JP2010038033A - 内燃機関のシリンダブロック及びシリンダブロックの製造方法 - Google Patents

内燃機関のシリンダブロック及びシリンダブロックの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】シリンダ壁に設けられる冷却水通路の加工の自由度を向上させることが可能な内燃機関のシリンダブロックを提供する。
【解決手段】一列に並ぶ複数のシリンダ2を形成するシリンダ壁3と、シリンダ壁3の周囲をウォータージャケット溝4を挟んで囲む外壁5とを備え、シリンダ壁3はシリンダ2を形成するボア部8と、隣り合うボア部8同士を結合する結合部9と、結合部9に設けられてウォータージャケット溝4と接続される冷却水通路10とを備えている内燃機関のシリンダブロック1において、シリンダ壁3となるシリンダ形成部材11と、少なくとも外壁5となり、かつシリンダ形成部材11を鋳ぐるんでシリンダ形成部材11と一体化するブロック本体12とを備えている。
【選択図】図3

Description

本発明は、シリンダを形成するシリンダ壁とシリンダ壁の周囲をウォータージャケット溝を挟んで囲む外壁とを備えた内燃機関のシリンダブロック及びシリンダブロックの製造方法に関する。
ボアとそのボアの周囲を水ジャケットを挟んで囲む部分とが一体化した内燃機関のシリンダブロックにおいて、ボア間ブリッジに上端から水ジャケットへと通じる冷却水通路が斜めに形成されたシリンダブロックが知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。
特開2002−227716号公報 特開2002−70639号公報
特許文献1、2に記載されているようなシリンダブロックにおいては、一般にシリンダを形成する部分(以下、シリンダ壁と称する。)とシリンダ壁の周囲をウォータージャケット溝を挟んで囲む外壁とを鋳造により一体に形成し、その後シリンダ壁に冷却水通路を形成する。そのため、冷却水通路を加工する際に外壁が障害となり、冷却水通路の加工が制限される。
そこで、本発明は、シリンダ壁に設けられる冷却水通路の加工の自由度を向上させることが可能な内燃機関のシリンダブロック及びシリンダブロックの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の内燃機関のシリンダブロックは、一方向に並ぶ複数のシリンダを形成するシリンダ壁と、前記シリンダ壁の周囲をウォータージャケット溝を挟んで囲む外壁と、を備え、前記シリンダ壁は、前記シリンダを形成するボア部と、隣り合う前記ボア部同士を結合する結合部と、前記結合部に設けられて前記ウォータージャケット溝と接続される冷却水通路と、を備えている内燃機関のシリンダブロックにおいて、前記シリンダ壁となるシリンダ形成部材と、少なくとも前記外壁となり、かつ前記シリンダ形成部材を鋳ぐるんで前記シリンダ形成部材と一体化するブロック本体と、を備えている(請求項1)。
本発明のシリンダブロックによれば、シリンダ壁となるシリンダ形成部材とブロック本体とが別部材であるため、ブロック本体に鋳ぐるませる前にシリンダ形成部材の結合部に冷却水通路を加工することにより外壁に邪魔されることなく冷却水通路を加工することができる。そのため、冷却水通路の加工の自由度を向上させることができる。
本発明のシリンダブロックの一形態において、前記冷却水通路は、一端がトップデッキ面に開口し、他端が前記ウォータージャケット溝と接続していてもよい(請求項2)。この場合、冷却水通路へトップデッキ面より冷却水を直接導入できるため、結合部の冷却を促進させることができる。
本発明のシリンダブロックの一形態においては、前記複数のシリンダは一列に並ぶように形成され、前記冷却水通路の一端は、隣り合う前記シリンダ同士の中心軸を結ぶ線分を等分する中心に開口していてもよい(請求項3)。一般に結合部はシリンダ同士の中心軸を結ぶ線分を挟んで形状が対称になるように形成されるので、結合部のうちこの線分上の部分が他の部分と比較して冷却され難くなる。また、隣り合うシリンダ同士の中心軸を結ぶ線分を等分する中心においては、これら隣り合うシリンダで生じた熱がそれぞれ伝達するため、温度が上昇し易い。そのため、このような場所に冷却水通路の一端を開口させることにより、結合部の中心の部分の冷却を促進させることができる。
