JP7529375B2

JP7529375B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP7529375B2
Application number: JP2021017523A
Authority: JP
Inventors: 大輔岡林; 雄太卯内
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2024-08-06
Anticipated expiration: 2041-02-05
Also published as: JP2022120556A

Description

本願発明は、内燃機関に関するものである。

内燃機関はシリンダブロックを備えており、シリンダブロックには、冷却のためのウォータジャケットが気筒群を囲うように形成されている。ここで問題は、気筒の昇温の程度は場所によって相違しており、このため、ウォータジャケットに単純に冷却水を流しただけでは、冷却不足や過冷却が生じてしまうことである。

この点については、例えば特許文献１に開示されているように、ウォータジャケットに整流用のスペーサを嵌め入れて、冷却水がウォータジャケットのうち主として上部やボア間部に流れるように制御することが行われている。また、ウォータジャケットの深さを、吸気側が浅く排気側が深くなるように変えたり、基本的に浅くしつつボア間部において深くなるように変えたりすること（いわゆる浅ジャケ化）も提案されている。

特開２０１８－１３１９６３号公報

さて、近年の内燃機関は、熱の無駄が発生しないように燃焼が抑制されており、このため、シリンダヘッドは昇温してもシリンダブロックはあまり昇温しない傾向にある。このため、ウォータジャケットに単純に通水すると過冷却になることが多く、そこで、スペーサの配置や浅ジャケ化によって冷却水の流れを制御している。

他方、内燃機関には点火前に燃料に着火して異常音が発生するノッキングの現象があり、このノッキング対策の一つとして、シリンダブロックのうち吸気側の部位を集中的に冷却して混合気の過剰昇温を防止することが挙げられるが、従来技術では、冷却水の流れの態様を変えることができるのみで集中的な冷却はできないため、冷却不足や過冷却の解消には至っていないと云える。

また、整流手段としてスペーサを使用すると部品点数が増えるため、コストが増大するのみならず、重量増大によって燃費悪化をもたらすことも懸念される。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は内燃機関の改良に係るもので、この内燃機関は、
「シリンダブロックと前記シリンダブロックに上から重なったシリンダヘッドとを有し、
前記シリンダブロックに、気筒の群を囲うようにウォータジャケットが形成されており、
前記シリンダブロックのうち前記ウォータジャケットを挟んで吸気側に位置した部位に、壁部を介して前記ウォータジャケットと区画された送水通路が前記各気筒に沿って延びるように形成されている」
という基本構成において、
「前記送水通路と前記シリンダヘッドの内部とが上向き吐出通路によって連通していると共に、
前記壁部に、前記送水通路から冷却水を前記各気筒の上端部に向けて噴出させる横向き吐出通路が形成されており、
前記上向き吐出通路を介して前記送水通路から前記シリンダヘッドに流れる水量よりも、前記横向き吐出通路を介して前記送水通路から前記ウォータジャケットに流れる水量が少なく設定されている」
という構成になっている。

本願発明において、送水通路はトンネル状の空間に形成することも可能であるが、製造の容易性やシリンダヘッドのウォータジャケットへの通水性などを考慮すると、上向きに開口した溝の形態に形成して、ガスケットで塞がれた方式が好ましい。

また、横向き吐出通路はドリル加工などで形成された穴でもよいが、上向きに開口した溝（或いはスリット）の形態が好ましい。また、横向き吐出通路は１つの気筒に対応して１か所のみでもよいし、複数箇所設けてもよい。気筒ごとに横向き吐出通路の数を変えることも可能である。

本願発明では、各気筒を吸気側の部位において集中的に冷却できる。従って、吸気の過剰昇温を防止してノッキングの抑制に貢献できる。また、各気筒の部分的な膨張を抑制して気筒の真円度を保持できることにより、ピストンのフリクション低減による燃費向上の効果や、ブローバイガスの抑制によるオイル消費抑制効果も期待できる。

実施形態の平面図である。（Ａ）は図１のIIA-IIA 視断面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。別例の平面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用しているが、前後方向はクランク軸線方向、左右方向はクランク軸線及びシリンボア軸線と直交した方向である。前と後ろについては、タイミングチェーンが配置される側を前、変速機が配置される側を後ろとしている。図１に方向を明示している。

