JP4227914B2 - シリンダブロックの冷却構造 - Google Patents

Description

この発明は、シリンダブロックの冷却構造に関し、より特定的には、シリンダブロックのボア壁を均一に冷却することができる、シリンダブロックの冷却構造に関するものである。

従来、シリンダブロックの冷却構造は、たとえば特開２００２−３０９８９号公報（特許文献１）に開示されている。
特開２００２−３０９８９号公報

上記文献では、内燃機関のシリンダブロックのウォータジャケットにウォータジャケットスペーサを設定し、ボア壁の温度の均一化を狙う技術が開示されている。しかしながら、ヘッドガスケット水穴近傍や、バイパスパイプ類（オイルクーラ、ＡＴＦ（automatic transmission fluid）クーラ、ターボクーラ）などへの出入口近傍ではボア壁の過冷却が起こる。これは、水穴やパイプなどの冷却水の出入口においてジャケット内壁の冷却水流速が速くなるためである。

そのため従来のシリンダブロックの冷却構造では均一な冷却が困難となるという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、シリンダブロックを均一に冷却できる、シリンダブロックの冷却構造を提供することを目的とする。

この発明に従ったシリンダブロックの冷却構造は、ボア壁周囲にウォータジャケット部が連続して設けられたシリンダブロックと、ウォータジャケット部に挿入されるウォータジャケットスペーサと、シリンダブロック上部に設けられ、ウォータジャケット部に連なる穴を有するガスケットとを備える。ウォータジャケット部に冷却媒体を供給し、ボア壁温度を均一化する。穴の中心は、ウォータジャケットスペーサの厚み中心よりも外周側に位置する。ガスケットの穴はウォータジャケット部およびシリンダヘッドに連通している。

このように構成されたシリンダブロックの冷却構造では、ガスケットに設けられた穴（水穴）の中心がウォータジャケットスペーサの厚み中心よりも外周側に位置することで、たとえばエンジンヘッド部からの水流れのとき、ガスケットの穴からウォータジャケットのあるブロック側に冷却媒体が入った際にウォータジャケットスペーサのボア壁とは反対側のスペースに水が流れることになり、ボア壁の保温に対し有利な構造となる。その結果、シリンダブロックの均一な冷却が可能となる。

この発明に従ったシリンダブロックの冷却構造は、ボア壁周囲にウォータジャケット部が連続して設けられたシリンダブロックと、ウォータジャケット部に挿入されるウォータジャケットスペーサとを備える。ウォータジャケット部に冷却媒体を供給し、ボア壁温度を均一化する。シリンダブロックには、ウォータジャケット部と他の装置とを接続するためのバイパス経路が設けられており、バイパス経路近傍において、ウォータジャケットスペーサとボア壁との間の冷却媒体流量を減少させるための流量規制機構をさらに備える。

このように構成されたシリンダブロックの冷却構造では、流量規制機構により、バイパス経路近傍においてボア壁側のウォータジャケット表面の冷却媒体流量を減らすことができる。その結果、過冷却を防止し、シリンダブロックの均一な冷却が可能となる。

この発明に従えば、シリンダブロックの均一な冷却が可能なシリンダブロックの冷却構造を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従ったシリンダブロックの冷却構造１は、ボア壁１１ｂにウォータジャケット部１２が連続して設けられたシリンダブロック１０と、ウォータジャケット部１２に挿入されるウォータジャケットスペーサ２０と、シリンダブロック１０上部に設けられ、ウォータジャケット部１２に連なる穴４１を有するガスケット４０とを備える。ウォータジャケット部１２に冷却媒体としての冷却水１００Ｗを供給し、ボア壁１１ｂ温度を均一にする。穴４１の中心４１ｃは、ウォータジャケットスペーサ２０の厚み中心２０ｃよりも外周側に位置する。

シリンダブロック１０は、内部に位置するシリンダライナ集合体１１と、シリンダライナ集合体１１を取囲むように配置される、冷却媒体通路としてのウォータジャケット部１２と、ウォータジャケット部１２を取囲み、かつシリンダライナ集合体１１に向かい合うシリンダブロックベース部１３とを有する。

