JP4344647B2 - オープンデッキ型シリンダブロックの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダボアの周囲を囲むようにシリンダブロックに形成したウオータジャケットが該シリンダブロックのデッキ面に開口するオープンデッキ型シリンダブロックの冷却構造に関する。

シリンダブロックのシリンダボアとウオータジャケットとの間の壁の肉厚を、クランクシャフトの軸線方向両端に対応する部分で増加させることで、シリンダブロックに対するシリンダヘッドの締結時や、エンジンの運転時におけるシリンダボアの熱変形を防止するものが、下記特許文献１により公知である。

またシリンダブロックのシリンダボアとウオータジャケットとの間の壁の肉厚を、シリンダブロックの吸気側および排気側に対応する部分で増加させることで、シリンダブロックの剛性を高めて熱変形を防止するものが、下記特許文献２により公知である。

またシリンダブロックのシリンダボアとウオータジャケットとの間の壁の肉厚を、ピストンからのサイドスラストが強く作用する側で厚くし、ピストンからのサイドスラストが弱く作用する側で薄くすることで、シリンダブロックの重量増加を最小限に抑えながらサイドスラストに対する剛性を高めるものが、下記特許文献３により公知である。
特開平１０−４７１５３号公報 特開平９−７９０８５号公報 特開平８−２８３４１号公報

ところで、燃焼室が形成されたシリンダヘッドが結合されるシリンダブロックのデッキ面の近傍は特に温度上昇し易い部分であるが、そのうち吸気ポートに近い吸気側は比較的に低温になるのに対し、排気ポートに近い排気側は比較的に高温になる。従って、デッキ面の近傍の排気側を充分に冷却することができないと耐ノッキング性が低下してしまい、エンジンの出力低下の原因となる問題がある。デッキ面の近傍の冷却性を高めるには、シリンダボアおよびウオータジャケット間の壁を薄くして伝熱性を高め、かつウオータジャケットの幅を広げて冷却水の流量を増加させれば良いが、このようにするとシリンダブロックの剛性が低下してしまう問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、シリンダブロックの剛性低下を最小限に抑えながらシリンダブロックのデッキ面の近傍を均等に冷却できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、エンジンのクランクシャフト軸線に沿って互いに並列する複数のシリンダボアを備えており、それらシリンダボアの周囲を囲むようにシリンダブロックに形成したウオータジャケットが該シリンダブロックのデッキ面に開口すると共に、その開口が、前記複数のシリンダボアに対応した複数の環状部が一部重なった状態で直列に連なった形状に形成されるオープンデッキ型シリンダブロックの冷却構造において、各々の前記環状部の外周壁の中心がシリンダ軸線に一致しているが、内周壁の中心がシリンダ軸線に対してエンジンの吸気側にずれるように前記ウオータジャケットを形成して、シリンダブロックのデッキ面の近傍におけるシリンダボアおよびウオータジャケット間の肉厚を、吸気側の肉厚よりも排気側の肉厚が小さくなるように設定し、且つシリンダブロックのデッキ面の近傍におけるウオータジャケットの幅を、吸気側の幅よりも排気側の幅が大きくなるように設定したことを特徴とする、オープンデッキ型シリンダブロックの冷却構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、シリンダボアおよびウオータジャケット間の肉厚及びウオータジャケットの幅を、前記開口の近傍でのみ吸気側と排気側とで異ならせ、シリンダブロックのデッキ面の近傍におけるシリンダボアおよびウオータジャケット間の排気側の肉厚を、前記デッキ面から遠ざかるにつれて漸増させたことを特徴とするオープンデッキ型シリンダブロックの冷却構造が提案される。

尚、実施例のシリンダブロック側ウオータジャケット３３は本発明のウオータジャケットに対応する。

本発明によれば、シリンダブロックのデッキ面の近傍におけるシリンダボアおよびウオータジャケット間の肉厚を吸気側よりも排気側で小さくしたので、燃焼により高温になり易いデッキ面の近傍のうちで排ガスで特に高温になり易い排気側のシリンダボアとウオータジャケットとの間の伝熱性を高めて冷却を促進することで、耐ノッキング性の向上、圧縮比の増加、燃料消費量の節減および出力の向上を図ることができる。しかもシリンダボアおよびウオータジャケット間の肉厚を小さくするのは、シリンダブロックのデッキ面の近傍の排気側に限られるので、前記肉厚を小さくしたことによるシリンダブロックの剛性低下を最小限に抑えることができる。

その上、シリンダブロックのデッキ面の近傍におけるウオータジャケットの幅を吸気側よりも排気側で大きくしたので、排ガスにより高温になり易い排気側のウオータジャケットを流れる冷却水の流量を増加させて冷却効果を一層高めることができる。しかもウオータジャケットの幅が大きい排気側ではシリンダボアおよびウオータジャケット間の肉厚が小さいので、シリンダブロックの排気側の側壁が吸気側の側壁に比べて厚くなるのを防止することができる。

