JP6249751B2 - ウォータジャケットスペーサ - Google Patents
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Description
本発明は、液冷式内燃機関のシリンダブロックにおいて気筒の周囲に形成されるウォータジャケットに挿入されるスペーサに関する。
液冷式内燃機関のシリンダブロック（いわゆるオープンデッキ型）には、気筒を取り巻く環状をなすとともに上方に開放したウォータジャケットが設けられる。このウォータジャケットは、シリンダブロックに上方から組み付けられるシリンダヘッドによって閉塞される。
シリンダブロックは、アルミ合金等の鋳造品であることが多い。その鋳造の際に使用される雄型によりウォータジャケットが成形されるが、内燃機関の排気量等によっては、ウォータジャケットの容積（幅や深さ）が内燃機関の冷却にとって必要十分な大きさを超えてしまうことがある。また、気筒のボア壁の温度は、シリンダヘッド即ち燃焼室の天井に近い上方がより高く、クランクケースに近い下方がより低くなる傾向にある。内燃機関の効率的かつ円滑な作動のためには、気筒のボア壁の温度を全体的に均一化して気筒の熱膨張を均等にすることが求められる。
そこで、従来より、鋳造にて形成されたウォータジャケットの内部にスペーサを挿入して、ウォータジャケットの冷却水容量を適正な大きさに調整し、かつボア壁の下方部位に沿って流れる冷却水の流量を抑制するようにしている（例えば、下記特許文献を参照）。
内燃機関の運転中のウォータジャケットの内部は高温化した冷却水により過酷な環境となっており、ウォータジャケットに挿入されたスペーサは振動と高熱、そして水衝作用を受ける。このスペーサがウォータジャケット内の適正位置から離れてしまうと、シリンダブロックの冷却機能に悪影響を及ぼし、内燃機関の効率が低下したり、ノッキングの頻発を招いたりするおそれがある。加えて、ウォータジャケット内でスペーサが振動して損傷する可能性も否定できない。
上述の事象の発生を防止するには、スペーサをウォータジャケットに緊密に嵌合させ、これを気筒に隣接する内周側の壁面に密着させた状態で変位不能に保定しなければならない。そのためには、スペーサの外周面に外方に突出する突起、リブ、板ばね等を形成しておき、この突起等をウォータジャケットの外周側の壁面に当接させることにより、スペーサをウォータジャケットの内外の壁面に緊密に嵌合させることが考えられる。
しかしながら、スペーサをウォータジャケットに挿入する際に、当該突起等がウォータジャケットの外周側の壁面に強く擦れ、壁面を削るように傷つけてしまう懸念が残る。
本発明は、ウォータジャケットの壁面を徒に傷つけず、ウォータジャケット内の適正位置から容易に離反しない、好適なスペーサを提供しようとするものである。
本発明に係るウォータジャケットスペーサは、液冷式内燃機関のシリンダブロックにおいて気筒の周囲に形成されるウォータジャケットに挿入されるものであって、ウォータジャケットの気筒に隣接する内周側の壁面である内側壁面に接するスペーサ本体と、ウォータジャケットの内側壁面に対向する外周側の壁面である外側壁面に接して前記スペーサ本体を前記内側壁面に向けて押圧する付勢体とを具備し、気筒の軸心方向から見た平面視において、ウォータジャケットの外側壁面に面する前記付勢体の外側面は当該ウォータジャケットの外側壁面側に膨出する曲面状となっている一方、付勢体の内側面はウォータジャケットの外側壁面側に膨出する曲面状とはなっておらず、なおかつ、前記付勢体は、その基端側が前記スペーサ本体の下部に取り付けられ、その先端側が上方かつスペーサ本体から離反する外側方に向かって延びており、ウォータジャケットの外側壁面と付勢体の外側面との間隙は上方に向かうにつれて小さくなり、付勢体の内側面とスペーサ本体との間隙は下方に向かうにつれて小さくなることを特徴とする。
本発明によれば、ウォータジャケットの壁面を徒に傷つけず、ウォータジャケット内の適正位置から容易に離反しない好適なスペーサを具現できる。
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図２に示すように、液冷式内燃機関のシリンダブロック４には、平面視複数の気筒４１を取り囲むように連続した環状をなすウォータジャケット４２が形成されている。周知の通り、ウォータジャケット４２は、各気筒４１のボア壁等を冷却するための冷却水を流通させる冷却水流路として機能する。ウォータジャケット４２における、隣り合う気筒４１の間に位置する領域は、平面視各気筒４１の中心を結ぶ直線に近づくように入り込んだくびれになっている。各気筒４１及びウォータジャケット４２は、シリンダブロック４に上方から組み付けられるシリンダヘッド（図示せず）によって閉塞される。
図１、図３ないし図５に示すように、ウォータジャケット４２に挿入されるスペーサ１は、全体としてウォータジャケット４２に相似した平面視形状をなすスペーサ本体２と、このスペーサ本体２の外周面に突設されている付勢体３１とを具備する。特に、本実施形態のスペーサ１は、図１及び図３に示すように、各気筒４１の軸心が通過する鉛直平面に対称な形状・構造を有する二個の部材１１、１２から構成されている。換言すれば、各気筒４１の軸心が通過する鉛直平面によって二個の部材１１、１２に断ち割られた半割構造をなしている。