シリンダライナ集合体１１は鉄製のシリンダライナと、そのシリンダライナを取囲むアルミニウム合金とにより構成される。シリンダライナ集合体１１はピストンが挿入されるボア領域１１ｈを有し、ボア領域１１ｈはほぼ円筒の領域である。複数のボア領域１１ｈが１方向に並ぶように配置されている。

なお、ボア領域１１ｈの数は限定されるものではなく、さまざまな数のボア領域１１ｈを設けてもよい。シリンダライナ集合体１１はボア壁１１ｂを有する。ボア壁１１ｂはウォータジャケット部１２に供給される冷却媒体（冷却水１００Ｗ）により冷却される領域であり、ボア領域１１ｈで発生した熱は、ボア壁１１ｂから外部へ放散される。

ウォータジャケット部１２はシリンダライナ集合体１１とシリンダブロックベース部１３との間に設けられた領域であり、冷却媒体としての冷却水１００Ｗの通路としての作用を有する。なお、ウォータジャケット部１２は底部を有し、この底部においてシリンダライナ集合体１１とシリンダブロックベース部１３とは接続されている。ウォータジャケット部１２の幅はほぼ均一になるように構成されている。すなわち、シリンダライナ集合体１１のボア壁１１ｂと、シリンダブロックベース部１３との距離はほぼ等しくなるように構成されている。

シリンダブロックベース部１３はアルミニウム合金製であり、ダイキャストなどの方法で構成される。なお、シリンダライナ集合体１１およびシリンダブロックベース部１３の材質としては特に限定されるものではなく、アルミニウム合金だけでなく、鋳鉄により構成してもよい。シリンダブロックベース部１３はエンジンブロックとなり、エンジンに設けられるさまざまな補機類が取付けられる。なお、ボア領域１１ｈにはピストン５０が配置される。

さらに、冷却媒体としては、水、ロングライフクーラント、油などのさまざまな流体を用いることが可能である。

ウォータジャケット部１２には、ウォータジャケットスペーサ２０が挿入される。ウォータジャケットスペーサ２０はウォータジャケット部１２に沿った形状を有し、かつシリンダライナ集合体１１を取囲む形状となっている。ウォータジャケットスペーサ２０の材質としては特に制限されるものではなく、アルミニウム、鋳鉄、その他の非金属材料、無機材料および有機材料などのさまざまなものを採用することが可能である。

ウォータジャケットスペーサ２０は上部において一部が欠けた形状となっている。ウォータジャケットスペーサ２０の上部は断熱材１９により覆われ、断熱材１９はウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂの双方に接触する。これにより、ウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂとの間で水の流れが発生することを防止する作用がある。すなわち、断熱材１９によりウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂとの隙間Ｌが小さくなっている。

シリンダブロック１０上には、冷却水の漏れ防止、潤滑油の漏れ防止および圧縮漏れを防止するためのガスケット４０が配置される。ガスケット４０は金属製でもよく、かつ無機材料により構成されてもよい。ガスケット４０には穴４１が設けられ、穴４１はウォータジャケット部１２に連なっている。

ガスケット４０上にはエンジンヘッド６０が設けられる。エンジンヘッド６０にはカム類およびバルブ類などのさまざまな機器が取付けられる。エンジンヘッド６０には、エンジンヘッド６０それ自体を冷却するためのヘッド通路６１が設けられている。ヘッド通路６１内には冷却媒体としての冷却水１００Ｗが流通し、ヘッド通路６１近傍の熱を冷却水１００Ｗが奪い取ることが可能である。

ガスケット４０に設けられた穴４１と、ウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂとの間の隙間の位置を、上方向から見て重複しないようにずらして穴４１を構成する。これにより、ボア壁１１ｂで流速を低減する。

ガスケット４０の穴４１近傍においてウォータジャケット部１２上部はウォータジャケットスペーサ２０で覆われる。ボア壁１１ｂには断熱材１９が貼り付けられる。ウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂとの間の抜け穴の流れ方向に対し、スペーサで堰を設けてもよい。また、隙間Ｌは、他の部分よりも小さくされる。

