JP6062312B2 - シリンダブロックの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、複数のシリンダボアが一列に形成された多気筒内燃機関におけるシリンダブロックの冷却構造に関する。

内燃機関では、燃焼ガスによってシリンダブロックやシリンダヘッドが高温になるため、これらの内部にウォータージャケットが形成されることがある。直列多気筒エンジンにおいては、シリンダブロックにいわゆるサイアミーズ型を採用することが多い。サイアミーズ型シリンダブロックでは、ウォータージャケットが、互いに隣接するシリンダボアの間には形成されず、すべてのシリンダボアを囲むように環状に形成される。

このようなウェータージャケットにおいて、冷却水入口から流入した冷却水がウォータージャケットを一方向に略全周して冷却水出口からシリンダヘッドに向けて流出するように、冷却水入口と冷却水出口との間に弾性体からなる仕切りを設けたシリンダブロックの冷却構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ウォータージャケットにおける冷却水入口の下流側近傍に第１仕切部材を設け、冷却水出口の上流側近傍に第２仕切部材を設け、第１仕切部材がウォータージャケットを構成する溝の上部および下部において冷却水を流通させるように配置され、第２仕切部材が溝の上部のみにおいて冷却水を流通させるように配置された発明も知られている（特許文献２参照）。

一方、ウォータージャケットの冷却水入口と冷却水出口との間に嵌装される仕切部材の下端とウォータージャケットを構成する溝の底面との間に流通路が形成されるように仕切部材を配置した発明も公知である（特許文献３参照）。

特開昭５７−１２４０５７号公報 特開２００３−９７２６４号公報 特許第３５７３４１６号公報

しかしながら、特許文献２の発明では、冷却水入口と冷却水出口との間に仕切壁が設けられないため、冷却水入口から流入した冷却水の多くがウォータージャケットを周回することなく冷却水出口から流出してしまう。そのため冷却効果が低い。この問題に対し、冷却水出口を絞ることが考えられるが、このようにした場合にはウォータージャケット全体としての流路抵抗が非常に大きくなってしまう。そのため、冷却水量を確保するためにはポンプ性能を高くする必要があり、ポンプの大型化や燃費の悪化を招いてしまう。

一方、特許文献１や特許文献３の発明では、ウォータージャケットの流路抵抗は比較的小さいが、特にウォータージャケットの下流側において流路の全断面で冷却水の流速が均一になりやすく、高い冷却効果を得ることができない。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、ウォータージャケットの流路抵抗を比較的低く維持しつつ、高い冷却効果を得ることが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。

このような課題を解決するために、本発明の一側面によれば、複数のシリンダボア（２ａ〜２ｄ）を一列に形成するシリンダブロック（１）の内部に当該複数のシリンダボアを囲むように環状に形成されたウォータージャケット（５）と、前記シリンダブロック（１）の一端側に形成され、ウォーターポンプから吐出された冷却水を前記ウォータージャケット（５）に流入させる冷却水入口（９）と、前記シリンダブロック（１）の前記一端側に形成され、前記ウォータージャケット（５）を流通した冷却水を前記シリンダブロックの上面（１ｔ）に締結されるシリンダヘッドに向けて流出させる冷却水出口（１０）と、前記シリンダブロック（１）の前記一端側において前記ウォータージャケット（５）に挿入され、前記ウォータージャケット（５）を前記冷却水入口（９）側と前記冷却水出口（１０）側とに仕切る第１仕切部材（１２）とを有し、前記冷却水入口（９）から前記ウォータージャケット（５）に流入した冷却水を、前記シリンダブロック（１）の排気（１ｅ）側でシリンダ列方向の他端側へ流通させた後、最も前記他端側のシリンダボア（２ｄ）を周回させ、前記シリンダブロック（１）の吸気（１ｉ）側でシリンダ列方向の前記一端側へ流通させて前記冷却水出口（１０）から流出させるシリンダブロック（１）の冷却構造であって、前記シリンダ列方向の他端側において前記ウォータージャケット（５）に挿入され、前記ウォータージャケット（５）の一部を仕切ることによって流路断面積を縮小させた連通路（１６，１７）を形成する第２仕切部材（１５）を更に有する構成とする。

