１５の開口を通じて、円筒部４ｂの周壁部分の上部から、内側通路１１へ導入させる構造にしている。

このように構成された内燃機関の冷却装置によると、冷却水入口８からシリンダブロック１へ流入された冷却水は、図５（ａ），（ｂ）に示されるように大部分の流量が外側通路１２へ流入される。またスペーサ１０の周囲の隙間を通じて、若干の流量が内側通路１１へ流入される。これら冷却水がウォータジャケット７の出口側となる他端側へ流れ、発熱量の多いシリンダライナ２ａ〜２ｄの上部を冷却する。

ここで、各シリンダボア３ａ〜３ｄ間からは、ガスケット６の各水抜き孔１３を通じて、内側通路１１内の冷却水がシリンダヘッド５へ流れ出ている。この冷却水の流れにより、シリンダボア間に蓄積される熱が冷却される。このシリンダボア間での通水により、内側通路１１を流れる冷却水は、途中から流量や流速が低下する。

このとき、スペーサ１０のうち、冷却水の流量や流速が低下し始める地点には、図４および図５（ａ）中の矢印に示されるように中段から上端端へ斜めに延びるスリット１５が形成されている。これにより、外側通路１２の下側（燃焼室から離れた部分）を通る、水温の低い冷却水を含む冷却水流は、スリット１５の壁面により、上向き方向の流れに強制的に変更されながら、スリット開口を通じて、内側通路１１の上部へ導入される。

これにより、内側通路１１の冷却水の流量や流速は回復する。なお、外側通路１２の冷却水は、その分、冷却水出口９からの供給により補われる。

このとき、内側通路１１へ導入される水温の低い冷却水は、上方へ向う流れにより、ライナ上端やガスケット６の下面に沿って流れる。すると、内側通路１１のうち、燃焼室に最も近いライナ上端付近には、冷却を助長する流れが生じる。こうした比較的に水温が低い冷却水の導入や、ライナ上端付近での水流の発生により、下流側のシリンダライナ２ｃ、２ｄの上部分は効果的に冷却され、該シリンダライナ２ｃ、２ｄは上流側のシリンダライナ２ａ，２ｂと同等に冷却される。

それ故、上流側から下流側まで各シリンダライナ２ａ〜２ｄの上部分は、均一に冷却され、各シリンダライナ２ａ〜２ｄにおける温度の均一化が図れる。しかも、冷却水を上側へ向わせる構造は、斜めのスリット１５を設けただけの構造なので、簡単であり、コスト的な負担も小さくてすむ。

なお、スリット１５は、スペーサ１０のうち、下流側のシリンダライナ２ｂを囲む円筒部４ｂの周壁部分に設けたが、これに限らず、下流側の他のシリンダライナ、例えばシリンダライナ２ｃやシリンダボア２ｄを囲む円筒部の周壁部分に設けてもよい。

［第２の実施形態］
図６〜図９は、本発明の第２の実施形態を示す。

本実施形態は、冷却水の上向き導入構造を、第１実勢形態で示したようなスリットでなく、スロープ構造を用いて構成したものである。

具体的には、本実施形態の上向き導入構造には、図６〜図９に示されるように下流側のシリンダライナ２ｂを囲む円筒部４ｂの周壁部分の外側面（外側通路１２に臨む面）に形成された、例えば高さ方向中央付近（低い水温の冷却水が流れる領域）から、冷却水の流通方向下流へ向って斜め上側に延びながら円筒部４ｂの周壁部分の上端付近へ至る細長の台部２０（傾斜台部に相当）と、この台部２０の末端に下側の縁部を連ねて円筒部４ｂの周壁部分の上端部に形成された、例えば角形の切欠きで形成される流入用の開口部２１とを組み合わせた構造が用いられている。

つまり、同構造は、冷却水流通方向と向き合う細長の斜面２０ａを形成して、この斜面２０ａにより、外側通路１２の低い水温を含む冷却水を、上方へ向わせながら、開口部２１から内側通路へ導入するようにしたものである。このようにしても簡単な構造で、外側通路１２の冷却水を上向きの流れに変更しつつ内側通路１１へ導入させることができる。

また本実施形態の中では、この他、円筒部４ｂの周壁部分の上端部には、台部２０が有る領域に、外側通路１２へ突き出る突出部、例えばひさし部２２が形成されている。このひさし部２２は、台部２０を流れる冷却水が無用に内側通路１１へ進入するのを抑えるものである。このひさし部２２を併用すると、台部２０を流れる上向きの冷却水は、特に図８及び図９中の矢印に示されるように開口部２１へ向って、集中、さらには増速しながら、内側通路１１へ導入されるので、下流側のシリンダライナ２ｃ、２ｄの上部分、特に燃焼室と最も近い端部分を効果的に冷却させることができる。なお、増速した冷却水が良好に内側通路１１へ導入されるよう、開口部２１の斜面２０ａと反対側の開口縁部２１ａは薄く形成してある。