また特に請求項２の発明によれば、シリンダボアおよびウオータジャケット間の肉厚を小さくするのは、シリンダブロックのデッキ面の近傍の排気側に限られており、吸気側の肉厚は通常どおりに確保可能であるので、排気側の肉厚を小さくしたことによるシリンダブロックの剛性低下を最小限に抑えることができる。しかもシリンダブロックのデッキ面の近傍におけるシリンダボアおよびウオータジャケット間の排気側の肉厚がデッキ面から遠ざかるにつれて漸増するので、前記肉厚の急変を回避してシリンダブロックの剛性を確保することができる。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の一実施例を示すもので、図１はエンジンの縦断面図（図２の１−１線断面図、図２は図１の２−２線矢視図、図３は図２の３部拡大図、図４はエンジン回転数とノッキング限界となる点火時期との関係を示すグラフである。

図１に示すように、自動車用の直列４気筒エンジンＥは、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上面に結合されたシリンダヘッド１２と、シリンダヘッド１２の上面に結合されたヘッドカバー１３と、シリンダブロック１１の下面に結合されたオイルパン１４とを備える。下部にクランクケース１５が一体に形成されたシリンダブロック１１の上部に４個のシリンダスリーブ１６…が埋め込まれており、これらシリンダスリーブ１６…に摺動自在に嵌合するピストン１７…がコネクティングロッド１８…を介してクランクシャフト１９に接続される。シリンダヘッド１２に、燃焼室２０…に連通する吸気ポート２１…および排気ポート２２…が形成されており、吸気バルブ孔および排気バルブ孔がそれぞれ吸気バルブ２３…および排気バルブ２４…で開閉される。

シリンダヘッド１２に、吸気カム２５…を備えた吸気カムシャフト２６と、吸気ロッカーアームシャフト２７を介して支持された吸気ロッカーアーム２８…とが設けられており、クランクシャフト１９に連動して回転する吸気カム２５…により揺動する吸気ロッカーアーム２８…で吸気バルブ２３…が駆動される。またシリンダヘッド１２に、排気カム２９…を備えた排気カムシャフト３０と、排気ロッカーアームシャフト３１を介して支持された排気ロッカーアーム３２…とが設けられており、クランクシャフト１９に連動して回転する排気カム２９…により揺動する排気ロッカーアーム３２…で排気バルブ２４…が駆動される。

シリンダブロック１１には４個のシリンダスリーブ１６…の周囲を囲むようにシリンダブロック側ウオータジャケット３３が形成されており、このシリンダブロック側ウオータジャケット３３にガスケット３４の開口を介して連通するシリンダヘッド側ウオータジャケット３５がシリンダヘッド１２に形成される。

図２および図３を併せて参照すると明らかなように、シリンダブロック１１がガスケット３４を介してシリンダヘッド１２に結合されるデッキ面１１ａには、４個のシリンダスリーブ１６…の周囲を囲むようにシリンダブロック側ウオータジャケット３３が開口する。シリンダブロック側ウオータジャケット３３の開口３３ａの形状は、シリンダボア１６ａ…に対応した４個の環状部が一部重なった状態で直列に連なった形状であり、各々の環状部の外周壁の中心はシリンダ軸線Ｌに一致しているが、内周壁の中心はシリンダ軸線Ｌに対してエンジンＥの吸気側にずれている。

従って、シリンダボア１６ａ…とシリンダブロック側ウオータジャケット３３との間の肉厚は、排気側の肉厚Ｔｅが小さく、吸気側の肉厚Ｔｉが大きくなっている。これに伴い、シリンダブロック側ウオータジャケット３３の前記開口３３ａの幅は、排気側の幅Ｗｅが大きく、吸気側の幅Ｗｉが小さくなっている（図３および図１のＡ部、Ｂ部参照）。

但し、シリンダボア１６ａ…とシリンダブロック側ウオータジャケット３３との間の肉厚Ｔｅ，Ｔｉが排気側と吸気側とで異なっているのは、その開口３３ａの近傍だけであり、排気側の肉厚Ｔｅはデッキ面１１ａから遠ざかるに従って漸増しており、最終的にシリンダブロック１１のデッキ面１１ａから所定距離以上離れた部分では、シリンダブロック側ウオータジャケット３３の排気側および吸気側の幅Ｗｅ，Ｗｉは同じに設定されている（図１参照）。

しかして、エンジンＥの運転に伴って燃焼室２０…における混合気の燃焼により発生した熱でシリンダブロック１１のデッキ面１１ａは温度上昇するが、その温度上昇は吸気側および排気側で均一ではなく、高温の排ガスが流れる排気ポート２２…が形成された排気側の温度上昇が著しくなる。このとき、各シリンダボア１６ａ…とそれを囲むシリンダブロック側ウオータジャケット３３との間の肉厚が、吸気側に比べて排気側で小さく設定されているので（Ｔｅ＜Ｔｉ）、排気側においてシリンダボア１６ａ…の熱がシリンダブロック側ウオータジャケット３３に容易に伝達されるようになり、高温になり易い排気側のデッキ面１１ａの近傍を効果的に冷却することができる。

