JP4414923B2 - Cylinder block - Google Patents
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Description
この発明はシリンダブロックに関し、より特定的には、ウォータジャケットを有するシリンダブロックに関するものである。 The present invention relates to a cylinder block, and more particularly to a cylinder block having a water jacket.
従来、シリンダブロックは、たとえば特開2004−92547号公報(特許文献1)および特開2002−256964号(特許文献2)に開示されている。
特許文献1ではヘッドガスケットのシリンダブロックのウォータジャケットにガスケットから冷却水流制御板がある間隔を有して設けられており、水温によってサーモバルブが開閉することによって制御板同士が接合したり、ボアに屈曲かつ当接し、冷却水を制御してシリンダ壁の熱膨張による変形を防止する技術が開示されている。特許文献2では、暖機性とボア壁の温度を均一化できるシリンダブロックが開示されている。
In
上述の構成では、シリンダの上下方向の冷却水の流れの制御ができず、したがって、シリンダの上下部での温度差の是正が困難であるという問題があった。 In the above-described configuration, the flow of the cooling water in the vertical direction of the cylinder cannot be controlled, and thus there is a problem that it is difficult to correct the temperature difference between the upper and lower portions of the cylinder.
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、内燃機関の運転状態に対応し放熱量を調整することが可能なシリンダブロックを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a cylinder block capable of adjusting the heat radiation amount corresponding to the operating state of the internal combustion engine.
この発明に従ったシリンダブロックは、内燃機関のピストンと摺動し、かつ燃焼室を構成するシリンダボアと、シリンダボアを冷却するウォータジャケットを有し、水温状態によってシリンダボア外周に当接・離反をする可変フィンを単数ないし複数配置している。 A cylinder block according to the present invention has a cylinder bore that slides with a piston of an internal combustion engine and that constitutes a combustion chamber, and a water jacket that cools the cylinder bore. One or more fins are arranged.
このように構成されたシリンダブロックでは、内燃機関の冷・暖機状態に対応し、シリンダボアの熱状態または可変フィンを可動によって制御することが可能となる。 In the cylinder block configured as described above, it is possible to control the heat state of the cylinder bore or the variable fin by moving in response to the cold / warm-up state of the internal combustion engine.
シリンダボアの下端部が可動フィンの支点となる。この場合冷間始動等の暖機過程ではフィン全体がボアに当接することができ、ボアの暖機性が向上することで油温を早急に上昇させることができ、フリクションの低減を図ることができる。また、暖機終了後は可動フィンの上部がボアから弓なりに離反し、ボア上部の冷却水通路が広くなり、燃焼室近傍の熱冷却効率を向上させることができると同時にボアの変形も抑制できる。 The lower end of the silicon Ndaboa as a fulcrum of the movable fin. In this case, in the warm-up process such as cold start, the entire fin can come into contact with the bore, and the oil warm-up can be quickly increased by improving the warm-up performance of the bore, and the friction can be reduced. it can. In addition, after the warm-up, the upper part of the movable fin is separated from the bore like a bow, the cooling water passage at the upper part of the bore is widened, the heat cooling efficiency in the vicinity of the combustion chamber can be improved, and deformation of the bore can be suppressed. .
この発明に従ったシリンダブロックは、内燃機関のピストンと摺動し、かつ燃焼室を構成するシリンダボアと、シリンダボアを冷却するウォータジャケットを有し、水温状態によってシリンダボア外周に当接・離反をする可変フィンを単数ないし複数配置している。可動フィンは、その途中で屈曲するスナップ機構を有する。このように構成されたシリンダブロックでは、高負荷および高回転時はピストンリングの摺動摩擦熱よりボア下部の温度が上昇するため、下部に冷却水を流すことができる。 A cylinder block according to the present invention has a cylinder bore that slides with a piston of an internal combustion engine and that constitutes a combustion chamber, and a water jacket that cools the cylinder bore. One or more fins are arranged. The movable fin has a snap mechanism that bends in the middle thereof. In the cylinder block configured as described above, the temperature of the lower portion of the bore rises due to the sliding frictional heat of the piston ring at the time of high load and high rotation, so that the cooling water can be flowed to the lower portion.
この発明に従えば、内燃機関の運転状態に応じて冷却状態を変更することが可能なシリンダブロックを提供することができる。 According to this invention, it is possible to provide a cylinder block capable of changing the cooling state in accordance with the operating state of the internal combustion engine.
