JP6057667B2 - Internal combustion engine cylinder block - Google Patents
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Description
本願発明は、内燃機関を構成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 constituting an internal combustion engine.
内燃機関のシリンダブロックには、冷却のためシリンダボアを囲うようにウォータジャケットを設けており、ウォータジャケットに冷却水を流している。他方、特許文献1に開示されているように、シリンダブロックを、アルミから成るブロック本体に鋼製のシリンダライナーを鋳込んだ構造にすることも広く行われている。
The cylinder block of the internal combustion engine is provided with a water jacket so as to surround the cylinder bore for cooling, and cooling water is allowed to flow through the water jacket. On the other hand, as disclosed in
シリンダブロックにはシリンダボアを塞ぐようにシリンダヘッドが重ね固定されており、シリンダボアには、シリンダヘッドに設けた吸気ポートから新気が供給されて、シリンダヘッドに設けた排気ポートに燃焼ガスが排出される。そして、多気筒内燃機関の場合、シリンダボアの列を囲うようにウォータジャケットが形成されており、ウォータジャケットとシリンダボアとの間の部分は内壁になっているが、従来は、シリンダライナーの有無に関係なく、吸気側の内壁の厚さと排気側の内壁の厚さとは等しい厚さになっている。 A cylinder head is overlapped and fixed to the cylinder block so as to block the cylinder bore. Fresh air is supplied to the cylinder bore from an intake port provided in the cylinder head, and combustion gas is discharged to an exhaust port provided in the cylinder head. The In the case of multi-cylinder internal combustion engine, the water jacket so as to surround the row of cylinder bores are formed, although the portion between the water jacket and the cylinder bore is in the inner wall, conventionally, regardless of whether the cylinder liner The thickness of the inner wall on the intake side and the thickness of the inner wall on the exhaust side are equal.
さて、火花点火式の内燃機関では、点火プラグを中心にして火炎が周囲に等速で広がる燃焼形態が理想的であるが、機関運転時におけるシリンダボアの内周面の温度を見ると、全周にわたって一様ではなく、排気ポートの側が吸気ポートの側よりも高温になっている。このため、新気(混合気)が吸気行程でシリンダボアのうち排気ポートに近い側で加温されることにより、新気が排気ポートに近い側で燃焼しやすくなっており、その結果、早期着火を誘発してノッキングの原因になったり、燃焼速度のムラによって高い燃焼圧を確保できなくなったりする虞があった。 Now, in a spark ignition type internal combustion engine, the combustion mode in which the flame spreads around the ignition plug at a constant speed is ideal, but when looking at the temperature of the inner peripheral surface of the cylinder bore during engine operation, The exhaust port side is hotter than the intake port side. For this reason, fresh air (air mixture) is heated on the side close to the exhaust port in the cylinder bore during the intake stroke, so that fresh air is easily combusted on the side close to the exhaust port, resulting in early ignition. May cause knocking, and high combustion pressure may not be secured due to uneven combustion speed.
また、吸気ポートから供給された新気は、吸気行程において、まずシリンダボアのうち排気ポートの側に衝突してから吸気ポートの側に戻るような旋回流(タンブル流)を生成するが、新気がシリンダボアのうち最も高温の部分に強くかつ長く衝突するため、新気の温度上昇によって充填効率が低下したり、温度が低い吸気ポートの側に未燃焼ガスが残る現象を発生させたりして、燃費向上を阻害したり排気ガスの成分悪化を招いたりするおそれもあった。 In addition, fresh air supplied from the intake port generates a swirling flow (tumble flow) that first collides with the exhaust port side of the cylinder bore and then returns to the intake port side during the intake stroke. However, because the cylinder bores a strong and long collision with the hottest part of the cylinder bore, the charging efficiency decreases due to the rise in the temperature of fresh air, or the phenomenon that unburned gas remains on the side of the intake port where the temperature is low, There was also a risk of hindering the improvement of fuel consumption and causing deterioration of the exhaust gas components.
