JP3052721B2 - 水冷式内燃機関のシリンダブロック - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水冷式内燃機関のシリ
ンダブロックにおいて冷却水の流れに方向付けを行う改
良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の水冷式内燃機関のシリンダブロッ
クとして、例えば図１７、図１８、図１９に示すような
ものがあるこれについて説明すると、シリンダブロック
１は隣り合うシリンダ壁２が互いに接合し、隣り合うシ
リンダ壁２の間に両者に挟まれて凹状に窪む接合凹部６
を有する、いわゆるサイアミーズ式のものとなってお
り、各シリンダ壁２を可能な限り近接させて、機関全長
を小さくしている。

【０００３】ウォータポンプから送られる冷却水が、ウ
ォータジャケット３の前端部に設けられる入口５から流
入し、各シリンダ壁２２のまわりを図中矢印で示すよう
に流れて、ウォータジャケット３の後端部に設けられた
出口９から排出され、各シリンダ壁２の熱を持ち去るよ
うになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のサイアミーズ式シリンダブロック１にあって
は、隣り合うシリンダ壁２の間に両者に挟まれて凹状に
窪む接合凹部６を有しているため、ウォータジャケット
３において接合凹部６に面する部分で冷却水の流速が著
しく低下する淀みが生じる。

【０００５】図２０のａ，ｂ図は、ウォータジャケット
３における冷却水の流速および熱伝達率をそれぞれ解析
したシミュレーションデータを示しているが、接合凹部
６の壁面に沿って流れる冷却水速度が低下し、接合凹部
６から冷却水への放熱が悪化することがわかる。この結
果、隣り合うシリンダ壁２の接合部７の温度がシリンダ
壁２の他の部位より高くなり、ノッキングが発生する原
因になったり、シリンダボアの変形を来す可能性があ
る。

【０００６】この対策として従来から、シリンダブロッ
ク１をウォータジャケット３の通路幅Ｌ₂をその途中で
大きく絞る構造を設けて、接合凹部に沿って流れる冷却
水の流速を高めるものがある(特開平４−１３６４６１
号公報、参照)。

【０００７】しかしながらこの場合、ウォータジャケッ
ト３の流路断面積が急激に変化することにより通水抵抗
が増えて、ウォータポンプの駆動損失が増えるという問
題点がある。

【０００８】また、シリンダブロック１の鋳造時にウォ
ータジャケット３を形成する中子の肉厚が局部的に小さ
くなるため、中子に生じる円周方向の曲げ応力により中
子が破損する可能性があり、生産性の悪化を来すという
問題点がある。

【０００９】本発明は上記の問題点に着目し、サイアミ
ーズ式シリンダブロックの冷却性を高めることを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
シリンダ列方向に隣り合うシリンダ壁が互いに接合し、
隣り合うシリンダ壁の間に挟まれて凹状に窪む接合凹部
を有し、これらシリンダ壁の外側に冷却水が循環するウ
ォータジャケットを画成するウォータジャケット壁を設
ける水冷式内燃機関のシリンダブロックにおいて、ウォ
ータジャケット内のシリンダ中心軸の略側方に配置され
るガイドリブを設け、ガイドリブはその上流側端部をウ
ォータジャケットの上下方向の略中央部に配置するとと
もに、その上流側端部から下流側端部にかけてウォータ
ジャケットの上下方向に連続して拡がる形状とする。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、ガイドリブをウォータジャケットの上流側
に向けてＶ字状に突出させる。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、ガイドリブをウォータジャケットの上流側
に向けて半円弧形に突出させる。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項１から３の
いずれか１つに記載の発明において、ガイドリブをウォ
ータジャケット壁からシリンダ壁に向けて***させ、ガ
イドリブとシリンダ壁の間に間隙を形成する。

【００１４】請求項５記載の発明は、請求項１から４の
いずれか１つに記載の発明において、ガイドリブの上下
方向について略中央部に、冷却水を流通させる切欠きを
形成する。

【００１５】

【作用】請求項１記載の発明は、ウォータジャケット内
のシリンダ中心軸の略側方に配置されるガイドリブを設
け、ガイドリブはその上流側端部をウォータジャケット
の上下方向の略中央部に配置するとともに、その上流側
端部から下流側端部にかけてウォータジャケットの上下
方向に連続して拡がる形状とすることにより、ウォータ
ジャケットを流れる冷却水は接合凹部に面して旋回する
渦流が生起されるため、接合凹部に沿って流れる冷却水
の流速を高められる。