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番号を付し、その説明については繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(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断面図である。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1は、内燃機関のピストン12と摺動し、かつ燃焼室11を構成するシリンダボア4と、そのシリンダボア4を冷却するウォータジャケット2を有し、水温状態によってシリンダボア4の外周面13に当接および離反する可動フィン3が複数設けられている。可動フィン3はその途中で屈曲するスナップ機構31を有する。可動フィン3はアルミニウム系金属より低い熱伝導率を有する。可動フィン3は、燃焼室11での発熱量が大きくなるに従って燃焼室11から冷却水101への放熱量が大きくなるように変形してシリンダボア4の外周面13との間に隙間を形成する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylinder block according to
シリンダブロック1内の燃焼室11は円柱形状であり、この領域で燃料の爆発が生じてこの爆発力がピストン12へ伝えられる。
The
ピストン12は燃焼室11内を往復運動し、爆発力を往復運動に変換し、この往復運動がコネクティングロッドおよびクランクシャフトにより回転力に変換される。
The
この実施の形態では、エンジンの種類については特に限定されず、たとえば燃焼室11内で爆発する燃料がガソリン、軽油などさまざまな燃料を燃焼させることができる。すなわち、本発明はガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのいずれにも適用することが可能である。さらに、エンジン内でのピストンの配置位置に関しても、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。
In this embodiment, the type of engine is not particularly limited. For example, the fuel exploding in the
ピストン12の外周にはシリンダボア4がピストン12を取囲むように配置されている。
A
シリンダボア4はピストン12のピストンリングと摺動する部材であり、たとえば放熱性(熱伝導性)を向上させる観点からはアルミニウム合金で構成される。また、シリンダボア4の強度を高める場合には、シリンダボア4のうちピストン12と向かい合う面に鋳鉄を配置し、その外周をアルミニウム合金で覆ってもよい。さらに特に強度が必要とされる内燃機関の場合には、シリンダボア4が鋳鉄で構成されていてもよい。
The
シリンダボア4は燃焼室11を取囲む筒状領域であり、その内周面がピストン12と向かい合い、外周面13は可動フィン3と接触している。シリンダボア4の外周にはウォータジャケット2が設けられている。ウォータジャケット2には冷却水101が流され、シリンダボア4から発生した熱を冷却水101が奪い去る。なお、冷却水101は冷却媒体として作用するものであり、水である必要はなく、ロングライフクーラント、油などで冷却がなされてもよい。
The
ウォータジャケット2は冷媒通路であり、シリンダボア4の外周面13、底面15およびウォータジャケット壁面14で取囲まれる空間である。ウォータジャケット2の上側、すなわちデッキ面18近傍ではウォータジャケット2が開口しており、この実施の形態に従ったシリンダブロック1は、いわゆるオープンデッキタイプのシリンダブロックである。なお、オープンデッキタイプに限られず、より強度が必要とされるシリンダブロック1ではクローズドタイプ(デッキ面18においてウォータジャケット2が開口していない)を用いることも可能である。ウォータジャケット2へはウォータポンプから冷却水101が供給され、冷却水はウォータジャケット2内を流れてシリンダボア4の熱を吸収した後にヘッド側へ回り、ヘッドを構成する各要素を冷却することが可能である。ウォータジャケット2はシリンダボア4の上端21から下端22まで延びており、シリンダボア4を取囲む形状とされる。
The
ウォータジャケット2内に可動フィン3が収納されている。可動フィン3は温度に応じて形態を変化させることが可能な遮蔽板であり、シリンダボア4の外周面13に直接冷却水101が当たることを防止する。図1で示す低温状態では、シリンダボア4の外周面13が可動フィン3で覆われている。
A
シリンダボア4の外周にウォータジャケット2が連続して設けられており、冷却媒体としての冷却水101を供給してボア壁温を均一化するシリンダブロック1の冷却構造において、ウォータジャケット2内にシリンダブロックと別体形成の可動フィン3が設けられる。また、シリンダブロック1自体、またはシリンダブロック1から一体に形成されたウォータジャケット内に可動フィン3が設けられていてもよい。可動フィン3はバイメタル構造となっており、シリンダボア4の壁温と冷却水温に応じて開閉する。
In the cooling structure of the
図2から図4は、可動フィンの動作を説明するために示すシリンダブロックの断面図である。図2を参照して、シリンダボア4の外周面13の温度と冷却水101の温度が低い暖機時には、可動フィン3は閉じており、シリンダボア4から冷却水101への放熱が遮蔽される。
2 to 4 are sectional views of the cylinder block shown for explaining the operation of the movable fin. Referring to FIG. 2, at the time of warm-up when the temperature of the outer
図3を参照して、冷却水101の温度およびシリンダボア4の外周面13の温度が高くなる暖機終了時には、可動フィン(可変フィン)3が開きシリンダボア4から冷却水101への放熱を開始する。但し、通常運転時には、シリンダボア4の上端21(燃焼室近傍)が高温になるため、上方側の流路が広くなるように可動フィン3はウォータジャケット2の底面15で拘束される。
