JP2009243414A - ウォータージャケット用スペーサ - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のシリンダボアを均一に冷却できると共に、ガスケットのシール性に悪影響を与えることがなく、安価に製造でき、しかも、シリンダライナの変形モードに悪影響を与えることがないウォータージャケット用スペーサを提供すること。
【解決手段】 シリンダブロック１１のウォータージャケット１４内に挿入されるスペーサ１は、シリンダライナ１３外周側を取り巻くスペーサ本体２と、ペーサ本体２の一端側に一体形成された整流部３を備える。整流部３で冷却水入口部１５からの冷却水を整流し、ウォータージャケット１４内において、シリンダライナ１３のピストン上死点側に向かわせると共に、シリンダライナ１３の周りの一方向に流す。ウォータージャケット１４内の冷却水の流れを３次元的に調整することが可能となり、シリンダボア１２配列方向とシリンダボアの軸方向との両方においてシリンダライナ１３を適正に冷却することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のシリンダブロックのウォータージャケット内に配置されるウォータージャケット用スペーサに関する。

内燃機関の冷却装置として、シリンダブロック内に、複数のシリンダボアを有するサイアミーズ型シリンダライナを取り囲むウォータージャケットを形成し、このウォータージャケットに冷却水を循環させるようにしたものがある。

このような冷却装置においては、シリンダボアの冷却性能の適正化を図るため、ウォータージャケット内の冷却水の流れを調整する種々の技術が提案されている。

例えば特許文献１には、ウォータージャケットの一端側に冷却水入口部を設けると共に他端側に冷却水出口部を設け、ウォータージャケット内にシリンダライナの外周側を取り囲むようにスペーサを配置した冷却装置が開示されている。この冷却装置では、スペーサの冷却水入口部に対向する位置に突起を設け、この突起と冷却水入口部との間の隙間からスペーサの外周側に冷却水を流すことにより、スペーサの内周側に流れる冷却水の量を少なくして、シリンダライナの一端側の冷え過ぎを防止するようにしている。この冷却装置においては、冷却水入口部からの冷却水が、ウォータージャケット内を一端から他端に向かってシリンダボアの配列方向の両側に流れ、冷却水出口部から排出される。

一方、特許文献２には、ウォータージャケットの一端側に冷却水入口部と冷却水出口部を設け、これら冷却水入口部と冷却水出口部との間に仕切部を配置した冷却装置が開示されている。仕切部は、芯部材を内蔵した弾性体で形成され、ウォータージャケットの外周面にシリンダブロックの上端から下方に延在する溝状の凹部に一部が収容されて、装着されている。仕切部の凹部に収容された部分と反対側の部分がウォータージャケットの内周面に接しており、これによりウォータージャケットの断面の略全てを塞いでいる。仕切部の接するウォータージャケットの内周面は、シリンダライナの外周面で形成されている。この冷却装置においては、冷却水入口部からの冷却水が、ウォータージャケット内をシリンダボアの周りを略一周して流れ、冷却水出口部から排出される。
特開２００６−９０１９３号公報 特開２００２−１６１７４３号公報

特許文献１の冷却装置では、冷却水がウォータージャケット内の両側を一端から他端に向かって流れるので、冷却水がウォータージャケット内を流れるに伴う温度上昇によりシリンダライナの他端側の温度が一端側の温度よりも高くなることを本質的に避けることができない。したがって、複数のシリンダボアの冷却効果が、他端側において一端側よりも低下する不都合を根本的に解決することができないという問題がある。

また、特許文献２の冷却装置では、仕切部の上端がシリンダブロックの上端に現れるので、シリンダブロックの上端に配設されるガスケットに仕切部の上端が接触してガスケットのシール性に悪影響を与える問題がある。また、芯部材を内蔵した弾性体で形成される仕切部は、部品点数が多いと共に構造が複雑であるのでコストアップを招く問題がある。さらに、仕切部がシリンダライナの外周面に接するので、シリンダライナに荷重が作用し、ピストン駆動の際のシリンダライナの変形モードに悪影響を与える問題がある。