本発明のシリンダブロックの一形態において、前記冷却水通路は、前記トップデッキ面に対して直交する直交部と、前記トップデッキ面に対して水平な水平部と、を有していてもよい(請求項4)。上述したようにブロック本体に鋳ぐるませる前にシリンダ形成部材に冷却水通路を加工することにより外壁に邪魔されることなく冷却水通路を加工することができるので、このようにトップデッキ面に対して水平な水平部やトップデッキ面に対して直交する直交部を穴あけ加工することができる。また、例えば上述した結合部の中心に直交部を配置することにより、結合部の冷却をさらに促進させることができる。
本発明のシリンダブロックの一形態において、前記シリンダ形成部材はアルミニウム系材料で形成され、前記ブロック本体は鉄系材料で形成されていてもよい(請求項5)。この場合、シリンダ形成部材を鉄系材料で形成した場合と比較してシリンダブロックを軽量化できる。
本発明のシリンダブロックの製造方法は、一方向に並ぶ複数のシリンダを形成するシリンダ壁と、前記シリンダ壁の周囲をウォータージャケット溝を挟んで囲む外壁と、を備え、前記シリンダ壁は、前記シリンダを形成するボア部と、隣り合う前記ボア部同士を結合する結合部と、前記結合部に設けられて前記ウォータージャケット溝と接続される冷却水通路と、を備えている内燃機関のシリンダブロックを製造する製造方法において、前記ボア部と前記結合部とを有するシリンダ中間部材を形成するシリンダ中間部材製造工程と、前記シリンダ中間部材製造工程で形成した前記シリンダ中間部材の前記結合部に前記冷却水通路を穴あけ加工して前記シリンダ壁となるシリンダ形成部材を形成するシリンダ形成部材製造工程と、前記シリンダ形成部材製造工程で穴あけ加工した前記冷却水通路の各開口端部を栓部材で塞ぎ、その後前記シリンダ形成部材を前記シリンダブロックの鋳型に設置する鋳型設置工程と、前記鋳型設置工程で前記シリンダ形成部材を設置した鋳型に溶湯を流し込み前記シリンダ形成部材が鋳ぐるまれるように前記シリンダ形成部材の周囲に前記ウォータージャケット溝を挟んで少なくとも前記外壁となるブロック本体を形成して仕上げ加工前ブロックを形成するシリンダブロック鋳造工程と、前記シリンダブロック鋳造工程で形成した前記仕上げ加工前ブロックから前記栓部材を除去する栓部材除去工程と、を備えている(請求項6)。
本発明のシリンダブロックの製造方法によれば、シリンダ形成部材をブロック本体に鋳ぐるませるシリンダブロック鋳造工程の前のシリンダ形成部材製造工程において冷却水通路を加工するので、外壁に邪魔されずに結合部に冷却水通路を穴あけ加工することができる。そのため、冷却水通路の加工の自由度を向上させることができる。また、冷却水通路の各開口端部を塞いだ後にシリンダ形成部材を鋳型に設置するので、シリンダ形成部材をブロック本体に鋳ぐるませる際に冷却水通路内への溶湯の流入を防止できる。
以上に説明したように、本発明によれば、シリンダ形成部材とブロック本体とが別部材であるため、ブロック本体に鋳ぐるませる前にシリンダ形成部材に冷却水通路を加工することにより外壁に邪魔されることなくシリンダ形成部材に冷却水通路を加工することができる。そのため、冷却水通路の加工の自由度を向上させることができる。
図1〜3を参照して本発明の一形態に係るシリンダブロックを説明する。このシリンダブロックは車両に走行用動力源として搭載される内燃機関の主要部品である。図1はシリンダブロックの斜視図であり、図2は図1のシリンダブロックを上方から見た概略図である。図1のシリンダブロック1は、一列に並ぶ複数(図1では4つ)のシリンダ2を形成するシリンダ壁3と、シリンダ壁3の周囲をウォータージャケット溝4を挟んで囲む外壁5とを備えている。図1に示したように外壁5には、シリンダブロック1にシリンダヘッドを固定するためのヘッドボルトがねじ込まれるボルト穴6が設けられている。なお、図2においてはボルト穴6の図示を省略している。図1に示したようにシリンダブロック1は4つのシリンダ2が直列に並んでおり、直列4気筒の内燃機関に組み込まれる。また、図1に示したようにシリンダ壁3と外壁5とは、このシリンダブロック1を内燃機関に組み込んだ際にシリンダヘッドと対向するトップデッキ面7にてウォータージャケット溝4で分離されている。そのため、シリンダブロック1は、いわゆる周知のオープンデッキタイプのシリンダブロックとして形成されている。