(1).第１実施形態の構造
本実施形態は自動車用ガソリン内燃機関に適用しており、内燃機関は、シリンダブロック１と、その上面にガスケット２を介して固定されたシリンダヘッド３（図２参照）、及び、シリンダブロック１とシリンダヘッド３との側面に重ね固定されたフロントカバー（タイミングチェーンカバー）４を備えている。

本願発明の内燃機関は３気筒であり、そこで、シリンダブロック１には、クランク軸線方向に並べて３つのシリンダボア５が形成されており、かつ、シリンダボア５の群を囲うループ形状のウォータジャケット６が形成されている。従って、シリンダボア５の群とウォータジャケット６とによって３つの気筒７が形成されており、隣り合った気筒７はボア間部８を介して一体化されている。

シリンダブロック１のうちウォータジャケット６を挟んで吸気側に位置した部位に、クランク軸線方向に長く延びる（気筒７の群に沿って長く延びる）送水通路９が形成されている。送水通路９は上向きに開口した溝の形態になっており、ガスケット２で塞がれて通路になっている。

送水通路９の前端部には流入口１０が連通している。流入口１０はシリンダブロック１の上面よりも下方に位置して吸気側に開口している。流入口１０には、図示しないウォータポンプから冷却水が圧送される。従って、ウォータポンプは、シリンダブロック１の吸気側面に固定されている。なお、ウォータポンプは電動式である。

送水通路９からは、シリンダヘッド３に形成されたウォータジャケット（図示せず）に向けて冷却水が送られる。そこで、図１に網かけして簡略表示するように、送水通路９には、シリンダヘッド３のウォータジャケットに冷却水を吹き上げる上向き吐出通路１１が連通している。上向き吐出通路１１はガスケット２に穴を空けることによって形成されており、各気筒７に対応して２箇所ずつ形成されている。

シリンダブロック１に送水通路９を形成したことにより、シリンダブロック１には、ウォータジャケット６と送水通路９とで挟まれた壁部１２が形成されている。そして、壁部１２のうち平面視で各気筒７（或いはシリンダボア５）の中心から左右外側に位置した部位に、ウォータジャケット６を横切って冷却水を気筒７に向けて噴出させる横向き吐出通路１３が形成されている。横向き吐出通路１３は、シリンダブロック１の鋳造に際して形成してもよいし、フライス加工によって形成してもよい。

横向き吐出通路１３は上向きに開口した断面半円状や断面角形等の溝状（スリット状）に形成されており、ガスケット２で塞がれてトンネルの形態になっている。横向き吐出通路１３は、実線で示すように一定の深さに形成してもよいし、一点鎖線で示すように、ウォータジャケット６に向けて深くなるように形成してもよい。横向き吐出通路１３の深さは任意に設定できる。

本実施形態では、ウォータジャケット６は、シリンダボア５の半径の半分程度の深さに浅く形成されている。また、ウォータジャケット６は一定の深さに形成してもよいし、例えば、気筒７の中心の側方において最も浅くなって、ボア間部８の側方で最も深くなるように深さを変化させてもよい。気筒７の中心線の側方においてウォータジャケット６を浅くする場合、吸気側のみに適用してもよいし、吸気側と排気側との両方に適用してもよい。

(2).第１実施形態のまとめ
本実施形態では、送水通路９の冷却水は、各連通路１１からシリンダヘッド３のウォータジャケットに送られる一方、シリンダブロック１のウォータジャケット６には各横向き吐出通路１３から送られるが、横向き吐出通路１３は細幅で細いため、冷却水は噴流になってウォータジャケット６を横切り、気筒７の上端部に当たる。すなわち、気筒７の上端部がジェット水流によってピンポイント的に冷却される。

これにより、気筒７のうち吸気側の部位の上端部を集中的に冷却して、吸気行程において混合気が過剰昇温することを防止できる。その結果、ノッキングを防止又は著しく抑制できる。また、気筒７が部分的に膨張することを防止して気筒７の真円度を確保できることにより、ピストン（図示せず）のフリクションを低減して燃費を向上できると共に、ブローバイガスを抑制してオイルの消費を抑制できる。