【００１６】このようにして、接合凹部に沿って流れる
冷却水の流速を高めることにより、接合凹部から冷却水
への放熱が促され、シリンダ壁の温度分布を均一化する
ことができる。この結果、ノッキングを防止するととも
に、シリンダボアの変形を来すことを抑制し、ピストン
隙間を均一にして、ピストンのフリクションを低減し、
オイル消費を抑えられる。

【００１７】請求項２記載の発明は、ウォータジャケッ
トの上流側に向けてＶ字状に突出するガイドリブによ
り、ウォータジャケットを流れる冷却水に接合凹部に面
して互いに対向して旋回する一対の渦流を生起し、接合
凹部に沿って流れる冷却水の流速を高められる。

【００１８】請求項３記載の発明は、ウォータジャケッ
トの上流側に向けて半円弧形に突出するガイドリブによ
り、ウォータジャケットを流れる冷却水に接合凹部に面
して互いに対向して旋回する一対の渦流を生起し、接合
凹部に沿って流れる冷却水の流速を高められる。

【００１９】請求項４記載の発明は、ガイドリブとシリ
ンダ壁の間に間隙を形成することにより、シリンダブロ
ックの鋳造時にシリンダ壁のガイドリブに対峙する部位
が過冷却されることが防止され、生産性を高められる。

【００２０】請求項５記載の発明は、ウォータジャケッ
トを流れる冷却水がガイドリブの上下方向について略中
央部に開口した切欠きを流通するため、ガイドリブを介
して接合凹部に面して旋回する渦流が生起される作用を
損なわずに、ウォータジャケットの流路断面積の変化を
少なくして、ガイドリブが冷却水の流れに付与する通水
抵抗を低減することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００２２】図２に示すように、シリンダブロック１は
直列に並ぶ４つのシリンダ壁２を備える。シリンダブロ
ック１は隣り合うシリンダ壁２どうしが互いに接合す
る、いわゆるサイアミーズ式のものとなっており、各シ
リンダ壁２を可能な限り近接させて、機関全長を小さく
している。なお、図中８はオイル落とし穴である。

【００２３】シリンダブロック１は、各シリンダ壁２の
まわりに冷却水を循環させるウォータジャケット３が設
けられる。シリンダブロック１は、各シリンダ壁２との
間にウォータジャケット３を画成するウォータジャケッ
ト壁４を有する。

【００２４】ウォータジャケット壁４は大略各シリンダ
壁２に沿って湾曲し、その前端に入口５が形成され、そ
の後端に出口９が形成される。ウォータポンプから送ら
れる冷却水は、入口５からウォータジャケット３に流入
し、ウォータジャケット３内において気筒列方向（後
方）に流れて出口９から排出され、図示しないラジエー
タ等を経て循環するようになっている。

【００２５】サイアミーズ式のシリンダブロック１は、
隣り合う各シリンダ壁２の間にウォータジャケット３に
面して凹状に窪む接合凹部６を有している。

【００２６】そして本発明の要旨とするところである
が、図３にも示すように、ウォータジャケット３を流れ
る冷却水に各接合凹部６に面して旋回する一対の渦流を
生起するガイドリブ１０がシリンダ中心軸の略側方に位
置して設けられる。

【００２７】ガイドリブ１０はウォータジャケット３の
上流側に向けてＶ字状に突出し、ウォータジャケット３
の上下方向について中央部に配置される上流側端部１１
と、上流側端部１１から２つの下流側端部１２ａ，１３
ａに向けて傾斜する上辺部１２と下辺部１３を有する。

【００２８】図４にも示すように、ガイドリブ１０はシ
リンダ壁２とウォータジャケット壁４の間に渡って一体
形成される。

【００２９】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００３０】入口５からウォータジャケット３に流入し
た冷却水は、ウォータジャケット３内において気筒列方
向に流れ、各シリンダ壁２の熱を吸収しつつ、出口９か
ら排出される。

【００３１】ウォータジャケット３の接合凹部６より上
流側にＶ字状のガイドリブ１０が配設されることによ
り、ウォータジャケット３を流れる冷却水は、図１、図
３に矢印で示すように、各接合凹部６に面して互いに対
向して旋回する一対の渦流が生起される。