そこで、本発明の課題は、複数のシリンダボアを均一に冷却できると共に、ガスケットのシール性に悪影響を与えることがなく、安価に製造でき、しかも、シリンダライナの変形モードに悪影響を与えることがないウォータージャケット用スペーサを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のウォータージャケット用スペーサは、シリンダブロック内に設けられて複数のシリンダボアを有するサイアミーズ型シリンダライナを取り囲むように形成され、冷却水入口部が設けられたウォータージャケット内に、シリンダライナ外周側を取り囲むように配置されるウォータージャケット用スペーサであって、冷却水入口部からの冷却水を、ウォータージャケット内のピストン上死点側に向かうと共に、シリンダライナの周りの一方向に流れるように整流する整流部を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、冷却水入口部からの冷却水が、ウォータージャケット用スペーサの整流部で整流されてピストン上死点側に向かうので、ウォータージャケット内のピストン上死点側部分における冷却水の流量が増大する。これにより、内燃機関の動作に伴って高温となるシリンダライナのピストン上死点の近傍部分が効果的に冷却される。したがって、シリンダライナをシリンダボアの軸方向において均一に冷却でき、シリンダボア内のピストンの動作に対する影響を低減することができる。

また、冷却水入口部からの冷却水が、ウォータージャケット用スペーサの整流部で整流されて、ウォータージャケット内をシリンダライナの周りに一方向に流れるので、冷却水がウォータージャケット内を流れるに伴って温度上昇しても、シリンダライナを、シリンダボアの配列方向において均一に冷却することができる。したがって、複数のシリンダボアを均一に冷却でき、複数の気筒間におけるボア変形のばらつきを抑制することができる。

また、本発明の整流部を備えるウォータージャケット用スペーサは、ウォータージャケット内にシリンダライナ外周側を取り囲むように配置されるので、従来の冷却装置のように仕切部装着用の凹部を設ける等の格別な加工をシリンダブロックに行うことなく、ウォータージャケット内の一方向に冷却水を流すことができる。また、従来の冷却装置のように、シリンダブロックの上端から下方に延びる凹部に仕切部を取付ける必要が無いので、仕切部の上端がガスケットに接触してガスケットのシール性に悪影響を与える不都合を防止できる。また、整流部をスペーサ本体と一体に形成することにより、仕切部を芯部材と弾性体で形成する従来の冷却装置と比較して、部品点数の削減と構造の簡易化を行ってコストダウンを図ることができる。さらに、ウォータージャケット用スペーサの整流部は、シリンダライナに非接触の状態で冷却水の一方向流を形成できるので、シリンダライナへの荷重の作用を防止して、ピストン駆動の際のシリンダライナの変形モードに悪影響を与える不都合を防止できる。

一実施形態のウォータージャケット用スペーサは、整流部が、下流側ほどピストン上死点に近づく傾斜面を有する傾斜部と、ウォータージャケット内を上流側と下流側に仕切る仕切部とを備える。

上記実施形態によれば、整流部の傾斜部により、冷却水入口部からの冷却水を傾斜面に沿って流してシリンダライナのピストン上死点側に向かうように整流することができる。また、整流部の仕切部により、冷却水入口部からの冷却水を、上流側から下流側にシリンダライナの周りの一方向に流れるように整流することができる。

一実施形態のウォータージャケット用スペーサは、整流部内に、ウォータージャケット内の上流側と下流側とを隔てる室が設けられている。

上記実施形態によれば、整流部内の室により、ウォータージャケット内の上流側を流れる冷却水と下流側を流れる冷却水とが隔てられるので、室の断熱効果により、上流側の低温の冷却水が上流側の高温の冷却水によって温度上昇する不都合を防止できる。