シリンダ壁3は、シリンダ2を形成するボア部8と、隣り合うボア部8同士を結合する結合部9とを備えている。各結合部9には、一端10aがトップデッキ面7に開口し、かつ他端10bがウォータージャケット溝4と接続する冷却水通路10がそれぞれ設けられている。図2に示したように各冷却水通路10の一端10aは、結合部9のうち隣り合うシリンダ2同士の中心軸CLを結ぶ線分Lを等分する、すなわち隣り合うシリンダ2の中心軸CLから同じ距離Aにある中心Cにそれぞれ開口している。以降、この中心Cを結合部9の中心Cと称することがある。
図3は、図1のIII−III線におけるシリンダブロック1の断面を示している。図3に示したようにシリンダブロック1は、シリンダ壁3となるシリンダ形成部材11と、そのシリンダ形成部材11を鋳ぐるんでシリンダ形成部材11と一体化するブロック本体12とを備えている。図3に示したようにブロック本体12は、外壁5及びシリンダブロック1のスカート部1aを形成する。このようにシリンダブロック1は、シリンダ壁3を形成するシリンダ形成部材11と、それ以外の部分を形成するブロック本体12とにより形成されている。シリンダブロック1においてシリンダ形成部材11はアルミニウム系材料で形成され、ブロック本体12は鉄系材料で形成されている。
図3に示したように冷却水通路10は、トップデッキ面7からトップデッキ面7に対して直交する方向に延びる直交部10cと、トップデッキ面7に対して水平に延びてウォータージャケット溝4と接続する水平部10dと、直交部10cと水平部10dとを連通する連通部10eとを備えている。直交部10cの長さとしては、例えばシリンダ2に挿入されたピストンが上死点からクランク角度で数十度移動するまでの距離が設定される。この冷却水通路10には、例えばシリンダヘッドを介してトップデッキ面7側、すなわち一端10a側から冷却水が導入される。その後、冷却水は直交部10c、連通部10e、水平部10dの順に流れてウォータージャケット溝4に排出される。
次に、図4を参照してシリンダブロック1の製造方法について説明する。図4に示したようにこの製造方法では、まずシリンダ中間部材製造工程S1でシリンダ中間部材を形成する。シリンダ中間部材は、冷却水通路10が加工される前のシリンダ形成部材11であり、ボア部8及び結合部9を有する。すなわち、シリンダ中間部材は、冷却水通路10が無い状態のシリンダ形成部材11である。シリンダ中間部材は、例えばまずボア部8及び結合部9を有する母材をアルミニウム系材料により鋳造で形成し、その後母材のバリ取り及び面出し等の粗加工を行うことにより形成する。
続くシリンダ形成部材製造工程S2では、シリンダ中間部材の各結合部9に冷却水通路10をそれぞれ穴あけ加工する。これにより、シリンダ形成部材11を形成する。図5は、シリンダ形成部材11の一部を拡大して示す図である。図5に示したようにこの状態ではシリンダ形成部材11の周囲に外壁5が無いため、冷却水通路10はシリンダ中間部材の外壁5と対向する側面、すなわち図5の側面11a側から穴あけ加工することができる。なお、冷却水通路10は、まず直交部10cを加工し、その後直交部10cと連通部10eを介して連通するように水平部10dを加工してもよいし、まず水平部10dを加工し、その後直交部10cを加工してもよい。その後、これら加工した孔のバリ取りなどを行うことにより、冷却水通路10を形成する。
