JP6742901B2 - 水冷エンジンの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、産業用ディーゼルエンジンなどに適用される冷却構造に係り、詳しくは、シリンダブロックに配列された複数のシリンダと、複数のシリンダの周囲に形成されたウォータジャケットとを備える水冷エンジンの冷却構造に関するものである。

水冷エンジンにおける冷却構造としては、発熱箇所であるシリンダやシリンダヘッドの周りにウォータジャケットを設け、冷却水を循環させる構成が一般的である。直列４気筒エンジンなどの２気筒以上の多気筒エンジンの場合、隣り合うシリンダ間の冷却、即ちボア間冷却も必要になることが多い。

シリンダが２つ以上ある場合、エンジン長をコンパクトにするには、隣り合うシリンダどうしをなるべく近付けて配置するのが好ましい。しかしながら、熱の発生源でもあるシリンダどうしの間、即ちボア間部分は、最も熱的負荷が厳しい。そこで、従来では、特許文献１において開示されるように、後加工によりシリンダのボア間部分にキリ穴をあけて水路とする手段が採られていた。

キリ穴の付設により、冷却水がボア間に通されて冷却性能は向上したが、高圧縮エンジンや大排気量エンジンなど、より熱的負荷の大きい場合には、ボア間冷却の強化が望まれる。そこで従来では、中子ケレンを用いるなどして、隣り合うシリンダを明確に分離させてボア間にも明確なウォータジャケットを設け、冷却性をさらに向上させる手段も採られている。

後者の従来技術では冷却性能は高められるが、その分ボア間距離が必要になり、結果的にエンジン長が大型化し易い問題がある。前者の従来技術では、エンジン長の点では好都合であるが、冷却性の点では後者の従来技術に劣る。このように、従来の水冷エンジンの冷却構造では、エンジン長の大型化の抑制の点と冷却性能向上の点とにおいて一長一短を有するものであった。

特開２００７−０２３８２４号公報 特開２００３−１９３８３６号公報

本発明の目的は、更なる構造工夫により、エンジン長の大型化を招くことなく十分なボア間冷却が行えるようにして、エンジン長の小型化と冷却性能との両立が図れる水冷エンジンの冷却構造を提供する点にある。

請求項１に係る発明は、水冷エンジンの冷却構造において、
シリンダブロック１に配列された複数のシリンダ２と、前記複数のシリンダ２の周囲に形成されたウォータジャケットＷとを備え、
前記ウォータジャケットＷは、シリンダの外側でシリンダ配列方向に延びる状態で形成されている一対の主流路７，８と、前記一対の主流路７，８どうしを繋ぐ状態で隣り合うシリンダ２どうしの間に形成されているボア間流路９，１０とを有して構成され、
前記シリンダブロック１における前記シリンダ２を形成するバレル部４の隣り合うものどうしのシリンダヘッドが連結される側の反対側部位を一体化する堰き止め壁１６が前記ウォータジャケットＷの底から競り上がるように形成され、
前記堰き止め壁１６は、傾斜側面１８，１９を備えて上窄まり形状とされ、
前記ボア間流路９，１０は、前記堰き止め壁１６のシリンダヘッドが連結される側における隣り合う前記バレル部４，４どうしの間に形成され、
前記シリンダブロック１に、前記主流路７，８を流れる冷却水を前記ボア間流路９，１０に導き可能なガイド壁ｈが形成されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の水冷エンジンの冷却構造において、
シリンダ配列方向で隣り合う前記ボア間流路９，１０に対応した前記ガイド壁ｈどうしは、冷却水を前記ボア間流路９，１０に導く向きが互いに逆方向となる状態に形成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の水冷エンジンの冷却構造において、
シリンダ配列方向で隣り合う前記ボア間流路９，１０に対応した前記ガイド壁ｈどうしは、冷却水を前記ボア間流路９，１０導く向きが互いに同方向となる状態に形成されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の水冷エンジンの冷却構造において、
前記ガイド壁ｈは、前記シリンダブロック１における前記ウォータジャケットＷを外囲するシリンダ外枠部５に形成されたガイド壁２３，２４を有していることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の水冷エンジンの冷却構造において、
前記ガイド壁ｈは、前記シリンダブロック１における前記シリンダ２を形成するバレル部４に形成されたガイド壁１１，１３を有していることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載の水冷エンジンの冷却構造において、
前記ガイド壁ｈは、シリンダ２の周方向に沿った円弧状のリブ壁１１，１３，２３，２４を有してなることを特徴とする。