この構成によれば、第２仕切部材が形成する連通路によってウォータージャケットの流路断面積が絞られるため、第２仕切部材よりも下流側となる吸気側において冷却水の流速が高まり、シリンダブロックを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の流路抵抗を比較的低く維持できる。

また、本発明の一側面によれば、前記第２仕切部材（１５）は、前記ウォータージャケットの上部に第１連通路（１６）を形成する構成とすることができる。

シリンダブロックが高温になる主な要因は燃焼室内での燃焼熱であり、シリンダブロックは上部ほど高温になる。これに対し、この構成によれば、シリンダブロックの吸気側においてウォータージャケットの上部で冷却水の流速が高まるため、シリンダブロックにおける熱源近傍を効果的に冷却することができる。

また、本発明の一側面によれば、前記第２仕切部材（１５）の上部には、前記第１連通路（１６）を形成する切欠（１５ａ）が形成された構成とすることができる。

この構成によれば、第２仕切部材をシリンダブロックの上面まで延在するかたちでウォータージャケットに設置できるため、第２仕切部材の位置合わせが容易になるうえ、第２仕切部材の上方への移動をシリンダブロックにより規制することができる。

また、本発明の一側面によれば、前記第２仕切部材（１５）は、前記ウォータージャケット（５）の下部に前記第１連通路（１６）よりも流路断面積が小さな第２連通路（１７）を形成する構成とすることができる。

この構成によれば、シリンダブロックの吸気側においてウォータージャケットの下部にも冷却水が流れるため、ウォータージャケットの下部に冷却水が滞留してシリンダブロックの下部の冷却効果が低くなり過ぎることを抑制できる。

また、本発明の一側面によれば、前記第２仕切部材（１５）は、前記ウォータージャケット（５）の深さよりも短く形成され、前記第２連通路（１７）を形成する隙間が下方に形成されるように前記ウォータージャケット（５）に配置された構成とすることができる。

この構成によれば、第２仕切部材を切り欠いて前記第２連通路を形成する場合に比べ、第２連通路に必要な流路断面積をより小さな高さで確保できるうえ、他の部材や部位のレイアウトを阻害することなく第２連通路を形成することができる。

また、本発明の一側面によれば、前記冷却水入口（９）は、前記ウォータージャケット（５）の上部であって、前記複数のシリンダボア（２ａ〜２ｄ）の中心線（２Ｘａ〜２ｘｄ）を通るブロック中心面（１Ｘ）に対して前記排気（１ｅ）側に形成されており、前記第１仕切部材（１２）は、前記ブロック中心面（１Ｘ）に対して前記排気（１ｅ）側に配置され、前記第２仕切部材（１５）は、前記ブロック中心面（１Ｘ）に対して前記吸気（１ｉ）側に配置されている構成とすることができる。

この構成によれば、シリンダブロックの排気側においてウォータージャケットの上部で冷却水の流速が高まるため、シリンダブロックにおける熱源近傍を効果的に冷却することができる。また、第１仕切部材および第２仕切部材がブロック中心面に対してそれぞれ排気側および吸気側に配置されたことにより、シリンダブロックの排気側および排気側においてシリンダ列方向へ流れる冷却水の流速低下を抑制でき、シリンダブロックをより均等に冷却できる。

また、本発明の一側面によれば、前記冷却水入口（９）は、前記ウォータージャケット（５）の上部であって、前記複数のシリンダボア（２ａ〜２ｄ）の中心線（２Ｘａ〜２ｘｄ）を通るブロック中心面（１Ｘ）と直交する方向から見たときに最も前記一端側のシリンダボア（２ａ）の中心線（２Ｘａ）に対して前記他端側に偏倚した位置に形成された構成とすることができる。