次の鋳型設置工程S3では、図6に示したようにシリンダ形成部材11をシリンダブロック1の鋳型20に設置する。シリンダブロック1の鋳型20は、例えばシリンダブロック1のうちシリンダ形成部材11で形成される部分以外が形成されるように構成されている。すなわち、この鋳型20は、シリンダ形成部材11の周囲にブロック本体12を形成するためのものである。なお、シリンダ形成部材11は、まず図7に示したように各冷却水通路10の一端10aが上型30でそれぞれ塞がれるとともに他端10bがプラグ31でそれぞれ塞がれ、その後シリンダブロック1の鋳型20に設置される。そのため、上型30及びプラグ31が本発明の栓部材に相当する。
シリンダブロック鋳造工程S4では、鋳型設置工程S3でシリンダ形成部材11を設置した鋳型20に鉄系材料の溶湯を流し込む。これによりシリンダ形成部材11がブロック本体12に鋳ぐるまれてブロック本体12と一体化し、仕上げ加工前ブロックが鋳造される。そして、この工程S4においてシリンダ壁3の周囲にウォータージャケット溝4を挟んで外壁5が形成される。
次の栓部材除去工程S5では、仕上げ加工前ブロックから上型30及びプラグ31を削り落として除去する。その後、シリンダブロック仕上げ加工工程S6において、栓部材除去工程S5で上型20及びプラグ21を除去した仕上げ加工前ブロックに対して仕上げ加工が行われる。仕上げ加工としては、例えばボルト穴6を加工したり、仕上げ加工前ブロックの内面及び外面のバリ取りなどが行われる。なお、この仕上げ加工は、シリンダブロックに対して一般に実施される周知の仕上げ加工であるため、詳細な説明は省略する。そして、仕上げ加工の完了により、シリンダブロック1が完成する。
本発明のシリンダブロック1によれば、シリンダ形成部材11をブロック本体12に鋳ぐるませる前にシリンダ形成部材11に冷却水通路10を加工するので、外壁5に邪魔されることなく冷却水通路10を加工することができる。そのため、冷却水通路10の加工の自由度を向上させることができる。従って、本発明のシリンダブロック1では、外壁5に邪魔されることなく冷却水通路10を加工できるので、トップデッキ面7に対して水平な水平部10dやトップデッキ面7に対して直交する直交部10cを穴あけ加工することができる。図2に示したように結合部9の中心Cは、ウォータージャケット溝4から最も遠く、また隣り合う各シリンダ2から熱がそれぞれ伝達されるため、他の部分と比較して高温になり易い。本発明のシリンダブロック1では、その結合部9の中心Cに直交部10cを配置したので、結合部9の冷却を促進させることができる。
本発明のシリンダブロック1では、シリンダ形成部材11がアルミニウム系材料で形成されるので、シリンダブロック1の全体を鉄系材料の一体に鋳造するものと比較してシリンダブロック1を軽量化できる。
このシリンダブロック1の製造方法においては、加工した冷却水通路10の各開口端部10a、10bを上型30又はプラグ31で塞いでからシリンダ形成部材11を鋳型20に設置するので、冷却水通路10内への溶湯の流入を防止することができる。
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明は、4つのシリンダを有するシリンダブロックに限定されず、隣り合う2つ以上のシリンダを有する種々のシリンダブロックに適用してよい。また、本発明はオープンデッキ型のシリンダブロックに限定されず、シリンダ壁と外壁とがトップデッキ面で繋がっているクローズドデッキ型のシリンダブロックに適用してもよい。シリンダ形成部材は、鉄系材料で形成されていてもよい。
冷却水通路の一端は、結合部の中心に開口していなくてもよく、その中心より外れた位置に開口していてもよい。冷却水通路は、上述した形態の形状に限定されず、冷却すべき箇所に適切に冷却水を導入することが可能な種々の形状に加工してよい。例えば、冷却水通路は、トップデッキ面からシリンダ壁の側面に直線的に貫通していてもよい。すなわち、冷却水通路がトップデッキ面から斜めに設けられていてもよい。また、冷却水通路は、一方の側方のウォータージャケット溝と他方の側方のウォータージャケット溝とが連通するようにトップデッキ面と水平に設けられていてもよい。一つの結合部に設けられる冷却水通路の数は1つに限定されず、一つの結合部に複数の冷却水通路が設けられていてもよい。