Referring to FIG. 3, at the end of warm-up when the temperature of
図4を参照して、さらに高負荷および高回転時には、逆にピストンリングおよびオイルリングの摺動摩擦熱により、シリンダブロック1の下部の温度が上昇する。そのため、可動フィン3にはスナップ機構が設けられており、可動フィン3の先端がウォータジャケット2の壁面を押付け、可動フィン3に係る荷重が大きくなるとシリンダボア4の下部流路が広がる。このとき、可動フィン3はスナップ機構31を有し、スナップ機構31を中心として可動フィン3が折れ曲がる構造となる。
Referring to FIG. 4, at a higher load and a higher rotation, the temperature of the lower portion of
図5および図6は、可動フィンの構成を示す図である。図5および図6を参照して、可動フィン3はバイメタル3aに熱伝導率の低い塗料3bを塗布し、端部を拘束具3cで固定する構造とされる。但し、バイメタル3aは必須ではなく、温度を感知して変形し、目標の変形を達成する素材であればよい。バイメタル3aは、たとえばTM1、TM2(JIS規格C2530)などの汎用性の高いバイメタルを用いる。塗料3bとしては、シリコン系またはフッ素系の塗料を用いる。拘束具3cには、熱膨張率がアルミニウムに近い金属もしくは樹脂を用いる。拘束具3cは、シリンダボアの外周に沿った形状とし、フィンがシリンダボア周辺に均等に配置されるようにする。図6で示すように、シリンダボアの外周に沿った円弧形状の拘束具3cに複数のバイメタル3aが取付けられており、シリンダボアの外周を囲む形状とされる。可動フィン3はボア下端を支点として変形することが可能である。
5 and 6 are diagrams showing the configuration of the movable fin. 5 and 6, the
このように構成されたシリンダブロック1では、図2から3で示すように、冷却水101の温度およびシリンダボア4の外周面13の温度に応じて可動フィン3が変形し、シリンダボア4から冷却水101への放熱量を調整することができるため、所望の冷却状態を実現することができる。
In the
すなわち、本発明では暖機性およびボア周囲温度の均一性を向上させることができる。暖機性に関し、従来のシリンダブロックでは、燃焼室内で発生した熱を冷却水に奪われてしまうため暖機性が悪いという問題がある。これに対し、本発明では、暖機時には図2で示すようにシリンダボア4の外周面13が可動フィン3で覆われる。これにより、暖機時の放熱を防止し、暖機性を向上させることができる。
That is, in the present invention, the warm-up property and the uniformity of the bore ambient temperature can be improved. Regarding the warm-up property, the conventional cylinder block has a problem that the warm-up property is poor because the heat generated in the combustion chamber is taken away by the cooling water. On the other hand, in the present invention, the outer
また、ボア周囲温度の均一性に関しては、シリンダボア4の局部的な温度上昇によるボア系の歪やシリンダボア壁上部の温度上昇によるシリンダ上下方向での不均一な変形などに起因して、シリンダライナへのピストンリングの追従性が低下し、オイル消費やオイル劣化が生じるといった問題がある。これに対し、本発明では図3および図4で示すように、通常運転時には、図4で示すようにシリンダボア4の上部においてシリンダボア4の外周面13と可動フィン3との間で隙間を生じさせて、燃焼室11からの放熱を促進する。また、高負荷および高回転時には、ピストン12による摩擦摺動熱を放熱するために、シリンダボア4の下部に大きな隙間を形成し、この部分での熱を放熱する。その結果、ボア周囲温度の均一性をより向上させることができる。すなわち、この発明では、シリンダブロック1のシリンダボア4回りに可動フィン3を設け、エンジン冷間時に筒内から冷却水への排熱を抑制して暖機を促進するとともに、暖機後にはボア壁温度を積極的に制御し、ボア壁の変形を制御するものである。
Further, regarding the uniformity of the bore ambient temperature, due to the distortion of the bore system due to the local temperature rise of the cylinder bore 4, the uneven deformation in the vertical direction of the cylinder due to the temperature rise at the upper part of the cylinder bore wall, etc. There is a problem that the followability of the piston ring is reduced, and oil consumption and oil deterioration occur. In contrast, in the present invention, as shown in FIGS. 3 and 4, during normal operation, a gap is generated between the outer
(実施の形態2)