しかも、シリンダブロック側ウオータジャケット３３のデッキ面１１ａへの開口３３ａの幅が、吸気側に比べて排気側で大きく設定されているので（Ｗｅ＞Ｗｉ）、排気側においてシリンダブロック側ウオータジャケット３３を流れる冷却水の流量を増加させて高温になり易い排気側のデッキ面１１ａの近傍を一層効果的に冷却することができる。

このように、シリンダブロック１１のデッキ面１１ａ近傍のうち、比較的に高温になる排気側を比較的に低温になる吸気側に比べてより積極的に冷却することで、エンジンＥの耐ノッキング性の向上、圧縮比の増加、燃料消費量の節減および出力の向上を図ることができる。

またシリンダボア１６ａ…およびシリンダブロック側ウオータジャケット３３間の肉厚を小さくするのは、シリンダブロック１１のデッキ面１１ａの近傍の排気側に限られており、吸気側の肉厚は通常どおりに確保されているので、排気側の肉厚を小さくしたことによるシリンダブロック１１の剛性低下を最小限に抑えることができる。しかもシリンダボア１６ａ…およびシリンダブロック側ウオータジャケット３３間の排気側の肉厚がデッキ面１ａから遠ざかるにつれて漸増するので、肉厚の急変によるシリンダブロック１１の剛性低下を回避することができる。

更に、シリンダブロック側ウオータジャケット３３の幅が大きい排気側ではシリンダボア１６ａ…およびシリンダブロック側ウオータジャケット３３間の肉厚が小さく、逆にシリンダブロック側ウオータジャケット３３の幅が小さい吸気側ではシリンダボア１６ａ…およびシリンダブロック側ウオータジャケット３３間の肉厚が大きいので、シリンダブロック１１の排気側の側壁および吸気側の側壁の一方だけが厚くなるのを防止することができる。

図４は種々のエンジン回転数において、ノッキングが発生する点火時期を実施例および従来例の両方について示すグラフである。このグラフにより、実施例は従来例に比べてノッキングを発生させずに点火時期を早める（進角する）ことができ、これによりエンジンＥの出力の向上が可能になることが分かる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では四気筒エンジンＥを例示したが、本発明は任意の気筒数の直列エンジンに対して適用することができる。

また実施例のエンジンＥのシリンダスリーブ１６…は各々独立しているが、本発明は複数のシリンダスリーブを一体に連結したいわゆるサイアミーズ型のシリンダスリーブを備えたエンジンに対しても適用することができる。

エンジンの縦断面図（図２の１−１線断面図） 図１の２−２線矢視図 図２の３部拡大図 エンジン回転数とノッキング限界となる点火時期との関係を示すグラフ

符号の説明

１１ シリンダブロック
１１ａ デッキ面
１６ａ シリンダボア
１９ クランクシャフト
３３ シリンダブロック側ウオータジャケット（ウオータジャケット）
３３ａ 開口
Ｅ エンジン
Ｌ シリンダ軸線
Ｔｅ 排気側の肉厚
Ｔｉ 吸気側の肉厚
Ｗｅ 排気側の幅
Ｗｉ 吸気側の幅

Claims (2)

1. エンジン（Ｅ）のクランクシャフト（１９）軸線に沿って互いに並列する複数のシリンダボア（１６ａ）を備えており、それらシリンダボア（１６ａ）の周囲を囲むようにシリンダブロック（１１）に形成したウオータジャケット（３３）が該シリンダブロック（１１）のデッキ面（１１ａ）に開口すると共に、その開口（３３ａ）が、前記複数のシリンダボア（１６ａ）に対応した複数の環状部が一部重なった状態で直列に連なった形状に形成されるオープンデッキ型シリンダブロックの冷却構造において、
   各々の前記環状部の外周壁の中心がシリンダ軸線（Ｌ）に一致しているが、内周壁の中心がシリンダ軸線（Ｌ）に対してエンジン（Ｅ）の吸気側にずれるように前記ウオータジャケット（３３）を形成して、シリンダブロック（１１）のデッキ面（１１ａ）の近傍におけるシリンダボア（１６ａ）およびウオータジャケット（３３）間の肉厚を、吸気側の肉厚（Ｔｉ）よりも排気側の肉厚（Ｔｅ）が小さくなるように設定し、且つシリンダブロック（１１）のデッキ面（１１ａ）の近傍におけるウオータジャケット（３３）の幅を、吸気側の幅（Ｗｉ）よりも排気側の幅（Ｗｅ）が大きくなるように設定したことを特徴とする、オープンデッキ型シリンダブロックの冷却構造。
2. シリンダボア（１６ａ）およびウオータジャケット（３３）間の肉厚及びウオータジャケット（３３）の幅を、前記開口（３３ａ）の近傍でのみ吸気側と排気側とで異ならせ、シリンダブロック（１１）のデッキ面（１１ａ）の近傍におけるシリンダボア（１６ａ）およびウオータジャケット（３３）間の排気側の肉厚（Ｔｅ）を、前記デッキ面（１１ａ）から遠ざかるにつれて漸増させたことを特徴とする、請求項１に記載のオープンデッキ型シリンダブロックの冷却構造。

Images