JP5903002B2 - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダブロックの上面に開口するウォータージャケットを備えたエンジンの冷却装置に関する。

一般に、水冷式エンジンでは、冷却水はシリンダブロックのウォータジャケット内に導かれて各シリンダの周囲を流れ、各シリンダで発生した熱をシリンダ壁から放熱するようになっており、従来から冷却水の流れの状態を改善して冷却性能を向上させる技術が各種提案されている。

例えば、特許文献１には、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間のガスケットに、シリンダブロック側に突出して冷却水通路とウォータージャケットとの接続部分に挿入される突出片を設け、冷却水通路からウォータージャケットに流入する冷却水が突出片によってシリンダ壁の上部に当たるのを抑制することで、シリンダ壁の周囲における温度差を低減する技術が開示されている。

特許第４１３５１３８号公報

近年の多気筒エンジンでは、エンジンのコンパクト化に伴ってシリンダ間の間隔が狭くなる傾向にあり、シリンダ同士の隣接部に予め十分な冷却水の通路面積を確保することが困難な場合がある。このため、シリンダ間の隣接部には、シリンダブロックの鋳造後の後加工でドリル孔を設けたり、シリンダブロックの鋳造の段階で溝状のスリット部を設けて冷却水の通路を確保することが知られている。

しかしながら、シリンダ間の隣接部にドリル孔や溝状のスリット部を設けても、相対的にウォータージャケットの他の部位よりも流量が少ない上に、冷却水の流れが必ずしも十分でない場合があり、シリンダ間温度の上昇を招く虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、隣接するシリンダ間の冷却水の流れの状態を改善し、シリンダ間温度の上昇を抑制することのできるエンジンの冷却装置を提供することを目的としている。

本発明によるエンジンの冷却装置は、シリンダブロック内に互いに隣接して配置される２つのシリンダボアを囲繞すると共に、前記２つのシリンダボアの間に共通の壁部を形成するシリンダ壁と、このシリンダ壁の周囲に形成されるウォータージャケットと、前記シリンダ壁の共通の壁部に形成されて前記ウォータージャケットに連通する溝状のスリット部とを備えたエンジンの冷却装置において、前記２つのシリンダボアの間で前記シリンダブロックの側部に形成され、前記ウォータージャケットに冷却水を供給する冷却水供給部と、前記２つのシリンダボアに対応して前記冷却水供給部から前記ウォータージャケット内に冷却水を導入する２つの冷却水導入路とを設け、前記２つの冷却水導入路を、共に前記スリット部の方向を指向するように配置し、前記２つの冷却水導入路のそれぞれから流出する冷却水の流れが前記スリット部の手前で衝突して乱流が誘起されるように配置したものである。

本発明によれば、隣接するシリンダ間の冷却水の流れの状態を改善し、シリンダ間温度の上昇を抑制することができる。

エンジンの全体概略図 左バンクのシリンダブロック上面を示す平面図 左バンクの冷却水供給部周辺の拡大図 右バンクのシリンダブロック上面を示す平面図 右バンクの冷却水供給部周辺の要部拡大図 冷却水の流れの状態を示す説明図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号１は、ウォータージャケット内を流れる冷却水によって各部を冷却する水冷式エンジンである。本実施の形態においては、エンジン１は、クランク軸２を中心として左右のバンク（図１の右側が左バンク、左側が右バンク）の２つのシリンダブロック３に分離される水平対向型ディーゼルエンジンである。以下では、添字Ｌで左バンク、添字Ｒで右バンクを示すものとして、本実施の形態におけるエンジン１は、左右のシリンダブロック３Ｌ，３Ｒに、２気筒ずつ配置される４気筒エンジンである。