特に、シリンダブロックを、アルミ製のブロック本体に鋼製のシリンダライナーが鋳込まれた構造にしていると、鋼はアルミに比べて熱伝導率が低くてウォータジャケットの冷却水による冷却機能が発揮されにくいため、シリンダボアの内部での温度差が顕著に現れて、上記した不具合が発生しやすくなる。 In particular, the cylinder block, the steel cylinder liners in an aluminum block body is a casting Mareta structure, the cooling function is exhibited steel has low thermal conductivity compared to aluminum by the cooling water of the water jacket Therefore, the temperature difference inside the cylinder bore appears remarkably, and the above-mentioned problems are likely to occur.
このようなシリンダボアの温度差に起因した問題は、内壁を薄くして冷却水による冷却機能をアップさせることで解決できるとも考えられるが、強度を確保するためには内壁を薄くすることに限度があり、また、内壁を薄くすると冷却水の通水量を増やさねばならないため、ウォータポンプやラジェータの容量をアップさせねばならないと云う別の問題が発生することになる。 Such a problem caused by the temperature difference between the cylinder bores can be solved by making the inner wall thinner and improving the cooling function by cooling water, but there is a limit to making the inner wall thinner in order to ensure strength. In addition, if the inner wall is made thinner, the flow rate of the cooling water must be increased, which causes another problem that the capacity of the water pump and the radiator must be increased.
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、新気の温度低下とシリンダボアの内周の温度の均一化・冷却機能のアップとを簡単な構造で実現しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a current situation, and intends to realize a reduction in the temperature of fresh air, equalization of the temperature of the inner periphery of the cylinder bore, and improvement of the cooling function with a simple structure.
上記した不具合は、主としてシリンダボアの内周方向の温度差によって発生するものであり、温度差を少なくすることで不具合を解消できると云える。本願発明者はかかる着想に基づき、本願発明を完成させるに至った。 The above-mentioned problem is mainly caused by a temperature difference in the inner peripheral direction of the cylinder bore, and it can be said that the problem can be solved by reducing the temperature difference. The inventor of the present application has completed the present invention based on such an idea.
すなわち、請求項1の発明は、 複数のシリンダボアがクランク軸線方向に並んで形成されていると共に、前記シリンダボアの群を囲うウォータジャケットがシリンダヘッドの側に向けて開口しており、
前記各シリンダボアとウォータジャケットとの間には、シリンダボア列を挟んで一方の側に位置した吸気側の内壁と、シリンダボア列を挟んで他方の側に位置した排気側の内壁とが形成されている構成であって、
前記排気側の内壁と吸気側の内壁とは、周方向のどの部位においても、前記排気側の内壁が前記吸気側の内壁よりも全高に亙って薄くなるように形成されている一方、
前記ウォータジャケットは、周方向のどの部位においても、吸気側と排気側とが全高に亙って同じ溝巾になるように形成されている。
That is, in the invention of
Between each of the cylinder bores and the water jacket, an intake side inner wall located on one side with the cylinder bore row interposed therebetween and an exhaust side inner wall located on the other side across the cylinder bore row are formed. Configuration,
While the exhaust-side inner wall and the intake-side inner wall are formed so that the exhaust-side inner wall is thinner than the intake-side inner wall at any part in the circumferential direction,
The water jacket is formed so that the intake side and the exhaust side have the same groove width over the entire height at any part in the circumferential direction.
本願発明は、シリンダライナーを利用することで好適に具体化できる。これを請求項2で特定している。すなわち請求項2の発明は、請求項1において、前記シリンダボアはブロック本体に鋳込まれたシリンダライナーで構成されており、前記シリンダライナーを排気側にずらすことにより、前記排気側の内壁の厚さを前記吸気側の内壁の厚さよりも薄くしている。
The present invention can be suitably embodied by using a cylinder liner. This is specified in
本願発明では、シリンダブロックのうち排気側の内壁の厚さが薄いため、ウォータジャケットを流れる冷却水の量は従来と同じでも、排気ポートの側の内壁を効果的に冷却して従来よりも温度を下げることができる。これにより、燃焼室の燃料の一部が異常高温化することを防止して、早期着火に起因したノッキングを防止又は著しく抑制できる。また、火炎の伝播速度を均一化して完全燃焼を促進できるため、燃費の向上や排気ガスの成分悪化防止にも貢献できる。 In the present invention, the thickness of the inner wall on the exhaust side of the cylinder block is thin, so even if the amount of cooling water flowing through the water jacket is the same as before, the inner wall on the exhaust port side is effectively cooled and the temperature is higher than before. Can be lowered. Thus, it is possible to prevent the abnormal high temperature portion of the fuel in the combustion chamber, it can be prevented or significantly inhibit knocking due to pre-ignition. In addition, since the flame propagation speed can be made uniform and complete combustion can be promoted, it is possible to contribute to improvement of fuel consumption and prevention of deterioration of exhaust gas components.