本発明によれば、主流路を流れる冷却水をボア間流路に導くことが可能なガイド壁が設けられているので、ガイド壁によってボア間流路へ冷却水をより多く取り込める取水作用が促進されるようになる。この円滑な冷却水の流れにより、ボア間流路には十分な流量（冷却水の単位時間当たりの流量）が確保され、冷やし難い箇所であるボア間を、シリンダの配列間隔を広げなくても効率よく冷却することができる。
その結果、更なる構造工夫により、エンジン長の大型化を招くことなく十分なボア間冷却が行えるようにして、エンジン長の小型化と冷却性能との両立が図れる水冷エンジンの冷却構造を提供することができる。

シリンダブロックを示すシリンダ部の平面図 図１に示すシリンダブロックのａ−ａ線断面図 図１に示すシリンダブロックのｂ−ｂ線断面図 図２に示すシリンダブロックのｃ−ｃ線断面図 ウォータジャケットでの冷却水の流れを示し、（ａ）は互に逆方向のガイド壁による場合（実施形態１）、（ｂ）は互に同方向のガイド壁による場合（実施形態２） 実施形態３によるガイド壁の構成を示すシリンダブロックの横断断面図 ボア間流路における側壁の別形状を示す要部の拡大正面図

以下に、本発明による水冷エンジンの冷却構造の実施の形態を、立形の直列３気筒水冷ディーゼルエンジンに適用されたものとして、図面を参照しながら説明する。

図１及び図４に示すように、このエンジンは、シリンダブロック１に複数（３個）のシリンダ２が直列に配列され、複数のシリンダ２の周囲に形成されたウォータジャケット（シリンダジャケット）Ｗを備えた水冷エンジンに構成されている。ウォータジャケットＷは、シリンダブロック１における各シリンダ２を形成する略筒状に起立形成されているバレル部（シリンダ壁）４，４，４と、シリンダブロック１におけるシリンダ外枠部５と、シリンダ天井壁３との間に形成されている冷却水循環用の内部空間である。なお、シリンダブロック１の前側で左側に張出した部分は燃料噴射ケース部２６である。

図１、図４において、シリンダブロック１の吸気側を左、排気側を右、ウォータジャケットＷへの冷却水入口６のある側を前、その反対側を後とする。
ウォータジャケットＷは、シリンダ２（バレル部４）の外側でシリンダ配列方向に延びる状態で形成されている一対の主流路である吸気側主流路７及び排気側主流路８と、一対の主流路７，８どうしを繋ぐ状態で隣り合うシリンダ２（バレル部４）どうしの間に形成されている第１及び第２ボア間流路９，１０、と主流路７，８の始端及び終端どうしを繋ぐ前及び後の端流路ｗｆ，ｗｒを有して構成されている。

図１、図４に示されるように、ガスケット（図外）を介してシリンダヘッド（図外）がその上面３Ａに連結されるシリンダ天井壁３には、ボルト挿通孔３ａ、連通孔３ｂ、キリ孔３ｃが形成されている。ボルト挿通孔３ａは、シリンダブロック１とシリンダヘッド（図外）などを連結するためのボルトを通す孔であり、各シリンダ２の周囲に複数個所（１４箇所）に開けられている。連通孔３ｂは、冷却水をウォータジャケットＷからシリンダヘッドのウォータジャケット（シリンダヘッドジャケット：図外）へ流すための比較的大き目の通路であり、何れかの主流路７，８に連通する状態で複数（１２箇所）に形成されている。

キリ孔３ｃは、シリンダ天井壁３の前後端において、ウォータジャケットＷの前端流路ｗｆ、後端流路ｗｒそれぞれの前後に連通する状態で計４箇所に形成されている。また、シリンダ天井壁３の隣り合うシリンダ２，２間には、第１ボア間流路９及び第２ボア間流路１０それぞれに連通する状態で、左上から右下に架けての斜め孔として、各１箇所ずつに形成されている。