一実施形態のウォータージャケット用スペーサは、整流部の下流側の表面に、室に連なる異物捕獲開口が設けられている。

ウォータージャケットを流れて整流部の下流側に導かれた冷却水には、シリンダブロックの製造工程において生じた例えば鋳砂やバリや樹脂粉等の異物が含まれる場合がある。この場合、上記実施形態によれば、整流部の下流側の表面に設けられた異物捕獲開口から異物を捕集して室内に収集することができる。なお、上記異物捕獲開口は、内燃機関の動作時に重力の鉛直成分が作用する面に設けることにより、異物の自重で異物捕獲開口から室内に落下させるように形成するのが好ましい。

一実施形態のウォータージャケット用スペーサは、整流部の仕切部が、上流側が内燃機関の排気側に位置すると共に下流側が内燃機関の吸気側に位置するように、ウォータージャケット内を仕切るものである。

上記実施形態によれば、内燃機関の動作時に高温となる排気側に、上流側の低温の冷却水を流すことにより、排気側を効果的に冷却できる。また、排気側で熱交換を行って温度上昇した冷却水を、動作時に低温となる吸気側に流すことにより、吸気側を適度に冷却できる。これらにより、シリンダブロックの排気側と吸気側とを均一の温度分布に近づけることができ、シリンダボア内の燃焼室の温度分布を均一に近づけることができる。その結果、複数のシリンダボアを排気側と吸気側との間で夫々均一に冷却し、気筒間の変形のばらつきを抑制することができる。

本発明によれば、ウォータージャケット用スペーサの整流部により、冷却水入口部からの冷却水を整流して、冷却水をウォータージャケット内のシリンダライナのピストン上死点側に向かわせると共に、冷却水をウォータージャケット内のシリンダライナ周りに一方向に流すので、シリンダライナをシリンダボアの軸方向とシリンダボアの配列方向との両方において均一に冷却することができて、気筒間におけるボア変形のばらつきを抑制して内燃機関の摩擦損失を低減でき、かつ、ノッキングを抑制して内燃機関の出力を向上することができる。また、従来の冷却装置におけるよりもシリンダブロックの構造の簡易化とスペーサの構造の簡易化を行ってコストダウンを図ることができ、さらに、シリンダライナの変形モードに対する悪影響を防止することができる。

以下、本発明の実施形態のウォータージャケット用スペーサ（以下、単に「スペーサ」と略称する）を、添付の図面を参照しながら説明する。図１は、スペーサの斜視図であり、図２はスペーサの一端側部分を示す斜視図であり、図３はスペーサの平面図であり、図４はスペーサの側面図であり、図５は図３のＡ−Ａ線におけるスペーサの横断面図である。図６はスペーサが装着されたシリンダブロックの平面図であり、図７はスペーサが装着されたシリンダブロックの斜視図であり、図８は図６のＢ−Ｂ線におけるシリンダブロック及びスペーサの横断面図であり、図９は図６のＣ−Ｃ線におけるシリンダブロックの部分横断面図である。

本実施形態のスペーサ１は、内燃機関としての自動車用の４気筒エンジンに用いられるものであり、長手方向において３箇所のくびれを有する扁平の長円筒形状に概ね形成されている。このスペーサ１が装着されるシリンダブロック１１は鋳物製であり、図６及び７に示すように、内側に４つのシリンダボア１２，１２，・・・を有するサイアミーズ型シリンダライナ１３が形成されている。このシリンダライナ１３を取り囲むように溝状のウォータージャケット１４が形成されている。このウォータージャケット１４は、平面視において、隣り合うシリンダボア１２，１２の間に対応する３箇所にくびれを有した略長円形状をなしている。ウォータージャケット１４のシリンダボア１２配列方向の一端側には、このウォータージャケット１４内に冷却水を供給する冷却水入口部１５が形成されている。冷却水入口部１５は、図９の部分断面図に示すように、ウォータージャケット１４を形成する溝の幅が拡大して形成されており、外周側の下部に連なる供給通路１６を通って、図示しないウォーターポンプから冷却水が供給されるようになっている。シリンダブロック１１の端面には、供給通路１６に連なる供給開口１６ａが形成されており、この供給開口１６ａに、ウォーターポンプの吐出側に連なる供給管が接続されるようになっている。