この構成によれば、冷却水入口から流入する冷却水がシリンダ列方向の他端側へ流れやすくなり、ウォータージャケットの全体としての流路抵抗を小さくすることができる。

このように本発明によれば、ウォータージャケットの流路抵抗を比較的低く維持しつつ、高い冷却効果を得ることができるシリンダブロックの冷却構造を提供することができる。

本発明に係る冷却構造を適用したシリンダブロックの斜視図 図１のII方向から見た冷却水入口周辺のシリンダブロックの平面図 図２中のIII−III断面図 図１のIV方向から見たシリンダブロックの要部平面図 図４中のＶ−Ｖ断面図 図１のVI方向から見た冷却水入口周辺のシリンダブロックの側面図 図６中のVII−VII断面図 （Ａ）排気側から（Ｂ）吸気側からそれぞれ斜めに見た図１に示すウォータージャケットにおける冷却水流れの説明図 実施形態に係る冷却構造の圧力損失を他の構造と比較したグラフ

以下、図面を参照して、本発明に係るシリンダブロック１の冷却構造の実施形態について詳細に説明する。

図１に示すように、シリンダブロック１は、４つのシリンダボア２（２ａ〜２ｄ）を一列に形成する直列４気筒エンジン用であり、燃焼室の上部を画成する別体のシリンダヘッド３（図３参照）がガスケット４（図３参照）を介して上面１ｔに結合されるオープンデッキ型として構成されている。シリンダブロック１には、上面１ｔに開口し、かつ互いに隣接するシリンダボア２の間を通らずに４つのシリンダボア２を囲むように形成されたウォータージャケット５が環状溝として形成されている。すなわち、シリンダブロック１は、シリンダボア２の外周部分（上部）にウォータージャケット５によって互いに分断された外壁６とシリンダバレル７とが形成され、４つのシリンダバレル７が一体に結合されたいわゆるサイアミーズ型として構成されている。なお、シリンダブロック１はアルミニウム合金などを素材とする鋳造品として形成される。

以下、シリンダブロック１のシリンダ列方向に沿う面を側面と称し、シリンダヘッド３に形成される吸気ポート側の側面を吸気側面１ｉ、排気ポート側の側面を排気側面１ｅと称するものとする。また、図１の手前側から順に、第１シリンダボア２ａ、第２シリンダボア２ｂ、第３シリンダボア２ｃ、第４シリンダボア２ｄと称し、シリンダ列方向における第１シリンダボア２ａ側を一端側、第４シリンダボア２ｄ側を他端側と称するものとする。

図２に併せて示すように、シリンダブロック１の排気側面１ｅの一端側には、図示しなウォーターポンプから吐出されて接続通路８を流通する冷却水をウォータージャケット５に流入させる冷却水入口９が形成されている。一方、ウォータージャケット５を流通した冷却水の冷却水出口１０は、シリンダブロック１の上面１ｔの一端側であって、第１〜第４シリンダボア２ａ〜２ｄの各中心線２Ｘａ〜２Ｘｄを通る面（以下、ブロック中心面１Ｘと称する）に対して排気側面１ｅ側（以下、単に排気側と称する。）に偏倚した位置に形成される。図３に示すように、シリンダブロック１とシリンダヘッド３との間には、ガスケット４が介装されており、ガスケット４に形成された貫通孔によってシリンダヘッド内ウォータージャケットの冷却水の入口を兼ねる冷却水出口１０（図２）が形成される。

なお、ガスケット４には、上記冷却水出口１０を構成する貫通孔以外にも、これに比べて小さな貫通孔がシリンダボア２間などの適所に設けられており、これらの貫通孔がシリンダブロック１のウォータージャケット５からシリンダヘッド内ウォータージャケットへの連通路となっている。したがって、シリンダブロック１側のウォータージャケット５では上流側に比べて下流側で冷却水流量が小さくなる。

シリンダブロック１のウォータージャケット５は、平面視において略同一幅の環状溝として形成されており、鋳造時の型抜きのために下方ほど幅が狭くなるテーパ状断面形状とされている。平面視において冷却水入口９と冷却水出口１０との間には、外壁６の一部に凹みが形成されて溝幅が大きくされた第１拡幅部１１が形成され、この第１拡幅部１１には仕切壁をなす第１仕切部材１２が上方から挿入されている。