図7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平面図である。図8は、図7中の矢印VIIIで示す方向から見たシリンダブロックの側面図である。図7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1では、可動フィン3がシリンダボア4の円周方向に沿って延びている点で、実施の形態1に従ったシリンダブロック1と異なる。実施の形態1では、可動フィン3はシリンダボア4の軸方向に延びるように配置される。可動フィン3はウォータジャケット2内に配置され、冷間時には、図7中の実線で示すようにシリンダボア4の壁面に沿うように円弧形状とされる。可動フィン3の構造は、実施の形態1と同様でありバイメタル構造とされる。シリンダボア4の温度と冷却水温に応じて可動フィンが開閉する。可動フィン3はシリンダボア4に対して水平方向に配列され、シリンダボア4の半径方向に所定の間隔で取付けられる。シリンダブロック1にはヘッドボルト5が取付けられており、ヘッドボルト5がシリンダブロック1とシリンダヘッドとを固定する。図8を参照して、シリンダブロック1のシリンダボア4の外周に帯状の可動フィン3が複数枚固定されている。この実施の形態では、可動フィン3はシリンダボア4の軸方向と直交するように配置されているが、可動フィン3がシリンダボア4の軸方向に対して傾斜するように配列されていてもよい。また、その場合の傾斜角度も特に限定されるものではない。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a plan view of a cylinder block according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a side view of the cylinder block as seen from the direction indicated by the arrow VIII in FIG. Referring to FIG. 7, in
次に、可動フィン3の動作について説明する。暖機時には、可動フィン3は閉じておりシリンダボア4から冷却水101への放熱を遮断する。具体的には、図7の実線で示す位置に可動フィン3が位置しており、シリンダボア4の外周面の大部分が可動フィン3で覆われる。
Next, the operation of the
暖機完了後には、可動フィン3が点線で示す位置まで動いて可動フィン3が開き、シリンダボア4から冷却水101への放熱が開始される。但し、可動フィン3の開口形状を利用して、シリンダボア4の半径方向の温度分布を積極的に制御することで、シリンダボア4の真円度を向上させることができる。たとえば、可動フィン3を90度間隔で配置し、ヘッドボルト5の締付け等で引き伸ばされた部分に積極的に冷却水101を通過させ、逆に変形の少ない部分は流路を狭くして熱膨張を促進させ、ボアの真円度を向上させる。また、サイアミーズ型の多気筒エンジンにおいては、冷却性能が低いシリンダボア間の流路を積極的に広くとり、冷却性能をその他の部位より向上させることでボアの真円度を図ることができる。可動フィン3の構成については、実施の形態で示したものに限られず、予め定められた設定された温度により可変することが可能なものであればよい。また、可動フィン3の配置位置および配置本数については特に限定されるものではない。
After the warm-up is completed, the
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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
この発明は内燃機関の分野で用いることができる。 The present invention can be used in the field of internal combustion engines.
1 シリンダブロック、2 ウォータジャケット、3 可動フィン、4 シリンダボア、5 ヘッドボルト、11 燃焼室、13 外周面、14 ウォータジャケット壁面、15 底面、21 上端、22 下端、101 冷却水。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ボアを冷却するウォータジャケットを有するシリンダブロックであって、
水温状態によって該シリンダボア外周に当接および離反する可動フィンを単数または複数配置し、
前記シリンダボアの下端部が前記可動フィンの支点である、シリンダブロック。 A cylinder bore that slides with the piston of the internal combustion engine and forms a combustion chamber;
A cylinder block having a water jacket for cooling the bore,
A single or a plurality of movable fins that come into contact with and separate from the outer circumference of the cylinder bore depending on the water temperature state ,
A cylinder block in which a lower end portion of the cylinder bore is a fulcrum of the movable fin .
前記ボアを冷却するウォータジャケットを有するシリンダブロックであって、A cylinder block having a water jacket for cooling the bore,
水温状態によって該シリンダボア外周に当接および離反する可動フィンを単数または複数配置し、A single or a plurality of movable fins that come into contact with and separate from the outer circumference of the cylinder bore depending on the water temperature state,
前記可動フィンは、その途中で屈曲するスナップ機構を有する、シリンダブロック。The movable fin is a cylinder block having a snap mechanism that bends in the middle thereof.
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