なお、図３，４において、前端流路ｗｆに臨むようにシリンダブロック１の前端に設けられた孔は、サーモスタット（図外）や冷却水温度を測定するセンサ（図外）などの補機を装備するための装着孔２５であっても良い。

さて、ウォータポンプ（図外）により冷却水入口６からウォータジャケットＷに送られてきた冷却水は、まず前端流路ｗｆから左右に分離されて吸気側主流路７及び排気側主流路８を後方に向けて流れ、途中で第１及び第２ボア間流路９，１０にも流れる。そして、冷却水はウォータジャケットＷを後方に流れながらも上方にも流れ、複数個所の連通孔３ｂ及び複数個所のキリ孔３ｃを通って、シリンダヘッドジャケット（図外）に流入され、シリンダヘッドの冷却水出口（図外）に向かって流れていく。

〔実施形態１〕
図４、図５（ａ）に示されるように、シリンダブロック１に、主流路７，８を流れる冷却水をボア間流路９，１０に導き可能なガイド壁ｈ（１１〜１４）が４箇所に形成されている。詳しくは、前後中間の第２バレル部４の前側部分から吸気側主流路７に突き出た第１ガイド壁１１、前側の第１バレル部４の後側部分から排気側主流路８に突き出た第２ガイド壁１２、前後中間の第２バレル部４の後側部分から吸気側主流路７に突き出た第３ガイド壁１３、後側の第３バレル部４の前側部分から排気側主流路８に突き出た第４ガイド壁１４により、それぞれガイド壁ｈが構成されている。

上下方向視で前側の第１シリンダ２の周方向に沿った円弧状を呈する第１ガイド壁１１により、第１シリンダ２の傍の吸気側主流路７にて前から後に向けて流れる冷却水を、右に向けて第１ボア間流路９に導くガイド作用が発揮される。上下方向視で前後中間の第２シリンダ２の周方向に沿った円弧状を呈する第２ガイド壁１２により、第１ボア間流路９にて左から右に（吸気側から排気側に）流れる冷却水を、右斜め後方に導きながら排気側主流路８に合流させるガイド作用が発揮される。

上下方向視で第２シリンダ２の周方向に沿った円弧状を呈する第４ガイド壁１４により、第２シリンダ２の傍の排気側主流路８にて前から後に向けて流れる冷却水を、左に向けて第２ボア間流路１０に導くガイド作用が発揮される。上下方向視で後側の第３シリンダ２の周方向に沿った円弧状を呈する第３ガイド壁１３により、第２ボア間流路１０にて右から左に（排気側から吸気側に）流れる冷却水を、左斜め後方に導きながら吸気側主流路７に合流させるガイド作用が発揮される。

このように、シリンダ配列方向で隣り合うボア間流路９，１０に対応した第１ガイド壁１１と第３ガイド壁１３どうしは、冷却水をボア間流路９，１０に導く向きが互いに逆方向となる状態に形成されている。そして、排気側主流路８を流れる冷却水の第１ボア間流路９への入り込みを規制する第２ガイド壁１２と、排気側主流路８を流れる冷却水の第２ボア間流路１０への入り込みを促進させる第４ガイド壁１４とも、互に逆方向にガイド作用する状態に形成されている。

その結果、ウォータジャケットＷでは冷却水は、図５（ａ）に示されるように、第１〜第４ガイド壁１１〜１４のガイド作用により、一対の主流路７，８を前から後に流れる流れと、第１ボア間流路９を左から右に流れる流れと、第２ボア間流路１０を右から左に流れる流れとが生じるように案内される。この円滑な冷却水の流れにより、第１及び第２ボア間流路９，１０には十分な流量（冷却水の単位時間当たりの流量も）が確保され、冷やし難い箇所であるボア間を、シリンダ２，２の配列間隔を広げなくても効率よく冷却できる構成が実現できている。

つまり、第１ボア間流路９には、第１ガイド壁１１による冷却水の取り込み（取水）促進作用と、第２ガイド壁１２による排水促進作用とが発揮されるので、ボア間幅を広めることなく十分な流量を通して効率の良い水冷効果を得ることが可能である。同様に、第２ボア間流路１０には、第３ガイド壁１３による冷却水の取り込み（取水）促進作用と、第４ガイド壁１４による排水促進作用とが発揮されるので、ボア間幅を広めることなく十分な流量を通して効率の良い水冷効果を得ることが可能である。