更に、本実施形態では、冷却水は各気筒７のうちその中心の側方の上端部のみに当たってピンポイント的な冷却が行われるが、各横向き吐出通路１３から噴出する水量は上向き吐出通路１１から噴出する水量に比べて少ないため、他の殆どの部位は冷却されず、他の殆どの部位は保温された状態になる。このため、シリンダブロック１が冷えすぎることを防止して、熱を有効利用できる。このように、本実施形態では、シリンダブロック１の保温と冷却とを同時に実現して燃費の向上に貢献できる。

なお、ウォータジャケット６を少なくとも吸気側において浅底に形成すると、横向き吐出通路１３から噴出した冷却水が下方に拡散することを抑制して、気筒７の上端部に強い水流を当てることができる。

さて、本実施形態では、各横向き吐出通路１３から噴出した冷却水は、ウォータジャケット６を吸気側から排気側に向かって流れ、図示しない連路を通ってシリンダヘッド３のウォータジャケットに排出される。従って、中央の気筒７に向けて噴出した冷却水は、前後両端の気筒７の側方を通って排気側に向かう。そこで、ウォータジャケット６のうち、前後両端に位置した部位の深さを、中央の気筒７の側方の部位よりも深く設定しておくと、冷却水の流れをスムース化できる。

なお、気筒７はボア間部８の箇所でも昇温するため、ボア間部８も集中的に冷却することは可能である。ボア間部８の冷却手段としては、本実施形態のように、壁部１２に横向き吐出通路１３を形成してもよいし、シリンダヘッド３のウォータジャケットからジェット水流を噴出させてもよい。

(3).他の実施形態
図３に示す第２実施形態では、各気筒７に対応して、壁部１２に２つずつ（複数ずつ）の横向き吐出通路１３を設けている。また、横向き吐出通路１３を、ウォータジャケット６の端部に向かうように、左右長手の中心線に対して傾斜させている。従って、前後中間に位置した気筒７の側方に位置した横向き吐出通路１３は、平面視で前向きに傾斜したものと後ろ向きに傾斜したものとが一対あって平面視で逆ハ字を成しており、前後両端の気筒７に対応した横向き吐出通路１３は、平面視で同じ方向を向いて傾斜している。すなわち、前後前側の気筒７に対応した横向き吐出通路１３は、平面視で前向きに傾斜しており、前後後ろ側の気筒７に対応した横向き吐出通路１３は、平面視で後ろ向きに傾斜している。

各気筒７に対応して１つずつの横向き吐出通路１３を設けている場合は、中間に位置した気筒７に対応した横向き吐出通路１３は真横に向けて、前後の気筒７に対応した横向き吐出通路１３は、前側に位置した気筒７に対応した横向き吐出通路１３は平面視で前側に傾斜し、後ろ側に位置した気筒７に対応した横向き吐出通路１３は平面視で後ろ向きに傾斜するように、互いに逆向きに傾斜させたらよい。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、対象になる内燃機関は３気筒に限らず、１気筒の内燃機関や３気筒以外の多気筒内燃機関にも適用できる。

また、横向き吐出通路は、より強い水流が発生するように、断面積がウォータジャケットに向けて小さくなるように形成してもよい。逆に、ある程度の拡散性が望ましい場合は、断面積がウォータジャケットに向けて大きくなるように形成したらよい。

本願発明は、内燃機関のシリンダブロックに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１シリンダブロック
３シリンダヘッド
５シリンダボア
６ウォータジャケット
７気筒
８ボア間部
９送水通路
１１上向き吐出通路
１２壁部
１３横向き吐出通路

Claims

シリンダブロックと前記シリンダブロックに上から重なったシリンダヘッドとを有し、
前記シリンダブロックに、気筒の群を囲うようにウォータジャケットが形成されており、
前記シリンダブロックのうち前記ウォータジャケットを挟んで吸気側に位置した部位に、壁部を介して前記ウォータジャケットと区画された送水通路が前記各気筒に沿って延びるように形成されている内燃機関であって、
前記送水通路と前記シリンダヘッドの内部とが上向き吐出通路によって連通していると共に、
前記壁部に、前記送水通路から冷却水を前記各気筒の上端部に向けて噴出させる横向き吐出通路が形成されており、
前記上向き吐出通路を介して前記送水通路から前記シリンダヘッドに流れる水量よりも、前記横向き吐出通路を介して前記送水通路から前記ウォータジャケットに流れる水量が少なく設定されている、
内燃機関。