但し、第２の実施形態において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略した。

また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば上述した実施形態では、特にスペーサのうち、発熱量が多いとされる排気側に上向き導入構造を設けた例を挙げたが、これに限らず、吸気側にも上向き導入構造を設けてもよい。もちろん、上述した第２の実施形態の開口部２１をシリンダボア間１３付近に設けてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の冷却装置を示す斜視図。図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図。同冷却装置のスペーサの外観を、同スペーサが組み付くシリンダブロックと共に示す分解斜視図。上向きの流れに変えるスリットを拡大して示す斜視図。ウォータジャケットの流通時、外側通路を流れる冷却水が、スリットで、上向きの流れに変更されて内側通路へ導入されるときを説明する図。本発明の第２の実施形態の要部となるスペーサの外観を、同スペーサが組み付くシリンダブロックと共に示す分解斜視図。同スペーサを異なる方向から見た斜視図。ウォータジャケットの流通時、外側通路を流れる冷却水が、傾斜台部並びにひさし部により、上向きの流れに変更されて内側通路へ導入されるときを説明する図。上向きの流れに変える傾斜台部と冷却水が内側通路へ進入するのを抑える突出部とを拡大して示す斜視図。

符号の説明

１…シリンダブロック、２ａ〜２ｄ…シリンダライナ、３ａ〜３ｄ…シリンダボア、５…シリンダヘッド、６…ガスケット、７…ウォータジャケット、１０…ウォータジャケットスペーサ（スペーサ）、１１…内側通路、１２…外側通路、１５…スリット、２０…台部（傾斜台部）、２１…開口部、２２…ひさし部（突出部）。

Claims

前後方向に並ぶ複数のシリンダボアを形成するシリンダライナの周りに、各シリンダライナを取り囲むように、一端側から冷却水が流通可能としたウォータジャケットを形成し、このウォータジャケット内に内側通路と外側通路とに区画するスペーサを設けて構成される内燃機関の冷却装置において、
前記スペーサは、前記ウォータジャケットの底部から前記シリンダライナの上端部の側方まで達する外形を有するとともに、前記冷却水の流通方向途中の部分に、前記外側通路を流れる冷却水の一部を前記内側通路へ導入させる導入手段を設けており、
前記導入手段は、前記スペーサの上端部を切り欠くことで少なくとも一部が前記シリンダライナの上端部の側方に位置する開口部を有し、当該導入手段は、前記外側通路を流れる冷却水の一部を上方へ向わせるとともに、その上方に向かう流れのなかで前記シリンダライナの上端部の側方に達した冷却水を、前記開口部を通じて前記シリンダライナの上端部に向けて側方から供給することを特徴とする内燃機関の冷却装置。
前記開口部は、前記スペーサの上端面から前記冷却水の流通方向上流側へ向って斜め下側に切り欠いたスリット状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
前記導入手段は、前記外側通路に臨む前記スペーサの側面に前記冷却水の流通方向上流側から下流側へ向うにしたがい斜め上側に延びるように形成され前記外側通路を流れる冷却水を上方へ向わせる傾斜台部を有し、前記開口部は、前記傾斜台部の末端と連なって前記スペーサの上部に形成され、上方へ向う冷却水を前記内側通路へ導入させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
前後方向に並ぶ複数のシリンダボアを形成するシリンダライナの周りに、各シリンダライナを取り囲むように、一端側から冷却水が流通可能としたウォータジャケットを形成し、このウォータジャケット内に内側通路と外側通路とに区画するスペーサを設けて構成される内燃機関の冷却装置において、
前記冷却水の流通方向途中のスペーサ部分に、前記外側通路を流れる冷却水の一部を上方へ向わせ該スペーサ部分の上部から前記内側通路へ導入させる導入手段を設け、
前記導入手段は、前記外側通路に臨む前記スペーサの側面に前記冷却水の流通方向上流側から下流側へ向うにしたがい斜め上側に延びるように形成され前記外側通路を流れる冷却水を上方へ向わせる傾斜台部と、この傾斜台部の末端と連なって前記スペーサの上部に形成され、上方へ向う冷却水を前記内側通路へ導入させる開口部とを有し、
前記スペーサの上端部には、前記傾斜台部を流れる冷却水が前記内側通路へ進入するのを抑える前記外側通路へ突き出た突出部を有していることを特徴とする内燃機関の冷却装置。