実施形態１による水冷エンジンの冷却構造においては、シリンダ配列方向で隣り合うボア間流路９，１０に対応したガイド壁１１（ｈ），１３（ｈ）どうしは、冷却水をボア間流路９，１０に導く向きが互いに逆方向となる状態に形成されている。従って、２箇所のボア間流路９，１０を流れる冷却水の移動経路を長くすることができ、冷却水による吸熱作用を効率良く発揮させることが可能になる。
また、ガイド壁ｈを、冷却水を送る対象であるボア間流路９，１０のシリンダボアと同心又は略同心の円弧状のものとしてあるので、より円滑に冷却水をボア間流路９，１０に送り込むことができるようになる。

ウォータジャケットＷは、図２や図３に示されるように、ジャケット底１５を備えてバレル部４のほぼ上下長さに匹敵する深さ（上下幅）を有している。
図２に示されるように、ボア間においては、隣り合うバレル部４，４どうしの下半部を一体化する堰き止め壁１６がジャケット底１５から競り上がるように形成されており、かつ、隣り合うバレル部４，４どうしの上部を小断面積で一体化する点連結壁１７が形成されている。

左右に長く前後に短い形状の堰き止め壁１６は、図２に示されるように、左右の傾斜側面１８，１９を備えて上窄まり形状の台形とされている。なお、傾斜側面１８，１９が垂直な側面に形成されて前後方向視で矩形の堰き止め壁１６でも良い。ボア間流路９，１０に流れ込もうとする冷却水は、傾斜側面１８，１９によりガイドされ、ボア間流路９，１０においては、横斜め上方に向かう流れの成分が促進されるようになる。そして、ボア間流路９，１０の上面が鉢伏せ状の湾曲天井面２０に形成されていることもあり、ボア間流路９，１０においては、比較的上部における流れが促進されるように構成されている。

堰き止め壁１６と点連結壁１７との上下間においては、バレル部４から前後に張出し形成された上窄まり台形状の下リブ壁２１が設けられている。点連結壁１７の上側には、バレル部４から前後に張出し形成された上リブ壁２２が設けられている。これら下リブ壁２１及び上リブ壁２２により、ボア間流路９，１０の経路幅（前後幅）が規制され、冷却水の流速を早める効果や上方に導く効果を奏することが可能である。

また、ボア間流路９，１０の上部左右中間においてシリンダ天井壁３を上下に貫通するキリ孔３ｃが、下から左斜め上方に向かう傾斜孔として形成されている。このキリ孔３ｃにより、ボア間流路９，１０の頂部からシリンダヘッドジャケット（図外）へも流れることができ、ボア間流路９，１０での流速アップや冷却面積の増大を行い、より冷却効率が高められるように構成されている。

このように、ウォータジャケットＷにおける隣り合うバレル部４，４どうしの間は、下半分に堰き止め壁１６があり、主流路７，８の深さの約半分となる断面積でシリンダ２の上部に位置する状態のボア間流路９，１０に形成されている。堰き止め壁１６と点連結壁１７とでバレル部４，４どうしが一体化されており、シリンダブロック１としての強度・剛性の向上に寄与できる構成とされている。

図２、図３に示されるように、各ガイド壁１１〜１４の下端はジャケット底１５から起立する状態に一体形成されている。第１及び第３ガイド壁１１，１３は、それらの上端がボア間流路９，１０の上下中間に位置して、ウォータジャケットＷの上下幅（深さ）の２／３〜３／４の高さとなるように高さ設定されている。第２及び第４ガイド壁１２，１４は、それらの上端がボア間流路９，１０の上下中間で第１，３ガイド壁１１，１３よりも少し低くて、ウォータジャケットＷの上下幅（深さ）の１／２〜２／３の高さとなるように高さ設定されている。