このエンジン１には、各バンクのシリンダブロック３Ｌ，３Ｒに接合されるシリンダヘッド４Ｌ，４Ｒに、各気筒の吸気ポートに連通するインテークマニホルド５と、各気筒の排気ポートに連通するエキゾーストマニホルド６が取り付けられている。各バンクのインテークマニホルド５は、吸気チャンバを経て共通の吸気管７に連通されている。また、各バンクのエキゾーストマニホルド６は、エンジンルーム内の艤装上の理由等からクランク軸２の軸線に対して一方のバンク側にオフセットした位置で合流され、共通の排気管８に連通されている。

図２に示すように、左バンクのシリンダブロック３Ｌには、ピストン（図示せず）を摺動自在に収容するシリンダボアを形成するシリンダライナ１０ａＬ，１０ｂＬがシリンダ壁１１Ｌ内に嵌合されて互いに隣接して配設されている。シリンダ壁１１Ｌは、各シリンダライナ１０ａL，１０ｂLの周囲をそれぞれ囲繞すると共に、隣接するシリンダライナ１０ａＬ，１０ｂＬの間に共通の壁部を形成しており、シリンダ壁１１Ｌの周囲には、冷却水を流通させる空間となるウォータージャケット１２Ｌが形成されている。

ここで、本エンジン１のシリンダ冷却系においては、各バンク毎にシリンダが近接して配置されており、左バンクでは、２つのシリンダライナ１０ａＬ，１０ｂＬの間に、シリンダ壁１１Ｌを介して、シリンダ周囲のウォータージャケット１２Ｌと同等の空間を確保することは困難である。従って、２つのシリンダライナ１０ａＬ，１０ｂＬの間には、シリンダ壁１１Ｌによる共通の壁部が設けられ、この共通の壁部に、所定の幅及び深さを有する溝状のスリット部１３Ｌが設けられている。このスリット部１３Ｌは、ウォータージャケット１２Ｌの一部として形成され、スリット部１３Ｌ内に冷却水を導入することにより、各シリンダライナ１０ａＬ，１０ｂＬの外周を周回する冷却水の流れを形成することができる。

尚、スリット部１３Ｌを含むウォータージャケット１２Ｌは、シリンダブロック３Ｌの上面（シリンダヘッド４Ｌ側の面）に開口しており、シリンダブロック３Ｌの上面とシリンダヘッド４Ｌとの間に挟持されるガスケット（図示せず）に設けられた水穴を通して冷却水がシリンダヘッド４Ｌ側に流出するように構成されている。また、シリンダブロック３Ｌには潤滑油を流通させる油穴１４Ｌ、シリンダヘッド４Ｌとシリンダブロック３Ｌとを締結させる際に使用するボルト孔１５Ｌ等が形成されている。

図３の拡大図に示すように、シリンダブロック３Ｌの上面には、ウォータージャケット１２Ｌに冷却水を供給するための凹部状の部位として冷却水供給部２０Ｌが形成されている。冷却水供給部２０Ｌは、シリンダブロック３Ｌ上面の長手方向の側部で２つのシリンダボアの中間に位置するように形成されており、底部に冷却水を送出する冷却水通路２１Ｌが開口され、この冷却水通路２１Ｌから送出される冷却水の流れに対する拡幅部として設けられている。冷却水通路２１Ｌは、シリンダブロック３Ｌ下部に向かって貫通され、図示しない冷却水ポンプの吐出口に連通されている。

また、冷却水供給部２０Ｌを囲繞してウォータージャケット１２Ｌに接する壁部には、シリンダライナ１０ａＬ，１０ｂＬの間のスリット部１３Ｌの方向を指向するように配置された２つの冷却水導入路２２ａＬ，２２ｂＬが設けられている。冷却水導入路２２ａＬ，２２ｂＬは、シリンダブロック３Ｌの上面に開口する所定の幅及び深さを有する溝状の通路として形成され、ウォータージャケット１２Ｌ内に流出するそれぞれの冷却水の流れがスリット部１３Ｌの手前で衝突して乱流が誘起されるように配置されている。