図２は、比較例に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。図２を参照して、比較例では、穴４１の中心４１ｃとウォータジャケットスペーサ２０の中心２０ｃとが一致している。これにより、ボア壁１１ｂとウォータジャケットスペーサ２０との間の隙間に冷却水が流れやすくなり、ボア壁１１ｂにおいて過冷却状態が発生する。

図１および図２では、エンジンヘッド６０からシリンダブロック１０に向けて水の流れが発生する。

図３は、この発明の実施の形態１に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。図３を参照して、ガスケット４０の穴４１が外周側へオフセット配置されていることにより、矢印で示すようにウォータジャケット部１２の外側で水流が発生する。これにより、ウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂとの間での水流の発生を防止することができる。その結果、ボア壁１１ｂが過冷却状態となることを防止することができる。

図４は、比較例に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。図４を参照して、穴４１の中心４１ｃとウォータジャケットスペーサ２０の中心２０ｃとが一致していると、ウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂとの間の隙間に冷却水が流れやすくなる。これにより、矢印で示すようにボア壁１１ｂとウォータジャケットスペーサ２０との間で積極的な水流が生じ、この水流の速さが大きくなり、ウォータジャケットスペーサ２０に面するボア壁１１ｂにおいて過冷却状態が生じる。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に従ったシリンダブロックの冷却構造では、ボア壁の過冷却を防止することができる。その結果特定の気筒のみが過冷却されることを防止し、シリンダブロックの均一な冷却を実現することが可能となる。

（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に従ったシリンダブロックの冷却構造の平面図である。図６は、図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。図７は、図６中のＶＩＩで示す方向から見たウォータジャケットスペーサの正面図である。図５を参照して、矢印１０１で示す方向に入った冷却媒体は、ウォータジャケット部１２内を流れ、シリンダライナ集合体１１の熱を奪い去った後にバイパス経路１４から流出する。バイパス経路１４から流出した冷却水は矢印１０２で示すように、図６の他の装置２００へ流れる。他の装置２００として、オイルクーラ、ＡＴＦクーラおよびターボクーラなどがあり、矢印１０２で示す方向に流れ出た冷却水はオイルクーラ、ＡＴＦクーラおよびターボクーラなどにより構成される他の装置２００へ流れ込む。

シリンダブロックの冷却構造１は、ボア壁１１ｂ周囲にウォータジャケット部１２が連続して設けられたシリンダブロック１０と、ウォータジャケット部１２に挿入されるウォータジャケットスペーサ２０とを備える。ウォータジャケット部１２に冷却媒体としての冷却水１００Ｗを供給し、ボア壁１１ｂ温度を均一化することを目的とする。シリンダブロック１０には、ウォータジャケット部１２と他の装置２００とを接続するためのバイパス経路１４が設けられている。バイパス経路１４近傍において、ウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂとの間には、冷却水の流量を減少させるための流量規制機構２２が設けられている。

流量規制機構２２は断熱材により構成され、ウォータジャケットスペーサ２０に設けられた凹部２３から冷却水が流れ出ることを防止する働きを有する。ウォータジャケットスペーサ２０は図７で示すように上面２０ｔおよび底面２０ｂを有し、上面２０ｔおよび底面２０ｂともに冷却水１００Ｗで満たされている。流量規制機構２２は門型（Ｕ型）であり、凹部２３の周囲に設けられる。流量規制機構２２はウォータジャケット部１２の底部においてボア壁１１ｂと直接接触する。流量規制機構２２は金属、非金属、発泡ゴム、ウレタンなどの樹脂により構成されることが可能である。

また流量規制機構２２を設けるとともに、ボア壁１１ｂとウォータジャケットスペーサ２０との間の隙間を小さくする。

このように、流量規制機構２２を設けることで、凹部２３からバイパス経路１４への水の流量が少なくなる。その結果この上流側に位置する、ウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂとの間での冷却水の流量も減少し、この領域においてボア壁１１ｂが過冷却状態となるのを防止することができる。その結果、均一な冷却が可能となる。

図８は、比較例に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。図８を参照して、比較例に従ってシリンダブロックの冷却構造１では、凹部２３の周りには流量規制機構が設けられていない。このため、矢印で示すように凹部２３を通って大量の冷却水１００Ｗがバイパス経路１４側へ流れる。これにより、ボア壁１１ｂとウォータジャケットスペーサ２０との間で水流が生じ、過冷却状態となる。