図３に示すように、第１拡幅部１１は、下方ほど幅が狭くなるテーパ状断面形状とされている。第１仕切部材１２は、弾性体を少なくとも表面部に含み、ウォータージャケット５の深さよりも短い棒状を呈しており、第１拡幅部１１の断面形状に適合するテーパ形状とされている。第１仕切部材１２は、上端がシリンダブロック１の上面１ｔと一致し、かつ下方に隙間が形成されるように第１拡幅部１１に配置される。第１仕切部材１２は、第１拡幅部１１に配置された状態では、全高（全長）にわたって外壁６およびシリンダバレル７に当接する。これにより、第１仕切部材１２の下方の隙間（すなわち第１仕切部材１２の欠損部）が一端側連通路１３となる。

このように第１仕切部材１２が配置されることにより、冷却水入口９から流入した冷却水の一部が一端側連通路１３から吸気側面１ｉ側（以下、単に吸気側を称する。）へ流通し、冷却水入口９から流入した冷却水の大部分は、ウォータージャケット５の排気側を他端側へ流通し、第４シリンダボア２ｄを周回してウォータージャケット５の吸気側を一端側へ流通し、冷却水出口１０を通ってシリンダヘッド３に向けて流出する。

図１および図４に示すように、４つのシリンダボア２の中心を対称点として第１仕切部材１２と点対称となる位置、すなわちウォータージャケット５の他端側であってブロック中心面１Ｘに対して吸気側に偏倚した位置には、外壁６の一部に凹みが形成されて溝幅が大きくされた第２拡幅部１４が形成され、仕切壁をなす第２仕切部材１５が第２拡幅部１４に上方から挿入されている。

図５に示すように、第２拡幅部１４は、下方ほど幅が狭くなるテーパ状断面形状とされている。第２仕切部材１５は、弾性体を少なくとも外周部に含み、ウォータージャケット５の深さよりも短くかつ上部の１側面に切欠１５ａが形成された棒状を呈しており、第２拡幅部１４の断面形状に適合するテーパ形状とされている。第２仕切部材１５は、上端がシリンダブロック１の上面１ｔと一致し、かつ切欠１５ａを内側に向けて、切欠１５ａよりも小さな断面積を有する隙間が下方に形成されるように第２拡幅部１４に配置される。第２仕切部材１５は、第２拡幅部１４に配置された状態では、切欠１５ａ以外の部分でシリンダバレル７に当接し、かつ全高にわたって外壁６に当接する。これにより、第２仕切部材１５はウォータージャケット５の流路断面積を縮小させ、切欠１５ａがウォータージャケット５の上部に他端側第１連通路１６を形成し、第２仕切部材１５の下方の隙間が他端側第１連通路１６よりも流路断面積が小さな他端側第２連通路１７をウォータージャケット５の下部に形成している。

このように第２仕切部材１５が配置されることにより、冷却水入口９から流入してウォータージャケット５の排気側を他端側へ流通した冷却水は、大部分が他端側第１連通路１６を通ってウォータージャケット５の吸気側の上部へ流通し、一部が他端側第２連通路１７を通ってウォータージャケット５の吸気側の下部へ流通する。

図６および図７に示すように、冷却水入口９は、シリンダブロック１を排気側から見たとき、すなわちブロック中心面１Ｘと直交する方向から見たときに、最も一端側の第１シリンダボア２ａの中心線２Ｘａに対して他端側（第２シリンダボア２ｂ側）に寸法Ｄだけ偏倚した位置に形成されている。また冷却水入口９は、平面視（図７）でブロック中心面１Ｘと直交する方向にシリンダブロック１の外壁６を貫通する貫通孔として形成されている。貫通孔は、シリンダブロック１を排気側から見たときに（図６）、下流端が円形を呈し、上流端が下流端の円形を含みかつ上下方向に長い長円形を呈するテーパ形状とされている。つまり、冷却水入口９は、中心線９Ｘが下流側へ向けて上方に傾斜するように（図６参照）延在するテーパ形状とされている。

冷却水入口９がこのように形成されることにより、冷却水は冷却水入口９からウォータージャケット５へ向けて上向きに流入し、かつ図７に示すように衝突するシリンダバレル７が全体として他端側（第２シリンダボア２ｂ側）へ傾斜していることによって他端側へ流通しやすくなっている。