【００３２】すなわち、ウォータジャケット３を流れる
冷却水のうち、ガイドリブ１０の上辺部１２に沿って上
方に向けられた後にウォータジャケット上壁部１５に当
たることにより接合凹部６に沿って下降する一方、ガイ
ドリブ１０の下辺部１３に沿って下方に向けられた後に
ウォータジャケット下壁部１６に当たることにより接合
凹部６に沿って上昇する。このようにガイドリブ１０を
介して分流した冷却水の流れは、接合凹部６の中央部で
互いに当たってガイドリブ１０の背後に向けて逆流する
ことにより２つの渦流が生起される。

【００３３】図５のａ図は、ウォータジャケット３を流
れる冷却水の流速を解析したシミュレーションデータを
示すが、ガイドリブ１０によって生起される冷却水の渦
流により、接合凹部６に沿って流れる冷却水の流速が高
められることがわかる。

【００３４】図５のｂ図は、ウォータジャケット３にお
ける熱伝達率を解析したシミュレーションデータを示す
が、ガイドリブ１０によって接合凹部６から冷却水への
放熱が促されることがわかる。接合凹部６から冷却水へ
の放熱量が増やされることにより、隣り合うシリンダ壁
２の接合部７の温度がシリンダ壁２の他の部位より高く
なることを抑制し、シリンダ壁２の温度分布を均一にし
て、ノッキングの発生を抑えられるとともに、シリンダ
壁２の変形を来すことを抑制し、ピストン隙間を均一に
して、フリクションを低減し、オイル消費を小さく抑え
られる。

【００３５】図６のａ，ｂ図はガイドリブ１０を小さく
した場合の流速および熱伝達率をそれぞれ解析したシミ
ュレーションデータを示しているが、ガイドリブ１０の
小型化に伴って接合凹部６の上下部分で流速および熱伝
達率が共に低下する傾向がある。

【００３６】また、シリンダブロック１は前記従来装置
のようにウォータジャケット３の通路幅Ｌ₁をその途中
で大きく絞ることがないため、通水抵抗を抑えられると
ともに、シリンダブロック１の鋳造時にウォータジャケ
ット３を形成する中子の肉厚が局部的に小さくなること
が避けられ、中子に生じる円周方向の曲げ応力に対する
断面係数を十分に確保して、中子が破損することを防止
でき、生産性を高められる。

【００３７】次に、図７のａ，ｂ図は、他の実施例とし
て、ガイドリブ１７をウォータジャケット３の上流側に
向けて半円弧形に突出させた構造について、流速および
熱伝達率をそれぞれ解析したシミュレーションデータを
示しているが、ガイドリブ１７によって生起される冷却
水の渦流により、接合凹部６に沿って流れる冷却水の流
速が高められるとともに、接合凹部６から冷却水への放
熱が促されることがわかる。

【００３８】これに対して、図８のａ，ｂ図はガイドリ
ブ１８を本発明と異なり円柱形に形成した構造につい
て、流速および熱伝達率をそれぞれ解析したシミュレー
ションデータを示しているが、円柱形のガイドリブ１８
によっては冷却水の渦流が効果的に生起されないため、
接合凹部６に沿って流れる冷却水の流速が高められず、
接合凹部６から冷却水への放熱が悪化することがわか
る。なお、ウォータジャケットに円柱形の物体を介装す
る構造については、実開昭５６−１０１４４２号公報と
して開示されている。

【００３９】次に、図９、図１０に示した他の実施例
は、Ｖ字状のガイドリブ２０がウォータジャケット壁４
から***して一体形成され、ガイドリブ２０とシリンダ
壁２の間に間隙２１が空けられるものである。なお、図
２、図３との対応部分には同一符号を付して示すことに
する。

【００４０】この場合、鋳造時にシリンダ壁２のガイド
リブ２０に対峙する部位が過冷却されることが防止さ
れ、生産性を高められる。

【００４１】次に、図１１、図１２に示した他の実施例
は、ウォータジャケット壁４に空けられた鋳砂抜き穴２
５を封止するプラグ２６にＶ字状のガイドリブ２７が形
成されるものである。なお、図４との対応部分には同一
符号を付して示すことにする。

【００４２】この場合、ガイドリブ２７を設けるにあた
って、ウォータジャケット３を成型する中子の形状変更
が不要となる。また、中子の形状を簡素化することによ
り中子の強度も高められる。