本実施の形態においては、２つの冷却水導入路２２ａＬ，２２ｂＬは、溝状の通路の溝幅の略中心を通る各直線がスリット部１３Ｌ側で交差し、冷却水導入路２２ａＬ，２２ｂＬから流出する冷却水の流れを、それぞれ、スリット部１３Ｌを通過する方向に指向させることが可能な角度に設定されている。具体的には、一方の冷却水導入路２２ａＬは、溝幅の略中心を通る直線とスリット部１３Ｌの略中心を通る直線とのなす角度θａLが２０度を基準として所定範囲（例えば±５度程度の範囲）内に収まるように配置され、他方の冷却水導入路２２ｂＬは、溝幅の略中心を通る直線とスリット部１３Ｌの略中心を通る直線とのなす角度θｂLが２６度を基準として所定範囲（例えば、±５度程度の範囲）内に収まるように配置されている。

このようなシリンダ冷却系の構成は、右バンクにおいても、基本的には左バンクと同様である。次に、右バンクのシリンダ冷却系について、左バンクとの相違点について説明する。尚、左バンクと同様の部材には、左バンクの各部材の符号の添字Ｌに代えて添字Ｒを付して、詳細な説明を省略するものとする。

図４に示すように、右バンクのシリンダブロック３Ｒにおいては、シリンダライナ１０ａＲ，１０ｂＲが隣接して嵌合されるシリンダ壁１１Ｒの周囲に形成されるウォータージャケット１２Ｒは、右バンクの冷却水供給部２０Ｒを介して右バンクの冷却水通路２１Ｒに連通されている。この右バンクの冷却水供給部２０Ｒは、左バンクの冷却水供給部２０Ｌと若干形状が異なっており、ウォータージャケット１２Ｒの底部に露呈されるボルト孔３０を囲む形状に形成されている。尚、ボルト孔３０は、左右のシリンダブロック３Ｌ，３Ｒを締結・結合するためのボルトを装着するためのものである。

また、この冷却水供給部２０Ｒの形状に応じて、冷却水供給部２０Ｒからウォータージャケット１２Ｒに流出する冷却水の流れをシリンダボア間のスリット部１３Ｒを指向する流れとする冷却水導入路２２ａＲ，２２ｂＲの配置（スリット部１３Ｒの略中心を通る直線に対する角度）も左バンクの冷却水導入路２２ａＬ，２２ｂＬと若干異なっている。

詳細には、図５の拡大図に示すように、右バンクの冷却水供給部２０Ｒに設けられた冷却水導入路２２ａＲ，２２ｂＲは、溝状の通路の幅及び深さは左バンクの冷却水導入路２２ａＬ，２２ｂＬと同様であるが、２つの冷却水導入路２２ａＲ，２２ｂＲが対称に配置され、スリット部１３Ｒの略中心を通る直線に対する角度θRが左バンクと若干異なっている。本実施の形態においては、冷却水導入路２２ａＲ，２２ｂＲは、θR＝２５度（±５度）に設定され、冷却水供給部２０Ｒから冷却水導入路２２ａＲ，２２ｂＲを通ってウォータージャケット１２Ｒに流出する冷却水の流れがスリット部１３Ｒを指向する流れとなり、スリット部１３Ｒの手前で２つの流れが衝突して乱流を誘起するように設定されている。

以上の構成によるシリンダ冷却系では、互いに近接するシリンダの周囲に流れる冷却水の流れの状態を改善し、特にシリンダ間の冷却効率を向上することができる。
以下、この冷却水の流れについて説明する。

左バンクで代表して説明すると、図示しない冷却水ポンプからシリンダブロック３Ｌの冷却水通路２１Ｌに送出される冷却水は、冷却水通路２１Ｌからシリンダブロック３Ｌ上面側の冷却水供給部２０Ｌに供給される。そして、冷却水供給部２０Ｌに貯留された冷却水は、２つの冷却水導入路２２ａＬ，２２ｂＬを通ってウォータージャケット１２Ｌ内に流入する。