各部材１１、１２の基体となるスペーサ本体２は、ボディ２１と、ボディ２１の内周面側に装着されるパッド２２と、パッド２２の上端縁部を押さえる上プレート２３と、パッド２２の下端縁部を押さえる下プレート２４とを要素とする。
ボディ２１は、ウォータジャケット４２のほぼ半周を占めるように、ウォータジャケット４２の平面視形状に則って湾曲させた、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）製の薄板材である。これに対し、パッド２２は、ウォータジャケット４２内で気筒４１をくるんで保温する、例えば発泡ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）製の部材である。パッド２２の上下寸法は、ボディ２１の上下寸法にほぼ等しい。
上プレート２３は、ボディ２１よりも上下寸法が細く、ボディ２１の上端縁部に沿うように湾曲させた、例えばＳＵＳ製の薄帯材である。同様に、下プレート２４もまた、ボディ２１の下端縁部に沿うように湾曲させた、例えばＳＵＳ製の薄帯材である。
ボディ２１にパッド２２を取り付けるに際しては、パッド２２をボディ２１の内周面側に配置し、そのパッド２２の上から上プレート２３及び下プレート２４を重ねる。そして、ボディ２１の上端縁から上方に突出する爪２１１、及びボディ２１の下端縁から下方に突出する爪２１２を各々ボディ２１の内周面側に折り返し、それら爪２１１、２１２によってパッド２２諸共上プレート２３及び下プレート２４をボディ２１に圧着せしめる。結果、パッド２２の上端縁部がボディ２１と上プレート２３とで挟持され、パッド２２の下端縁部がボディ２１と下プレート２４とで挟持される状態となる。
各部材１１、１２の付勢体３１は、ボディ２１に取り付けられるばね材３に一体に成形されている。ばね材３は、一個のスペーサ本体２に対して複数個存在する。各ばね材３は、平面視ウォータジャケット４２が描く円弧の方向（気筒４１のボア壁に平行な周方向）に沿って離間して対をなす縦桟３２と、同円弧の方向に伸長し両縦桟３２の下端部同士を接続する横桟３３と、横桟３３から上方に延出する複数本の板ばね状の付勢体３１とを備えた、例えばＳＵＳ製の薄板材である。
スペーサ本体２にばね材３を取り付けるに際しては、ばね材３をスペーサ本体２のボディ２１の外周面側に重ねる。そして、ばね材３（の縦桟３２）の上端縁から上方に突出する爪３２１、及びばね材３の下端縁から下方に突出する爪３２２を各々ボディ２１の内周面側に折り返し、それら爪３２１、３２２によって横桟３３をスペーサ本体２に圧着せしめる。
図３、図６及び図７に示すように、板ばね状の付勢体３１は、下方にある基端側から上方にある先端側に向かうにつれて、スペーサ本体２から離反するように（気筒４１の径方向に沿った）外側方に向かって延びており、その先端部分にてスペーサ本体２に向かう内側方に屈曲している。また、一個のばね材３から延出する複数本の付勢体３１は、平面視ウォータジャケット４２が描く円弧に対して交差する方向（気筒４１のボア壁に垂直な径方向）に沿って放射状に分散している。しかして、図６に示すように、各付勢体３１の外側面３１１が、わずかながら外側方に膨出した凸曲面状となっている。平断面視付勢体３１の外側面３１１の曲率半径は、ウォータジャケット４２の外側壁面４２１の曲率半径よりも若干小さくなる。
図６及び図７に示すように、本実施形態のスペーサ１をウォータジャケット４２内に挿入すると、付勢体３１の外側面３１１がウォータジャケット４２の外周側の壁面である外側壁面４２１に当接する。そして、その付勢体３１が、スペーサ本体２を、ウォータジャケット４２の気筒４１に隣接する内周側の壁面である内側壁面４２２に向けて押圧する。従って、スペーサ本体２の内周面を形作るパッド２２が、当該パッド２２がウォータジャケット４２の内側壁面４２２に密着することとなる。
スペーサ本体２及びパッド２２は、ウォータジャケット４２内において、気筒４１のボア壁の下方部位と同じ高さ位置に配され、当該部位に隣接するウォータジャケット４２の内側壁面４２２に冷却水の流れが直に当たることを抑止し、当該部位が過剰に冷却されないよう保温する働きをする。
本実施形態では、液冷式内燃機関のシリンダブロック４において気筒４１の周囲に形成されるウォータジャケット４２に挿入されるものであって、ウォータジャケット４２の気筒４１に隣接する内周側の壁面である内側壁面４２２に接するスペーサ本体２と、ウォータジャケット４２の内側壁面４２２に対向する外周側の壁面である外側壁面４２１に接して前記スペーサ本体２を前記内側壁面４２２に向けて押圧する付勢体３１とを具備し、ウォータジャケット４２の外側壁面４２１に面する前記付勢体３１の外側面３１１を、当該ウォータジャケット４２の外側壁面４２１側に膨出する曲面状に成形していることを特徴とするウォータジャケットスペーサ１を構成した。