【００４３】次に、図１３、図１４に示した他の実施例
は、ガイドリブ３０の上下方向について中央部に、冷却
水を流通させる切欠き３１が形成されるものである。な
お、図１、図３との対応部分には同一符号を付して示す
ことにする。

【００４４】ガイドリブ３０は切欠き３１から下流側に
向けて上下方向に傾斜して直線的に延びる上辺部３２と
下辺部３３を有する。ガイドリブ３０はシリンダ壁２と
ウォータジャケット壁４の間に渡って一体形成される。

【００４５】この場合、ウォータジャケット３を流れる
冷却水がガイドリブ３０の中央部に開口した切欠き３１
を流通するため、ウォータジャケット３の流路断面積の
変化が少なくなる。すなわち、図１５に示すように、ウ
ォータジャケット３の流路巾は、ガイドリブ３０が設け
られていない部位でＡ₁となるのに対して、ガイドリブ
３０が設けられている部位で上辺部３２と下辺部３３の
巾だけが減らされて、その上流端部でＡ₁＋Ａ₂＋Ａ₃、
その下流端部でＡ₄＋Ａ₅＋Ａ₆となり、Ａ₁とほぼ等しく
なる。このようにウォータジャケット３の流路断面積の
変化が少ないことにより、ガイドリブ３０が冷却水の流
れに付与する通水抵抗を小さく抑えられ、ウォータポン
プの駆動損失が少なく、燃費の低減がはかれる。

【００４６】また、図１６に示すように、ガイドリブ４
０の切欠き４１を挟んで上下方向に延びる上辺部４２と
下辺部４３を弓形に湾曲して形成することにより、冷却
水は図中矢印で示すように上辺部４２と下辺部４３に沿
って上下方向に向かう速度成分が強くなり、ガイドリブ
４０の背後、すなわち接合凹部６の付近に強い渦流を生
起することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
は、シリンダ列方向に隣り合うシリンダ壁が互いに接合
し、隣り合うシリンダ壁の間に挟まれて凹状に窪む接合
凹部を有し、これらシリンダ壁の外側に冷却水が循環す
るウォータジャケットを画成するウォータジャケット壁
を設ける水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内のシリンダ中心軸の略側方に配置
されるガイドリブを設け、ガイドリブはその上流側端部
をウォータジャケットの上下方向の略中央部に配置する
とともに、その上流側端部から下流側端部にかけてウォ
ータジャケットの上下方向に連続して拡がる形状とした
ため、接合凹部に沿って流れる冷却水の流速を高めて、
接合凹部から冷却水への放熱を促し、シリンダ壁の温度
分布を均一化することができる。この結果、ノッキング
の発生を防止して機関出力の向上がはかれるとともに、
シリンダボアの変形を来すことを抑制し、ピストン隙間
を均一にして、ピストンのフリクションを低減し、オイ
ル消費を抑えられる。

【００４８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、ガイドリブをウォータジャケットの上流側
に向けてＶ字状に突出させたため、ウォータジャケット
を流れる冷却水に接合凹部に面して互いに対向して旋回
する一対の渦流を生起し、接合凹部に沿って流れる冷却
水の流速を有効に高められる。

【００４９】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、ガイドリブをウォータジャケットの上流側
に向けて半円弧形に突出させたため、ウォータジャケッ
トを流れる冷却水に接合凹部に面して互いに対向して旋
回する一対の渦流を生起し、接合凹部に沿って流れる冷
却水の流速を有効に高められる。

【００５０】請求項４記載の発明は、請求項１から３の
いずれか１つに記載の発明において、ガイドリブをウォ
ータジャケット壁からシリンダ壁に向けて***させ、ガ
イドリブとシリンダ壁の間に間隙を形成したため、シリ
ンダブロックの鋳造時にシリンダ壁のガイドリブに対峙
する部位が過冷却されることが防止され、品質の向上が
はかられるとともに、生産性を高められる。

【００５１】請求項５記載の発明は、請求項１から４の
いずれか１つに記載の発明において、ガイドリブの上下
方向について略中央部に、冷却水を流通させる切欠きを
形成したため、ガイドリブを介して接合凹部に面して旋
回する渦流が生起される作用を損なわずに、ウォータジ
ャケットの流路断面積の変化を少なくして、ガイドリブ
が冷却水の流れに付与する通水抵抗を小さく抑えられ、
ウォータポンプの駆動損失が少なく、燃費の低減がはか
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すシリンダブロックの斜視
図。