ウォータージャケット１４内には、ウォータージャケット１４の平面視（シリンダボア１２の軸方向視）の形状と概ね同じ形状に成されたスペーサ１が挿入されている。スペーサ１は、略長円形状のスペーサ本体２と、スペーサ本体２の一端側にシリンダボア１２から離れる側に突出して一体に形成された整流部３とを備える。スペーサ１は合成樹脂からなり、例えば射出成形により作製することができる。なお、スペーサ１は、合成樹脂に限らず、その他の材料によって形成されてもよい。

スペーサ本体２は、主要部分の高さが整流部３の高さの過半程度となっており、ウォータージャケット１４内に挿入された状態で、図８に示すように、高さ方向（シリンダボア１２の軸方向）においてウォータージャケット１４の底側の過半部に位置するように配置される。こうして、スペーサ本体２により、ウォータージャケット１４のピストン上死点から遠い部分における冷却水の流通断面積を削減するようになっている。

スペーサ１の整流部３は、シリンダボア１２の軸方向に延びる仕切体３０と、仕切体３０の下端から冷却水入口部１５の底面に沿って延びる底板３１と、底板３１のシリンダボア１２配列方向の他端側に連なる傾斜部としての第１傾斜板３２と、仕切体３０の上端を覆う仕切天板３３と、仕切天板３３の他端側に連なる傾斜部としての第２傾斜板３４と、第２傾斜板３４の他端側に連なると共に高さ方向に延びる仕切板３５と、スペーサ本体２の表面と概ね平行の外隔壁板３６を備える。仕切天板３３と、第２傾斜板３４と、仕切板３５は、スペーサ本体２から突出した先端の縁が外隔壁板３６に連なっている。仕切体３０と、仕切天板３３と、第２傾斜板３４と、仕切板３５と、外隔壁板３６とで、本発明の仕切部を形成している。すなわち、仕切体３０、仕切天板３３、第２傾斜板３４、仕切板３５及び外隔壁板３６により、ウォータージャケット１４内を上流側と下流側とに仕切っている。これにより、ウォータージャケット１４内の上流側が内燃機関の排気側に位置する一方、ウォータージャケット１４内の下流側が内燃機関の吸気側に位置するようになっている。

仕切体３１は、図５に示すように縦長の矩形断面を有して内部に室３７が形成されており、室３７は仕切天板３３に形成された異物捕獲開口３８に連なっている。仕切体３１の底部には、室３７に収集された異物を排出する異物排出口と、異物排出口に装着されたキャップ３９が設けられている。

第１傾斜板３２と第２傾斜板３４は、互いに対向する側の面が、下流側ほどピストン上
死点に近づく傾斜面に形成されている。これにより、第１傾斜板３２と第２傾斜板３４との間を流れる冷却水を、ウォータージャケット１４内のピストン上死点側に送るように形成されている。

上記構成のスペーサ１がウォータージャケット１４内に挿入されることにより、スペーサ本体２がシリンダライナ１３外周側を取り囲むように配置されると共に、整流部３が冷却水入口部１５内に収容される。整流部３は、図５に示すように、冷却水入口部１５内に収容された状態で、冷却水入口部１５の上端よりも多少低い高さに形成されている。