次に、このような形成されたシリンダブロック１の冷却構造の作用効果について図８を参照して説明する。図８中の（Ａ）は、一端側、排気側および上方から斜めに見たウォータージャケット５を示しており、（Ｂ）は、他端側、吸気側および上方から斜めに見たウォータージャケット５を示している。また図中の矢印は、冷却水の流れ方向と流速を示しており、矢印の密度や矢印の長さが大きいほど流速が高いことを示している。なお、図８では、シリンダブロック１などが透視され、ウォータージャケット５を実体のあるもののように描いている。

図示するように、冷却水入口９に高い流速をもって流入する冷却水は、シリンダバレル７（図７）に衝突して放射状に流れるが、第１仕切部材１２の存在によって、また、前述した冷却水入口９の位置および形状によって、ウォータージャケット５の排気側の上部で高い流速をもって冷却水の大部分が他端側へ流れる。なお、一部の冷却水は一端側連通路１３を通って冷却水出口１０から流出するが、このように一端側連通路１３から冷却水が流出することによって、ウォータージャケット５における第１仕切部材１２に対して吸気側の下部において冷却水が淀むことがなく、この部分の冷却効果が低くなり過ぎることが防止される。

ウォータージャケット５の排気側の第４シリンダボア２ｄ周辺では、ウォータージャケット５の上部における冷却水の流速が下がってくる。一方、第４シリンダボア２ｄを周回した冷却水は、第１仕切部材１２の存在によって流路断面積が縮小されるため、再びウォータージャケット５の吸気側の上部および下部を高い流速をもってその大部分が他端側へ流れる。これにより、シリンダブロック１が効果的に冷却される。

また、この際、前述したように他端側第１連通路１６の断面積が他端側第２連通路１７の断面積よりも大きいことから、より多くの冷却水が他端側第１連通路１６を流通する。これにより、ウォータージャケット５の吸気側においても冷却水の大部分が上部を高い流速をもって他端側へ流れる。これにより、シリンダブロック１の熱源となる燃焼室近傍が効果的に冷却される。また、冷却水が他端側第２連通路１７をも通過することにより、ウォータージャケット５における第１仕切部材１２に対して下流側の下部において冷却水が淀むことがなく、この部分の冷却効果が低くなり過ぎることが防止される。

本実施形態では、図５に示すように他端側第１連通路１６が切欠１５ａによって形成されることにより、上面１ｔがガスケット４に当接する位置を第２仕切部材１５の設計位置とすることができ、第２仕切部材１５の位置合わせが容易になっている。また、第２仕切部材１５が、ウォータージャケット５の深さよりも短く形成され、他端側第２連通路１７を形成する隙間が下方に形成されるようにウォータージャケット５に配置されたことにより、第２仕切部材１５を切り欠いて他端側第２連通路１７を形成する場合に比べ、他端側第２連通路１７に必要な流路断面積がより小さな高さで確保可能になるうえ、他の部材や部位のレイアウトを阻害することなく他端側第２連通路１７の形成が可能になる。

また本実施形態では、図１に示すように冷却水入口９がウォータージャケット５の上部であってブロック中心面１Ｘに対しての排気側に形成され、第１仕切部材１２がブロック中心面１Ｘに対して排気側に配置され、第２仕切部材１５がブロック中心面１Ｘに対して吸気側に配置されている。これにより、図８に示すようにシリンダブロック１の排気側においてウォータージャケット５の上部で冷却水の流速が高まり、シリンダブロック１における熱源近傍が効果的に冷却されるうえ、シリンダブロック１の排気側および吸気側においてシリンダ列方向へ流れる冷却水の流速の低下が抑制されることにより、シリンダブロック１がより均等に冷却される。