【図２】同じくシリンダブロックの断面図。

【図３】同じく図２のＡ−Ａ線に沿うシリンダブロック
の断面図。

【図４】同じく図２のＢ−Ｂ線に沿うシリンダブロック
の断面図。

【図５】同じくウォータジャケットにおける冷却水の流
速の分布図および熱伝達率の分布図。

【図６】他の実施例としてガイドリブを小型化した場合
のウォータジャケットにおける冷却水の流速の分布図お
よび熱伝達率の分布図。

【図７】さらに他の実施例としてガイドリブを半円弧形
に形成した場合のウォータジャケットにおける冷却水の
流速の分布図および熱伝達率の分布図。

【図８】比較例としてガイドリブを円柱形に形成した場
合のウォータジャケットにおける冷却水の流速の分布図
および熱伝達率の分布図。

【図９】さらに他の実施例を示すシリンダブロックの断
面図。

【図１０】同じく図９のＡ−Ａ線に沿うシリンダブロッ
クの断面図。

【図１１】同じく図９のＢ−Ｂ線に沿うシリンダブロッ
クの断面図。

【図１２】同じくウォータジャケットにおける冷却水の
流速の分布図および熱伝達率の分布図。

【図１３】さらに他の実施例を示すシリンダブロックの
斜視図。

【図１４】同じくシリンダブロックの断面図。

【図１５】同じくガイドリブおよびウォータジャケット
等の側面図。

【図１６】さらに他の実施例を示すガイドリブおよびウ
ォータジャケット等の側面図。

【図１７】従来例を示すシリンダブロックの断面図。

【図１８】同じく図１３のＡ−Ａ線に沿うシリンダブロ
ックの断面図。

【図１９】同じく図１３のＢ−Ｂ線に沿うシリンダブロ
ックの断面図。

【図２０】同じくウォータジャケットにおける冷却水の
流速の分布図および熱伝達率の分布図。

【符号の説明】

１ シリンダブロック ２ シリンダ壁 ３ ウォータジャケット ４ ウォータジャケット壁 ６ 接合凹部 １０ ガイドリブ １１ 上流側端部 １２ａ 下流側端部 １３ａ 下流側端部 １７ ガイドリブ ２０ ガイドリブ ２７ ガイドリブ ３０ ガイドリブ ３１ 切欠き ４０ ガイドリブ ４１ 切欠き

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−136461（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−69162（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−63553（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−135842（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−109223（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−17444（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−183943（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02F 1/00 - 1/42 F01P 3/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ列方向に隣り合うシリンダ壁が
   互いに接合し、隣り合うシリンダ壁の間に挟まれて凹状
   に窪む接合凹部を有し、 これらシリンダ壁の外側に冷却水が循環するウォータジ
   ャケットを画成するウォータジャケット壁を設ける水冷
   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内のシリンダ中心軸の略側方に配置
   されるガイドリブを設け、 ガイドリブはその上流側端部をウォータジャケットの上
   下方向の略中央部に配置するとともに、その上流側端部
   から下流側端部にかけてウォータジャケットの上下方向
   に連続して拡がる形状としたことを特徴とする水冷式内
   燃機関のシリンダブロック。
2. 【請求項２】 ガイドリブをウォータジャケットの上流
   側に向けてＶ字状に突出させたことを特徴とする請求項
   １記載の水冷式内燃機関のシリンダブロック。
3. 【請求項３】 ガイドリブをウォータジャケットの上流
   側に向けて半円弧形に突出させたことを特徴とする請求
   項１記載の水冷式内燃機関のシリンダブロック。
4. 【請求項４】 ガイドリブをウォータジャケット壁から
   シリンダ壁に向けて***させ、ガイドリブとシリンダ壁
   の間に間隙を形成したことを特徴とする請求項１から３
   のいずれか１つに記載の水冷式内燃機関のシリンダブロ
   ック。
5. 【請求項５】 ガイドリブの上下方向について略中央部
   に、冷却水を流通させる切欠きを形成したことを特徴と
   する請求項１から４のいずれか１つに記載の水冷式内燃
   機関のシリンダブロック。