上記構成のスペーサ１がシリンダブロック１１に装着されたエンジンの動作において、シリンダボア内でピストンが往復動作をすると共に、ウォーターポンプの動作により冷却水が供給開口１６ａからシリンダブロック１１の供給通路１６に導かれる。供給通路１６に導かれた冷却水は、冷却水入口部１５からウォータージャケット１４に流入する。ここで、冷却水入口部からの冷却水は、スペーサ１の整流部３の仕切部（仕切体３０、仕切天板３３、第２傾斜板３４、仕切板３５及び外隔壁板３６）の上流側に流入し、第１傾斜板３２と第２傾斜板３４の間を流れて、ウォータージャケット１４内におけるシリンダライナ１３のピストン上死点側に導かれる。これにより、冷却水の多くが、ウォータージャケット１４内のスペーサ本体２の上方であって、スペーサ本体２で流通断面積が削減されていないピストン上死点側部分を流れる。ウォータージャケット１４内に流入した冷却水は、平面視において、整流部３からシリンダボア１２配列方向の他端側に向かって流れ、ウォータージャケット１４の他端で流れが反転し、シリンダボア１２配列方向の一端側に流れて整流部３の下流側に導かれる。ここで、ウォータージャケット１４は上流側が排気側に位置する一方、下流側が内燃機関の吸気側に位置するので、冷却水は、各シリンダボア１２の排気側を流れた後、吸気側を流れる。整流部３の下流側に導かれた冷却水は、仕切天板３３、第２傾斜板３４及び仕切板３５に沿って上方向きに流れ、ウォータージャケット１４から、シリンダブロック１１の上端に固定される図示しないシリンダヘッドの冷却水通路に排出される。

このように、本実施形態のスペーサ１によれば、冷却水を整流部３によって整流し、ウォータージャケット１４内のピストン上死点側部分に冷却水を多く流すので、エンジンの動作に伴って高温となるシリンダライナ１３のピストン上死点の近傍部分を効果的に冷却することができる。したがって、シリンダライナ１３をシリンダボア１２軸方向において均一に冷却でき、シリンダボア１２内のピストンの動作に対する影響を低減することができる。さらに、冷却水を整流部３によって整流し、ウォータージャケット１４内をシリンダライナ１３の周りに一方向に流すので、冷却水がウォータージャケット１４内を流れるに伴って温度上昇しても、シリンダライナ１３をシリンダボア１２の配列方向において均一に冷却することができる。したがって、複数のシリンダボア１２を均一に冷却でき、複数の気筒の間におけるボア変形のばらつきを防止することができる。さらに、ウォータージャケット１４の上流側が排気側に位置するので、動作時に高温となる排気側を低温の冷却水によって効果的に冷却することができる。また、ウォータージャケット１４の下流側が吸気側に位置するので、動作時に低温となる吸気側を、排気側で熱交換を行って温度上昇をした冷却水によって適度に冷却することができる。これらにより、シリンダブロック１１の排気側と吸気側とを均一の温度分布に近づけることができ、シリンダボア１２内の燃焼室の温度分布を均一に近づけることができる。その結果、複数のシリンダボア１２を排気側と吸気側との間で夫々均一に冷却し、気筒間の変形のばらつきを抑制することができる。以上のように、本実施形態のスペーサ１によれば、整流部３により、ウォータージャケット１４内の冷却水の流れを３次元的に調整することが可能となり、シリンダライナ１３をシリンダボア１２配列方向とシリンダボア１２軸方向との両方において適正に冷却することができる。その結果、シリンダライナ１３のシリンダボア１２配列方向の温度分布とシリンダボア１２軸方向の温度分布を均一にして、エンジン出力の安定化とエンジン
の耐久性の向上を図ることができる。

ところで、ウォータージャケット１４を流れて整流部３の下流側に導かれた冷却水には、シリンダブロック１１の製造工程において生じた例えば鋳砂やバリや樹脂粉等の異物が含まれる場合がある。この場合、整流部３の仕切天板３３上を冷却水が流れる際、仕切天板３３に設けられた異物捕獲開口３８に異物が自重によって落下する。こうして、冷却水に含まれる異物を捕集して仕切体３１の室３７内に収集することができる。室３７内に収集された異物は、エンジンの点検等の際にウォータージャケット１４からスペーサ１を取り出し、仕切体３１の底面に装着されたキャップ３９を取り外して異物排出口から排出する。このようにして、ウォータージャケット１４、ラジエータ及びウォーターポンプを循環する冷却水から異物を濾過して、冷却水の清浄化を図ることができる。