〔実施形態２〕
図５（ｂ）に示されるように、第１及び第２ボア間流路９，１０の流れ方向が互に同一となる冷却構造としても良い。即ち、第３ガイド壁１３は、上下方向視で前後中間の第２シリンダ２の周方向に沿った円弧状を呈して、第３バレル部４から吸気側主流路７に突出するように形成されている。また、第４ガイド壁１４は、上下方向視で後側の第３シリンダ２の周方向に沿った円弧状を呈して、第２バレル部４から排気側主流路８に突出するように形成されている。

実施形態２による冷却構造では、第３ガイド壁１３により、吸気側主流路７を流れる冷却水を第２ボア間流路１０に導く流れを促進するようにガイド作用が発揮される。そして、第４ガイド壁１４により、第２ボア間流路１０を吸気側から排気側に（左から右に）流れる冷却水を、右斜め後方に導きながら排気側主流路８に円滑に合流させるガイド作用が発揮される。

つまり、図５（ｂ）に示されるように、ガイド壁ｈ（１１〜１４）により、いずれのボア間流路９，１０においても、冷却水は左から右へ（吸気側から排気側へ）流れるようにガイドされる。第２ボア間流路１０での流れ方向が異なる以外は、図５（ａ）に示される実施形態１の場合と同じである。実施形態１による場合〔図５（ａ）参照〕と流れの方向が異なるものの、ボア間流路９，１０の水冷効果に関しては同様の効果を奏することが可能である。

さらに、図５（ｂ）に示されるように、第３ガイド壁１３よりも冷却水入口６に近い第１ガイド壁１１の吸気側主流路７への突出量を第３ガイド壁１３のものよりも小さくして、第１及び第２ボア間流路９，１０への冷却水の流入量が互に等しくなるようにバランスさせるようにすれば好都合である。また、第３ガイド壁１３のジャケット底１５（図２参照）からの高さを、第１ガイド壁１１のものより高くする手段も有効である。

実施形態２による水冷エンジンの冷却構造においては、シリンダ配列方向で隣り合うボア間流路９，１０に対応したガイド壁１１（ｈ），１３（ｈ）どうしは、冷却水をボア間流路９，１０導く向きが互いに同方向となる状態に形成されている。従って、２箇所のボア間流路９，１０へ冷却水の流れは、双方共に吸気側主流路７から排気側主流路８に向かう流れとなり、ウォータジャケットＷでの円滑な流れによって一層効率の良い冷却効果が得られるようになる。

〔実施形態３〕
図６に示されるように、実施形態２のガイド壁ｈ（１１〜１４）に、リブ壁でなる第５及び第６ガイド壁２３，２４が加えられて、計６つのガイド壁ｈ（１１〜１４，２３，２４）を有する冷却構造を採っても良い。即ち、上下方向視で第１ガイド壁１１と同心又は略同心の円弧状で、かつ、第１ガイド壁１１から少し前方左方に離れた位置において、前側の第１シリンダ２の左側に位置するシリンダ外枠部５に、吸気側主流路７に突出する状態で第５ガイド壁２３が形成されている。

そして、第３ガイド壁１３と同心又は略同心の円弧状で、かつ、第３ガイド壁から少し前方左方に離れた位置において、前後中間の第２シリンダ２の左側に位置するシリンダ外枠部５に、吸気側主流路７に突出する状態で第６ガイド壁２４が形成されている。
これら第５、第６ガイド壁２３，２４は、第１、第３ガイド壁１１，１３による冷却水のボア間流路９，１０へのガイド作用を、その上流側においてサポートして強化させることができるように設けられている。
従って、実施形態３によるガイド壁ｈ（１１〜１４，２３，２４）は、実施形態２によるガイド壁ｈ（１１〜１４）による冷却水のボア間流路９，１０への取り込みを促進できる効果がある。

この場合、図６に示されるように、入口に近い側である第１ガイド壁１１と第５ガイド壁２３との離間距離を、第３ガイド壁１３と第６ガイド壁２４との離間距離よりも長くし、第１及び第２ボア間流路９，１０への冷却水の流入量が互に等しくなるようにバランスさせる構成とすれば好都合である。ウォータジャケットＷにおける冷却水の流れ具合は、図５（ｂ）に示される実施形態２の場合と基本的に同じである。