本実施形態によれば、付勢体３１を介して弾性付勢されたスペーサ本体２がウォータジャケット４２内の適正位置から容易に離反せず、スペーサ本体２及びパッド２２をウォータジャケット４２の内側壁面４２２に密着させた状態を保ち続けることができる。本実施形態のスペーサ１が複数個の部材１１、１２に分かたれていることも、これに寄与している。気筒４１のボア壁の特に下方部位を適切に保温することができるので、気筒４１とピストンとの間の摩擦損失が低減し、内燃機関の燃費性能を向上させることにつながる。
その上、付勢体３１の外側面３１１が膨出した曲面状をなしているため、スペーサ１の（ウォータジャケット４２への）挿入時にウォータジャケット４２の外側壁面４２１に対して摺動しながら接する付勢体３１が、徒に外側壁面４２１を傷つけることがなくなる。
前記付勢体３１は、その基端側が前記スペーサ本体２の下部に取り付けられ、その先端側が上方かつスペーサ本体２から離反する外側方に向かって延びており、ウォータジャケット４２の外側壁面４２１に接するのは付勢体３１の先端（上端）部分に限られる。しかも、付勢体３１の外側面３１１が外側方に膨出する曲面状となっている一方、内側面３１２は内側方に膨出する曲面状となってはいない（図示例では、わずかながら外側方に凹む凹曲面状をなしている）。ウォータジャケット４２内を各気筒４１のボア壁に沿って流通する冷却水のうち、ウォータジャケット４２の外側壁面４２１と付勢体３１の外側面３１１との間隙４２３を通過する冷却水の流速は、付勢体３１の内側面３１２とスペーサ本体２との間隙４２４を通過する冷却水の流速よりも速くなる。いわば、付勢体３１の外側面３１１が飛行機の翼のキャンバのような役割を果たす。
そして、前者の間隙４２３は上方に向かうにつれて小さくなり、後者の間隙４２４は下方に向かうにつれて小さくなる。それ故、気筒４１のボア壁の下方部位に隣接するウォータジャケット４２の内部では、その内側壁面４２２から遠い側をより多くの冷却水が流れ、内側壁面４２２に近い側は比較的冷却水の流れが少ないことになる。これにより、気筒４１のボア壁の下方部位が過剰に冷却されずに済む、つまりはボア壁の下方部位を保温できる。
翻って、気筒４１のボア壁の上方部位に隣接するウォータジャケット４２の内部では、その内側壁面４２２に近い側をより多くの冷却水が流れ、内側壁面４２２から遠い側は比較的冷却水の流れが少ないことになる。これにより、下方部位と比較して加熱される気筒４１のボア壁の上方部位が必要十分に冷却され、不適正なボア壁の膨張変形を抑制して気筒４１とピストンとの間の摩擦損失を低減できるとともに、ノッキングの発生の予防にも奏効する。
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、付勢体３１を、ウォータジャケット４２における、隣り合う気筒４１の間に位置するくびれのある領域に配してもよい。さすれば、当該付勢体３１により、くびれの領域の近傍を流れる冷却水を好適に整流することが可能となる。冷却水の流通に対する流路抵抗が軽減されることから、冷却水を吸引して吐出するウォータポンプによる損失が低減し、内燃機関の燃費性能の一層の向上に有利となる。
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
本発明は、液冷式内燃機関のシリンダブロックにおいてウォータジャケットに挿入されるスペーサに適用することができる。
１…ウォータジャケットスペーサ
２…スペーサ本体
３１…付勢体
３１１…外側面
４…シリンダブロック
４１…気筒
４２…ウォータジャケット
４２１…外側壁面
４２２…内側壁面
２…スペーサ本体
３１…付勢体
３１１…外側面
４…シリンダブロック
４１…気筒
４２…ウォータジャケット
４２１…外側壁面
４２２…内側壁面
Claims (1)
- 液冷式内燃機関のシリンダブロックにおいて気筒の周囲に形成されるウォータジャケットに挿入されるものであって、
ウォータジャケットの気筒に隣接する内周側の壁面である内側壁面に接するスペーサ本体と、
ウォータジャケットの内側壁面に対向する外周側の壁面である外側壁面に接して前記スペーサ本体を前記内側壁面に向けて押圧する付勢体とを具備し、
気筒の軸心方向から見た平面視において、ウォータジャケットの外側壁面に面する前記付勢体の外側面は当該ウォータジャケットの外側壁面側に膨出する曲面状となっている一方、付勢体の内側面はウォータジャケットの外側壁面側に膨出する曲面状とはなっておらず、
なおかつ、前記付勢体は、その基端側が前記スペーサ本体の下部に取り付けられ、その先端側が上方かつスペーサ本体から離反する外側方に向かって延びており、ウォータジャケットの外側壁面と付勢体の外側面との間隙は上方に向かうにつれて小さくなり、付勢体の内側面とスペーサ本体との間隙は下方に向かうにつれて小さくなるウォータジャケットスペーサ。
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|---|---|---|---|
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