図９は、この発明の実施の形態２に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。図９を参照して、他の装置２００から矢印１０１で示す方向にバイパス経路１４を通って冷却水が供給された場合であっても、流量規制機構２２が存在するためボア壁１１ｂとウォータジャケットスペーサ２０との間での水流の発生を防止することができる。すなわち、ボア壁１１ｂが積極的に冷却されることを防止でき、ボア壁１１ｂの過冷却を防止することができる。この結果、均一な冷却が可能となる。

図１０は、比較例に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。図１０を参照して、比較例では、流量規制機構が設けられていないため、凹部２３を大量の冷却水が通過する。この冷却水はボア壁１１ｂとウォータジャケットスペーサ２０との間を流れるため、ボア壁１１ｂの熱が冷却水１００Ｗにより奪われる。その結果、ボア壁１１ｂが過冷却状態となる。すなわち、抜け穴への水流れに対し、ウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂとの間の壁面流れを以下の手段で抑制する。ウォータジャケットスペーサ２０の内壁に、断熱材により構成される流量規制機構２２を貼り付ける。

ウォータジャケットスペーサ２０とボア壁１１ｂとの抜け穴の流れ方向に対し、スペーサで堰を設けてもよい。またこの気筒部分の隙間を他の部分よりも小さくする。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、本発明が適用されるエンジンは、ガソリンエンジンのみならず、ディーゼルエンジンにも適用することが可能である。さらに、エンジンのサイズおよび気筒数などに特に制限はない。また、エンジンの形式としても、直列型、Ｖ型、Ｗ型、水平対向型などのさまざまなエンジンに本発明を適用することが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、内燃機関のシリンダブロックの冷却構造の分野で適用することが可能である。

この発明の実施の形態１に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。 比較例に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。 この発明の実施の形態１に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。 比較例に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。 この発明の実施の形態２に従ったシリンダブロックの冷却構造の平面図である。 図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 図６中の矢印ＶＩＩで示す方向から見たウォータジャケットスペーサの平面図である。 比較例に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。 この発明の実施の形態２に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。 比較例に従ったシリンダブロックの冷却構造の断面図である。

符号の説明

１ シリンダブロックの冷却構造、１０ シリンダブロック、１１ｈ ボア領域、１１ シリンダライナ集合体、１１ｂ ボア壁、１２ ウォータジャケット部、１３ シリンダブロックベース部、１４ バイパス経路、２０ ウォータジャケットスペーサ、２０ｃ 中心、４０ ガスケット、４１ 穴、４１ｃ 中心、６０ エンジンヘッド、６１ ヘッド通路、１００Ｗ 冷却水。

Claims (2)

1. ボア壁周囲にウォータジャケット部が連続して設けられたシリンダブロックと、
   前記ウォータジャケット部に挿入されるウォータジャケットスペーサと、
   前記シリンダブロック上部に設けられ、前記ウォータジャケット部に連なる穴を有するガスケットとを備え、
   前記ウォータジャケット部に冷却媒体を供給し、前記ボア壁温度を均一化するシリンダブロックの冷却構造であって、
   前記穴の中心は前記ウォータジャケットスペーサの厚み中心よりも外周側に位置し、
   前記ガスケットの穴は、前記ウォータジャケット部およびシリンダヘッドに連通している、シリンダブロックの冷却構造。
2. ボア壁周囲にウォータジャケット部が連続して設けられたシリンダブロックと、
   前記ウォータジャケット部に挿入されるウォータジャケットスペーサとを備え、
   前記ウォータジャケット部に冷却媒体を供給し、前記ボア壁温度を均一化するシリンダブロックの冷却構造であって、
   前記シリンダブロックには、前記ウォータジャケット部と他の装置とを冷却するためのバイパス経路が設けられており、
   前記パイロットパス経路近傍において、前記ウォータジャケットスペーサと前記ボア壁との間の冷却媒体流量を減少させるための流量規制機構をさらに備えた、シリンダブロックの冷却構造。

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