本発明の一形態に係るシリンダブロックの斜視図。 図1のシリンダブロックを上方から見た概略図。 図1のIII−III線におけるシリンダブロックの断面を示す概略図。 図1のシリンダブロックの製造手順を示す図。 シリンダ形成部材の一部を拡大して示す斜視図。 シリンダブロックの鋳型の概略を示す図。 冷却水通路の各開口端部が塞がれた状態のシリンダ形成部材を示す図。
符号の説明
1 シリンダブロック
2 シリンダ
3 シリンダ壁
4 ウォータージャケット溝
5 外壁
7 トップデッキ面
8 ボア部
9 結合部
10 冷却水通路
10a 一端
10b 他端
10c 直交部
10d 水平部
11 シリンダ形成部材
12 ブロック本体
20 鋳型
30 上型(栓部材)
31 プラグ(栓部材)
S1 シリンダ中間部材製造工程
S2 シリンダ形成部材製造工程
S3 鋳型設置工程
S4 シリンダブロック鋳造工程
S5 栓部材除去工程
CL 中心軸
L 線分
C 中心

Claims (6)

  1. 一方向に並ぶ複数のシリンダを形成するシリンダ壁と、前記シリンダ壁の周囲をウォータージャケット溝を挟んで囲む外壁と、を備え、
    前記シリンダ壁は、前記シリンダを形成するボア部と、隣り合う前記ボア部同士を結合する結合部と、前記結合部に設けられて前記ウォータージャケット溝と接続される冷却水通路と、を備えている内燃機関のシリンダブロックにおいて、
    前記シリンダ壁となるシリンダ形成部材と、少なくとも前記外壁となり、かつ前記シリンダ形成部材を鋳ぐるんで前記シリンダ形成部材と一体化するブロック本体と、を備えていることを特徴とするシリンダブロック。
  2. 前記冷却水通路は、一端がトップデッキ面に開口し、他端が前記ウォータージャケット溝と接続している請求項1に記載のシリンダブロック。
  3. 前記複数のシリンダは一列に並ぶように形成され、
    前記冷却水通路の一端は、隣り合う前記シリンダ同士の中心軸を結ぶ線分を等分する中心に開口している請求項2に記載のシリンダブロック。
  4. 前記冷却水通路は、前記トップデッキ面に対して直交する直交部と、前記トップデッキ面に対して水平な水平部と、を有している請求項2又は3に記載のシリンダブロック。
  5. 前記シリンダ形成部材はアルミニウム系材料で形成され、前記ブロック本体は鉄系材料で形成されている請求項1〜4のいずれか一項に記載のシリンダブロック。
  6. 一方向に並ぶ複数のシリンダを形成するシリンダ壁と、前記シリンダ壁の周囲をウォータージャケット溝を挟んで囲む外壁と、を備え、
    前記シリンダ壁は、前記シリンダを形成するボア部と、隣り合う前記ボア部同士を結合する結合部と、前記結合部に設けられて前記ウォータージャケット溝と接続される冷却水通路と、を備えている内燃機関のシリンダブロックを製造する製造方法において、
    前記ボア部と前記結合部とを有するシリンダ中間部材を形成するシリンダ中間部材製造工程と、前記シリンダ中間部材製造工程で形成した前記シリンダ中間部材の前記結合部に前記冷却水通路を穴あけ加工して前記シリンダ壁となるシリンダ形成部材を形成するシリンダ形成部材製造工程と、前記シリンダ形成部材製造工程で穴あけ加工した前記冷却水通路の各開口端部を栓部材で塞ぎ、その後前記シリンダ形成部材を前記シリンダブロックの鋳型に設置する鋳型設置工程と、前記鋳型設置工程で前記シリンダ形成部材を設置した鋳型に溶湯を流し込み前記シリンダ形成部材が鋳ぐるまれるように前記シリンダ形成部材の周囲に前記ウォータージャケット溝を挟んで少なくとも前記外壁となるブロック本体を形成して仕上げ加工前ブロックを形成するシリンダブロック鋳造工程と、前記シリンダブロック鋳造工程で形成した前記仕上げ加工前ブロックから前記栓部材を除去する栓部材除去工程と、を備えていることを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
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