また、シリンダボアのうち新気(混合気)が最も強く当たる部分の温度を下げることができるため、新気全体の温度低下も促進できるのであり、これにより、充填効率を向上させて燃費アップに貢献できる。同様に、新気の温度上昇を抑制できるため、吸気・圧縮行程で新気がタンブル流になってシリンダボア内を流れるにおいて、タンブル流をピストンの頂面全体に舐めるような状態に生成でき、これにより、未燃焼ガスが部分的に残る現象も防止できるのであり、これによっても、燃費向上と排気ガス改善とに貢献できる。 In addition, the temperature of the portion of the cylinder bore where fresh air (mixed air) is most strongly applied can be lowered, so the temperature drop of the whole fresh air can be promoted. This improves the charging efficiency and contributes to fuel efficiency. it can. Similarly, since the temperature rise of the fresh air can be suppressed, the fresh air flows through the cylinder bore during the intake / compression stroke and flows in the cylinder bore. As a result, a phenomenon in which unburned gas partially remains can be prevented, and this can contribute to improvement in fuel consumption and exhaust gas.
本願発明はシリンダライナーを備えていない鋳鉄製のシリンダブロックにも適用できるが、請求項2を採用してアルミ等のブロック本体と鋼製等のシリンダライナーとを有するシリンダブロックに適用にすると、鋳造に際してシリンダライナーの位置をずらすだけの簡単な対応で、内壁の肉厚が異なるシリンダブロックを簡単に製造できる。肉厚差が異なる複数種類のシリンダブロックを品揃えする場合も、簡単に対応できる。
The present invention can also be applied to a cast iron cylinder block not provided with a cylinder liner. However, when the present invention is applied to a cylinder block having a block body made of aluminum or the like and a cylinder liner made of steel or the like by adopting
(1).第1実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図1に示す第1実施形態を説明する。本実施形態は3気筒の火花点火式内燃機関に適用しており、シリンダブロック1には、ピストン2が摺動自在に嵌まる3つのシリンダボア3が空いていると共に、シリンダボア3の群を囲う上向き開口のウォータジャケット4が閉ループ状に形成されている。
(1). First Embodiment Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the first embodiment shown in FIG. 1 will be described. The present embodiment is applied to a three-cylinder spark ignition internal combustion engine. The
ウォータジャケット4は各シリンダボア3を完全には囲っておらず、隣り合ったシリンダボア3の間はシリンダブロック1が入り込んだボア間部5になっている。従って、シリンダボア3の周囲は、両端に位置したシリンダボア3の外側の部分を除いて、一対の内壁6,7とボア間部5とで構成されており、ウォータジャケット4の外側は外壁8になっている。
The
シリンダブロック1の大部分はアルミ鋳造品のブロック本体9から成っており、シリンダボア3の部分は、ブロック本体9に鋳込まれた鋼製のライナー10で構成されている。従って、内壁6,7とボア間部5とは、ブロック本体9とシリンダライナー10との複数構造になっている。
Most of the
シリンダブロック1の上面には、ガスケット11を介してシリンダヘッド12が重ね固定されている。シリンダヘッド12には、燃焼室を構成する屋根型の凹所13が各シリンダボア3に対向するように形成されており、凹所13の中心部に点火プラグ14を螺着していると共に、凹所13に開口した吸気ポート15と排気ポート16とを設けている。吸気ポート15には吸気弁17を設け、排気ポート16には排気弁18を設けている。
A
吸気ポート15と排気ポート16とは、シリンダボア3の並び方向に延びる長手中心線(シリンダボア3の中心を連ねる線)19を挟んで対称状に配置されている。なお、吸気ポート15と排気ポート16とは1つのシリンダボア3に対応して2つずつあり、長手中心線19の長手方向に並べて配置されている。従って、図1(A)のB−B視線の切断面には正確には吸排気弁17,18は現れないが、図1(B)では便宜的に吸排気弁17,18を表示している。敢えて説明するまでもないが、各吸気ポート15には吸気マニホールドが外側から接続されて、各吸気ポート16には排気マニホールドが外側から接続される。