このとき、一方の冷却水導入路２２ａＬからの冷却水と他方の冷却水導入路２２ｂＬからの冷却水とが流速の速い流れとなってウォータージャケット１２Ｌ内に流入すると共に、ウォータージャケット１２Ｌ内でシリンダ間のスリット部１３Ｌの方向を指向する流れとなる。その結果、２つの流れがスリット部１３Ｌの手前で衝突して乱流となり、スリット部１３Ｌに流入する。この乱流の発生により、近接するシリンダライナ１０ａＬ，１０ｂＬからの熱を効果的に放熱することができ、狭い隙間状のスリット部１３Ｌの壁面で流速の小さい層流の境界層が生成されることを回避し、冷却効率の低下を防止することができる。

右バンクについても同様であり、図６は、冷却水供給部２０Ｌから冷却水導入路２２ａＬ，２２ｂＬを経てウォータージャケット１２Ｌ内に流入する冷却水の流れの状態をシミュレーションして可視化したものである。図６中の矢印は、流れの方向と流速の大きさを示しており、矢印が大きい程、流速が大きいことを示している。また、図６中の濃度表示が濃い部分は、その部分で乱流が発生していることを表現している。図６に示す流れの状態から、冷却水導入路２２ａＲ，２２ｂＲをスリット部１３Ｒを指向するように配置することで、スリット部１３Ｒを通過する冷却水の流れが強化されることを確認できる。

このように本実施の形態においては、各バンクのシリンダブロック３に設けた冷却水供給部２０からウォータージャケット１２内に冷却水を導入する２つの冷却水導入路２２ａ，２２ｂを、隣接するシリンダ間の溝状のスリット部１３を指向するように配置し、スリット部１３の手前で乱流が誘起されるようにしたので、相対的に流量が少ないシリンダ間の隣接部の冷却効率を向上し、シリンダ間温度の上昇を抑制することができる。

１ エンジン
３Ｌ，３Ｒ シリンダブロック
１０ａＲ，１０ｂＲ シリンダライナ
１１Ｌ，１１Ｒ シリンダ壁
１２Ｌ，１２Ｒ ウォータージャケット
１３Ｌ，１３Ｒ スリット部
２０Ｌ，２０Ｒ 冷却水供給部
２１Ｌ，２１Ｒ 冷却水通路
２２ａＬ，２２ｂＬ 冷却水導入路
２２ａＲ，２２ｂＲ 冷却水導入路

Claims (3)

1. シリンダブロック内に互いに隣接して配置される２つのシリンダボアを囲繞すると共に、前記２つのシリンダボアの間に共通の壁部を形成するシリンダ壁と、このシリンダ壁の周囲に形成されるウォータージャケットと、前記シリンダ壁の共通の壁部に形成されて前記ウォータージャケットに連通する溝状のスリット部とを備えたエンジンの冷却装置において、
   前記２つのシリンダボアの間で前記シリンダブロックの側部に形成され、前記ウォータージャケットに冷却水を供給する冷却水供給部と、
   前記２つのシリンダボアに対応して前記冷却水供給部から前記ウォータージャケット内に冷却水を導入する２つの冷却水導入路とを設け、
   前記２つの冷却水導入路を、共に前記スリット部の方向を指向するように配置し、前記２つの冷却水導入路のそれぞれから流出する冷却水の流れが前記スリット部の手前で衝突して乱流が誘起されるように配置した
   ことを特徴とするエンジンの冷却装置。
2. 前記冷却水供給部を、前記シリンダブロックの上面に開口し、底部に冷却水ポンプの吐出口に連通される冷却水通路が開口する凹部状の拡幅部として形成すると共に、前記２つの冷却水導入路を、前記シリンダブロックの上面に開口する溝状の通路として形成したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの冷却装置。
3. 前記シリンダブロックは、水平対向型エンジンの左右の各バンクを形成するシリンダブロックであることを特徴とする請求項１記載のエンジンの冷却装置。

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