なお、ガイド壁ｈは、シリンダ外枠部５やバレル部４に形成させてあるので、それを見越した形状の中子を用いるなどして、シリンダブロック１の製作時にそれらガイド壁ｈを一体に成形させることができる。故に、生産性に優れるガイド壁ｈであり、コストアップも殆どない合理的な状態で設けることが可能である。

〔別実施例〕
図２に示されるボア間流路９，１０の側壁、即ち、バレル部４の外周壁の形状及び構造を、図７に示される状態に変更設定しても良い。図７に示されるように、第２シリンダ２のバレル部４の外周壁に、点連結壁１７の吸気側に位置する第１リブ部２７と、点連結壁１７の排気側に位置する第２リブ部２８と、第２リブ部２８の排気側斜め上方に第３リブ部２９とが隆起形成されている。

第１リブ部２７と第２リブ部２８との間に、点連結壁１７の周回部分を含む斜め凹入路３０が形成されている。第２リブ部２８と第３リブ部２９との間に、下部が垂直で上部が斜めの屈曲凹入路３１が形成されている。また、第３リブ部２９と湾曲天井面２０との間にＳ字凹入路３２が形成されている。これら各凹入路３０，３１，３２は、いずれの終端（上端）も、キリ孔３ｃのボア間流路側開口（符記省略）に臨むように形成されている。

従って、図７に示すような第１〜第３リブ部２７〜２９が側壁（バレル部４）に形成されているボア間流路９，１０においては、主流路７，８から流入してくる冷却水は、第１〜第３リブ部２７〜２９及びそれらによる各凹入路３０〜３２により、斜め上方に流れてキリ孔３ｃに向かうようにガイドされるようになる。その結果、ボア間流路９，１０における冷却水の流れが促進され、より効率良くシリンダボア間の冷却を行うことができる。

１ シリンダブロック
２ シリンダ
４ バレル部
５ シリンダ外枠部
７ 吸気側主流路
８ 排気側主流路
９，１０ ボア間流路
１１，１３ ガイド壁
１２，１４ ガイド壁
１６ 堰き止め壁
１８，１９ 傾斜側面
２３，２４ ガイド壁
Ｗ ウォータジャケット
ｈ ガイド壁

Claims (6)

1. シリンダブロックに配列された複数のシリンダと、前記複数のシリンダの周囲に形成されたウォータジャケットとを備え、
   前記ウォータジャケットは、シリンダの外側でシリンダ配列方向に延びる状態で形成されている一対の主流路と、前記一対の主流路どうしを繋ぐ状態で隣り合うシリンダどうしの間に形成されているボア間流路とを有して構成され、
   前記シリンダブロックにおける前記シリンダを形成するバレル部の隣り合うものどうしのシリンダヘッドが連結される側の反対側部位を一体化する堰き止め壁が前記ウォータジャケットの底から競り上がるように形成され、
   前記堰き止め壁は、傾斜側面を備えて上窄まり形状とされ、
   前記ボア間流路は、前記堰き止め壁のシリンダヘッドが連結される側における隣り合う前記バレル部どうしの間に形成され、
   前記シリンダブロックに、前記主流路を流れる冷却水を前記ボア間流路に導き可能なガイド壁が形成されている水冷エンジンの冷却構造。
2. シリンダ配列方向で隣り合う前記ボア間流路に対応した前記ガイド壁どうしは、冷却水を前記ボア間流路に導く向きが互いに逆方向となる状態に形成されている請求項１に記載の水冷エンジンの冷却構造。
3. シリンダ配列方向で隣り合う前記ボア間流路に対応した前記ガイド壁どうしは、冷却水を前記ボア間流路に導く向きが互いに同方向となる状態に形成されている請求項１に記載の水冷エンジンの冷却構造。
4. 前記ガイド壁は、前記シリンダブロックにおける前記ウォータジャケットを外囲するシリンダ外枠部に形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の水冷エンジンの冷却構造。
5. 前記ガイド壁は、前記シリンダブロックにおける前記シリンダを形成するバレル部に形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の水冷エンジンの冷却構造。
6. 前記ガイド壁は、シリンダの周方向に沿った円弧状のリブ壁を有してなる請求項４又は５に記載の水冷エンジンの冷却構造。

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