The
吸気ポート15と排気ポート16とはシリンダブロック1の中心線19を挟んだ両側に配置されているので、シリンダブロック1の内壁6,7は、吸気ポート15の側に位置した吸気側の内壁6と、排気ポート16の側に位置した排気側の内壁7とに分かれる。以下では、吸気側の内壁6は吸気側内壁6と呼び、排気側の内壁7は排気側内壁7と呼ぶこととする。
Since the
本実施形態では、シリンダライナー10を排気ポート16の側に若干の寸法E1だけずらす(オフセットする)ことにより、排気側内壁7の厚さT1を吸気側内壁6の厚さT2よりも薄くしている。シリンダライナー10は全周にわたって等厚なので、排気側内壁7と吸気側内壁6との厚さT1,T2の差は、ブロック本体9の厚さの違いで実現している。
In this embodiment, the
また、本実施形態では、ウォータジャケット4のうち内壁6,7の外面を構成する部分は、シリンダライナー10の軸心20からE1だけずれた位置を曲率の中心21とする円弧状に形成されており、このため、両内壁6,7の厚さは、長手中心線19と直交して各シリンダボア3の中心を通る短手中心線22の箇所が最も薄くて、短手中心線22から離れるに従って厚くなっている。
Further, in the present embodiment, the portion constituting the outer surface of the
すなわち、内壁6,7の厚さ自体も周方向においては一定ではないのであり、従って、本実施形態では、吸気側内壁6の厚さと排気側内壁7との厚さの比較は、長手中心線22を挟んだ対称の位置で行わねばならない。図1(B)に明示するように、吸気側内壁6及び排気側内壁7は、高さ方向においてそれぞれ等厚になっている。他方、ウォータジャケット4は内周面及び外周面は符号21の点を中心とする同心の円弧状あり、従って、ウォータジャケット4は吸気側と排気側とで、全高に亙って同じ溝巾になっている。
That is, the thicknesses of the
以上のように、排気側内壁7の厚さT1が吸気側内壁6の厚さT2より薄いことにより、冷却水による排気側内壁7の吸熱作用を促進できるため、シリンダボア3のうち排気側内壁7の箇所が高温になることを抑制できる。その結果、新気(混合気・燃料)が排気側内壁7で加熱されて異常高温化して点火プラグ14による点火前に着火するプレイグニッション現象を防止し、ノッキングを防止できる。
As described above, since the thickness T1 of the exhaust side
また、排気側内壁7の温度上昇を抑制できることで新気の温度上昇を全体的に抑制できるため、充填効率を向上できると共に圧縮行程でのピストン2に対する抵抗も抑制でき、これによって燃費向上に貢献できる。
Moreover, since the temperature rise of the fresh air can be suppressed as a whole by suppressing the temperature rise of the exhaust side
さて、吸気行程で吸気ポート15からシリンダボア3に流入した新気は、図1(B)に矢印で示すように、排気ポート16に当たって方向変換してから吸気ポート15によって更に上向きに方向変換してタンブル流23を生成するが、排気側内壁7の温度が異常に高いと、新気が排気側内壁7に衝突した後、熱を受けて膨張することで吸気ポート15に衝突する前に上昇する傾向が強くなり、その結果、(B)にドットの集まりのエリア24として表示するように、タンブルに乗らなかった新気が吸気ポート15の側に残って燃焼せずに残ることがある。このため、燃費の悪化や排気ガスの成分悪化を引き起こすことがあった。
The fresh air that has flowed into the cylinder bore 3 from the
これに対して本実施形態では、排気側内壁7の温度上昇を抑制できるため、排気側内壁7に当たった新気をピストン2の頂面を舐めるようにして吸気側内壁6に移行させることができるのであり、これにより、新気の全体を燃焼させて燃費向上と排気ガス改善とに貢献できる。
On the other hand, in this embodiment, since the temperature rise of the exhaust side
(2).他の実施形態・その他
次に、図2に示す参考例と他の実施形態を説明する。図2のうち(A)に示す参考例では、内壁6,7はそれぞれ周方向に沿った広い範囲で等厚に設定しており、かつ、ウォータジャケット4のうち排気側内壁7の外側の部分4′の溝幅を、吸気側内壁6の外側の部分4″の溝幅よりも大きくしている。すなわち、本実施形態は、ウォータジャケット4を排気ポート16の側にずらすと共に、排気ポート16の側と吸気側内壁6の側とでウォータジャケット4の溝幅を変えた形態になっている。
(2). Other Embodiments / Others Next, a reference example shown in FIG. 2 and other embodiments will be described. In the reference example shown in FIG. 2A, the
なお、ウォータジャケット4のうち吸気側内壁6の部分と排気側内壁7の部分との溝幅の総和は、従来と同じに設定しておくのが好ましい。また、ウォータジャケット4は、吸気側内壁6の外側部分と排気側内壁7の外側部分とで等しい寸法に設定してもよく、この場合は本件発明の実施形態になる。