このように本実施形態に係るウォータージャケット５では、吸気側においても上部の冷却水の流速を高めることができた一方、図９に示すように、第２仕切部材１５を設けたことによって、第２仕切部材１５を設けない従来と同様の構成のウォータージャケット５に比べて圧力損失が若干高くなる（第２仕切部材あり）。これに対し、本実施形態では、冷却水入口９を上向きとしかつテーパ形状としたこと（流入口形状）に加え、冷却水入口９を前述したように第１シリンダボア２ａの中心線２Ｘａに対して第２シリンダボア２ｂ側に配置したことにより（流入口配置）、ウォータージャケット５全体としての圧力損失の低減が図られている。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例として直列４気筒エンジンに適用したが、２気筒や直列３気筒、Ｖ型６気筒エンジンなどにも適用可能である。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示したシリンダブロック１の冷却構造の各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

１ シリンダブロック
１Ｘ ブロック中心面
１ｅ 排気側面
１ｉ 吸気側面
１ｔ 上面
２ａ〜２ｄ 第１〜第４シリンダボア
２Ｘａ〜２Ｘｄ 各シリンダボアの中心線
３ ウォータージャケット
７ 冷却水入口
８ 冷却水出口
１２ 第１仕切部材
１５ 第２仕切部材
１５ａ 切欠
１６ 他端側第１連通路
１７ 他端側第２連通路

Claims (8)

1. 複数のシリンダボアを一列に形成するシリンダブロックの内部に当該複数のシリンダボアを囲むように環状に形成されたウォータージャケットと、
   前記シリンダブロックの一端側に形成され、ウォーターポンプから吐出された冷却水を前記ウォータージャケットに流入させる冷却水入口と、
   前記シリンダブロックの前記一端側に形成され、前記ウォータージャケットを流通した冷却水を前記シリンダブロックの上面に締結されるシリンダヘッドに向けて流出させる冷却水出口と、
   前記シリンダブロックの前記一端側において前記ウォータージャケットに挿入され、前記ウォータージャケットを前記冷却水入口側と前記冷却水出口側とに仕切る第１仕切部材とを有し、
   前記冷却水入口から前記ウォータージャケットに流入した冷却水を、前記シリンダブロックの排気側でシリンダ列方向の他端側へ流通させた後、最も前記他端側のシリンダボアを周回させ、前記シリンダブロックの吸気側でシリンダ列方向の前記一端側へ流通させて前記冷却水出口から流出させるシリンダブロックの冷却構造であって、
   シリンダ列方向の前記他端側において前記ウォータージャケットに挿入され、前記ウォータージャケットの一部を仕切ることによって流路断面積を縮小させた連通路を形成する、前記第１仕切部材とは別体の第２仕切部材を更に有し、
   前記冷却水入口が前記ウォータージャケットの上部に形成され、
   前記第２仕切部材が前記ウォータージャケットの上部に第１連通路を形成することを特徴とするシリンダブロックの冷却構造。
2. 前記冷却水入口が、下流側へ向けて上方に傾斜する中心線を有することを特徴とする、請求項１に記載のシリンダブロックの冷却構造。
3. 前記冷却水入口が、下流側へ向けて狭くなるテーパ形状とされていることを特徴とする、請求項２に記載のシリンダブロックの冷却構造。
4. 前記第２仕切部材の上部には、前記第１連通路を形成する切欠が形成されたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のシリンダブロックの冷却構造。
5. 前記第２仕切部材は、前記ウォータージャケットの下部に前記第１連通路よりも流路断面積が小さな第２連通路を形成することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のシリンダブロックの冷却構造。
6. 前記第２仕切部材は、前記ウォータージャケットの深さよりも短く形成され、前記第２連通路を形成する隙間が下方に形成されるように前記ウォータージャケットに配置されたことを特徴とする、請求項５に記載のシリンダブロックの冷却構造。
7. 前記冷却水入口は、前記複数のシリンダボアの中心線を通るブロック中心面に対して前記排気側に偏倚した位置に形成されており、
   前記第１仕切部材は、前記ブロック中心面に対して前記排気側に配置され、
   前記第２仕切部材は、前記ブロック中心面に対して前記吸気側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のシリンダブロックの冷却構造。
8. 前記冷却水入口は、前記複数のシリンダボアの中心線を通るブロック中心面と直交する方向から見たときに最も前記一端側のシリンダボアの中心線に対して前記他端側に偏倚した位置に形成されたことを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のシリンダブロックの冷却構造。

Images