さらに、仕切部３１の室３７により、ウォータージャケット１３内の上流側を流れる冷却水と下流側を流れる冷却水とを隔てるので、室３７の断熱効果により、上流側の低温の冷却水が上流側の高温の冷却水によって温度上昇する不都合を防止できる。

また、本実施形態のスペーサ１は、ウォータージャケット１４内にシリンダライナ１３外周側を取り囲むように配置されることにより、整流部３によりウォータージャケット１４内に一方向の流れを形成することができる。したがって、従来の冷却装置のように仕切部装着用の凹部を設ける等の格別な加工をシリンダブロックに行う必要がない。また、従来の冷却装置のように仕切部の上端がガスケットに接触してシール性に悪影響を与える不都合を防止できる。また、整流部３がスペーサ本体２と一体に形成されているので、仕切部を芯部材と弾性体で形成する従来の冷却装置と比較して、部品点数の削減と構造の簡易化を行ってコストダウンを図ることができる。さらに、スペーサ１の整流部３は、シリンダライナ１３に非接触の状態で冷却水の一方向流を形成できるので、シリンダライナ１３への荷重の作用を防止して、ピストン駆動の際のシリンダライナ１３の変形モードに悪影響を与える不都合を防止できる。

スペーサの斜視図である。 スペーサの一端側部分を示す斜視図である。 スペーサの平面図である。 スペーサの側面図である。 図３のＡ−Ａ線におけるスペーサの横断面図である。 スペーサが装着されたシリンダブロックの平面図である。 スペーサが装着されたシリンダブロックの斜視図である。 図６のＢ−Ｂ線におけるシリンダブロック及びスペーサの横断面図である。 図６のＣ−Ｃ線におけるシリンダブロックの部分横断面図である。

符号の説明

１ スペーサ
２ スペーサ本体
３ 整流部
１１ シリンダブロック
１２ シリンダボア
１３ シリンダライナ
１４ ウォータージャケット
１５ 冷却水入口部

Claims (5)

1. シリンダブロック内に設けられて複数のシリンダボアを有するサイアミーズ型シリンダライナを取り囲むように形成され、冷却水入口部が設けられたウォータージャケット内に、シリンダライナ外周側を取り囲むように配置されるウォータージャケット用スペーサであって、
   冷却水入口部からの冷却水を、ウォータージャケット内のピストン上死点側に向かうと共に、シリンダライナの周りの一方向に流れるように整流する整流部を備えることを特徴とするウォータージャケット用スペーサ。
2. 請求項１に記載のウォータージャケット用スペーサにおいて、
   整流部が、下流側ほどピストン上死点に近づく傾斜面を有する傾斜部と、ウォータージャケット内を上流側と下流側に仕切る仕切部とを備えることを特徴とするウォータージャケット用スペーサ。
3. 請求項２に記載のウォータージャケット用スペーサにおいて、
   整流部内に、ウォータージャケット内の上流側と下流側とを隔てる室が設けられていることを特徴とするウォータージャケット用スペーサ。
4. 請求項２に記載のウォータージャケット用スペーサにおいて、
   整流部の下流側の表面に、室に連なる異物捕獲開口が設けられていることを特徴とするウォータージャケット用スペーサ。
5. 請求項２に記載のウォータージャケット用スペーサにおいて、
   整流部の仕切部が、上流側が内燃機関の排気側に位置すると共に下流側が内燃機関の吸気側に位置するように、ウォータージャケット内を仕切ることを特徴とするウォータージャケット用スペーサ。

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