Na us, the sum of the groove width of the portion of the intake-side
図2(B)に示す実施形態では、シリンダライナー10の厚さtを変えることで、吸気側内壁6と排気側内壁7との厚さT1,T2の違いを実現している。すなわち、シリンダライナー10を、内周の軸心と外周の軸心とを僅かの寸法E2だけ偏芯させることで、排気側内壁7の側が薄くなるように偏肉させている。この偏肉式シリンダライナー10は、鋳鋼品とすることで容易に製造できる。シリンダライナー10を鋳鋼品とする場合、隣り合ったものをブリッジ部にて互いに連結することも可能である。
In the embodiment shown in FIG. 2B, the difference in thickness T1, T2 between the intake side
(B)の実施形態では、吸気側内壁6と排気側内壁7との箇所でブロック本体9の厚さT3,T4は等しい寸法に設定しているが、T3>T4の関係にしてもよい。また、シリンダライナー10の外周面に、多数のリブや溝等の放熱手段を設けてもよい。
In the embodiment of (B), the thicknesses T3 and T4 of the
本願発明は、ガソリン機関等の内燃機関に実際に適用できる。従って、産業上利用できる。 The present invention is actually applicable to an internal combustion engine such as a gasoline engine. Therefore, it can be used industrially.
1 シリンダブロック
2 ピストン
3 シリンダボア
4 ウォータジャケット
5 ボア間部
6 吸気側内壁(吸気側の内壁)
7 排気側内壁(排気側の内壁)
9 ブロック本体
10 シリンダライナー
12 シリンダヘッド
13 凹所
14 点火プラグ
15 吸気ポート
16 排気ポート
19 長手中心線
DESCRIPTION OF
7 Exhaust side inner wall ( exhaust side inner wall)
9
Claims (2)
前記各シリンダボアとウォータジャケットとの間には、シリンダボア列を挟んで一方の側に位置した吸気側の内壁と、シリンダボア列を挟んで他方の側に位置した排気側の内壁とが形成されている構成であって、
前記排気側の内壁と吸気側の内壁とは、周方向のどの部位においても、前記排気側の内壁が前記吸気側の内壁よりも全高に亙って薄くなるように形成されている一方、
前記ウォータジャケットは、周方向のどの部位においても、吸気側と排気側とが全高に亙って同じ溝巾になるように形成されている、
内燃機関のシリンダブロック。 A plurality of cylinder bores are formed side by side in the crank axis direction, and a water jacket surrounding the group of cylinder bores opens toward the cylinder head,
Between each of the cylinder bores and the water jacket, an intake side inner wall located on one side across the cylinder bore row and an exhaust side inner wall located on the other side across the cylinder bore row are formed. Configuration,
While the exhaust-side inner wall and the intake-side inner wall are formed so that the exhaust-side inner wall is thinner than the intake-side inner wall at any part in the circumferential direction,
The water jacket is formed so that the intake side and the exhaust side have the same groove width over the entire height in any part in the circumferential direction.
Cylinder block for internal combustion engines.
請求項1に記載した内燃機関のシリンダブロック。 The cylinder bore is constituted by a cylinder liner cast into the block body, by shifting the previous SL cylinder liner on the exhaust side, the thickness of the inner wall of the exhaust side and thinner than the thickness of the inner wall of the intake-side ing,
The cylinder block of the internal combustion engine according to claim 1.
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